机电一体化系统总体设计-设计过程示例
机电一体化系统设计课件(第4章)
通过实例讲解伺服驱动系统设计的具体方法和步骤。
Biblioteka Baidu 04 机电一体化系统软件设计
嵌入式系统软件设计
1 2 3
嵌入式系统软件概述
嵌入式系统软件是指嵌入到硬件中，用于实现特 定功能的软件。它通常具有实时性、可靠性和专 用性的特点。
嵌入式系统软件开发流程
包括需求分析、设计、编码、测试和部署等阶段 。在开发过程中，需要考虑到硬件资源的限制和 实时性的要求。
直观、易用的特点，能够提供良好的用户体验。
人机界面软件开发流程
02
包括需求分析、设计、编码、测试和部署等阶段。在开发过程
中，需要考虑到用户需求和操作习惯的要求。
人机界面软件常用开发工具
03
包括图形界面设计工具和用户界面开发框架等。这些工具能够
帮助开发人员更高效地进行人机界面软件开发。
网络通信软件设计
机电一体化系统的应用与发展趋势
总结词
机电一体化系统的应用、发展趋势
详细描述
机电一体化系统的应用非常广泛，涉及到制造业、农业 、军事、医疗等领域。在制造业中，机电一体化系统被 广泛应用于数控机床、自动化生产线等领域；在农业中 ，机电一体化系统可以提高农业生产效率，实现精准农 业；在军事和医疗领域，机电一体化系统也有着广泛的 应用前景。未来，随着人工智能、物联网等技术的发展 ，机电一体化系统将朝着更加智能化、网络化、微型化 的方向发展。
机电一体化系统总体设计与实例分析-智能洗衣机
05 结论与展望
研究结论
智能洗衣机机电一体化系统设计有效提高了洗衣机的性能和效率，实现了自动化和 智能化。
通过优化系统设计和控制算法，智能洗衣机在能耗、洗涤效果和用户体验等方面表 现出显著优势。
智能洗衣机在家庭和工业应用中具有广泛的应用前景，为现代生活和工业生产提供 了便利。
研究不足与展望
目前的研究主要集中在智能洗衣机的硬件设计和控制 算法优化，对用户界面和交互设计等方面的研究不够
深入。
未来研究可以进一步探索智能洗衣机的用户界面设计， 提高用户友好性和易用性，以满足不同用户的需求。
随着物联网和人工智能技术的不断发展，未来智能洗 衣机可以与智能家居系统实现更紧密的集成，为用户
提供更加便捷和智能的洗衣体验。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
网络化
通过物联网、云计算等技术， 实现远程监控、故障诊断和协 同作业。
绿色化
注重环保和节能，推广可再生 能源和资源循环利用。
03 智能洗衣机系统设计
智能洗衣机系统概述
智能洗衣机系统是一种集成了机 械、电子、控制和信息技术的自 动化设备，用于完成洗衣、漂洗、
甩干和烘干等任务。
智能洗衣机系统具有自动化、智 能化、高效节能和环保等特点， 能够满足现代家庭和工业生产的
实例运行效果测试与分析
测试目的
第二讲-机电一体化系统总体方案设计
刻失效概率的变化情况。
t dF f t t dt t Rt R
1.5 可靠性设计
1、系统可靠性 （1）可靠性指标
1.5 可靠性设计
1 、系统可靠性
（2）可靠性预测
通过预测，对新产品设计的可靠性做出估计，提供方案修改、调整及优选的依 据，并可由此对产品的维修费用以至全寿命运行费用做出估计。
可靠度函数是产品在规定的条件下和规定的时间 t 内，完成 规定功能的概率，以R(t)表示；反之，不能完成规定功能的概 率称为失效概率，以F(t)表示。
dF t 产品工作到 t 时刻时，单位时间内失效数 dt 与 t 时刻尚存 的有效产品数R(t)的比称为失效率，以 t 表示，反映任意时
1.5 可靠性设计
1 、系统可靠性 （3）可靠性指标的分配 ①等同分配法
按照各组成单元可靠性相等的原则分配。
②按比例分配法
其分配原则是按照各组成单元的预计失效概率的比例进行分配。
③按重要性分配法
考虑各组成单元的重要程度、复杂程度及工作时间等差别的分配方法。
④最优化分配法
根据系统中起主导作用的特性参数的优化目标和各种限制性约束条件 选取最优化分配方案。
（3）水下设备
考虑高压密封问题，比如采用液压驱动较电驱动易实现密封，使用复 合材料轴承代替普通滚动轴承可延长寿命，改善关节性能。
（4）一般工业设备
机电一体化系统设计
机电一体化设计练习主要思路
一、机电一体化基本概念
用常见例子区别模拟信号和数字信号;实质：时间-强度表达形式
时间是横坐标,强度是纵坐标,强度连续为模拟信号,强度离散为数字信号,光盘0101数字信号
“机电一体化”的含意P1：从系统观点出发,将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合,实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术;
