机电一体化系统设计：第一章 概 论

《机电一体化系统设计：第一章 概 论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化系统设计：第一章 概 论（86页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、回看结束放映1回看结束放映2l什么是机电系统？(定义)l哪些系统属于机电系统？（分类）l机电系统包括哪些部分？（构成）l所有的机电系统都包括这些部分吗？（剖析）l研究哪些内容？（关键技术、设计方法）l怎样展开设计？（设计流程）回看结束放映3 1.1 “机电一体化”的涵义 1.2 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 1.3 机电一体化系统构成要素及功能构成 1.4 机电一体化系统构成要素之间的连接 1.5 机电一体化系统的评价 1.6 机电一体化系统的设计流程 1.7 机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 1.8 机电一体化工程与系统工程 1.9 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 1

2、.10 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法回看结束放映4“机电一体化”是精密机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式。机械学（机械学（Mechanics）+电子学（电子学（Electronics）=机电一体化机电一体化 或或 机械电子工程（机械电子工程（Mechatronics）起源起源：说法很多，早在197l年，日本机械设计杂志副刊就提出了“Mechatronics”这一名词，1976年以广告为主的日本杂志Mechatronics design news开始使用。“Mechatronics”是Mechanics(机械学)与 E1ectronics(电子学)组合而成的日

3、本造英语。1.1.1 “机电一体化”的涵义回看结束放映5“在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引用微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称”机械技术（机械学、机构学）微电子技术（电子学、半导体技术、IC/LSI/VLSI）机电一体化技术(机械、微电子和信息技术的融合)1.1.1 “机电一体化”的涵义美国1984年ASME(美国机械工程师协会)：由计算机网络协调与控制的用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械或(和)机电部件相互联系的系统，又称为现代机械系统定 义目 的增加机械系统或装置的附加值和自动化程度。回看结束放映6l含义：包含了技术和产品两

4、个方面的内容l技术:包含使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术(共性关键技术共性关键技术)l产品:主要是机械系统（部件）与微电子系统（或部件与软件）相互置换或有机结合而构成的新的系统，且赋予新的功能和性能的新一代产品回看结束放映7回看结束放映8加工中心加工中心回看结束放映9焊接机器人回看结束放映10电子行业点胶机器人搬运机器人回看结束放映11FANUC M-430iA 工业机器人正在做寿司工业机器人+仿真手例子回看结束放映12l 汽车业：汽车防抱死系统汽车防抱死系统(ABS)(ABS)回看结束放映13自动售货机 回看结束放映14回看结束放映15医疗仪器设备-回看结束放映16回看结束放映17

5、航空航天航空航天-神六神六回看结束放映18微机电系统-纳米机器人可在毛细血管里工作的可在毛细血管里工作的微型机器人微型机器人胶囊机器人-重庆回看结束放映19l辨辨 析：析：问问：装有微型计算机的电视机、电饭煲是不是机电一：装有微型计算机的电视机、电饭煲是不是机电一体化产品？体化产品？答：答：不是不是（无机械运动，属于纯电子设备）（无机械运动，属于纯电子设备）问问：普通的缝纫机与单片机控制的缝纫机有何差别？：普通的缝纫机与单片机控制的缝纫机有何差别？答：普通的缝纫机属于纯机械设备，单片机控制的缝纫答：普通的缝纫机属于纯机械设备，单片机控制的缝纫机属于机电一体化产品机属于机电一体化产品特点是什么？

6、特点是什么？1.以机械作为控制对象，改变位移、以机械作为控制对象，改变位移、速度等参数。速度等参数。2.以电子或计算机作为控制器，具以电子或计算机作为控制器，具有一定的智能。有一定的智能。回看结束放映20l整体结构最优化整体结构最优化小型轻量 l系统控制智能化系统控制智能化自动控制与检测、自动信息处理与误差补偿、故障诊断与修复、记录与显示、高的自适应能力;“傻瓜”相机。l操作性能柔性化操作性能柔性化-灵活性和适应性l产品高性能化产品高性能化高精度、高靠性、高稳定性、高寿命。回看结束放映21l省能源省能源l省资源省资源l智能化智能化l高产品的附加值高产品的附加值1.1.2 机电一体化的机电一体化

