1、 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 設(shè)計(jì)理論與方法設(shè)計(jì)理論與方法 吳吳 峻峻 工學(xué)碩士課程1、機(jī)械電子工程機(jī)械電子工程 顏永年顏永年 張曉萍張曉萍 馮常學(xué)編著馮常學(xué)編著 化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)出版社出版社 1998.112、AXIOMATIC DESIGNADVANCES AND APPLICATIONS Nam Pyo Snh Copyright2001 by Oxford University Press,Inc.3、機(jī)電一體化原理機(jī)電一體化原理 裴仁清主編裴仁清主編 上海大學(xué)出版社上海大學(xué)出版社 1998.124、Mechatronics System Design Devdas Shetty and R

2、ichard A.Kolk Copyright1997 by PWS Publishing Company,a division of Thomson Learning5、機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 謝寄石編著謝寄石編著 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 參考書目：參考書目： 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)理論與方法概念的涵義概念的涵義設(shè)計(jì)理論與方法設(shè)計(jì)理論與方法系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化概念的涵義；機(jī)電一體化概念的涵義；基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法；方法；基于公理化設(shè)計(jì)理論及發(fā)明問題求解理論的基于公理化設(shè)計(jì)理論及發(fā)明問題求解理論的機(jī)

3、電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法；機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法；建立統(tǒng)一物理模型的機(jī)電一體化系統(tǒng)分析方建立統(tǒng)一物理模型的機(jī)電一體化系統(tǒng)分析方法；法；從控制角度看機(jī)械（機(jī)構(gòu)）；從控制角度看機(jī)械（機(jī)構(gòu)）；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 機(jī)電一體化概念的涵義一切已經(jīng)發(fā)展的機(jī)器，都是由本質(zhì)上不一切已經(jīng)發(fā)展的機(jī)器，都是由本質(zhì)上不同的部分同的部分發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工具發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工具機(jī)或工作機(jī)機(jī)或工作機(jī)構(gòu)成。構(gòu)成。 馬克思在資本論中指出：馬克思在資本論中指出： 機(jī)電一體化概念的涵義機(jī)電一體化機(jī)電一體化(Mechatronics)乃是機(jī)械的主功能，乃是機(jī)械的主功能，動(dòng)力功能，信息功能和控制功能上引進(jìn)微動(dòng)力功能

4、，信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。 日本振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所日本振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所1981年提出年提出： 機(jī)電一體化概念的涵義由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成機(jī)械力，運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的成機(jī)械力，運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。 ASME在在19841984年給現(xiàn)代機(jī)械明確定義為：年給現(xiàn)代機(jī)械明確定義為： 機(jī)電一體化概念的涵義機(jī)電一體化是精密機(jī)械工程、電子

5、控制和機(jī)電一體化是精密機(jī)械工程、電子控制和系統(tǒng)思想在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的協(xié)同系統(tǒng)思想在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的協(xié)同結(jié)合。結(jié)合。 90年代國際機(jī)器和機(jī)械理論研究會(huì)（年代國際機(jī)器和機(jī)械理論研究會(huì)（IFTMM）定義為：定義為： 機(jī)電一體化概念的涵義在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計(jì)和制造中，在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計(jì)和制造中，機(jī)械工程與電子和智能計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械工程與電子和智能計(jì)算機(jī)控制的協(xié)同集成。協(xié)同集成。 1996年年IEEE與與ASME在聯(lián)合創(chuàng)刊在聯(lián)合創(chuàng)刊機(jī)電一體機(jī)電一體化學(xué)報(bào)化學(xué)報(bào)開卷開卷“編者的話編者的話”中的中的定義為：定義為： 機(jī)電一體化概念的涵義與純機(jī)械產(chǎn)品的相同之處：與純機(jī)械產(chǎn)品的相同之處：具有鮮

6、明的機(jī)械含義，有明具有鮮明的機(jī)械含義，有明確的物理的執(zhí)行功能，需要變革物理世界中的具體物質(zhì)，確的物理的執(zhí)行功能，需要變革物理世界中的具體物質(zhì)，具有能量的輸入和輸出；具有能量的輸入和輸出；與純機(jī)械產(chǎn)品的不同之處：與純機(jī)械產(chǎn)品的不同之處：純機(jī)械是一種純機(jī)械是一種“剛性剛性”極強(qiáng)極強(qiáng)的系統(tǒng)，單元和連接均是剛性的，每種連接對(duì)應(yīng)于一種的系統(tǒng)，單元和連接均是剛性的，每種連接對(duì)應(yīng)于一種功能需求。顯然其功能的適應(yīng)性（柔性）較差。功能需求。顯然其功能的適應(yīng)性（柔性）較差。從與傳統(tǒng)（純）機(jī)械的異同角度從與傳統(tǒng)（純）機(jī)械的異同角度： 機(jī)電一體化概念的涵義機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械本體是主體，系統(tǒng)的主要功能機(jī)電一體化系統(tǒng)

7、中，機(jī)械本體是主體，系統(tǒng)的主要功能必須由機(jī)械來完成，否則就不能稱其為機(jī)電一體化產(chǎn)品必須由機(jī)械來完成，否則就不能稱其為機(jī)電一體化產(chǎn)品（如手表）。（如手表）。機(jī)電一體化的核心是電子技術(shù)（包括微電子和電力電機(jī)電一體化的核心是電子技術(shù)（包括微電子和電力電子）；不與微電子結(jié)合的機(jī)械產(chǎn)品不能稱為機(jī)電一體化子）；不與微電子結(jié)合的機(jī)械產(chǎn)品不能稱為機(jī)電一體化產(chǎn)品。產(chǎn)品。從與電子產(chǎn)品的異同角度從與電子產(chǎn)品的異同角度： 機(jī)電一體化概念的涵義從系統(tǒng)組成和功能構(gòu)成角度從系統(tǒng)組成和功能構(gòu)成角度：動(dòng)力動(dòng)力（運(yùn)轉(zhuǎn)）（運(yùn)轉(zhuǎn)）計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)（控制）（控制）機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)（結(jié)構(gòu)）（結(jié)構(gòu)）傳感器傳感器（檢測）（檢測）執(zhí)行器執(zhí)行器（作業(yè)）（作

