机电一体化系统功能原理求解
二、机电一体化技术的基本原理和特点
二、机电一体化技术的基本原理和特点
机电一体化技术是一个跨学科的领域，它将机械工程、电子工程、计算机科学等多个领域的知识融合在一起，以实现各种自动化和智能化的应用。
本文将重点介绍机电一体化技术的基本原理和特点。
一、基本原理
1.系统总体效应：机电一体化系统是由多个子系统组成的复杂系统，每个子
系统都有其特定的功能和作用。
系统总体效应是指通过合理地设计、优化和协调各个子系统，以实现整个系统的最优性能。
2.能量传递：机电一体化系统中的能量传递是指将其他形式的能量转化为机
械能或电能。
例如，电动机将电能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。
3.信息控制：信息控制是机电一体化系统的核心，它是指通过电子和计算机
技术实现信息的采集、处理、传输和显示等功能，以实现对机械系统的精确控制。
4.执行机构：执行机构是指将电能或其它形式的能量转化为机械能的装置，
例如电动机、液压缸等。
执行机构是实现机械系统运动和动作的关键部分。
二、特点
1.高度智能化：机电一体化技术通过引入人工智能、机器学习等技术，使得
系统能够自主决策、自主学习，具有高度智能化的特点。
2.高精度：机电一体化系统中的传感器、控制器等设备具有高精度、高稳定
性的特点，能够实现对机械系统的精确控制，提高产品的质量和生产效率。
3.快速响应：机电一体化系统中的伺服控制系统能够快速地响应输入信号，
调整执行机构的状态，实现快速的运动和动作。
4.可扩展性：机电一体化技术可以通过模块化设计，方便地扩展系统的功能
和规模，满足不同领域的需求。
机电一体化系统概念设计的基本原理
12电力技术Electric power technology■ 周礼机电一体化系统概念设计的基本原理摘要：随着社会的发展，对于产品概念的设计研究已经越来越成熟，而机电一体系统的概念设计也逐渐成为了机电领域内的重点研究设计方向。
机电一体化是传统的机械化操作走向智能化方向的一个重要技术手段，本文结合当前机电一体化系统的概念研究设计进展，对于设计的基本原理和特征进行了分析。
关键词：机电一体化；概念设计；基本原理机电一体化（Me chat ronics）最早是由日本的学者提出的，随着社会相关及时的发展，其内涵不断被丰富，尤其是伴随着现代计算机技术、传感控制技术的发展，进一步为机电一体化技术的发展打开了空间。
机电一体化从其本质上来看，是一个综合的机械系统。
在这一系统中通过计算机技术进行信息处理和控制，从而实现代化系统的智能化和自动化。
本文对这一系统的基本原理进行了探讨。
1机电一体化系统的概念设计在机电一体化系统概念设计过程中，概念设计是一个非常重要的步骤，也是对产品进行创新的关键环节，对于产品的整体质量有非常重要的影响。
概念设计是一个从无到有的设计过程，概念设计完美了，才能生产出优秀的产品。
美国著名的设计专家Pahl 和Beitz 撰写的《Engineering Design》一书从设计方法论角度对于系统概念设计进行了探讨，在设计理论界一直比较受重视[1]。
在概念设计过程汇中，最难的是原理设计部分。
在原理设计中，需要用到很多交叉知识，因此对设计人员的综合素养要求较高。
在后期阶段，主要是方案设计，对于设计人员的逻辑思维要求较高。
随着现代计算机技术以及AI 等技术的发展，可以辅助设计人员完成方案设计。
2机电一体化系统的原理设计2.1机电一体化系统的功能组成机电一体化系统是由若干个相互具有关联性、同时具有一些特定功能机械以及电子要素等共同构成，可以满足产品设计过程中的功能需求。
机电一体化系统的功能模块可以根据德国的Rolf Iserrmann 教授发明的“五块轮”进行划分，分别为主功能、动力功能、计测功能以及控制功能和构造功能。
电气机电一体化的原理
电气机电一体化的原理
电气机电一体化是将电气和机械元件整合在一起，形成一体化的系统。
其原理包括以下几个方面：
1. 电气和机械的集成设计：在设计过程中，同时考虑电气和机械两方面的因素，使得电气和机械元件能够紧密结合，去除不必要的接口和连接，提高系统的可靠性和效率。
2. 系统的数字化和智能化：通过数字化、智能化的手段，实现对电气和机械系统的实时监测和控制，提高机器运行效率和准确度。
3. 模块化设计：将电气和机械系统分成多个模块，每个模块可以独立设计和制造，方便维护和更新。
4. 传感器、执行器和控制器的集成使用：将传感器、执行器和控制器紧密集成在机械中，实现对机械系统的高效控制和实时监测。
5. 充分利用能量和资源：通过对电气和机械系统的整合，可以充分利用资源和能量，提高能源利用率，并减少对环境的影响。
机电一体化系统概念设计的基本原理
机电一体化系统概念设计的基本原理摘要：电子科技的快速发展也促进着机械一体化科技的发展，而科技的发展又有赖于电子一体化技术的发展，所以，机电一体化未来的发展趋势对科学技术的提升来说，也具有着举足轻重的意义。
但是，我们更需要关注在机械设计中机电一体化技术在发展过程当中所存在的问题，因为唯有很好地解决了这些问题，才可以推动中国电子科技的更深入发展，从而带动中国企业的快速发展。
本文主要针对机电一体化系统概念设计的基本原理进行简要分析。
关键词：机电一体化；系统概念；设计；基本原理1我国机电一体化的设计观念行业中的机械设计并不简单，每一个具体的零件都有极其重要的作用，在开发和设计的过程中要极大程度上保证每一部分的完整性和准确性，使部分同部分之间能够很好的联系起来。
我国以往的机械技术相对来说就较为简单，但同现阶段的技术相比，并没有计算机技术做支撑，需要相关的人工技术进行处理，而在整体的设计方面就较为简单的多。
现阶段的机电一体化设计就需要依靠智能的计算机技术进行相关的设计和制造，要比以往的机械技术更加复杂化，整个系统的设计也会有很多不同的层次，并不能依照以往的机械设计一样进行简单的操作。
相关技术人员在进行设计的过程中，要将计算机技术作为整体系统运行的核心部分，以此对各个机械系统进行相应的操作处理。
运用计算机技术使其在运行操作的过程中能够更加高效率的处理相关信息，并且达到最高效的操作效果，可以极大程度上提高相应的工作效率和工作质量。
2机电一体化系统原理设计2.1机电一体化系统功能组成若干个具有内在联系，且自身具有特定功能的机械装置、电子要素，共同构成机电一体化系统，进而对产品设计环节各类功能要求负责。
德国RolfIserrmann将机电一体化功能模块拆解为五个功能模块，即主要部分、动力、计算测量、控制、构造。
各自功能模块决定不同作用。