7、的“目的目的”回看结束放映221.2 1.2 机电一体化的共性关键技术机电一体化的共性关键技术l优先发展的机电一体化领域必须同时具备下述几个条件：l短期或中期普遍需要；具有显著的经济效益；具备或经过短期努力能具备必需的物质技术基础；社会效益十分显著的领域。回看结束放映23检测传感技术检测传感技术信息处理技术信息处理技术伺服驱动技术伺服驱动技术自动控制技术自动控制技术精密机械技术精密机械技术系统总体技术系统总体技术回看结束放映24检测传感技术检测传感技术n检测的对象有温度、流量、压力、位移速度、加速度、力、检测的对象有温度、流量、压力、位移速度、加速度、力、力矩等物理量及物品的几何参数，检测精度

8、直接影响机电一力矩等物理量及物品的几何参数，检测精度直接影响机电一体化产品性能的好坏，因此要求传感器具有体化产品性能的好坏，因此要求传感器具有高精度高精度、高灵敏高灵敏度度和和高可靠性高可靠性。n研究内容：研究内容：一是如何将各种被测量一是如何将各种被测量实时准确实时准确的转换为与之成的转换为与之成比例的比例的电量电量；二是对电信号的；二是对电信号的加工处理加工处理。回看结束放映25l包括：包括：传感器技术，信号输入输出与处理，传感器技术，信号输入输出与处理，传感系统自动控制、调节与检测技术。传感系统自动控制、调节与检测技术。l方向：方向：信息化、智能化、多维化、集成化信息化、智能化、多维化、

9、集成化回看结束放映26u信息处理技术包括信息的输入、变换、运算、存储和输出技术，是否及时准确直接影响了系统的质量和效率。u包括软、硬件技术。u方向：提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。信息处理技术信息处理技术回看结束放映27u提高大规模集成电路的制造工艺水平，保证可靠性，降低成本u提高I/O、A/D、D/A转换的速度和可靠性u开发高速处理技术u通信与传递u加速软盘机、可编程控制器、微机的标准化提高维修性能u自诊断功能、智能控制算法及柔性自动化仿真技术回看结束放映28n 目的：实现机电一体化系统的目标最佳化。n 依据：经典控制论（线性定常系统），现代控制论（非经典控制论（线性定常系统），现代

10、控制论（非线性的时变系统）线性的时变系统）n 包括：高精度定位控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。自动控制技术自动控制技术回看结束放映29伺服驱动技术伺服驱动技术l包括：包括：指驱动机构中的问题。包括电磁铁、伺服电机、步进指驱动机构中的问题。包括电磁铁、伺服电机、步进电机、液压马达、液压缸、气缸等；交直流伺服电机控制，电机、液压马达、液压缸、气缸等；交直流伺服电机控制，变频调速、电流逆变技术，步进电机制控制变频调速、电流逆变技术，步进电机制控制l研究的问题：提高机电转换部件的精度、可靠性和快速响应研究的问题：提高机电转换部件的精度、可靠性和快速响应性；提高直流电动

11、机的分辨率和灵敏度；交流调速系统的研性；提高直流电动机的分辨率和灵敏度；交流调速系统的研究；大功率晶体管和晶闸管等功率器件的研究；中小惯量伺究；大功率晶体管和晶闸管等功率器件的研究；中小惯量伺服电动机的研制；气动伺服技术的研究服电动机的研制；气动伺服技术的研究回看结束放映30n 精密机构精密机构n 要求：要求：结构紧凑，体积小，零部件模块化、标准化、通用化、规结构紧凑，体积小，零部件模块化、标准化、通用化、规格化等。格化等。提高刚度、改善动态性能和热变形。提高刚度、改善动态性能和热变形。n 研究的问题：研究的问题：普通机构的精度提高，普通机构的精度提高，机械零部件的动静态特性及机械零部件的动静