6个相关技术P3：分析信息处理技术、伺服传动技术
1、信息处理技术计算机数据处理
包括信息的变换、存取、运算、判断和决策,信息处理大都是依靠计算机来进行的,因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的;主要采用工业控制机可编程控制器、单多回路调节器、单片微机控制器、总线式工业控制机、分布式计算机测控系统等进行信息处理;
2、伺服传动技术
在控制指令的指挥下,控制驱动元件,使机械执行机构按指令要求进行运动,并具有良好的动态性能;液压伺服系统工作稳定、响应速度快、输出力矩大,特别是在低速运行时的性能更具有突出的优点;缺点：增加液压动力源,设备复杂、体积大、维修费用大,污染环境;大部分采用电气伺服系统,采用电动机作为伺服驱动元件,具有控制灵活、费用较小、可靠性高等优点,缺点：低速时输出力矩不够大;
实例：温度控制系统图解,联系伺服控制系统说明各环节功能;
见书上
机电一体化系统4个分类伺服、数字、顺序、过程举例说明：
1、伺服传动系统工业机器人、数控机床、坐标测量机
机械设备位置和速度的动态控制;工业机器人的关节伺服传动系统
2、数字控制系统CNC机床
机电一体化系统设计课程设计【范本模板】
机电一体化系统设计课程设计说明书
（小幅面平板式二维绘图仪画笔驱动系统）
目录
目录................................................................................................................... - 2 - 中文摘要................................................................................................................... - 4 -
一、课程设计的目的............................................................................................... - 5 -
二、设计任务........................................................................................................... - 5 -
三、总体方案的确定............................................................................................... - 5 -
四、机械传动部件的设计与选型........................................................................... - 6 -
第二章机电一体化总体设计第二章机电一体化总体设计
2.1 总体设计概述
2.2 机电一体化功能设计
2.3 总体功能设计的过程和步骤2.4 功能及性能指标的分配2.5 接口设计
2.6 机电一体化系统的现代设计方法
第二章机电一体化总体设计
§2.1总体设计概述
特征：自动化，通用性，经济性，耐环境性
基本构成不同，设计制造的方法也不同
\机械系统设计：承担机械本体、驱动、传动、执
行操作和检测机构的选用与设计
\控制系统设计：承担选择和设计控制器的硬件和
软件，与执行元件、传感检测元件相接口的电路。
\机电系统设计：机械和电子技术密切结合，相互
协调，相互补充综合应用；机电一体化产品比单一门类的设计有更多的可选择性和设计灵活性
机电一体化产品的设计1）设计流程：
流程: 产品规划;概念设计;详细设计;设计实施;设计定型
2）设计准则：
主要考虑“人、机、材料、成本”等因素，在保证目的功能要求与适当使用寿命的前提下不断降低成本。
设计类型：
\开发性设计：没有参照样板的设计(原理,
方案未知,根据产品总功能要求和有关限制, 创造新产品)
\适应性设计：局部更改，适应性变动，以使产品的性能和质量提高。(方案原理不变,根据技术发展和使用要求,对产品结构和性能进行改进,提高性能质量)
\变异性设计：适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变(改变结构设置和尺寸,以满足不同使用条件)
2.1 总体设计概述
2.2 机电一体化功能设计
2.3 总体功能设计的过程和步骤2.4 功能及性能指标的分配2.5 接口设计
2.6 机电一体化系统的现代设计方法
第二章机电一体化总体设计
§2.2 机电一体化功能设计
机电一体化生产系统总体设计
2
可靠性
确保系统的稳定性和可靠性，减少故障率，提高生产效率和产品质量。