主要部分是系统必需功能，对例如物质转换、能量输送等内容负责；动力模块对系统运行所需动力提供充足动力，保证系统正常运行；计算测量模块负责对维持系统运作的各类信息收集，并将其传送到控制模块；控制模块对计算模块收集并发送的数据进行处理，进而对系统进行整体控制；构造模块则是对系统整体构造负责，隶属于系统框架一类内容。
机电一体化设计基本原理及方法
加快技术创新，推动工业进步和竞争力提升。
机电一体化设计的基本原理
• 系统整合原理 - 将机械、电子和控制系统集成为一个统一的整体。 • 耦合原理 - 将机械与电子系统相互连接和相互影响，实现协同工作。
机电一体化设计的基本方法
1
概念设计
确定需求和功能，选择最佳设计方案。
2
详细设计
详细描述组件和接口，进行系统建模和仿真。
3
验证和测试
测试系统的性能和可靠性，进行故障排除。
机电一体化设计的挑战
1 跨学科合作
机电领域知识的融合与交叉，需要多学科的协同合作。
2 技术复杂性
机电一体化系统涉及多种技术和工程领域，难度较大。
3 标准与规范
制定和遵守机电一体化设计的标准与规范，确保满足质量和安全要求。
机电一体化设计的应用领域
• 汽车工业 • 机床与自动化设备 • 智能家居与建筑 • 航空航天 • 能源与
机电一体化在自动驾驶汽车中 的应用将继续发展，提升安全 性和驾驶体验。
人工智能
机电一体化与人工智能的结合， 将推动智能制造和自动化生产 的进一步发展。
新能源技术
机电一体化设计在新能源领域 的应用将助力可再生能源的普 及和利用。
结论
机电一体化设计是现代工程领域的重要趋势，通过整合机械、电子和控制系 统，实现了效率、成本和创新的突破。
机电一体化设计基本原理 及方法
机电一体化设计是将机械、电子与控制相结合，创建智能化和自动化的系统。 本课程将介绍机电一体化设计的意义、基本原理和方法。
机电一体化设计的意义
效率提升
整合机械与电子系统，提高生产率和质量，降 低能源消耗。
功能拓展
实现复杂的功能需求，提供更多灵活性和可定 制性。
机电一体化系统概念设计的基本原理
机电一体化系统概念设计的基本原理摘要：本文首先阐述了机电一体化系统概述，接着分析了机电一体化系统的设计类型，最后对机电一体化系统的设计方法进行了探讨。
希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。
关键词：机电一体化系统；概念设计；基本原理引言：在科学技术高速发展的背景下，电子技术和机械技术在工业生产中发挥了重要的作用，在此背景下，机电一体化系统应运而生，其应用和发展离不开各个产业部门的支持，与此同时，还要在系统设计阶段了解系统的构成，遵循系统设计原则，以保证系统设计的可靠性。
此外，系统在运行阶段可能会出现故障，工作人员应加强研究，总结解决故障的方法，从而推动机电一体化系统的发展和完善。
1 机电一体化系统概述机电一体化系统的组成部分较多，可以说机电一体化系统就是由多个子系统集合而成的系统，其原理就是让普通机械具备智慧，这里所说的智慧是指通过计算机技术的应用，使其机械系统具备自动处理和控制能力，为达成这一目的，机电一体化系统的技术和设计要求较高，只有合理设计方能发挥出系统的价值。
机电一体化系统需要实现多方面的功能，究其原因，主要是由于其作为一个集合系统，功能较为完善，可以满足人们的各项需求，因此，在系统功能方面具有多元化的特点，在设计阶段需要将使用目的作为依据，采取有针对性的处理方法，对输入的能量、信息和物质进行正确处理，这样方能确保输出元素的合理性。
鉴于此，机电一体化系统应具有三个基础目的功能。
其中变换功能就是加工和处理，传递功能是输入或输出信息，而存储为保存信息。
无论是哪一种目的功能，都要求机电一体化系统具有构造功能、动力功能、控制功能、检测功能和主功能。
在上述几种功能中，最重要的功能是主功能，这是系统实现目的功能不可或缺的功能，其作用为处理信息，比如对信息进行整合和调整。
动力功能是指为系统运行提供动力支持，以保证系统的稳定运行。
检测功能可以对系统内外部信息进行控制，在确保系统运行稳定性的基础上，使目的功能得以实现。
机电一体化技术的基本原理和特点
机电一体化技术的基本原理和特点
机电一体化技术是指将机械、电子、控制、计算机等技术有机地结合在一起，实现各种功能的综合自动化系统。
其基本原理是通过集成各种传感器、执行器、控制器和计算机等设备，实现对机械系统的智能化控制和监测，从而提高生产效率、质量和灵活性。
机电一体化技术的特点主要包括以下几个方面：
1. 综合性，机电一体化技术将机械、电子、控制、计算机等多种技术融合在一起，形成一个综合性的系统，实现多种功能的集成与协调。
2. 高效性，通过智能化的控制和监测手段，可以实现对生产过程的高效管理和优化，提高生产效率和产品质量。
3. 灵活性，机电一体化技术可以根据不同的生产需求进行灵活的调整和改进，适应多样化的生产要求。
4. 自动化，通过自动化控制系统，可以实现生产过程的自动化操作，减少人力成本，提高生产效率。
5. 可靠性，机电一体化系统通常具有较高的稳定性和可靠性，能够保证生产过程的连续性和稳定性。
总的来说，机电一体化技术的基本原理是通过综合运用机械、电子、控制、计算机等技术手段，实现对生产过程的智能化控制和监测，其特点包括综合性、高效性、灵活性、自动化和可靠性。
这些特点使得机电一体化技术在工业生产和制造领域具有广泛的应用前景。
机电一体化原理及应用第一章机电一体化系统的概论
2 标准缺乏
缺乏一致的技术标准和规 范性文件。
3 人才短缺
缺乏一支高层次、多层次 的机电一体化人才队伍。
机电一体化的未来发展趋势
1
智能化
与人工智能、大数据等技术相融合，逐
绿色化
2
步实现系统自主决策，提高效率和精度。
借鉴生态学思想，将“绿色化”理念融入到
机电一体化系统的设计和制造中。
3
智能制造
将机电一体化系统与智能制造相结合，
多样性
实现多样车型生产和一体化服务。
机电一体化的发展历程
1
20世纪50年代
机电一体化的起源。
2
20世纪80年代
计算机技术的普及使机电一体化技术得到快速发展。
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
20世纪90年代
智能化技术的应用使机电一体化得到进一步提升。
机电一体化的原理和基本模型
机械部分
主要由机械系统、机构和制动系 统等组成。
电子部分
机器人领域
应用于智能机器人的制造、开发和使用等方面。
机电一体化系统的优势和挑战
1 高效性
提高生产效率和质量，降 低成本。
2 精准性
实现生产过程的精准控制 和管理。
3 灵活性
能根据市场需求及时调整 生产方案并实现柔性制造。
1 技术难题
需要解决各种技术难题， 如传感、控制、自适应等 问题。
• 优势： • 挑战：
主要由传感器、执行器、控制器 和信息处理单元等组成。
控制部分