12、态特性及热变形问题；关键零部件的精度；超精加工与精密测量技术；刀热变形问题；关键零部件的精度；超精加工与精密测量技术；刀具、磨具质量改善；摩擦、磨损与润滑问题；零部件的模块化、具、磨具质量改善；摩擦、磨损与润滑问题；零部件的模块化、标准化和规格化标准化和规格化精密机械技术精密机械技术回看结束放映31u从全局的角度和系统的目标出发，用系统的观点和方法，用系统的观点和方法，将系统分解为若干各子系统，以实现整个系统技术协调的观点来考虑每个子系统的技术方案，把机械和电子在功能与机构上有机把机械和电子在功能与机构上有机地一体化的技术地一体化的技术u除了优化设计外，还包括可靠性设计、标准化设计、系列化设除

13、了优化设计外，还包括可靠性设计、标准化设计、系列化设计及造型设计计及造型设计。系统总体技术系统总体技术回看结束放映32位置位置,速度速度检测单元检测单元电机电机机械机械部件部件位置位置,速速度反馈度反馈CNC数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成例子：1.3.1 1.3.1 机电一体化系统构成要素机电一体化系统构成要素数控机床回看结束放映33执行器执行器控制控制信息信息电子控制单元电子控制单元动力源动力源检测传检测传感部分感部分机械本体机械本体参数变参数变化信息化信息驱驱动动力力能能 量量检测检测参数参数1.3.1 1.3.1 机电一体化系统构成要素机电一体化系统构成要素回看结束放映34l由

14、五个部分（要素）组成：由五个部分（要素）组成：1机械装置机械装置：支承、导向、实现相应运动支承、导向、实现相应运动，如机架、导轨、工，如机架、导轨、工作台、机械手。作台、机械手。2驱动装置驱动装置：驱动机械装置运动驱动机械装置运动，如各类电机、电磁铁、液压，如各类电机、电磁铁、液压马达等马达等3动力装置：动力装置：为驱动装置提供能源为驱动装置提供能源，即动力源，包括电源、液，即动力源，包括电源、液压源、气压源压源、气压源4传感检测装置：传感检测装置：对系统本身和外界环境的一些状态及参数对系统本身和外界环境的一些状态及参数进行测量（进行测量（信息获取信息获取），并提供所能识别的电信号。），并提供

15、所能识别的电信号。5信息处理装置：信息处理装置：信息接收、处理并进行相应的控制信息接收、处理并进行相应的控制，又称，又称为控制子系统，核心部分，智能要素。计算机、单片机、为控制子系统，核心部分，智能要素。计算机、单片机、PLC动力动力装置装置机械机械装置装置驱动驱动装置装置机电一体化系统与人体结构及功能比较机电一体化系统与人体结构及功能比较传感检传感检测装置测装置不同环节之间进行着能量转换、运动传递、信息不同环节之间进行着能量转换、运动传递、信息交换与处理，并最终连接成一个有机整体，在控交换与处理，并最终连接成一个有机整体，在控制单元的作用下有序的工作。制单元的作用下有序的工作。动力动力本体本

16、体驱动驱动检测检测大脑大脑内脏内脏骨骼骨骼肌肉肌肉感官感官机电一体化系统机电一体化系统功能与作用功能与作用人体人体信息处信息处理装置理装置控制控制1.3.1 1.3.1 机电一体化系统构成要素机电一体化系统构成要素回看结束放映35 图图1-4 1-4 系统（产品）基本构成系统（产品）基本构成闭环系统半闭环系统半闭环系统回看结束放映36l以能量转换为主功能特征，输出不同能量的系统。以能量转换为主功能特征，输出不同能量的系统。l 以信息转换为主功能特征，输出某种信息，数字、图像、文字、声音等。以信息转换为主功能特征，输出某种信息，数字、图像、文字、声音等。液压挖掘机回看结束放映37n 三大工业要素

17、：物质、能量、信息物质、能量、信息 n“目的功能”:（1 1）变换）变换(加工、处理加工、处理)功能；功能；（2 2）传递）传递(移动、输送移动、输送)功能；功能；（3 3）储存）储存(保持、积蓄、记录保持、积蓄、记录)功能。功能。n 控制方式：线性、非线性、智能控制方式。：线性、非线性、智能控制方式。图1-5 系统目的功能系统目的功能回看结束放映38主功能 动力功能 控制功能 构造功能计测功能机电一体化系统（产品）的内部功能机电一体化系统（产品）的内部功能实现系统“目的功能”直接必需的功能，变换、传递或存储向系统提供动力、让系统得以运转的功能对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施“目的功能