3
安全性
考虑到系统操作人员的安全和设备的安全性，采取相应的安全措施和防护措施。
机电一体化生产系统的实施步骤
需求分析
明确生产系统的需求和目标，分析生产流程和 工艺。
系统集成
将各个部分进行整合和集成，确保系统的各个 组成部分能够协同工作。
机电一体化生产系统的重要性和优势
1 提高生产效率
通过自动化和智能化技术，减少人力操作，提高生产效率，降低生产成本。
2 提高产品质量
减少人为因素对产品质量的影响，提高生产精度和一致性，保证产品的稳定质量。
3 提升生产灵活性
通过先进的控制系统，能够快速适应不同产品的生产需求，提高生产线的灵活性和适应 性。
机电一体化生产系统的主要组成部分
机械部分
• 生产设备 • 物料输送系统 • 机械手臂
电气部分
• 电机和控制器 • 传感器和执行器 • 电气控制系统
自动化控制部分
• PLC和SCADA系统 • 编程控制 • 监控和数据收集
机电一体化生产系统的设计原则
1
灵活性
设计系统时考虑到生产线的灵活性和扩展性，以适应未来的变化和需求。
系统设计
根据需求分析结果，设计出合适的机械、电气 和控制系统。
系统调试和优化
机电一体化系统总体方案设计
总结和展望
总结
机电一体化系统的总体方案设计 是一个复杂而关键的过程，需要 综合考虑不同技术的相互配合。
展望
随着技术的不断发展，机电一体 化系统将会变得更加高效、智能 和可靠。
机电系统工程师的角色
机电系统工程师在设计和开发过 程中发挥关键作用，为工程的成 功做出贡献。
2 人机界面（HMI）
设计直观且易于操作的人机界面，使操作员能够轻松地与系统交互。
3 数据存储和分析
实现对系统数据的存储和分析，以帮助优化系统性能。
系统测试和验证方法
1
单元测试
逐个测试系统的各个部件以确保其正常工作。
2
集成测试
将各个部件组合并测试系统的整体功能。
3
验证测试
进行全面的验证测试来确认系统满足设计要求。
机电一体化系统总体方案 设计
在现代工程中，机电一体化系统的设计至关重要。本课程将介绍系统的背景 和意义，设计目标和要求，以及所需器件和材料的选择。
系统总体方案介绍
1 完整的一体化方案
设计一个集机械、电子、计算机等多项技术于一体的系统。
2 高效的能源利用
通过最大程度地优化各部分的协调工作，实现能源的高效利用。
3 安全可靠
确保系统的安全性和可靠性，减少操作风险。
所需器件和材料的选择
高性能电机
பைடு நூலகம்选择具有高效能和可靠性的电机来驱动系统。
设计过程示例-机电一体化系统总体设计典型例题
1、用功能树法进行露天矿开采挖掘机的功能原理方案设计。答：
首先进行功能原理结构分析：
由此推导，得出以下功能原理图：
2、一数控系统如图所示，试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。
总总总
总总总1
总总总1
总总总n
……总总总n
……
总总总n
……
总总总
总总总总总总总
总总总总总总总总
总总总总总总总总总总总总总总总总总
答：
按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下：
（1）控制及信息处理单元： 键盘、计算机、显示
（2）测试传感部分： 光电编码器、信号处理
（3）能源： 电源
（4）驱动部分： 功放、电机
（5）执行机构： 联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台
3、已知某物料搬动机械手的结构与动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度，采用电磁阀控制的气缸驱动，PLC控制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。
左移
答：
系统设计的详细工程路线：
1)确定目标及技术规范：
机械手的用途：物料搬运。
工作方式：手动、自动方式
主要技术参数：3自由度。
使用环境要求：生产线
2)可行性分析：收集资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析
3)总体方案设计：机械手总体结构方案设计制定研制计划；开发经费概算；开发风险分析。
4)总体方案的评审、评价。
5)理论分析阶段：机构运动学模型、作业空间分析；
机构的力学计算；驱动元件的选择、动力计算；传感器选择、精度分析；建立控制模型、仿真分析。
6)详细设计：包括系统总体设计，业务的划分；控制系统设计；程序设计；后备系统设计；设计说明书、使用说明书。
机电一体化系统设计课程设计参考
机电一体化系统课程设计
X-Y数控工作台设计说明书
：称学校名
：班级学号
：名生学姓：班级
2016 4月年1 / 21
