01章设计绪论 1讲

（机械系统设计）

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章 章 章 章 章 章 章 章
绪论 系统原理 设计原理 动力系统 运动系统 操纵系统 控制系统 „„
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先进设计系统
第 1 章 绪论
第1章 绪论
1.1 系统的基本概念
1.2 先进设计系统的概念 1.3 现代工程对设计人员的要求
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自然系统 Natural systems 系统起源 人工系统 Artificial systems 物质系统 Physical systems 要素性质 概念系统 Conceptual systems 动态系统 Dynamic systems 与时间关系 静态系统 Static systems 简单系统 Simple systems 要素数量和结构 复杂系统 Complex systems 孤立系统 Island systems 与外界的作用 封闭系统 Closed systems 开放系统 Open systems 黑色系统 Black systems 白色系统 Whitening systems 认识论 灰色系统 Grey systems
第 1 章 绪论
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图1-2 万里长城
例1-1 图1-2 万里长城 始建于公元前7世纪楚国，秦始皇（公元前221-前210）时期有30万人连接了各国长城，明 代（1368-1644）万历年间又大规模修筑。全长6700公里，是世界上最长的城墙建筑。具 有防御、通讯和保护交通的功能，从工程计算、建筑材料到施工管理均体现了系统思想
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图1-7 人机环系统示意图
任务要求 + － 显示 人 机 系统输出
控制
环境
环境
图1-7 人机环系统示意图 先进设计系统 第 1 章 绪论
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2. 思维系统的分类
1）抽象思维系统（Abstract thinking systems） 是以概念、判断和推理等思维形式为要素所构 成的系统。 2）形象思维系统（Image thinking systems） 是以表象、联想、想象、幻想和形象等思维形 式为要素所构成的系统。
（6）输入。通过边界进入到系统的事物。
输出。通过边界进入到环境的事物。
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图1-4 系统的概念
环境 系统 功能：转换 边界

结构

输入
输出

要素
联系


（1）Elements Components Subsystem （2）Structure （3）Function （4）Boundary （5）environment （6）Input/Output
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第 1 章 绪论
1.1 系统的基本概念
1.1.1 系统的定义与分类
1.1.2 系统科学与系统工程
1.1.3 人工系统的分类
★
1.1.3 人工系统的分类

源自文库

人类建立人工系统都是为了达到各种特定的目的。 人工系统一般包括三种类型： ①工程系统（Engineering systems）。技术创新的主要领域。 ②社会系统（Social systems）。管理创新的主要领域。 ③思维系统（Thinking system）。知识创新的主要领域。
★
案例3 “阿波罗”载人登月





系统工程的典型运用是美国阿波罗工程（Apollo project）。 工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次成功登月结束，历 时11年，耗资255亿美元，仅科研课题就有5万多项。 在项目高峰期，参加研制的有2万多家企业、200多所大学和80 多个科研机构，总人数超过30万人，使用大型计算机600台。 共发射了17枚飞船。阿波罗飞船全部构件达300多万个。 如此庞大而复杂的系统，如果有一个环节发生故障或延时完成， 都会使登月飞船无法按期发射。 正是由于采用了系统工程的方法，才顺利完成了计划。它是复 杂系统工程的光辉典范。
例1-2
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2. 系统定义




1994年我国《系统科学大辞典》的系统（System）定义： 系统是由相互联系、相互作用的要素组成的，具有一定结构 和功能的有机整体。 1986至1998年汪应洛院士给出的系统定义是： 系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构 成的一个整体。 构成一个系统必须具备三个条件： ①系统由两个以上的要素组成； ②要素之间存在着相互联系、相互作用（interaction）； ③系统具有不同于各个组成要素的整体功能。
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1. 系统的定义

系统包含了以下6个基本概念：图1-4
（1）要素。又称元素。是系统的组成部分，又称为子系统。 （2）结构。系统各个要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式 （3）功能。系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力 （4）边界。系统所包含的要素的界限，结构表明须有确定边界 （5）环境。存在于系统外与系统发生作用的各种因素的总体。 功能表明系统需要与环境发生关系。

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图1-5 系统科学的体系
系 统 科 学 系统工程 自动化技术 通信技术 运筹学 控制论 系统学 图1-5 系统科学的体系 信息论 ←工程技术 ←技术科学 ←基础科学
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2. 系统工程的内涵

系统工程（System engineering）中的系统与工程均有其特殊的含义。
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3. 系统的分类



2. 系统的分类 系统形态的分类如表1-1所示。 复合系统（Compound systems）是指 几种类型的系统互相重合和嵌套所组成的系统。 大多数系统是自然系统与人工系统的复合系统。 在多数情况下物质系统和概念系统是结合的。 设计系统既包括概念系统，也包括物质系统。
系统是只包括属于人工系统及复合系统这类性质的系统，不包括自然系统。 工程是指造物的学问，即“工程学”的简称。不是指造物的工作过程。



1971年日本寺野寿郎认为 系统工程学就是使从无到有的创造过程合理化的科学。 1975年美国科学技术辞典的定义是： 系统工程是研究彼此密切联系的许多要素所构成的复杂系统的 设计的科学。 1994年我国《系统科学大辞典》的定义是： 系统工程是—门统筹全局综合协调研究系统的科学技术， 是系统开发、设计、实施和运用的工程技术。

树立系统的观点，掌握系统设计的方法； 理解产品整机设计的规律和特点； 掌握现代产品设计的基本方法和技术； 具有综合运用理论和知识进行创新设计的能力。
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教材和参考书