18、”。使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能对系统内部信息和外部信息的检测与计算处理的功能各子系统的匹配技术（核心）接口技术。接口技术。回看结束放映39图1-6 系统的五种内部功能系统的五种内部功能回看结束放映40图图1-7 CNC机床的内部功能构成机床的内部功能构成回看结束放映41n作作 用：用：为实现机械、电子、信息等各异的技术在系统中的物质、能源、信息的传递与转换，达到系统所需的目的功能。n功功 能：能：系统输入/输出接口信息的匹配。系统信息的转换、调整，能源信息匹配。1.4 系统构成要素之间的连接-接口技术回看结束放映42图图1-11 1-11 构成要素

19、之相互联系构成要素之相互联系机电一体化技术研究的核心问题是接口技术问题机电一体化技术研究的核心问题是接口技术问题回看结束放映43 （一）输入输出功能（一）输入输出功能 （二（二）变换、调整功能）变换、调整功能 1)零接口零接口 2)无源接口无源接口 3)有源接口有源接口 4)智能接口智能接口 广义的接口功广义的接口功能能不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连接作用的接口，称为零接口。例如输送管、接插头、接插座、接线柱、传动轴、导线、电缆等。只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜等。含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源接口

20、。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转换器以及力矩变换器等含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改变接口条件的接口，称为智能接口。例如自动变速装置，通用输入输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等回看结束放映44 零接口零接口 不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连接作用的接口，称为零接口。例如输送管、接插头、接插座、接线柱、传动轴、导线、电缆等。无源接口无源接口 只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜等。有源接口有源接口 含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源接口。例如电磁

21、离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转换器以及力矩变换器等。智能接口智能接口 含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改变接口条件的接口，称为智能接口。例如自动变速装置，通用输入输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。根据接口的变换、调整功能，可将接口分成以下四种根据接口的变换、调整功能，可将接口分成以下四种：回看结束放映45 1）机械接口 2）物理接口 3）信息接口 4）环境接口 根据输入输出功能分由输入/输出部位的形状、尺寸精度、配合、规格等进行机械连接的接口。联轴器、管接头、法兰盘、万能插口、接插座及音频盒等受通过接口部位的物质、能量及信息的具体形态

22、和物理条件约束的接口，如电压 频率 转矩 流量等约束条件接口受规格、标准、法律、语言、符号等逻辑、软件约束的接口，如：GB/ISO/ASCII码/RS232/C+等对周围环境条件有保护和隔绝作用的接口。如防尘过滤器、防水连接器、防爆开关等回看结束放映46图图1-11 1-11 构成要素之相互联系构成要素之相互联系机电一体化技术研究的核心问题是接口技术问题机电一体化技术研究的核心问题是接口技术问题回看结束放映471.5 机电一体化系统的评价机电一体化系统的评价附加价值：附加价值：高性能化高性能化 低价格化低价格化 高可靠性化高可靠性化 智能化智能化 省能化省能化 短小轻薄化短小轻薄化 回看结束放

23、映48依据提高机电一体化产品或系统附加价值的各项综合指标作依据提高机电一体化产品或系统附加价值的各项综合指标作为评价体系的制定标准，即五大内部功能要素指标。为评价体系的制定标准，即五大内部功能要素指标。回看结束放映49机电一体化系统（产品）主 功 能计测、控制功能动 力 功 能构 造 功 能高性能化机电一体化系统（产品）低价格化智能化高可靠性化轻薄短小化省能化回看结束放映50 1.6 机电一体化系统的设计流程设计内容：设计内容：（1）确定产品规格、性能指标）确定产品规格、性能指标 运动参数、动力参数、品质参数。运动参数、动力参数、品质参数。（2）系统功能部件要素的划分）系统功能部件要素的划分