一、总体方案设计
1.1 设计任务
设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。
设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。
1.2 总体方案确定
（1）系统的运动方式与伺服系统
由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
（2）计算机系统
本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。
控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。（3）X-Y工作台的传动方式
为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。
由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
电力拖动
43
第二章 机械系统设计
传动机构：机电一体化系统中传动结构的主 要功能是传递转矩和转速。因此，它实际上 是一种转矩、转速变化器。
导向机构：其作用是支撑和限制运动部件按 给定的运动要求和规定的运动方向运动。
执行机构：用来完成操作任务。能根据操作 指令的要求在动力源的带动下，完成预定的 操作。
2020/4/11
电力拖动
27
第三节 机电一体化的相关技术
系统总体技术
系统总体技术是以整体的概念组织应用各种相 关的应用技术。即从全局的角度和系统的目标 出发，将系统分解为若干子系统，从而实现整 个系统技术协调的观点来考虑每个子系统的技 术方案，对于子系统与子系统之间的矛盾或子 系统和系统整体之间的矛盾都要从总体协调的 需要来选择解决方案。
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电力拖动
6
第一章 绪论
第一节 机电一体化的定义 第二节机电一体化系统设计的目标与方法 第三节 机电一体化的相关技术 第四节机电一体化系统的基本功能要素 第五节 本课程的目的和要求
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电力拖动
7
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8
第一节 机电一体化的定义
传统机械：主要以力学为理论基础，以经验为 实践基础；
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第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
机电一体化第七章机电一体化典型系统设计
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4. (1)操作指导控制系统。 （2） 直接数字控制系统（DDC）。其系统组成如图7-4所示。 （3）计算机监督控制系统（SCC）。SCC系统就其结构来讲，可分
③ 提出设计检测系统的具体实施计划，包括资金、人力、物力和设
④ 给出检测系统的关键技术问题，并进行分析研究，制定解决方案。
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(2) ① ② 提出初步设计方案. ③ 可行性分析。
2. 对于设计检测系统时，在满足系统总体技术指标的前提下，选择最佳
的检测系统设计方案。在选择设计检测系统中应考虑以下几个问题。
用PC机等微型计算机完成分级控制和管理功能。它具有使用灵活方 便、可靠性高、功能强等特点。图7－7所示的分级计算机控制系统 是一种四级的分布式控制系统，各级计算机的功能如下： 装置控制级（DDC级）。 车间监督级（SCC级）。 工厂集中控制级。 企业管理级。 (5) 计算机网络控制系统是把许多分散在各地的独立的计算机连接起 来，实现数据通讯、信息变换和资源共享。它是通讯技术和计算机技 术相结合的综合系统。
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图7-1 压力与温度检测系统图
机电一体化系统总体设计-设计过程
规格 安全，法规
ห้องสมุดไป่ตู้
制造 制造策略 全面质量管理 单元管理 成组技术 并行工程 性能测量和成本核算 开放式制造业标准
集成
电子
机械
控制
信息系统
制造技术 电子工程
财务控制
机械 工程 控制
管理 计算机工程
教育 ＆
培训
工作实践 ＆
劳资关系
营销
第二章 机电一体化系统总体设计
2.1 设计过程