主要由控制算法、控制器和人机 接口等组成。
机电一体化系统的应用领域
智能制造业
广泛应用于自动化生产、数字化制造和智能制 造等领域。
新能源领域
机电一体化系统概念设计的基本原理
机电一体化系统概念设计的基本原理随着科技的发展，机电一体化系统越来越广泛地应用于各种领域。
机电一体化系统是将机械、电子、计算机等多种技术融合在一起，形成一种新型的综合性系统。
机电一体化系统概念设计是机电一体化系统建设的重要环节，本文将探讨机电一体化系统概念设计的基本原理。
一、机电一体化系统概念设计的定义机电一体化系统概念设计是指在机电一体化系统建设之前，对系统进行全面的规划、设计和分析，确定系统的功能、性能、结构、参数等基本要素，从而为系统的实际建设提供指导和依据的一种设计活动。
机电一体化系统概念设计是机电一体化系统建设的第一步，其重要程度不言而喻。
只有在概念设计阶段充分考虑系统的各种因素，才能够保证系统的实际建设顺利进行。
二、机电一体化系统概念设计的基本原则机电一体化系统概念设计应该遵循以下基本原则：1.功能性原则机电一体化系统的设计应该以实现系统的功能为主要目标。
在设计过程中，应该充分考虑系统的功能需求，从而确定系统的功能结构和功能模块。
2.综合性原则机电一体化系统的设计应该充分考虑各种技术的融合和协调，实现系统的综合性能。
在设计过程中，应该充分考虑机械、电子、计算机等多种技术的融合，从而实现系统的高效运作。
3.可靠性原则机电一体化系统的设计应该充分考虑系统的可靠性和稳定性。
在设计过程中，应该充分考虑各种因素对系统的影响，从而确保系统的可靠性和稳定性。
4.可维护性原则机电一体化系统的设计应该充分考虑系统的可维护性和可修复性。
在设计过程中，应该充分考虑系统的维修和保养要求，从而确保系统的长期运作。
5.经济性原则机电一体化系统的设计应该充分考虑系统的经济性和实用性。
在设计过程中，应该充分考虑系统的成本和效益，从而确保系统的经济性和实用性。
三、机电一体化系统概念设计的基本步骤机电一体化系统概念设计的基本步骤包括需求分析、功能分析、系统结构设计、参数确定、方案比较、方案选择等。
1.需求分析需求分析是机电一体化系统概念设计的第一步，其目的是明确系统的功能需求和性能指标。
机电一体化产品设计的基本原理及方法
机电一体化产品将与其他设备通 过物联网互联，实现更高级别的 协同工作。
农业领域
机电一体化技术的应用提高了农业生产的效率 和自动化水平。
机电一体化产品的市场前景
随着人们对产品功能和性能要求的不断提高，机电一体化产品在各个行业中 的需求量将持续增加。
机电一体化产品设计的发展趋势
智能机械
机械设备将越来越智能化，具备 更高的自主决策和学习能力。
虚拟现实
物联网
虚拟现实技术将为机电一体化产 品设计和测试提供更多的可能性。
4 优化改进
通过不断优化和改进，提升产品的性能和功 能，满足不断变化的市场需求。
机电一体化技术的应用领域
工业自动化
机电一体化技术广泛应用于制造业中的工业自 动化和智能化生产。
交通运输
机电一体化为交通工具提供了更高的安全性和 智能化的功能，如智能驾驶技术。
医疗器械
机电一体化在医疗器械中的应用使得设备更精 确、可靠和易于维护。
2
发展
随着电子技术和微处理器的快速发展，机电一体化逐渐应用于各个工业领域。
3
பைடு நூலகம்
现状
如今，机电一体化已成为工业领域中不可或缺的发展方向。
机电一体化产品设计的基本原理
1 综合性原理
将机械、电子和控制技术 相互结合以实现最佳性能 和功能集成。
2 数据共享原理
通过共享数据，各组成部 分可以更有效地交互和协 同工作。
3 模块化原理
采用模块化设计可以降低 成本、提高生产效率并方 便维护和升级。
机电一体化产品设计的基本方法
1 系统分析
通过对整个系统进行分析，确定产品的需求 和功能。
2 组件设计
设计并选择合适的机械、电子以及控制组件， 确保它们能够有效地协同工作。
机电一体化原理及应用 doc
机电一体化原理及应用doc机电一体化是指在一个设备或系统中，机械、电子与控制相结合，形成一个整体的工程领域。
机电一体化的原理是将机械动力与电气信号相结合，通过电子控制完成设备的运动、控制、检测和调节等功能。
机电一体化技术广泛应用于各个领域，包括自动化生产线、机器人、机械设备、电动汽车、医疗设备和智能家居等。
机电一体化的原理是将传感器、执行器、控制器和通信系统等组件相互连接，通过电气信号传递与转换，实现对设备的控制和监测。
在机械方面，机电一体化通常需要使用电动机、伺服电机和液压驱动等动力装置，以实现设备的运动和控制。
同时，机械结构也需要根据系统要求进行设计，以满足工作环境和工作任务的需要。
在电子方面，机电一体化需要使用传感器、编码器和控制器等电子元件，以感知和控制设备的状态和行为。
传感器通常用于测量和感知系统的物理量，如温度、压力、位置和速度等。
编码器则用于测量和记录执行器的位置和速度等信息。
控制器则用于根据传感器的反馈信息，计算和决策下一步的动作和控制信号。
在控制方面，机电一体化通常使用嵌入式系统和现场总线通信技术，将机械和电子部件连接起来，并通过控制指令和数据传递进行通信和协调。
嵌入式系统可以将控制算法和逻辑嵌入到控制器中，以实现对设备的实时控制和调节。
现场总线技术则可以将不同的设备和组件连接在一起，并通过总线进行数据传输和共享。
机电一体化的应用非常广泛。
在自动化生产线上，机电一体化可以实现生产过程的自动化和智能化。
通过机械设备和电子控制系统的结合，可以实现对生产线上的各个环节和设备的自动控制和监测。
这不仅可以提高生产效率和质量，还可以降低生产成本和人力投入。
在机器人领域，机电一体化可以实现机器人的精确控制和灵活运动。
通过将电子控制系统与机械结构相结合，可以实现机器人的高速、高精度和多轴运动，以适应不同的工作任务和环境需求。
在电动汽车领域，机电一体化可以实现电动汽车的动力输出和控制。
通过电动机和电子控制系统的结合，可以实现对电动汽车的加速、制动和转向等功能的控制。
机电一体化系统功能原理
机电一体化系统功能原理摘要：建立了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型，提出了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解典型进程、机电单元功能原理求解与接口匹配并行策略．开发了一个支持电脑刺绣机、多功能缝纫机等机电产品功能原理求解的计算机辅助系统，进行了实例验证．关键词：接口匹配；机电一体化系统；功能原理求解机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计[1]．概念设计是产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案设计则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产品成本有决定性的影响[2]．近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制了能对单一功能求解的试验系统口。