8、業(yè)） 機(jī)電一體化概念的涵義1、與機(jī)電學(xué)（、與機(jī)電學(xué)（Electromechanics)的區(qū)別；的區(qū)別；2、與并行工程（、與并行工程（Concurrent Engineering)的區(qū)別；的區(qū)別；3、與自動(dòng)控制的區(qū)別；、與自動(dòng)控制的區(qū)別；4、與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的區(qū)別。、與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的區(qū)別。從與相關(guān)技術(shù)的區(qū)別角度從與相關(guān)技術(shù)的區(qū)別角度： 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法系統(tǒng)的概念：系統(tǒng)的概念：具有特定功能的、相互之間具有有機(jī)聯(lián)系的許多要素具有特定功能的、相互之間具有有機(jī)聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的一個(gè)群體。所構(gòu)成的一個(gè)群體。 工工 程：程：產(chǎn)生一定效能的方法。產(chǎn)生一定效能的方法。系統(tǒng)工程：系統(tǒng)工程：

9、 是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法。法?；谙到y(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法 系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律：系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律：系統(tǒng)運(yùn)行有兩個(gè)相悖的規(guī)律系統(tǒng)運(yùn)行有兩個(gè)相悖的規(guī)律一是整體效應(yīng)規(guī)律一是整體效應(yīng)規(guī)律：系統(tǒng)各單元有機(jī)地組合成系統(tǒng)后，各：系統(tǒng)各單元有機(jī)地組合成系統(tǒng)后，各單元功能不僅相互疊加，而且相互輔助、相互促進(jìn)與提高，單元功能不僅相互疊加，而且相互輔助、相互促進(jìn)與提高，使系統(tǒng)整體的功能大于各單元功能的簡單的和，即使系統(tǒng)整體的功能大于各單元

10、功能的簡單的和，即“整體整體大于部分的和大于部分的和”。另一個(gè)相反的規(guī)律是系統(tǒng)內(nèi)耗規(guī)律：另一個(gè)相反的規(guī)律是系統(tǒng)內(nèi)耗規(guī)律：由于各單元的差異性，由于各單元的差異性，在組成系統(tǒng)后若對(duì)各單元的相互作用協(xié)調(diào)不當(dāng)或約束不力，在組成系統(tǒng)后若對(duì)各單元的相互作用協(xié)調(diào)不當(dāng)或約束不力，就會(huì)導(dǎo)致單元間的矛盾和摩擦，出現(xiàn)內(nèi)耗，內(nèi)耗過大，則就會(huì)導(dǎo)致單元間的矛盾和摩擦，出現(xiàn)內(nèi)耗，內(nèi)耗過大，則可能出現(xiàn)整體小于部分的和的情況?？赡艹霈F(xiàn)整體小于部分的和的情況。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法系統(tǒng)的概念是相對(duì)的，以考察問題角度不同而異系統(tǒng)的概念是相對(duì)的，以考察問題角度不同而異 某一系統(tǒng)可以由若干子系統(tǒng)組成，它又可以某一

11、系統(tǒng)可以由若干子系統(tǒng)組成，它又可以成為一個(gè)更高級(jí)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。不論是宏觀成為一個(gè)更高級(jí)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。不論是宏觀或是微觀的問題，只要它具有相互關(guān)聯(lián)的若或是微觀的問題，只要它具有相互關(guān)聯(lián)的若干單元組合的性質(zhì)，就可以而且應(yīng)該從系統(tǒng)干單元組合的性質(zhì)，就可以而且應(yīng)該從系統(tǒng)工程的角度來分析和研究它。工程的角度來分析和研究它。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法系統(tǒng)工程的基本思想系統(tǒng)工程的基本思想 ：以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體功能分解成相互有聯(lián)系的若干功能單元，目標(biāo)出發(fā)，將總體功能分解成相互有聯(lián)系的若干功能單元

12、，以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行再次分解，或成為功能更單一，以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行再次分解，或成為功能更單一，更具體的子功能單元，這些子功能單元同樣可以繼續(xù)逐層更具體的子功能單元，這些子功能單元同樣可以繼續(xù)逐層分解，直到找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案，再把功能與分解，直到找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案，再把功能與技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)選，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)選，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在給定環(huán)境條件下的整體優(yōu)化。在給定環(huán)境條件下的整體優(yōu)化。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 1.1.產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品系統(tǒng)

13、設(shè)計(jì) 機(jī)械電子學(xué)產(chǎn)品系統(tǒng)是由若干個(gè)子系統(tǒng)或元件構(gòu)成的集合體。為實(shí)機(jī)械電子學(xué)產(chǎn)品系統(tǒng)是由若干個(gè)子系統(tǒng)或元件構(gòu)成的集合體。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系統(tǒng)的主功能，系統(tǒng)、子系統(tǒng)現(xiàn)產(chǎn)品系統(tǒng)的主功能，系統(tǒng)、子系統(tǒng)( (孫子系統(tǒng)孫子系統(tǒng)) )、元件、元件( (元素元素) )采用采用那一種學(xué)科的技術(shù)作為手段，決非刻板地規(guī)定，而是以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系那一種學(xué)科的技術(shù)作為手段，決非刻板地規(guī)定，而是以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系統(tǒng)主功能的需要，根據(jù)評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求去選擇，并進(jìn)行綜統(tǒng)主功能的需要，根據(jù)評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求去選擇，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)。合評(píng)價(jià)，找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(

14、儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法2.2.產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析機(jī)械電子學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，要根據(jù)人們對(duì)產(chǎn)品的要求，分析實(shí)現(xiàn)這種機(jī)械電子學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，要根據(jù)人

