机电系统设计方法PPT课件

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3. 设计流程
确定产品规格、性能及功能指标
拟定系统方案、划分功能模块
方案论证、确定模块设计目标、组 织设计工作
功能模块、接口细部设计
系统设计的综合评价
N 满意吗 Y
功能模块试制与调试
N 满意吗
N 满意吗 Y
功能模块试制与调试
N 满意吗
Y 系统整体组装、调试及可靠性、抗干
扰复核
N 满意吗
Y 工艺定型
三、系统评价 1.评价指标 2.评价方法 四、机电系统的现代设计方法 1.并行工程 2.绿色设计 3.反求设计 4.虚拟设计 5.快速响应设计
5.1.1 机电一体化工பைடு நூலகம்与系统工程
一、机电一体化工程与系统工程 系统工程的定义：
1978年，钱学森就指出：“系统工程是组织管理的 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通意义的科学方法。”系统工程是 以大系统为对象，以数学方法和计算机为工具，对系统的 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。
5.1.1 机电一体化工程与系统工程
2.机电一体化工程 机电一体化工程是系统工程在机电一体化系统(或产
品)中的具体应用。机电一体化技术是从系统工程的观点 出发，应用机械、电子等有关技术，使机械装置和电子设 备有机结合，实现系统或产品整体最优酌综合技术
5.1.1 机电一体化工程与系统工程
3.机电一体化工程与系统工程之比较
例如，第一台数控机床的设计、第一台磁盘驱动器 的设计，就属于开发性设计。
5.1.2 机电一体化系统的设计基本方法与流程
2. 设计类型 (2) 适应性设计
指在总的方案原理基本不变的情况下，对原有系统进 行局部变动和改进，以适应增加功能、提高性能或降低成本， 以适应科学技术发展和市场竞争的需要。
例如，对照相机应用电子快门自动曝光代替手动调整， 使照相机在小型化、智能化方面得到提高；对普通机床进行 数控改造设计，使其性能和功能增强；这些都属于适应性设 计。
5.1.1 机电一体化工程与系统工程
一、机电一体化工程与系统工程 系统工程的原则： (1)整体性原则
系统各要素之间是有机结合，而非简单的叠加。从整体性的 角度，提高系统的性能。 (2)综合性原则 系统各要素之间的有机结合涉及多方面的属性，应当将这 些属性综合起来研究。 (3)科学性原则 指在处理各种设计问题时，应按照科学的顺序和步骤进行， 尽量使用定量的方法。
5.1.2 机电一体化系统的设计基本方法与流程
2. 设计类型 (1) 开发性设计 (2) 适应性设计 (3) 变异性设计
5.1.2 机电一体化系统的设计基本方法与流程
2. 设计类型 (1) 开发性设计
这是一种从无到有的全新设计，是在既没有参考样 机又没有具体设计方案参照的情况下，根据所设计系统的 功能要求和抽象的设计原理进行的创造性工作。
5.1.2 机电一体化系统的设计基本方法与流程
(2) 融合法 即结合法 是指将各组成要素有机结合为一体，构成专用或通
用的功能子部件(子系统)。 它体现在两方面： 机电性能互补和软硬件结合
例如，在数控机床进给系统中，对于存 在的丝杠螺母传动间隙、刀具安装误差 等问题，若单纯采用提高机械制造精度 的办法是很难解决的。实际上，采用机 床数控系统的自动间隙补偿及刀具补偿 功能，可使问题迎刀而解，而且更有效、 更合理。
编写技术文件、资料
结束
5.1 机电系统设计基础
三、系统评价 1.评价指标 2.评价方法
5.1.3 系统评价
1.评价指标
对机电产品的优劣进行评价，必须要有定量的 指标作依据，这些指标应该是能够用来衡量产品性能 和结构质量的参数指标，一般分为基本指标、优化指 标和寻常指标三类 。
5.1.3 系统评价
5 机电系统设计
5 机电系统设计
5.1 机电系统设计基础 5.2 可靠性设计
5.1 机电系统设计基础
一、机电一体化工程与系统工程 1.系统工程 2.机电一体化工程 3.机电一体化工程与系统工程之比较 二、机电一体化系统的设计基本方法与流程 1.设计方法 2.设计类型 3.设计流程
5.1 机电系统设计基础
5.1 机电系统设计基础
二、机电一体化系统的设计基本方法与流程 1.设计方法
机电一体化的设计方法从系统的角度出发，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。实际机电系统的设计内容和方法是丰富多彩的， 但是从一体化设计的角度看，主要有三种方法，即替代法、 融合法和组合法。
5.1.2 机电一体化系统的设计基本方法与流程
(1) 替代法 即机电互补法，或取代法
一般指用高性能的电子及电气部件替代复杂的机械 装置，实现原有装置的功能。这种方法常用于对传统机械 设备的机电一体化改造。这种替代不是简单的置换，往往 可以带来多方面的提高，例如可以简化机械结构，方便控 制、获得高性能。
5.1.2 机电一体化系统的设计基本方法与流程
2. 设计类型 (3) 变异性设计
这种设计是在设计方案和功能结构不变的情况下， 通过改变规格尺寸、速度、力或功率等参数而进行的系列 化设计。变异性设计的目的是满足市场对产品的不同需要。 这种设计相对比较容易，但设计人员也必须有比较丰富的 工程经验，对参数的改动也必须进行科学的计算和必要的 实验。
系统工程
机电一体化工程
产生年代 对象
50年代(美国) 大系统
70年代(日本) 小系统、机器
基本思想 技术方法
系统概念
机电一体化概念(系统和接口的概念)
利用软件进行优化、仿 硬件的超精密定位、超精密加工、优 真、鉴定、检查等。 化设计、微机控制及仿真
信息处理系统 大型计算机
微型计算机
共同点
应用计算机，具有实用性、综合性、复合性
(1) 基本指标
基本指标是决定产品功能和基本性能的指标，是设 计必须达到的指标，如工作范围、运动参数、动力参数、 结构参数、精度指标、环境指标等。这些性能指标以能够 满足用户要求为度，不需要追求过高的指标。
例如虚拟仪器可用 软件实现示波器的 功能。
5.1.2 机电一体化系统的设计基本方法与流程
(3) 组合法
它是指将功能部件（或子系统）、功能模块像积木那 样组合成各种机电系统。
在新产品系列化及设备的机电一体化改造中应用这种 方法，可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且 有利于生产管理、使用和维修。