5]．但对多学科领域集成的机电一体化系统概念设计阶段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解的研究却很少见到报道．本文着重探讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解策略和实现方法．1功能原理解的接口特征模型机电一体化系统由许多子系统或元件构成，把能够实现单一功能(功能单元)的子系统或元件称为机电系统中的机电单元．各机电单元之间必须能够顺利进行物质、能量和信息的传递与交换，为此，各单元相接处必须具备一定的联系条件，即接口．，大部分机电一体化产品的总功能是通过多个相异和(或)相同分功能或子功能的协同作用来实现的，称之为系统功能．与各机电单元功能原理求解相比，机电系统功能原理求解除了需要研究每个机电接口特征单元原理解的独立的功能可行性之外，还需要研究各个单元原理解作为整体的有机组成部分相联接时，接口的适配性．为解决该问题，本文提出了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型(见图1)．作用原理接口特征功能动词、／，功能类别、厂作用对象、／，关联对象特征／＼特征／＼特征／＼特征输入对象特征输出对象特征作用环境特征输入物料、／，输入能力、／，输入信息、／输出物料、／，输出能量、／，输出信息接口特征／／＼接口特征／＼接口特征／＼接口特征／＼接口特征／／＼接口特征箍纂)人(茬萎)人(差蓥)人(差茬)人(茬鍪)人(茬霾鍪Y华Y待特J特I特征八征八征其、，动、／运他I力I动特J特l特征八征八征图1 机电一体化系统功能原理解的接口特征模型接口特征模型定义了机电一体化系统功能原理解在功能、效应、作用原理等不同层面上的接口约束，主要用于从原理解知识库中搜索可行解，是进行系统级功能原理求解的核心知识．2功能原理的求解策略2．1功能原理求解典型进程机电一体化系统功能原理求解的核心问题是检验系统中各单元功能解与其相关联的其他单元功能解的接口的适配性．机电系统功能求解过程可以分为2个分过程：①具体化、结构化分过程，解决机电单元功能解的可行性问题，即通过功能一效应一作用原理映射过程生成作用原理解(即实现给定功能的物理结构)；②综合化、集成化和系统化分过程，解决机电单元功能解集成时的接口适配性问题．2．2功能原理求解与接口匹配策略机电一体化系统功能原理求解的前提和基础是机电单元功能原理的独立求解，按相关性次序，分层次地进行相关部分单元功能解的接口适配性检验，及时淘汰在前一层次已经不适配的系统解，以减少下一层次的接口适配性检验工作．设计学分析表明，机电一体化系统的总功能一般都由目的功能(通常为运动执行功能)、驱动功能、传动功能、传感检测功能、控制功能和辅助功能单元组成嘲，如图2所示．其中，目的功能的解是机电一体化系统功能原理解的核心．因此，由初选的一个目的功能解出发，先配之以可行的驱动功能解，接着考察在运动执行功能解与驱动功能解之间选配传动功能解的必要性，并在通常必要的情况下寻找其输入接口与驱动功能解适配、输出接口与运动执行功能解适配的传动功能解．在此基础上，再依次选配合适的传感检测功能解、控制功能解和辅助功能解．这是一种效率较高，也比较可行的匹配策略．2．3功能原理解接口特征匹配的实现方法机电单元功能求解过程是从功能至效应，最终至原理解的具体化和结构化过程．在系统级功能原理求解过程中，所谓单元功能解的接口特征实际上包含有功能接口特征、效应接口特征和原理接口特征(见图1)．这三者之间不是并列的关系，后者是前者的具体化和结构化，是前者的物化和实现，因而在内涵上存在着嵌套的关系．原理解接口特征在内涵上的分层嵌套性质体现了接口信息从粗略到详细的层层相扣的特点，提供了按功能接口、效应接口和原理解接口分层先后进行适配性检验的可能．功能接口特征和效应接口特征所包含的信息量相对较少，不必再对其划分层次．但作用原理接口特征包含的信息量很大，有必要再对其细分层次．从图1可以看出，作用原理接口特征包括输入／输出物料接口、输入／输出能量接口、输入／输出信息接口、作用环境接口7个分特征，它们大致可以被划分为作用对象层次和关联对象层次．作用对象是指直接参与功能实现，构成功能的输入和输出的对象．作用对象还可以细分为主要作用对象和非主要作用对象2个层次，主要作用对象就是通过运动执行功能实现转换的对象．关联对象是指不直接参与功能实现，而是通过作用对象间接与原理解发生关系的对象，这里主要指作用环境．基于以上对作用原理接口特征的层次划分，作用原理接口特征层面上的逐层次匹配策略为：先进行主要作用对象接口特征匹配，再进行非主要作用对象接口特征匹配，最后进行关联对象接口特征匹配．由于关联对象接口特征所包含的接口信息比较简单，故只讨论作用对象接口特征匹配的有关问题．作用对象接口特征包括能量接口特征、物料接口特征、信息接口特征3类．能量接口特征可以被划分为3个层次：①效应层．描述与效应直接相关的接口特征；②作用原理层．对效应层物理量或者对象加以更加详细描述的其他接口特征；③物理实现层．描述该原理解的结构、形状、尺寸等物理层面的具体接口特征．同样，物料接口特征、信息接口特征也可以划分为效应层、作用原理层、物理实现层3个层次．基于以上对作用对象接口特征的层次划分，作用对象接口特征匹配策略为：效应层接口特征匹配一作用原理层接口特征匹配一物理实现层接口特征匹配．3 应用实例基于以上思想，笔者开发了一个支持电脑刺绣机等机电产品功能求解的计算机辅助原理方案设计原型系统．限于篇幅，本文主要介绍电脑刺绣机绣框传动机构的功能原理求解过程．3．1系统工艺原理刺绣工艺原理如下：绣针在织物之上时，绣框沿z、y两个方向移动到规定的位置，当绣针自上而下落到织物表面时，停止绣框移动，刺料机构便完成一针线迹的动作．线迹的长度和方向由绣框在z、y两个方向的移动距离决定，线迹的集合构成了绣品．3．2运动执行单元功能原理求解从电脑刺绣机要实现的功能、系统输入输出接口、作用环境等信息出发，首先与知识库中的原理解进行功能接口和效应接口的匹配，以解决单元功能解的可行性问题．功能接口匹配主要是指功能动词的匹配．效应接口的匹配包括效应推理和效应特征匹配2个步骤：①效应推理是对输入输出对象的几何、物理、化学等特征进行分析、比较，以查找出有可能被用于实现该产品功能的效应特征．此例中，可以推理到的效应特征是空间相对运动效应．②效应特征匹配是指把效应推理得到的效应特征与知识库中原理解的效应接口特征进行匹配，以确定该解是否满足功能可行性．然后检验原理解的作用原理接口特征与产品功能特征之间的适配性．本例中，刺绣工艺的动作正是通过绣框在z、y两个方向的直线往复运动与绣针在z方向的连续上下往复直线运动的配合，在刺料机构的作用下形成线迹。