15、們對(duì)產(chǎn)品的要求，分析實(shí)現(xiàn)這種要求，進(jìn)而確定產(chǎn)品所應(yīng)該具備的主功能。在對(duì)產(chǎn)品功能分析之前，要求，進(jìn)而確定產(chǎn)品所應(yīng)該具備的主功能。在對(duì)產(chǎn)品功能分析之前，先要了解各類學(xué)科技術(shù)所能完成的功能，在確定產(chǎn)品系統(tǒng)應(yīng)該具有先要了解各類學(xué)科技術(shù)所能完成的功能，在確定產(chǎn)品系統(tǒng)應(yīng)該具有的主功能之后，為使產(chǎn)品主功能能夠予以實(shí)現(xiàn)，將主功能展開分析，的主功能之后，為使產(chǎn)品主功能能夠予以實(shí)現(xiàn)，將主功能展開分析，并分為若干個(gè)功能模塊。當(dāng)每個(gè)功能模塊的作用實(shí)現(xiàn)時(shí)，整個(gè)產(chǎn)品并分為若干個(gè)功能模塊。當(dāng)每個(gè)功能模塊的作用實(shí)現(xiàn)時(shí)，整個(gè)產(chǎn)品的主功能必定實(shí)現(xiàn)，其關(guān)系框圖如樹枝狀。為了突出產(chǎn)品設(shè)計(jì)要達(dá)的主功能必定實(shí)現(xiàn)，其關(guān)系框圖如樹枝狀。為了

16、突出產(chǎn)品設(shè)計(jì)要達(dá)到的主要目的，功能模塊的個(gè)數(shù)不宜過多，一般在到的主要目的，功能模塊的個(gè)數(shù)不宜過多，一般在1010個(gè)模塊以內(nèi)，個(gè)模塊以內(nèi)，這樣產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)也較容易。有時(shí)，還可將其中有些功能模塊分這樣產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)也較容易。有時(shí)，還可將其中有些功能模塊分析為若干個(gè)子功能模塊，或者孫子功能模塊，但注意不要將層次搞析為若干個(gè)子功能模塊，或者孫子功能模塊，但注意不要將層次搞得太多。同時(shí)，要注意有的子功能模塊可以為若干個(gè)功能模塊共同得太多。同時(shí)，要注意有的子功能模塊可以為若干個(gè)功能模塊共同服務(wù)，這樣應(yīng)該形成若干個(gè)公共子功能模塊，這對(duì)于提高產(chǎn)品效率，服務(wù)，這樣應(yīng)該形成若干個(gè)公共子功能模塊，這對(duì)于提高產(chǎn)品效

17、率，降低產(chǎn)品的成本都是非常有益的。分析功能模塊或子功能模塊互相降低產(chǎn)品的成本都是非常有益的。分析功能模塊或子功能模塊互相之間的聯(lián)系，這里分為之間的聯(lián)系，這里分為4 4種：互相間有聯(lián)系，引起效果，互相獨(dú)立，種：互相間有聯(lián)系，引起效果，互相獨(dú)立，互相矛盾。這時(shí)選擇實(shí)施方案是較為有用的?；ハ嗝?。這時(shí)選擇實(shí)施方案是較為有用的。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法2.2.產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法2.2.產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法2.2.產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析產(chǎn)品系統(tǒng)的功能分析基于系統(tǒng)概念的機(jī)電

18、一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法3.3.為實(shí)現(xiàn)各功能模塊的作用，選擇可能實(shí)施的方案為實(shí)現(xiàn)各功能模塊的作用，選擇可能實(shí)施的方案 若設(shè)機(jī)械電子學(xué)產(chǎn)品的主功能有若設(shè)機(jī)械電子學(xué)產(chǎn)品的主功能有n n個(gè)功能模塊個(gè)功能模塊F1F1、F2F2、FnFn，記作記作 F F 。為實(shí)現(xiàn)各功能模塊的作用，可能涉及到的現(xiàn)代各個(gè)技為實(shí)現(xiàn)各功能模塊的作用，可能涉及到的現(xiàn)代各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域并在其中選擇實(shí)施的方案。術(shù)領(lǐng)域并在其中選擇實(shí)施的方案。選擇的步驟：第一，若為實(shí)現(xiàn)選擇的步驟：第一，若為實(shí)現(xiàn)FiFi功能模塊的作用，確定各學(xué)科技術(shù)功能模塊的作用，確定各學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域可供選擇的方案。若采用機(jī)械學(xué)的技術(shù)，其可供選擇的實(shí)施方領(lǐng)域可供選擇的方案。

19、若采用機(jī)械學(xué)的技術(shù)，其可供選擇的實(shí)施方案有案有n n個(gè)，則為個(gè)，則為K Ki i1 1、K Ki i2 2K Ki ii iK Ki in n，記作記作 K Ki ii i 。若采用電子學(xué)的若采用電子學(xué)的技術(shù)其可供選擇的實(shí)施方案也有技術(shù)其可供選擇的實(shí)施方案也有n n個(gè)，則為個(gè)，則為E Ei i1 1、E Ei i2 2E Ei ii iE Ei in n，記作記作 E Ei ii i 。若采用光學(xué)的技術(shù)，則可供選擇的實(shí)施方案，記作若采用光學(xué)的技術(shù)，則可供選擇的實(shí)施方案，記作 O Oi ii i 。若采用磁學(xué)的，則可供選擇的實(shí)施方案，記作若采用磁學(xué)的，則可供選擇的實(shí)施方案，記作 K Ki iai

20、ai 。同樣地，化學(xué)的記作同樣地，化學(xué)的記作 C Ci ii i ，生物的記作生物的記作 B Bi ii i 。依此類推，有熱依此類推，有熱學(xué)的、液壓的等。學(xué)的、液壓的等。基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法第二，對(duì)于所有的功能模塊，按照產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，接口實(shí)現(xiàn)第二，對(duì)于所有的功能模塊，按照產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，接口實(shí)現(xiàn)的難易程度，初步確定實(shí)現(xiàn)該功能模塊作用，需要采用哪一個(gè)學(xué)科的難易程度，初步確定實(shí)現(xiàn)該功能模塊作用，需要采用哪一個(gè)學(xué)科技術(shù)中的一個(gè)方案。如功能模塊技術(shù)中的一個(gè)方案。如功能模塊F F1 1，采用的是機(jī)械學(xué)的技術(shù)，則為采用的是機(jī)械學(xué)的技術(shù)，則為K Ki i1 1方案；如功能模