教
材：《先进设计系统》，戴庆辉 电子工业出版社，2009


参考书：（1）《机械系统设计》(第二版) ，朱龙根 机械工业出版社, 2005 （2）《机械系统设计》(第二版) ，赵韩 高等教育出版社, 2011
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2. 系统工程的内涵
系统工程的研究对象主要是复杂的人工系统。系统
工程作为一种科学方法，最初是在20世纪40年代由美国
贝尔电话公司在设计电话通讯网络时提出的。 系统工程作为一种工程技术，包括两大技术: 系统分析是对已有的系统用系统方法进行定量分析 以帮助进行有效决策。 系统设计是设计出能满足预定目标要求的新的系统。
图1-4 系统的概念
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2. 系统的分类 系统形态的分类如表1-1所示。
划分依据 系统类型
表1-1 系统的分类
实例
海洋系统，天体系统，生物系统 工程系统，社会系统，管理系统 矿藏系统，生物系统，技术系统 法律系统，文学系统，艺术系统 气象系统，生物系统，生产系统 建筑物，地图 原子系统，简单工具 生命系统，生产系统，社会系统 宇宙飞船的密封仓 外加磁/电场中的磁/电介质系统 生命系统，经济系统，社会系统 银河系外遥远星座，待设计产品 可拆卸的机器，已解决的问题 农业系统，人体系统
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图1-3 都江堰
图1-3 都江堰 建于公元前256-前251年，是世界上历史最长的无坝引水工程。将鱼嘴分洪、宝瓶口引水、 飞砂堰分洪排沙合三为一，具有灌溉、防洪、引水、排沙、航运、信息反馈等功能。在规 划、设计、施工、维护等方面都体现了系统思想。如今都江堰灌区达1100万亩
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1.1 系统的基本概念
1.1.1 系统的定义与分类
1.1.2 系统科学与系统工程
1.1.3 人工系统的分类
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1.1.2 系统科学与系统工程 1. 系统科学的体系
1. 系统科学（System science）的体系 系统科学是以系统为研究和应用对象的一个科学技 术的门类。它是现代科学技术体系中的一大门类。 中国著名科学家钱学森于20世纪70年代末提出了 系统科学体系的三个层次结构，如图1-5所示。 ①工程技术层次是直接优化客观世界的知识。 ②技术科学层次是指导工程技术的理论。 ③基础科学层次是研究系统的基本属性与一般规律的学科。 系统科学通向哲学的桥梁是系统论。
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例1-3 图1-6 人类首次登上月球

图1-6 人类首次登上月球 阿波罗11号飞船的航天员(1969.7.21) 先进设计系统
阿波罗在进行了6次不载人试验和 4 次载人试验之后， 1969 年 7 月 20 日，“阿波罗11号”宇宙飞船把两 名美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔 德林送上了遥远的月球，使“嫦 娥奔月”的神话成为现实。人类 第一次在另外的星球上留下了足 迹。两名宇航员在月球上漫游了2 小时 31 分钟，拍摄了月球景色、 装置了科学仪器、采集了月球的 岩石和土壤标本，安全返回地面。
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考核方式


采用综合方式：开卷笔试+上机实训+平时成绩。 ⑴开卷笔试 60% 。 ⑵上机内容的考试（20%）分为课内操作和课外 撰写实习报告。 ⑶平时成绩 20% 。根据课堂测验、课堂参与、作 业，创新表现等来评定。
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我们可以把人类建立人工系统的过程称为创新工程。 技术和管理正是一根藤上的两个瓜，思维就是这根藤。 下面对工程系统和思维系统进行细分。
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⒈ 工程系统的分类
1）基本形式。从设计的角度出发，工程系统的基本形式有两种： ①技术系统（Technology systems）。要素连接呈刚性。产品系统 ②过程系统（Process systems）。要素连接呈柔性。流程系统。 2）复合形式。从要素特征来看，工程系统的复合形式有如下3种： ①项目系统（Project systems）。由技术系统和过程系统组成。 ②人机系统（Man-machine systems）。是由人和机器组成。 ③人机环系统（Man-machine-environment systems）。 是由人、机器和特定环境组成的系统。
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1.1 系统的基本概念
1.1.1 系统的定义与分类
1.1.2 系统科学与系统工程 1.1.3 人工系统的分类
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1.1.1 系统的定义与分类
1. 古代系统思想 2. 系统定义 3. 系统分类
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1. 古代系统思想
图1-1 伏羲古太极图

图1-1 伏羲古太极图

伏羲古太极图蕴涵了古代中国人的系统 思想（见图 1-1 ）。《易经》试图用阴 阳五行八卦论来说明统一的世界，或把 五行（金木水火土）作为构成万物的基 本要素，或把八卦（从自然界中找出的 8 种事物：天地雷风水火山泽）看作万 物之源。战国时的子思、孟子提出了 “天人合一”的思想。这些学说都把宇 宙看作一个整体。 古希腊思想家亚里士多德提出了著名论 点“整体大于它的各部分的总和”。
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机械系统设计
华北电力大学
工业工程 主讲： 戴庆辉 教授
课程目的和任务

目的：
在机械零件设计基础上学会整机设计， 提供先进设计系统的的基本理论和技术。

任务：
获得技术系统分析和设计的基本训练， 具有从事整机设计和创新设计的初步能力。
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教学基本要求

通过本课程的课堂教学和实践教学，