基于机电一体化的工作原理
基于机电一体化的工作原理机电一体化是指将机械技术、电气技术和电子技术有机的结合在一起，形成一个完整的系统。
它将传统机械系统与电气控制系统相结合，形成具有机械功能和电气功能的新型系统。
机电一体化的工作原理主要包括以下几个方面：1. 机械部分：机械部分是机电一体化系统的基础，它主要由各种机械结构和传动装置组成。
机械部分负责完成各种机械运动任务，如旋转、推拉、上下、左右等。
通过机械传动装置将电机输出的转动力传递给负载，实现各种运动。
2. 电气部分：电气部分是机电一体化系统的核心，它主要由电机和电气控制系统组成。
电机是机电一体化系统的动力源，它将电能转换为机械能，通过电气控制实现对机械部分的控制。
电气控制系统主要包括开关电源、控制电路和传感器等组成，它能够感知和处理各种信号，实现对电机的启停、转向、速度、位置等参数的控制。
3. 电子部分：电子部分是机电一体化系统的智能化部分，它主要由微处理器、单片机、PLC等组成。
电子部分通过对各种传感器获取的信号进行处理和分析，实现对机电系统的监控和控制。
通过编写相应的程序，可以实现系统的自动化控制和智能化运行。
机电一体化的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 传感器采集数据：机电一体化系统中的传感器可以采集各种参数，如温度、压力、流量、速度、位置等。
传感器将采集到的数据经过信号处理，转化为电信号，并传递给电气控制系统和电子部分。
2. 电气控制系统处理信号：电气控制系统接收到传感器采集的信号后，通过各种开关电源、继电器、控制电路等进行处理和分析。
根据预设的逻辑关系和控制策略，对电机进行启停、转向、速度、位置等参数的控制。
3. 电机转换能量：根据电气控制系统的信号，电机将电能转换为机械能，通过机械传动装置将转动力传递给负载。
负载根据接受到的力矩和速度进行相应的动作。
4. 反馈及调整：机电一体化系统中的传感器不仅用于采集数据，还可以反馈系统的运行状态。
反馈信号可以通过传感器实时获取，通过与预设的目标值进行比较，实现系统的闭环控制。
机电一体化原理与应用
机电一体化原理与应用机电一体化是将机械和电气设备融合在一起，实现功能的自动化与优化。
机电一体化原理是指通过集成机械、电气和控制系统，实现对设备的全面控制和监控，从而提高设备的自动化程度和生产效率。
机电一体化应用广泛，包括工业自动化、智能制造、机器人技术等领域。
下面将从原理和应用两个方面来详细介绍机电一体化。
一、机电一体化原理：1.机械和电气的融合：机电一体化的原理主要体现在机械和电气的融合上。
传统的机械设备只具备简单的机械运动功能，而机电一体化则将机械设备与电气系统结合，实现电气控制对机械运动的精确调控。
机械部分实现了物理运动，而电气部分通过传感器、执行器等实现对物理运动的感知和控制，从而实现对整体系统的控制。
2.控制系统的集成：机电一体化的关键在于控制系统的集成。
集成控制系统可以控制并监视整个机电一体化系统的运动和状态，并根据不同的工作要求自动进行调节和优化。
这种集成的控制系统可以提供丰富的功能和灵活的操作，从而提高设备的智能化和自动化程度。
3.数据的采集和处理：二、机电一体化的应用：1.工业自动化：机电一体化在工业领域的应用非常广泛。
通过机电一体化技术，传统的生产线可以实现自动化生产，提高生产效率和质量。
机电一体化系统可以自动化执行各种工序，减少人工干预，降低劳动力成本，并提高生产过程的稳定性和准确性。
2.智能制造：机电一体化也是智能制造的重要手段。
智能制造是通过集成和利用先进的技术手段，实现生产过程的智能化和自动化，提高企业的生产效率和竞争力。
机电一体化技术可以实现设备之间的协同工作和自动控制，提高生产的灵活性和智能化水平。
3.机器人技术：机电一体化在机器人领域的应用非常广泛。
机器人是一种能够模仿和执行人类动作的自动化设备。
机电一体化技术可以实现机器人的自动控制和运动，从而实现人机协作和智能化生产。
机器人可以在危险环境下工作，代替人类完成繁重、危险和重复性工作，提高生产效率和工作安全性。
总之，机电一体化通过机械和电气的融合，实现了控制系统的集成和数据的采集处理，从而提高设备的自动化程度和生产效率。
机械制造产业的机电一体化工作原理
机械制造产业的机电一体化工作原理机电一体化是指将机械和电气控制系统有机结合的一种技术。
在机械制造产业中，机电一体化的应用已经成为提高生产效率和产品质量的关键因素。
本文将介绍机电一体化的工作原理，以及它在机械制造产业中的应用。
一、机电一体化的工作原理机电一体化的工作原理是将机械和电气控制系统紧密连接，通过电气信号控制机械运动，实现自动化生产。
下面将从传感器、控制器和执行器三个方面详细介绍机电一体化的工作原理。
1. 传感器传感器是机电一体化的重要组成部分，它能将现实世界的物理量转换为电信号。
比如温度传感器可以将温度转换为电压或电流信号，压力传感器可以将压力转换为电信号。
这些电信号经过放大和滤波处理后，传递给控制器。
2. 控制器控制器是机电一体化系统的核心，它可以接收传感器传递过来的信号，并进行逻辑运算、判断和决策。
在机械制造产业中，PLC（可编程逻辑控制器）是常用的控制器。
PLC可以根据设定的程序自动控制机械系统的运行，实现各种功能，例如自动装配、自动检测和自动包装。
3. 执行器执行器是机电一体化系统的输出端，它根据控制器的指令，将电信号转换为机械运动。
例如，气缸可以根据控制器的信号来推动和拉回，电机可以根据控制器的信号进行正反转。
通过执行器的动作，机电一体化系统可以实现工件的加工、装配和运输等功能。
二、机电一体化在机械制造产业中的应用机电一体化在机械制造产业中应用广泛，可以改善生产效率、提高产品质量和降低人工成本。
下面将介绍机电一体化在机械制造产业中的三个应用案例。
1. 自动化装配线机电一体化可以实现机械的自动化装配，提高装配效率和一致性。
在自动化装配线上，通过传感器实时监测零部件的位置和状态，控制器根据预设的逻辑程序判断和指导装配过程，执行器根据控制器的指令进行装配动作。
机电一体化的自动化装配线可以大大提高装配速度和质量稳定性，减少人工操作的疲劳和误差。
2. 机器人应用机电一体化技术被广泛应用于工业机器人。
机电一体化原理与应用