21、塊方案；如功能模塊F F2 2，采用的是電子學(xué)的技術(shù)，則為采用的是電子學(xué)的技術(shù)，則為E Ei i2 2方案。依方案。依次考慮，上述僅僅是說明問題的一種選擇。這樣便是確定產(chǎn)品系統(tǒng)次考慮，上述僅僅是說明問題的一種選擇。這樣便是確定產(chǎn)品系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主功能的一個(gè)方案，記作實(shí)現(xiàn)主功能的一個(gè)方案，記作F F。則則 若從不同的選擇角度，則產(chǎn)品系統(tǒng)主功能的實(shí)現(xiàn)會(huì)有幾個(gè)方案，若從不同的選擇角度，則產(chǎn)品系統(tǒng)主功能的實(shí)現(xiàn)會(huì)有幾個(gè)方案，則為則為F F1 1、F F2 2F Fi iF Fn n。記作記作 F Fi i 。第三，分析方案內(nèi)各種選擇之第三，分析方案內(nèi)各種選擇之間的聯(lián)系和互相制約關(guān)系，提出所需解決的共同的技術(shù)難

22、點(diǎn)，予以間的聯(lián)系和互相制約關(guān)系，提出所需解決的共同的技術(shù)難點(diǎn)，予以研究解決。研究解決。665544332211BCKOEKFa基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 4. 4.多種方案的綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)多種方案的綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)于預(yù)選確定的多種方案中，那一種方案最好對(duì)于預(yù)選確定的多種方案中，那一種方案最好? ?它的性能最優(yōu)，它的性能最優(yōu)，市場競爭力最大，實(shí)現(xiàn)的可能性最多，需要進(jìn)行評(píng)定?，F(xiàn)以機(jī)械電市場競爭力最大，實(shí)現(xiàn)的可能性最多，需要進(jìn)行評(píng)定?，F(xiàn)以機(jī)械電子學(xué)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定的子學(xué)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定的6 6條標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。即

23、高性能記作條標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。即高性能記作STST1 1，高高效率記作效率記作STST2 2，低成本記作低成本記作STST3 3，智能化記作智能化記作STST4 4，高可靠性記作高可靠性記作STST5 5，結(jié)構(gòu)短、小、輕、薄記作結(jié)構(gòu)短、小、輕、薄記作STST6 6，用矩陣表示為用矩陣表示為( (ST)ST)。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 4. 4.多種方案的綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)多種方案的綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì) 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方

24、法 評(píng)價(jià)時(shí)，有常用的兩種方法。評(píng)價(jià)時(shí)，有常用的兩種方法。 (1) (1)均衡法均衡法 對(duì)對(duì)6 6條標(biāo)準(zhǔn)均衡地考慮，即面面照顧。這種方法分條標(biāo)準(zhǔn)均衡地考慮，即面面照顧。這種方法分析簡便，但實(shí)用性不強(qiáng)。因?yàn)槿藗冃枰漠a(chǎn)品，對(duì)析簡便，但實(shí)用性不強(qiáng)。因?yàn)槿藗冃枰漠a(chǎn)品，對(duì)( (ST)ST)中每個(gè)分量中每個(gè)分量要求的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是不一致的，有差別的，所以這種分析較為近似。要求的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是不一致的，有差別的，所以這種分析較為近似。 (2) (2)加權(quán)因子法加權(quán)因子法 由于人們對(duì)產(chǎn)品的要求不同，根據(jù)工程實(shí)踐由于人們對(duì)產(chǎn)品的要求不同，根據(jù)工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，確定加權(quán)因子系數(shù)。若加權(quán)因子系數(shù)為的經(jīng)驗(yàn)，確定加權(quán)因子系數(shù)。

25、若加權(quán)因子系數(shù)為a a1 1、a a2 2、a a3 3、a a4 4、a a5 5、a a6 6。則則 ST = aST = a1 1STST1 1 a a2 2STST2 2 a a3 3STST3 3 a a4 4STST4 4 a a5 5STST5 5 a a6 6STST6 6 計(jì)算方法可采用層次分析法，或者規(guī)劃法分析。計(jì)算方法可采用層次分析法，或者規(guī)劃法分析。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 5.5.產(chǎn)品系統(tǒng)實(shí)體設(shè)計(jì)分析產(chǎn)品系統(tǒng)實(shí)體設(shè)計(jì)分析 將經(jīng)過評(píng)價(jià)得出的較優(yōu)的方案，根據(jù)功能模塊和子系統(tǒng)、單元將經(jīng)過

26、評(píng)價(jià)得出的較優(yōu)的方案，根據(jù)功能模塊和子系統(tǒng)、單元的劃分，確定其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)幾何形體。進(jìn)行幾何排列。排列分為兩的劃分，確定其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)幾何形體。進(jìn)行幾何排列。排列分為兩維的、三維的，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖學(xué)理論，提出多種排列方案，以滿足維的、三維的，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖學(xué)理論，提出多種排列方案，以滿足主功能的實(shí)現(xiàn)，質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分析獲得最優(yōu)值，排列出較合理的方主功能的實(shí)現(xiàn)，質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分析獲得最優(yōu)值，排列出較合理的方案，予以認(rèn)定。如果遇到矛盾，將修改信息反饋到選擇實(shí)施方案處，案，予以認(rèn)定。如果遇到矛盾，將修改信息反饋到選擇實(shí)施方案處，再進(jìn)行選擇、評(píng)價(jià)、排列，直至得到較為滿意的結(jié)果。再進(jìn)行選擇、評(píng)價(jià)、排列，直至得到較為

27、滿意的結(jié)果。 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 討論：該方法是否解決了我們的問題？是否能回答一體化？基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電一體化機(jī)電一體化(儀器儀器)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法 基于系統(tǒng)概念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法從理論高度發(fā)展設(shè)計(jì)科學(xué)從理論高度發(fā)展設(shè)計(jì)科學(xué)從理論高度發(fā)展設(shè)計(jì)科學(xué)從理論高度發(fā)展設(shè)計(jì)科學(xué)從理論高度發(fā)展設(shè)計(jì)科學(xué)基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方