需求 分析问题 准备计划书 产生可能的解决方案 选择合适的解决方案 产品的详细设计 产品加工图纸
市场调研 概念设计 编制设计任务书 功能原理方案设计 方案设计评估与优化 结构设计和参数核算 完成全部设计文件
机电工程与技术
营销
设计
电子设计 (模拟，数字) 微电子 控制工程 执行系统研究 数据存储与管理 诊断方法，工具，技术 系统介绍 系统识别 工业设计 传感器，反馈，人工智能 响应时间
机电一体化系统设计及应用实例
6.2.3
车削中心比数控车床工艺范围宽，工件一次安装，几乎 能完成所有表面的加工，如内、外圆表面，端面，沟槽，内、 外圆及端面上的螺旋槽，非回转轴心线上的轴向孔和径向孔 等。
车削中心回转刀架上可安装如钻头、铣刀、铰刀、丝锥
等回转刀具，它们由单独的电动机驱动，也称自驱动刀具。
在车削中心上用自驱动刀具对工件的加工分为两种情况：一
6.1 概述
6.1.1 1.刚性半自动化单机 除上、下料外，机床可以自动完成单个工艺过程
的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化机床。 2. 它是在刚性半自动化单机的基础上增加了自动上、
下料等辅助装置而形成的自动化机床。
3. 刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输 送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺 序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工 的复杂大系统。
图6-5 柔性制造系统的组成
图6-6所示是一个具有装配功能的柔性制造系统。 柔性制造系统的主要特点有：柔性高，适应多品种中、 小批量生产；系统内的机床工艺能力上是相互补充和 相互替代的；可混流加工不同的零件；系统局部调整 或维修不中断整个系统的运作；多层计算机控制，可 以和上层计算机联网；可进行三班无人干预生产。
有轨小车的特点是：加速和移动速度都比较快，适合运 送重型工件；导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；控 制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广应用；行走 路线不便改变，转Biblioteka Baidu角度不能太小；噪声较大，影响操作工 监听加工状况及保护自身安全。
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θ3
K
F0 2 B
x3 GK α
1
y3
D η
G1：滑块的重力
F2 1 θ 2
x2 G2：引导螺丝的重力
GK：各运动部件的重力
C
θ1
F0 1
y2
G1
F1 2
G2 x0
x1
y0 y1
A
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
滑动丝杠驱动曲柄摇块机构方案
滑动丝杠驱动曲柄摇块机构方案
变位器虚拟样机的动力学仿真 变位机的Adams模型
履带
轮胎
3
油缸 抓斗
液轮
链传动 片式制动 液压-齿轮
迈步式
4
皮带传动 圆锥形传动 轨道-车轮
组合方案数=3×3 × 2 × 3 × 1 × 4 × 4 × 3 × 4=10368
若方案为：（A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1）→ 履带式正铲机 械挖掘机
若方案为：（A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2）→ 轮胎式正铲液 压挖掘机
焊接用变位器
➢ 焊接用自动变位器主要用于产品的堆焊，目前在工厂中使用的绝大 多数都是焊接用变位器。焊接变位器结构简单、体积庞大、对精度和 定位刚度的要求较低。目前国内基本可以生产各种吨位和尺寸的焊接 用自动变位器。
159 t座式焊接变位机 唐山开元装备公司
80 t双立柱升降式焊接变位机 无锡阳通机械设备有限公司
启 动 、
变 速
仪 表 显
照 明
其 他
换
递 与 分
铲 斗
推 压
移停
示
动止
）（
配ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
制
动
）
3、功能元组合——相容矩阵法
方案序号
1
2
分功能
A
推压
齿条
钢丝绳
B
铲斗
正铲斗
反铲斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动 外齿轮传动
E
能量转换
柴油机
F 能量传递与分配 齿轮箱
油泵
G
制动
带式制动 阐瓦制动
H
变速
液压式
齿轮式
I
行走