机电一体化原理与应用
机电一体化是指将机械和电子两个组成部分融合在一起，通过控制电路来实现机械运动或机械力的传递。
其原理是将电子技术与机械技术有机结合，通过电子技术的控制和调节，使机械设备能够自动化、智能化地运行。
机电一体化的应用非常广泛。
在工业生产中，机电一体化技术可应用于各种自动化设备和机械装置，例如自动化生产线、机器人系统、智能仓储等。
在交通运输领域，机电一体化技术可以应用于轨道交通系统、自动驾驶汽车等。
在医疗领域，机电一体化技术被用于开发医疗仪器设备，如手术机器人、生命监护仪等。
机电一体化的优势在于它能够提高设备的运行效率和稳定性。
通过电子控制，可以精确控制机械设备的运动速度和位置，从而提高生产效率。
同时，机电一体化技术还能够减少人工操作，降低劳动强度和人为误差，提高生产安全性。
此外，机电一体化还能够实现设备的智能化管理和远程监控，提高运维效率。
总之，机电一体化技术结合了电子与机械的优势，能够实现设备的自动化、智能化运行，提高生产效率和品质。
随着科技的不断发展，机电一体化技术在各个领域的应用将越来越广泛。
机电一体化原理及应用下载
机电一体化原理及应用下载机电一体化是将机械、电子、控制等学科知识有机地结合在一起，构成一种具备自动控制、传感、测量、运动、输出、能量转换等功能的新型综合技术体系。
机电一体化技术是现代科学技术的重要组成部分，广泛应用于制造业、工业自动化、航天航空、交通运输等领域。
机电一体化原理主要包括以下几个方面：1. 机械原理：机械原理是机电一体化技术的基础，通过机械设计和机构传动实现物理运动。
机械原理可以分为静力学、动力学和运动学等方面。
2. 控制原理：控制原理是机电一体化的关键技术之一，它通过传感器对环境和系统内部的信号进行采集和处理，再通过执行器对系统进行控制和调节，实现期望的功能。
3. 电子原理：电子原理是机电一体化中的重要组成部分，通过电子器件和电路实现信号的放大、变换、传输和处理等功能。
电子原理主要包括电路设计、模拟电子技术和数字电子技术等方面。
4. 传感原理：传感器是机电一体化中的重要组成部分，它通过物理量与信号的相互转换，将被测物理量转化为电信号，并传输给控制系统进行处理。
常见的传感原理包括光电传感、电磁感应、力电转换等。
机电一体化技术在实际应用中有着广泛的领域，以下是其中几个典型的应用案例：1. 工业自动化：机电一体化技术在工业自动化中的应用主要体现在生产线的自动化控制、机器人的应用以及智能化设备的研发等方面。
通过机电一体化技术，可以提高生产效率、降低人工成本，同时提高产品的质量和稳定性。
2. 交通运输：机电一体化技术在交通运输领域的应用主要包括智能交通系统、智能汽车、轨道交通及船舶工程等方面。
通过引入机电一体化技术，可以提高交通流量的处理能力、增强交通管理的智能化水平，并提高交通运输效率和安全性。
3. 医疗设备：机电一体化技术在医疗设备领域的应用包括影像诊断设备、手术机器人等。
通过机电一体化技术，可以实现对病人的无创检查和准确治疗，提高医疗设备的精度和可控性，同时提高医疗效率和安全性。
4. 家用电器：机电一体化技术在家用电器领域的应用主要体现在智能家居系统、智能厨房和智能家电等方面。
探究机电一体化系统功能原理
探究机电一体化系统功能原理探究机电一体化系统功能原理摘要：随着我国工业生产的快速发展，机电一体化系统逐渐用于各行业的产品生产当中，该系统是一套多功能的接口配置系统，并且在控制的基础之上演变到如今的机电单元功能原理的求解流程，充分地将电子设备、机械控制设备和计算机设备整合到了一起，让系统的结构形式形成了动力动能与微电机计算功能为一体的高自动化装置。
该文主要对机电一体化系统接口配置进行了分析，阐述了机电一体化系统功能的应用原理。
关键词：机电一体化;系统功能原理;相关研究如今，机电一体化系统已逐渐进入现代化的工业生产当中，在多个行业领域当中都有应用，该套系统具有多种现代化的数据控制及分析技术，其中计算机控制技术、微电子接口配置技术和动力传感测控技术是机电一体化系统内最为显著的三大技术，这套系统可以根据使用者的需求来及时调节所需的数据，因此，机电一体化系统在现代化的生产过程中将起到积极的效果，为生产厂家带来巨大的经济效益。
1 机电一体化系统的主要组成部分1.1 机械配置部分机械配置是机电一体化结构当中充当着核心的角色，可以说是构成机电一体化系统的框架部分，其中机械设备的核心处理器、设备外部框架结构和机械设备连接线都属于机械主体的重要组成部分，机电一体化当中的机械主体配置主要能够联系到机械设备的外部框架，再设计设备轮廓时采用多种配置的设计参数，将各个组成部分有效的结合在一起，此外，在进行外部轮廓设计时，可以利用CAD软件将设计的大致轮廓展现到液晶显示器上。
1.2 动力控制部分机电一体化系统中的动力控制，往往充当着提供能源的角色，这环节的组成部分整合了传感控制技术，在实际运转的过程当中，设备会出现欠压和功率不足的现象，若出现这种情况，那么设备中的机电一体化系统就会将这些数据通过有线传输，并让其经过线路传输环节、核心处理环节、最后在核心控制的指令之下，从而来调整动力控制中的供应力量。
1.3 传感控制部分传感控制主要承担了设备数据传输的能力，传感装置主要具有针对性的监测效果，及时了解数据的动态发展，并在有限的时间内将多方面的信息传输到设备的系统终端，这些数据测定的方式主要还是由一些专业的测控装置组成，传感控制器有很多种，其中最为常见的包括光传感器，这种传感器对光源有极高的敏感度，在光照条件良好的情况下，光传感控制器能够显示出一种动态变化的过程。
机电一体化原理
机电一体化原理
机电一体化原理是将电力与机械相结合，通过电气技术来控制和驱动机械运动，实现自动化和智能化的一种技术体系。
它通过电气单位的电磁原理和机械单位的运动原理相互结合，利用电机、感应器、传感器、控制器等电气元件与机械元件相互配合工作，实现电机驱动的机械部件的运动控制。
机电一体化的基本原理是在机械设计中加入电气元素和电控系统。
电气元素主要包括电机、电容器、电阻、电感等，电控系统是通过电路、传感器和执行器来实现对电气元件的控制。
通过将电气元素与机械结构紧密耦合，实现机械部件的运动控制。
机电一体化的优点在于可以实现精度高、稳定性好、速度快、灵活性强的运动控制。
通过电气信号控制机械元件的运动，可以实现多种复杂运动方式和精确的定位控制。
此外，机电一体化还可以实现自动化程度的提高，减少人工操作，提高工作效率。
机电一体化应用广泛，包括工业自动化、家用电器、交通运输、医疗设备等领域。
在工业生产中，机电一体化可以实现自动化装配生产线，提高生产效率和产品质量。
在家用电器领域，机电一体化可以实现家电的智能控制和远程操控。