28、法關(guān)于設(shè)計(jì)的話題關(guān)于設(shè)計(jì)的話題 目前設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀目前設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀1.1.設(shè)計(jì)依然是在試錯(cuò)的基礎(chǔ)上靠經(jīng)驗(yàn)來做的設(shè)計(jì)依然是在試錯(cuò)的基礎(chǔ)上靠經(jīng)驗(yàn)來做的; ;設(shè)計(jì)還停留在是一個(gè)藝術(shù)主題而不是藝術(shù)加科學(xué)主題的觀念設(shè)計(jì)還停留在是一個(gè)藝術(shù)主題而不是藝術(shù)加科學(xué)主題的觀念; ;2.2.工程沖突工程沖突: :用原來方法修改某一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)將導(dǎo)致其它參數(shù)變化用原來方法修改某一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)將導(dǎo)致其它參數(shù)變化的現(xiàn)象。說明孤立地改變某一個(gè)參數(shù)是無法解決耦合在一起的復(fù)雜的現(xiàn)象。說明孤立地改變某一個(gè)參數(shù)是無法解決耦合在一起的復(fù)雜系統(tǒng)中存在的參數(shù)間的不協(xié)調(diào)問題。系統(tǒng)中存在的參數(shù)間的不協(xié)調(diào)問題。前蘇聯(lián)學(xué)者前蘇聯(lián)學(xué)者Grenrikh Al

29、tshullerGrenrikh Altshuller在擺脫了當(dāng)時(shí)和后來多種局限于發(fā)明人主觀心理學(xué)和認(rèn)在擺脫了當(dāng)時(shí)和后來多種局限于發(fā)明人主觀心理學(xué)和認(rèn)識(shí)論規(guī)律研究的影響，注意到世界發(fā)明專利中反映出的科學(xué)原理所蘊(yùn)涵的創(chuàng)新性科學(xué)理識(shí)論規(guī)律研究的影響，注意到世界發(fā)明專利中反映出的科學(xué)原理所蘊(yùn)涵的創(chuàng)新性科學(xué)理論與方法，從現(xiàn)實(shí)發(fā)明創(chuàng)造的大量實(shí)例中探索，發(fā)現(xiàn)和建立了發(fā)明創(chuàng)新的科學(xué)原理和方論與方法，從現(xiàn)實(shí)發(fā)明創(chuàng)造的大量實(shí)例中探索，發(fā)現(xiàn)和建立了發(fā)明創(chuàng)新的科學(xué)原理和方法法發(fā)明問題求解理論（創(chuàng)造性設(shè)計(jì)理論）發(fā)明問題求解理論（創(chuàng)造性設(shè)計(jì)理論）TSIP(Theory of Solution of Inventive

30、Problems)。從從1946年起一直延續(xù)到年起一直延續(xù)到80年代并仍在繼續(xù)，年代并仍在繼續(xù)，90年代有報(bào)道，至今仍保密。年代有報(bào)道，至今仍保密。引起機(jī)械電子產(chǎn)品復(fù)雜性的主要原因是所謂的高階性；而引起高級(jí)引起機(jī)械電子產(chǎn)品復(fù)雜性的主要原因是所謂的高階性；而引起高級(jí)性的根本原因在于此種系統(tǒng)所具有的復(fù)雜功能。功能越復(fù)雜，控制性的根本原因在于此種系統(tǒng)所具有的復(fù)雜功能。功能越復(fù)雜，控制參數(shù)越多（且相互耦合），其階數(shù)越高。它的物理表現(xiàn)為，存在時(shí)參數(shù)越多（且相互耦合），其階數(shù)越高。它的物理表現(xiàn)為，存在時(shí)序和空間上的沖突以及各功能間此消彼長的現(xiàn)象。序和空間上的沖突以及各功能間此消彼長的現(xiàn)象。什么是設(shè)計(jì)？什么

31、是設(shè)計(jì)？設(shè)計(jì)是在我們要達(dá)到什么和我們要如何達(dá)到它設(shè)計(jì)是在我們要達(dá)到什么和我們要如何達(dá)到它之間的互動(dòng)（映射），以創(chuàng)造滿足顧客需求之間的互動(dòng)（映射），以創(chuàng)造滿足顧客需求（被察覺的需求）的綜合解。（被察覺的需求）的綜合解。一個(gè)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)方法必須由一個(gè)明確的一個(gè)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)方法必須由一個(gè)明確的“我們要達(dá)到什么我們要達(dá)到什么”的說明開始和的說明開始和一個(gè)清楚的一個(gè)清楚的“我們將如何達(dá)到它我們將如何達(dá)到它”的描述結(jié)束。的描述結(jié)束。基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法我們要我們要達(dá)到什么達(dá)到什么我們要我們要如何達(dá)到它如何達(dá)到它對(duì)設(shè)計(jì)好否的回答對(duì)設(shè)計(jì)好否的回答垂直懸掛的冰箱門的設(shè)計(jì)垂直懸掛的冰箱門的

32、設(shè)計(jì)門的設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么？門的設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么？目標(biāo)目標(biāo)1：提供物品到達(dá)冰箱內(nèi)部的入口；：提供物品到達(dá)冰箱內(nèi)部的入口；目標(biāo)目標(biāo)2：提供物品到達(dá)冰箱內(nèi)部的入口并：提供物品到達(dá)冰箱內(nèi)部的入口并使能量消耗為最小。使能量消耗為最小?；诠砘O(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法域的概念域的概念基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法設(shè)計(jì)被描述為設(shè)計(jì)被描述為“我們要達(dá)到什么我們要達(dá)到什么”的說明開始和一個(gè)清楚的說明開始和一個(gè)清楚的的“我們將如何達(dá)到它我們將如何達(dá)到它”的描述結(jié)束的描述結(jié)束。是兩者間的互動(dòng)。是兩者間的互動(dòng)。為了使這種互動(dòng)中所需要的思維過程系統(tǒng)化，域的概念是為了使這種互動(dòng)中所需要的思維