使 用 7、操作方便
附加要求
总功能：瓶盖整列，其黑箱模型如下图所示。 总功能分解：总共能与分功能之间的结构系统如下：
目标特征
局部解
目标
标记
1
2
3
4
5
6
A
输 入
重力
机械 力
B
测 向
机械测量
气 压 磁通密度 光 测 气 流
功分 能C拣
元
气流
负压
重力
机械式
翻 D转
重力
气流
导向
7
8
液、气力
E
输 出
重力
机 械力
➢ 蒸汽发生器水室封头采用整体锻造结构， 其毛坯重量约200吨，成品重量43.5吨，直 径4.3米。 ➢ 加工重型零件最困难的是处理不同工序间 工件的移动和再定位。
➢ 使用传统的定位装置，工序如图所示：
➢ 蒸汽发生器水室封头工件和夹具总质量为几十吨甚至上百 吨，使用天车和简陋的传统装夹定位装置，工件变位和定位 非常困难，精度很难保证。在精加工阶段必须配备高档重载 自动变位机。
第二章 机电一体化系统总体设计
2.3 设计过程示例
a. 市场调研
1. 消费者的潜在需要 2. 用户对现有产品的反映 3. 产品市场寿命周期产生的阶段要求 4. 竞争对手的技术挑战 5. 技术发展的推动 6. 社会的需要
实例：蒸汽发生器水室封头
➢ AP1000的主环路系统由核反应 压力容器，蒸汽发生器、稳压器和 各种管道组成。 ➢ 蒸汽发生器水室封头是蒸汽发生 器的关键部件，是蒸汽发生器与核 反应压力容器等其他部件的接口。
液、气力
实例：水室封头用重载自动变 位机主翻转机构的方案设计
图1.1 球面并联机构
图1.2 改进型球面并联机构
曲柄滑杆机构方案
曲柄摇块机构方案
以翻转角度工作空间和驱动力性能为指标，以变位机高
度尺寸、机床主轴最大加工高度为约束条件，考虑各种实际
工况，设计出冗余同步驱动2-RPRR并联翻转变位机构。
如功能方案的 空间结构关系， 大致的成本、 重量、尺寸以 及可行性等设 想。
实例1：变位机翻转机构的优化创新设计
c. 编制设计任务书
1）产品名称 2）产品用途 3）主要技术规格 4）技术性能指标 5）其它
实例：核岛蒸汽发生器水室封头用高档重载自动变位机
变位机主要技术参数
➢ 工作台有效直径：Φ5000mm。（安装夹钳后直径达6米） ➢ 夹持工件最大直径：Φ4500mm。 ➢ 工作台承载能力：50吨。 ➢ 工件加工时的最大切削力≈3500 Kg。 ➢ 工作平台翻转角度范围：0～70°。 ➢ 工作台水平时最大高度：3000mm左右。 ➢ 机床工作时主轴的最大高度：3500mm。
2、寻找功能元——黑箱法或功能树法
黑箱法（Block Box）特点
通过“黑箱”与输入、输出量及周围环境的信息联 系，了解系统(产品)的功能、特性，进一步探索出系统 的机理和结构，逐步使“黑箱”透亮，直至方案拟定。
它摆脱了具体设计对象，而按系统(产品)的功能和 对三大流进行定性描述来进行思考，使问题简化，以利 于启发设计人员构思出更新、更好的功能原理方案来。
丝杠柔性体切削仿真
丝杠柔性体切削仿真瞬时丝杠应力分布图
翻转70度时最大工作载荷下翻转架应变分布图
变位器在现场使用情景
P-N5 250t座式焊接变位机 德国诺威尔重型机器制造有限公司
HB-60t型焊接变位机 成都焊研威达自动焊接设备有限公司
两自由度变位机 意大利Innse-Berardi公司
加氢反应器的两自由度变位机 法国Framatome公司
b.概念设计
2）工艺可实现性
概念设计
5）避免不良 结构性
概念设计：通 过构思确定设 计任务和用简 图形式表达的 设计问题的一 个求解轮廓。
黑箱
实例：用黑箱法进行露天矿开采挖掘机的方案设计
实例：用功能树法进行露天矿开采挖掘机的方案设计 总功能
分功能1
……
分功能n
功能元1 …… 功能元n
功能元1 …… 功能元n
总功能 （挖煤、运煤）
驱动功能
执行功能 行走功能 控制功能 辅助功能 支承和联接
（
整
台
能能 量量 转传
铲提回 入升转
机 器 的
d. 功能原理方案设计
根据设计任务书提出的参数和要求，提出实现这些要 求的技术方案——原理性的构思,并未涉及到具体结构尺寸 的设计计算。
包括： （1）功能模块的划分； （2）功能模块的求解； （3）功能模块的组合； （4）方案筛选。
1、功能分解
功能
必要功能
基本功能 附加功能
非必要功能
基本功能：必须保证的功能，在设计中不能改变。 附加功能：可随技术条件的或结构形式的改变而取舍或改变。 非必要的功能：设计者主观加上去的，可有可无。
e、方案设计评估与优化——选择表法
实例： 瓶盖整列装置设计
瓶盖整列装置的功能要求
1、不规则瓶盖整列为口朝上逐个输出 基本要求
功 能
2、整列速度100个/分钟
必达要求
3、整列误差小于1/1000
必答要求
加 工 4、小批生产，中小型厂加工
基本要求
成 5、成本不高于2000元/台 本 6、结构简单
附加要求 附加要求