在交通运输领域，机电一体化可以实现交通工具的自动驾驶和智能导航。
在医疗设备领域，机电一体化可以实现医疗器械的精确控制和自动化操作。
总之，机电一体化原理的应用范围广泛且多样化，通过将电气
和机械相结合，实现了自动控制和智能化的目标，推动了科技的发展和工业的进步。
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上海交通大学学报
ＪｏＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＳＨＡＮＧＨＡＩ儿ＡｏＴｏＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
ｖ０１．４０
Ｎｏ．７
Ｊｕｌ．２００６
文章编号：１００６—２４６７（２００６）０７—１１９６一０４
机电一体化系统功能原理求解
许
勇， 邹慧君
（上海交通大学机械与动力工程学院，上海２０００３０）
图２机电单元功能原理求解与接口匹配并行策略
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ
ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ
ｏｆ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ
ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｍａｔｃｈｉｎｇ
万方数据
上
海
交通
大
学
学报
第４０卷
的功能解出发，先配之以可行的驱动功能解，接着考 察在运动执行功能解与驱动功能解之间选配传动功 能解的必要性，并在通常必要的情况下寻找其输入 接口与驱动功能解适配、输出接口与运动执行功能 解适配的传动功能解．在此基础上，再依次选配合适 的传感检测功能解、控制功能解和辅助功能解．这是 一种效率较高，也比较可行的匹配策略． ２．３功能原理解接口特征匹配的实现方法 机电单元功能求解过程是从功能至效应，最终 至原理解的具体化和结构化过程．在系统级功能原 理求解过程中，所谓单元功能解的接口特征实际上 包含有功能接口特征、效应接口特征和原理接口特 征（见图１）．这三者之间不是并列的关系，后者是前 者的具体化和结构化，是前者的物化和实现，因而在 内涵上存在着嵌套的关系．原理解接口特征在内涵 上的分层嵌套性质体现了接口信息从粗略到详细的 层层相扣的特点，提供了按功能接口、效应接口和原 理解接口分层先后进行适配性检验的可能． 功能接口特征和效应接口特征所包含的信息量 相对较少，不必再对其划分层次．但作用原理接口特 征包含的信息量很大，有必要再对其细分层次．从图 １可以看出，作用原理接口特征包括输入／输出物料 接口、输入／输出能量接口、输入／输出信息接口、作 用环境接口７个分特征，它们大致可以被划分为作 用对象层次和关联对象层次．作用对象是指直接参 与功能实现，构成功能的输入和输出的对象．作用对 象还可以细分为主要作用对象和非主要作用对象２ 个层次，主要作用对象就是通过运动执行功能实现 转换的对象．关联对象是指不直接参与功能实现，而 是通过作用对象间接与原理解发生关系的对象，这 里主要指作用环境． 基于以上对作用原理接口特征的层次划分，作 用原理接口特征层面上的逐层次匹配策略为：先进 行主要作用对象接口特征匹配，再进行非主要作用 对象接口特征匹配，最后进行关联对象接口特征匹 配．由于关联对象接口特征所包含的接口信息比较 简单，故只讨论作用对象接口特征匹配的有关问题． 作用对象接口特征包括能量接口特征、物料接 口特征、信息接口特征３类． 能量接口特征可以被划分为３个层次：①效应 层．描述与效应直接相关的接口特征；②作用原理 层．对效应层物理量或者对象加以更加详细描述的 其他接口特征；③物理实现层．描述该原理解的结 构、形状、尺寸等物理层面的具体接口特征．同样，物 料接口特征、信息接口特征也可以划分为效应层、作
摘
要：建立了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型，提出了基于接口特征匹配的机电一
体化系统功能原理求解典型进程、机电单元功能原理求解与接口匹配并行策略．开发了一个支持电 脑刺绣机、多功能缝纫机等机电产品功能原理求解的计算机辅助系统，进行了实例验证．
关键词：接口匹配；机电一体化系统；功能原理求解
中图分类号：ＴＨ
万方数据
第７期
许
勇，等：机电一体化系统功能原理求解 单元原理解的独立的功能可行性之外，还需要研究 各个单元原理解作为整体的有机组成部分相联接 时，接口的适配性．为解决该问题，本文提出了机电 一体化系统功能原理解的接口特征模型（见图１）．
单元相接处必须具备一定的联系条件，即接口．， 大部分机电一体化产品的总功能是通过多个相 异和（或）相同分功能或子功能的协同作用来实现 的，称之为系统功能．与各机电单元功能原理求解相 比，机电系统功能原理求解除了需要研究每个机电
ｄｅｓｉｇｎ
ａｍｐｌｅ ｗａｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ；ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各 异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系 统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体 化系统设计归根结底就是接口设计［１］．概念设计是 产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案 设计则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产 品成本有决定性的影响［２］． 近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能 的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单 一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制 了能对单一功能求解的试验系统口。５］．但对多学科领
图１
鍪Ｙ华Ｙ待
其、，动、／运 他Ｉ力Ｉ动 征八征八征
特Ｊ特Ｉ特 特Ｊ特ｌ特
征八征八征
机电一体化系统功能原理解的接口特征模型
接口特征模型定义了机电一体化系统功能原理 解在功能、效应、作用原理等不同层面上的接口约 束，主要用于从原理解知识库中搜索可行解，是进行 系统级功能原理求解的核心知识．