33、過程系統(tǒng)化，域的概念是在不同類型設(shè)計(jì)活動(dòng)之間劃出界線，為公理設(shè)計(jì)奠定了基在不同類型設(shè)計(jì)活動(dòng)之間劃出界線，為公理設(shè)計(jì)奠定了基石。石。設(shè)計(jì)世界由四個(gè)區(qū)域構(gòu)成：用戶域、功能域、物理域和過設(shè)計(jì)世界由四個(gè)區(qū)域構(gòu)成：用戶域、功能域、物理域和過程域。程域。公理、推理、定理公理、推理、定理公理：自明的事實(shí)或基本的事實(shí)，沒有反證公理：自明的事實(shí)或基本的事實(shí)，沒有反證或者例外。一個(gè)公理是不能由其它的自然界或者例外。一個(gè)公理是不能由其它的自然界定律或原理推導(dǎo)出來的。定律或原理推導(dǎo)出來的。推理：由公理、自定理引出的命題或其他已推理：由公理、自定理引出的命題或其他已經(jīng)得到證明的命題的推斷。經(jīng)得到證明的命題的推斷。定理：

34、非自明但能由可接受的假設(shè)或公理證定理：非自明但能由可接受的假設(shè)或公理證明而作為一條定律或理論成立。明而作為一條定律或理論成立?；诠砘O(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法設(shè)計(jì)公理是如何產(chǎn)生的通過確認(rèn)在所有的好設(shè)計(jì)中現(xiàn)有的公共因素而產(chǎn)生的。下面的問題被問過：1）我是如何在一個(gè)過程中做了如此大的改進(jìn)？2）我是如何創(chuàng)造這個(gè)過程的？3）什么是好設(shè)計(jì)中的公共因素？一旦這些公共因素能夠加以說明，它們就由一個(gè)邏輯推理過程導(dǎo)向兩個(gè)設(shè)計(jì)公理。基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電

35、一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法公理法與計(jì)算法的關(guān)系 設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)公理的關(guān)系如何進(jìn)行的過程和能夠歸納出基本的抽象，二者是同等重要。設(shè)計(jì)中需要同時(shí)做兩件事：1、過程；2、過程的抽象?；诠砘O(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法公理化設(shè)計(jì)理論前提：設(shè)計(jì)過程被描述成一種映射。獨(dú)立性公理非耦合設(shè)計(jì) 解耦設(shè)計(jì)信息公理基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法對(duì)獨(dú)立性公理的討論1）功能獨(dú)立與物理獨(dú)立（易拉罐設(shè)計(jì)問

36、題）2）如何知道獨(dú)立公理是否被滿足？（門設(shè)計(jì)）3）能否用數(shù)學(xué)方法把一個(gè)滿秩陣變換成為一個(gè)對(duì)角陣或一個(gè)三角陣？4）理想設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)和耦合設(shè)計(jì)5）如果一個(gè)無耦合設(shè)計(jì)比一個(gè)耦合設(shè)計(jì)有更多的信息含量，將會(huì)發(fā)生什么情況？基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法對(duì)信息公理的討論1）通過DPs集成來減少信息含量（易拉罐設(shè)計(jì)問題）2）強(qiáng)健設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是降低為滿足設(shè)計(jì)所需要的系統(tǒng)功能而產(chǎn)生的附加信息。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須使所做的設(shè)計(jì)能夠在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)而仍滿足功能需求。為得到強(qiáng)健設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的方差必須很小且能夠消除偏差。1）設(shè)計(jì)滿足獨(dú)立公理，偏差就能消除；2）通過減小剛度來減少信息含量。

37、基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法1、信息量含義的擴(kuò)展功能需求信息量2、結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域參數(shù)3、對(duì)時(shí)域參數(shù)的處理第一原則：時(shí)域參數(shù)控制原則（機(jī)械電子化率）第一原則補(bǔ)充原則：信息量大優(yōu)先原則第二原則：最大控制效率原則基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法信息量含義的擴(kuò)展信息量含義的擴(kuò)展功能需求信息量功能需求信息量基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法信息量含義的擴(kuò)展信息量含義的擴(kuò)展功能需求信息量功能需求信息量基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域

38、參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域參數(shù)基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域參數(shù)基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域參數(shù)基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法前提與準(zhǔn)備MEE的特征與結(jié)構(gòu)1、特征單一、完整、功能實(shí)體結(jié)構(gòu)：基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法CM指令物理量DSEC控制體D驅(qū)動(dòng)體E電源M執(zhí)行體S檢測體機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體

39、化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法MEEMESMECMECMEEMEEMEEMEE討論：該結(jié)構(gòu)層次與傳統(tǒng)的基于系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的差異機(jī)電一體化系統(tǒng)分析方法解耦與耦合1、通過解耦發(fā)現(xiàn)工程沖突2、通過耦合解決工程沖突跟蹤耦合分配耦合協(xié)同耦合順序耦合基于公理化設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法討論：該方法是否解決了我們的問題？是否能回答一體化？ 以俄國學(xué)者以俄國學(xué)者GsAltshuller為代表的研為代表的研究小組，深入研究了世界各國近究小組，深入研究了世界各國近250萬件萬件專利，根據(jù)創(chuàng)新性的程度不同將創(chuàng)新分為專利，根據(jù)創(chuàng)新性的程度不同將創(chuàng)新分為五個(gè)層次：已知求解方案的重新選擇，五個(gè)層次：已知求解方案的重新選擇

40、，占創(chuàng)新量的占創(chuàng)新量的32；求解方案的改進(jìn)，占；求解方案的改進(jìn)，占創(chuàng)新量的創(chuàng)新量的45；在不同專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)造；在不同專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)造發(fā)明，占創(chuàng)新量的發(fā)明，占創(chuàng)新量的18；不同專業(yè)領(lǐng)域；不同專業(yè)領(lǐng)域間的啟發(fā)式創(chuàng)造發(fā)明，占創(chuàng)新量的間的啟發(fā)式創(chuàng)造發(fā)明，占創(chuàng)新量的4；新的發(fā)明創(chuàng)造，占創(chuàng)新量的不足新的發(fā)明創(chuàng)造，占創(chuàng)新量的不足1，揭示出了一些創(chuàng)新問題求解的基本原理，揭示出了一些創(chuàng)新問題求解的基本原理，發(fā)展成為發(fā)展成為TRIZ理論。理論。 基于TRIZ設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法 技術(shù)沖突是設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，技術(shù)技術(shù)沖突是設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，技術(shù)沖突的解決是概念設(shè)計(jì)取得創(chuàng)新解的關(guān)鍵。沖