24、功能部件选择、设计和与系统主功能的匹配。功能部件选择、设计和与系统主功能的匹配。（3）接口设计）接口设计 机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。回看结束放映51（4 4）综合评价或系统评价）综合评价或系统评价 系统的附加价值的高低以衡量系统性能、结构质量的各种系统的附加价值的高低以衡量系统性能、结构质量的各种定量指标和参数为依据，定量指标和参数为依据，满足设计或用户需求为前提满足设计或用户需求为前提。评价方法评价方法依据产品要求有所不同。依据产品要求有所不同。（5 5）可靠性复查）可靠性复查 （6 6）试制与调试）试制与调试 样机制造与调试、试验。样机

25、制造与调试、试验。（7 7）最终产品结果评价）最终产品结果评价 是否达到设计或用户要求是否达到设计或用户要求回看结束放映52图1-14 机电一体化系统(产品)的设计流程回看结束放映531.7.1 系统设计的考虑方法一、原则一、原则n 从规范性、通用性、耐环境性、可靠性、经济性等多从规范性、通用性、耐环境性、可靠性、经济性等多方面综合分析，结合现代设计方法和手段，达到机电方面综合分析，结合现代设计方法和手段，达到机电一体化系统设计的三大目的省能源、省资源、智能化，一体化系统设计的三大目的省能源、省资源、智能化，提高机电产品的附加值和自动化程度。提高机电产品的附加值和自动化程度。回看结束放映54

26、为充分发挥机电一体化的三大效果,使系统(或产品)得到最佳性能，一方面要求设计机械系统时应选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数；同时也要求设计控制系统时，应根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数，综合应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、相互补充,充分体现机电一体化的优越性。回看结束放映55 1)1)机电互补法 2)2)结合(融合)法 3)3)组合法二、系统设计的考虑方法系统设计的考虑方法回看结束放映56 又称取代法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。1)1)机电互补法回看结束放映57n 是将

27、各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。2）结合(融合)法回看结束放映58 将结合法制成的功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（品），故称组合法。3）组合法回看结束放映59l开发性设计开发性设计l适应性设计适应性设计l变异性设计变异性设计回看结束放映60 没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。1 1）开发性设计）开发性设计回看结束放映61 是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电

28、子技术代替现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值质量增加某些附加价值。2)适应性设计回看结束放映62 是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。3)变异性设计回看结束放映631.8 机电一体化工程与系统工程机电一体化工程与系统工程 给定机电一体化系统(产品)“目的功能”与“规格”后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程为机电一体化工程。回看

29、结束放映64 系统:具有特定功能的、相互间具有有机联系的要素所构成的一个整体。工程：产生一定效能的方法。1978年，钱学森指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法”。以大系统为对象、以数学方法和大型计算机为工具，对系统构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，以充分发挥人力、物力和财力，通过各种组织管理技术，使局部与整体之间协调配合，实现系统的综合最优化。是数学方法和工程方法的集合。系系 统统 工工 程程回看结束放映65 是系统工程在机电一体化

30、工程中的具体应用。机电一体化技术是从系统工程观点出发，机械与电子有机结合，实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化工程回看结束放映661.9.1 机电一体化系统的设计程序机电一体化系统的设计程序u一般采用三阶段法，即总体设计总体设计部件设计部件设计与选择与选择技术设计与工艺设计。技术设计与工艺设计。u在试验性设计与计算机辅助设计中，多采用既分阶段又平行兼顾的设计即并行设计，以便相互协调。回看结束放映67（1 1）总体设计）总体设计l明确设计思想和概念明确设计思想和概念分析系统（产品）的综合性能指标分析系统（产品）的综合性能指标要求要求类似产品调研和市场调研类似产品调研和市场调研划分部件或

31、子系统的功划分部件或子系统的功能模块能模块决定系统和部件、子系统的性能参数决定系统和部件、子系统的性能参数拟定总体拟定总体可行性方案（采用不同的设计方法和手段达到设计目的的可行性方案（采用不同的设计方法和手段达到设计目的的多种方案）多种方案）方案评价与对比、方案定型方案评价与对比、方案定型编写总体方案编写总体方案的可行性论证书的可行性论证书专家评定鉴定专家评定鉴定确定最终总体设计方案确定最终总体设计方案回看结束放映68（2 2）部件（或关键零件）选择与设计）部件（或关键零件）选择与设计l部件主要性能指标确定部件主要性能指标确定部件选择与设计部件选择与设计明确技术手段。明确技术手段。（3 3）技