设计学分析表明，机电一体化系统的总功能一 般都由目的功能（通常为运动执行功能）、驱动功能、 传动功能、传感检测功能、控制功能和辅助功能单元 组成嘲，如图２所示．其中，目的功能的解是机电一 体化系统功能原理解的核心．因此，由初选的一个目
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐ“ｎｃｉｐｌｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ
ｕｐ．
Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ
ｍａｔｃｈｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｔｙｐｉｃａｌ
接口特征
作用原理 接口特征
功能动词、／，功能类别、厂作用对象、／，关联对象
特征／＼特征／＼特征／＼特征
输入对象
特征
输出对象 特征
作用环境
特征
输入物料、／，输入能力、／，输入信息、／输出物料、／，输出能量、／，输出信息
接口特征／／＼接口特征／＼接口特征／＼接口特征／＼接口特征／／＼接口特征
纂）（萎）（蓥）（差）（鍪）（霾 箍人茬人差人茬人茬人茬
域集成的机电一体化系统概念设计阶段的功能原理 求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统 功能原理求解的研究却很少见到报道．本文着重探 讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理 求解策略和实现方法．
１功能原理解的接口特征模型
机电一体化系统由许多子系统或元件构成，把 能够实现单一功能（功能单元）的子系统或元件称为 机电系统中的机电单元．各机电单元之间必须能够 顺利进行物质、能量和信息的传递与交换，为此，各
２功能原理的求解策略
２．１功能原理求解典型进程 机电一体化系统功能原理求解的核心问题是检 验系统中各单元功能解与其相关联的其他单元功能 解的接口的适配性． 机电系统功能求解过程可以分为２个分过程： ①具体化、结构化分过程，解决机电单元功能解的 可行性问题，即通过功能一效应一作用原理映射过 程生成作用原理解（即实现给定功能的物理结构）； ②综合化、集成化和系统化分过程，解决机电单元 功能解集成时的接口适配性问题． ２．２功能原理求解与接口匹配策略 机电一体化系统功能原理求解的前提和基础是 机电单元功能原理的独立求解，按相关性次序，分层 次地进行相关部分单元功能解的接口适配性检验， 及时淘汰在前一层次已经不适配的系统解，以减少 下一层次的接口适配性检验工作．
ａｓ
Ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ＿ａｉｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆＤｒ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ
ａ
ｓｙｓｔｅｍｓ
ｅｘ—
ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｅｍｂｒｏｉｄｅｒｙ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓｅｗｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ
１１２
文献标识码：Ａ
Ｔｈｅ ＦｕｎｃｔｉＯｎ ＰｒｉｎＣｉｐＩｅ ＳＯＩｕｔｉＯｎ ｆＯｒ ＭｅＣｈａｔｒＯｎｉＣ ＳｙｓｔｅｍＳ
ＸＵｙｂ竹ｇ，Ｚｏ己，Ｈｚｆｉ０甜行 （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）
万方数据
第７期
许
勇，等：机电一体化系统功能原理求解
Hale Waihona Puke １１９９解不完全匹配的情况，求得传动功能原理解为：移框 机构采用同步齿形带实现步进电机轴转动到绣框 ｚ／ｙ方向独立往复直线运动的转换．ｚ、ｙ方向的绣 框传动方式完全相同且相互独立． 在已知刺绣机系统各单元功能原理解的基础 上，可明确整个系统的工作过程如下：控制计算机启 动主轴运转，由刺料机构带动针杆及旋梭运动，计算 机从刺绣数据文件中顺序读取每一针的ｚ、ｙ相对 位移坐标，根据坐标数据驱动绣框移动，计算机通过 读取针杆位置传感器的信号使绣框移动与刺料机构 的运动相配合． ４
用原理层、物理实现层３个层次． 基于以上对作用对象接口特征的层次划分，作 用对象接口特征匹配策略为：效应层接口特征匹配 一作用原理层接口特征匹配一物理实现层接口特征 匹配． ３
应用实例
基于以上思想，笔者开发了一个支持电脑刺绣
机等机电产品功能求解的计算机辅助原理方案设计 原型系统．限于篇幅，本文主要介绍电脑刺绣机绣框 传动机构的功能原理求解过程． ３．１系统工艺原理 刺绣工艺原理如下：绣针在织物之上时，绣框沿 ｚ、ｙ两个方向移动到规定的位置，当绣针自上而下 落到织物表面时，停止绣框移动，刺料机构便完成一 针线迹的动作．线迹的长度和方向由绣框在ｚ、ｙ两 个方向的移动距离决定，线迹的集合构成了绣品． ３．２运动执行单元功能原理求解 从电脑刺绣机要实现的功能、系统输入输出接 口、作用环境等信息出发，首先与知识库中的原理解 进行功能接口和效应接口的匹配，以解决单元功能 解的可行性问题．功能接口匹配主要是指功能动词 的匹配．效应接口的匹配包括效应推理和效应特征 匹配２个步骤：①效应推理是对输入输出对象的几 何、物理、化学等特征进行分析、比较，以查找出有可 能被用于实现该产品功能的效应特征．此例中，可以 推理到的效应特征是空间相对运动效应．②效应特 征匹配是指把效应推理得到的效应特征与知识库中 原理解的效应接口特征进行匹配，以确定该解是否 满足功能可行性．然后检验原理解的作用原理接口 特征与产品功能特征之间的适配性．本例中，刺绣工 艺的动作正是通过绣框在ｚ、ｙ两个方向的直线往 复运动与绣针在ｚ方向的连续上下往复直线运动的 配合，在刺料机构的作用下形成线迹。 ３．３驱动单元功能原理求解 在最终确定驱动功能原理解前，必须首先根据 产品设计的实际要求对可行的运动执行功能原理解 的输入能量接口特征加以修改和充实．本例中，刺料 工艺所需的机构运动执行功能解（绣框在ｚ、ｙ两个 方向的直线往复运动与绣针在ｚ方向的连续上下往 复直线运动相配合，在刺料机构的作用下形成线迹） 与其驱动功能解（主轴电机、ｚ及ｙ向移框步进电 机）不完全匹配，因此，有必要进行传动功能求解． ３．４传动单元功能原理求解 针对电脑刺绣机运动执行功能解与其驱动功能