41、突的解決是概念設(shè)計(jì)取得創(chuàng)新解的關(guān)鍵。TRIZ理論用理論用39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)特征來表示產(chǎn)品性能中個(gè)標(biāo)準(zhǔn)特征來表示產(chǎn)品性能中的技術(shù)沖突，建立了一套基于知識(shí)的邏輯方法的技術(shù)沖突，建立了一套基于知識(shí)的邏輯方法來解決技術(shù)沖突，這些方法包括發(fā)明原理來解決技術(shù)沖突，這些方法包括發(fā)明原理(inventive principles)、發(fā)明問題解決算法、發(fā)明問題解決算法(algorithm for inventive problem solving)及標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(standard techniques)?；赥RIZ設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法TRIZ理論中的沖突理論似乎是原理創(chuàng)新的靈丹妙藥，實(shí)際在理論

42、中的沖突理論似乎是原理創(chuàng)新的靈丹妙藥，實(shí)際在應(yīng)用該領(lǐng)域之前的前處理與應(yīng)用之后的后處理都是很困難的。應(yīng)用該領(lǐng)域之前的前處理與應(yīng)用之后的后處理都是很困難的。圖圖l一一2表明了問題求解的全過程。表明了問題求解的全過程。TRIZ理論的一整套創(chuàng)新思維過程，提取原理解的方法對(duì)機(jī)電一體化理論的一整套創(chuàng)新思維過程，提取原理解的方法對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)原理創(chuàng)新有借鑒作用。系統(tǒng)原理創(chuàng)新有借鑒作用?；赥RIZ設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法基于TRIZ設(shè)計(jì)理論的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法建立統(tǒng)一物理模型的設(shè)計(jì)思想 機(jī)電一體化涉及的學(xué)科范圍較為寬廣，它聯(lián)系著多種物理概念的量。然而機(jī)械電機(jī)電一體化涉及的學(xué)科范圍較

43、為寬廣，它聯(lián)系著多種物理概念的量。然而機(jī)械電子產(chǎn)品主要功能的性能指標(biāo)又是唯一確定的，衡量其高性能指標(biāo)又是一致的。這子產(chǎn)品主要功能的性能指標(biāo)又是唯一確定的，衡量其高性能指標(biāo)又是一致的。這種指標(biāo)又涉及與各學(xué)科物理特征參量有關(guān)，這些物理特征參量已經(jīng)有了確定的物種指標(biāo)又涉及與各學(xué)科物理特征參量有關(guān)，這些物理特征參量已經(jīng)有了確定的物理概念。但它們又有較大的差別。為使機(jī)械電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足高性能化等統(tǒng)一的理概念。但它們又有較大的差別。為使機(jī)械電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足高性能化等統(tǒng)一的指標(biāo)，必須對(duì)所研究的機(jī)械電子產(chǎn)品，建立具有統(tǒng)一物理模型的設(shè)計(jì)思想。這樣指標(biāo)，必須對(duì)所研究的機(jī)械電子產(chǎn)品，建立具有統(tǒng)一物理模型的設(shè)計(jì)思想。

44、這樣才能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化思想能夠很好地發(fā)揮它的作用。才能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化思想能夠很好地發(fā)揮它的作用。 為了建立統(tǒng)一物理模型，對(duì)研究的對(duì)象涉及的物理量使它相對(duì)參照于同一物為了建立統(tǒng)一物理模型，對(duì)研究的對(duì)象涉及的物理量使它相對(duì)參照于同一物理量確定它的含義，根據(jù)物理學(xué)基本原理研究，將所描述的研究對(duì)象具有物理量理量確定它的含義，根據(jù)物理學(xué)基本原理研究，將所描述的研究對(duì)象具有物理量都相對(duì)于系統(tǒng)能量的變化而確定。這樣系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)和元件都相對(duì)于系統(tǒng)能量的變化而確定。這樣系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)和元件(元素元素)的物理特征的物理特征可以用相同的物理量來描述，由此為建立統(tǒng)一物理模型準(zhǔn)備條件。應(yīng)用物理量互可以

45、用相同的物理量來描述，由此為建立統(tǒng)一物理模型準(zhǔn)備條件。應(yīng)用物理量互相比擬的方法，對(duì)所研究的機(jī)械電子系統(tǒng)中的元件相比擬的方法，對(duì)所研究的機(jī)械電子系統(tǒng)中的元件(元素元素)，無論是機(jī)械的，還是，無論是機(jī)械的，還是電子的液動(dòng)的氣動(dòng)的，它們的物理特征參量以阻量、容量、慣量電子的液動(dòng)的氣動(dòng)的，它們的物理特征參量以阻量、容量、慣量(感量感量)分別表示分別表示如下：如下： 阻量阻量=勢能變化勢能變化/速度、電流或流量的變化速度、電流或流量的變化 容量容量= 質(zhì)量或位移變化質(zhì)量或位移變化/熱能變化熱能變化 慣量慣量=熱能變化熱能變化/流量流量(速度或電流速度或電流)每秒的變化每秒的變化 建立統(tǒng)一物理模型的設(shè)計(jì)思

46、想 這樣，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)理論能夠建立起它們的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行統(tǒng)一的分析和研這樣，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)理論能夠建立起它們的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行統(tǒng)一的分析和研究。究。 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要功能都是在動(dòng)態(tài)情況下實(shí)現(xiàn)的，因此系統(tǒng)的特征參量、由于機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要功能都是在動(dòng)態(tài)情況下實(shí)現(xiàn)的，因此系統(tǒng)的特征參量、各子系統(tǒng)、元件各子系統(tǒng)、元件(元素元素)的物理特征參量大多數(shù)是時(shí)間函數(shù)，以狀態(tài)矢量表示。的物理特征參量大多數(shù)是時(shí)間函數(shù)，以狀態(tài)矢量表示。一般系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，所以建立狀態(tài)方程一般系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，所以建立狀態(tài)方程在給予系統(tǒng)的初始條件，應(yīng)用控制理論研究方程的解及其穩(wěn)定性問題。在給予系統(tǒng)的