32、术设计与工艺性设计）技术设计与工艺性设计l技术设计应充分考虑实现系统（产品）功能要素的工艺特性、技术设计应充分考虑实现系统（产品）功能要素的工艺特性、制造手段与能力制造手段与能力工艺基础；反之，工艺性设计要以满足工艺基础；反之，工艺性设计要以满足实现系统（产品）各功能要素为前提或目的实现系统（产品）各功能要素为前提或目的保证性能、保证性能、质量、增加附件价值。质量、增加附件价值。回看结束放映69 设计准则主要考虑设计准则主要考虑“人、机、材料、成本人、机、材料、成本”等因等因素，以素，以节省能源、节省资源、智能化，提高系统节省能源、节省资源、智能化，提高系统的附加值，实现系统目的功能为设计准则

33、的附加值，实现系统目的功能为设计准则，使系，使系统具有高的可靠性、适应性、完善性为设计目标。统具有高的可靠性、适应性、完善性为设计目标。1.9.2 机电一体化系统的设计准则回看结束放映70 一般系统的设计，具有以下规律：根据设计要求首先确定离散元素间的逻辑关系，然后研究其相互间的物理关系，这样就可根据设计要求和手册确定其结构关系，最终完成全部设计工作；其中确定逻辑关系阶段是关键，如逻辑关系不合理，其设计必然不合理。1.9.3 机电一体化系统的设计规律回看结束放映71（1）确定零部件之间的逻辑和物理关系l功能划分确定逻辑关系确定功能结构建立数学或者物理模型实现系统方案设计和技术设计（2）确定实现

34、系统各功能结构的手段和方法l链状结构（串联）；平行结构（并联）；反馈闭环结构。回看结束放映721.10.1 机电一体化系统的开发工程 机电一体化系统(产品)的种类不同，其设计方法也不同。现代设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统设计方法不同，它是以计算机为辅助手段进行机电一体化系统（产品）设计的有效方法。其设计步骤通常是：技术预测：技术预测市场需求市场需求信息分析信息分析科学类比科学类比系系统设计统设计创新性设计创新性设计因时制宜因时制宜的选择各种具体的现代设计方法(相相似设计法、模拟设计法、有限元设计法、可靠性设计法、动态分析设似设计法、模拟设计法、有限元设计法、可靠性设计法、动态

35、分析设计法、优化设计法等计法、优化设计法等)机电一体化设计质量的综合评价等。回看结束放映73重点研究：重点研究：l系统模块化设计；l功能组件的外购外协配套与标准化；l专用功能部件（子系统）开发和研制；l专业化生产方式的优势和特点；l设计能达到高效、高质量、高可靠性的设计制造效果；回看结束放映74图1-16 机电一体化系统开发工程的流程回看结束放映75n 是设计机电一体化产品(系统)的有力工具。用来设计一般机械产品的CAD的研究成果，包括计算机硬件和软件，以及图像仪和绘图仪等外围设备，都可以用于机电一体化产品（系统）的设计，需要补充的不过是有关机电一体化系统（产品）设计和制造的数据、计算方法和特

36、殊表达的形式而已。计算机辅助设计与并行工程计算机辅助设计与并行工程1.10.2 现代设计方法回看结束放映76 是把产品（系统）的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合（并行）协调的一种工作模式。这种工作模式力图使开发者们从一开始就考虑到产品全寿命周期 从概念形成到产品（系统）报废 内的所有因素。并行工程的目标是提高产品（系统）的生命全过程（包括设计、工艺、制造、服务）中的全面质量，降低产品（系统）全寿命周期内（包括产品设计、制造、销售、客户应用、售后服务直至产品报废处理等）的成本，缩短系统的研法周期。并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行产品

37、（系统）设计，就是说，在设计过程中对产品（系统）寿命周期内的各个阶段的要求尽可能同时进行交互式协调。并行工程并行工程（CE-concurrent engineering）回看结束放映77图图1-17 串行工程串行工程与并行工程与并行工程回看结束放映78 虚拟产品是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像。虚拟产品设计是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计，是在基于多媒体的、交互的渗入式或侵入式的三维计算机辅助设计环境中，设计者不仅能够直接在三维空间中通过三维操作、语言指令、手势等高度交互的方式进行三维实体建模和装配建模，并且最终生成精确的产品（系统）模型，以支持详细设计与变

38、型设计，同时能在同一环境中进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要。虚拟产品设计虚拟产品设计回看结束放映79 快速响应设计是实现快速响应工程的重要一环。快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场需求的新产品（系统），以保证企业在激烈竞争环境中立于不败之地的重要工程。实现快速响应设计的关键是有效开发和利用各种产品（系统）信息资源的高度存储、传播及加工的能力，主要采取三项基本策略，以达到对产品（系统）设计需求的快速响应。利用产品信息资源进行创新设计或变异性设计；虚拟设计利用数字化技术加快设计过程；远程协同、分布设计。即信息的资源化、产品（系统）的数字化、设计的网络化。快速

39、响应设计快速响应设计回看结束放映80 从并行工程思想发展而出现的一个新概念。所谓绿色设计，是在新产品（系统）的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的负作用。绿色产品设计将产品（系统）寿命周期内各个阶段（设计、制造、使用、回收处理等）看成一个有机整体，在保证产品良好性能、质量及成本等要求的情况下，还充分考虑到产品（系统）的维护资源及能源的回收利用以及对环境的影响等问题。绿色设计绿色设计回看结束放映81图1-18 传统产品设计与绿色产品设计回看结束放映82 反求设计思想属于反向推理、逆向思维体系。反求设计是以现代设计理论、方法和

40、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的产品（系统）进行剖析、重构、再创造的设计。反求设计反求设计回看结束放映83 网络上合作设计是现代设计方法最前沿的一网络上合作设计是现代设计方法最前沿的一种方法。其核心是利用网络工具来汇集设计知种方法。其核心是利用网络工具来汇集设计知识与资源及知识获取的方法进行设计。它包含识与资源及知识获取的方法进行设计。它包含了设计所需要的网络上提供的知识以及获取这了设计所需要的网络上提供的知识以及获取这些知识的过程与所需的各种资源。些知识的过程与所需的各种资源。网络上合作设计网络上合作设计回看结束放映84 产品（系统）的设计更加依赖于新知识

41、的汇集与获取。国内外有着丰富的设计知识和潜在的设计资源，称之为“知识获取资源”，而拥有这些资源的单位往往在某些技术领域雄据一方，利用现代化的网络技术将这些知识、资源有效地集中，实现资源的共享，是实现网络上合作设计的必由之路，也是实现技术创新和跨越式发展的重要途径之一。回看结束放映85l机电一体化（技术）的内涵、定义，研究目的l工业三大要素和机电一体化三大效果（要素）的内涵 l接口技术问题l机电一体化系统（产品）的构成要素和主要功能l设计的基本流程和评价体系。l机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法l开发性设计、适应性设计、变异性设计理念和方法l机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法的关系

42、本章重点本章重点回看结束放映86l 机电一体化的涵义是什么？机电一体化的涵义是什么？l 机电一体化设计研究产品应达到的目标是什么？机电一体化设计研究产品应达到的目标是什么？l 机电一体化技术的主要特征是什么？共性关键技术有哪些？机电一体化技术的主要特征是什么？共性关键技术有哪些？l 机电一体化技术的作用和目的是什么？机电一体化技术的作用和目的是什么？l 机电一体化有哪些基本组成要素？机电一体化有哪些基本组成要素？l 机电一体化五大要素是什么？相对应的五大功能是什么？机电一体化五大要素是什么？相对应的五大功能是什么？l 什么是机电互补法、融合法、组合法？什么是机电互补法、融合法、组合法？l 开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？l 简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。绿色设计、反求设计等的含义。思考题和习题思考题和习题