47、初始條件，應(yīng)用控制理論研究方程的解及其穩(wěn)定性問題。在動(dòng)態(tài)情況下，研究對(duì)象的輸入一般是計(jì)測得到的變量，然后綜合研究和鑒別其對(duì)真實(shí)在動(dòng)態(tài)情況下，研究對(duì)象的輸入一般是計(jì)測得到的變量，然后綜合研究和鑒別其對(duì)真實(shí)系統(tǒng)所建立的數(shù)學(xué)模型，分析、判斷其輸出的情況。系統(tǒng)所建立的數(shù)學(xué)模型，分析、判斷其輸出的情況。機(jī)械電子系統(tǒng)中各子系統(tǒng)或元件機(jī)械電子系統(tǒng)中各子系統(tǒng)或元件(元素元素)之間的聯(lián)系也可根據(jù)能量和信息流來建立統(tǒng)一的物之間的聯(lián)系也可根據(jù)能量和信息流來建立統(tǒng)一的物理模型。用鍵圖方式加以表達(dá)模型各部分的性質(zhì)及其相互作用的方式。并將模型轉(zhuǎn)換成理模型。用鍵圖方式加以表達(dá)模型各部分的性質(zhì)及其相互作用的方式。并將模型轉(zhuǎn)換

48、成微分方程或計(jì)算機(jī)仿真方案，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。微分方程或計(jì)算機(jī)仿真方案，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。 能量的變化用功率或功率變量，根據(jù)已有的研究成果，以勢和流定義，它們均是時(shí)間能量的變化用功率或功率變量，根據(jù)已有的研究成果，以勢和流定義，它們均是時(shí)間的函數(shù)，以下列形式表示的函數(shù)，以下列形式表示 勢：勢：e(t) 流：流：f(t) 功率功率P(t)=e(t）f(t)(,),(),()(21txtxtxtxnnittxftxii, 2 , 1)()(建立統(tǒng)一物理模型的設(shè)計(jì)思想 研究對(duì)象研究對(duì)象 勢勢e(t) 流流f(t) 機(jī)械平移機(jī)械平移 機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) 液壓、氣動(dòng)液壓、氣動(dòng) 電子電子 力分量力分量F(t

49、)轉(zhuǎn)矩分量轉(zhuǎn)矩分量M(t)壓力壓力P(t)電壓電壓e(t) 速度分量速度分量V(t)角速度分量角速度分量(t)體積流量體積流量Q(t)電流電流i(t) 勢和流 建立統(tǒng)一物理模型的設(shè)計(jì)思想 各種子系統(tǒng)中物理狀態(tài)功率和能量變量各種子系統(tǒng)中物理狀態(tài)功率和能量變量 廣義變量廣義變量 機(jī)械平移機(jī)械平移 機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) 液壓變量液壓變量 電子變量電子變量 勢勢e 流流f 動(dòng)量動(dòng)量mv 變位變位q 功率功率p 能量能量E 力力F速度速度V動(dòng)量動(dòng)量MV變位變位F(t) V(t)xFdxMVvdMv 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M角速度角速度角動(dòng)量角動(dòng)量I角位移角位移M(t) (t)Md壓力壓力p體積流量體積流量Q壓力動(dòng)量壓力動(dòng)

50、量體積體積Vp(t) Q(t)vpdv電壓電壓e電流電流I磁通鏈通磁通鏈通量量電荷電荷qe(t) i(t)qedq建立統(tǒng)一物理模型的設(shè)計(jì)思想 根據(jù)研究對(duì)象的系統(tǒng)，用接口、鍵和功率，輸入、根據(jù)研究對(duì)象的系統(tǒng)，用接口、鍵和功率，輸入、輸出和信號(hào)，并考慮子系統(tǒng)或元件輸出和信號(hào)，并考慮子系統(tǒng)或元件(元素元素)是單接口是單接口或多接口的狀態(tài)，建立統(tǒng)一的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析模型?；蚨嘟涌诘臓顟B(tài)，建立統(tǒng)一的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析模型。 機(jī)構(gòu)特性： 從控制角度看機(jī)械（機(jī)構(gòu)） 1 1、質(zhì)量（慣量）；、質(zhì)量（慣量）； 2 2、剛度；、剛度； 3 3、摩擦；、摩擦； 4 4、間隙；、間隙； 5 5、阻尼；、阻尼； 6 6、諧振頻率；

51、、諧振頻率； 7 7、其它。、其它。摩擦摩擦： 從控制角度看機(jī)械（機(jī)構(gòu)）之摩擦v1v31234mFK一、摩擦的非線性特性；一、摩擦的非線性特性；二、摩擦引起的伺服系統(tǒng)誤差；二、摩擦引起的伺服系統(tǒng)誤差；三、摩擦引起的低速爬行；三、摩擦引起的低速爬行；四、改善或避免低速爬行的若干措施四、改善或避免低速爬行的若干措施 1、盡量減低動(dòng)、靜摩擦力之間的差值；、盡量減低動(dòng)、靜摩擦力之間的差值； 2、適當(dāng)增加系統(tǒng)粘滯阻尼系數(shù)；、適當(dāng)增加系統(tǒng)粘滯阻尼系數(shù)； 3、提高系統(tǒng)的剛度；、提高系統(tǒng)的剛度； 4、適當(dāng)增加系統(tǒng)的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。、適當(dāng)增加系統(tǒng)的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。摩擦力矩速度間隙間隙：一、齒隙的滯環(huán)形非線性特性

52、；一、齒隙的滯環(huán)形非線性特性； 從控制角度看機(jī)械（機(jī)構(gòu)）之間隙+100mm指令指令-100mm指令指令空動(dòng)（空程誤差、回差）空動(dòng)（空程誤差、回差）Lost motionx2x1間隙：二、齒隙對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響 從控制角度看機(jī)械（機(jī)構(gòu)）之間隙控制器G2G1G4G3G1對(duì)伺服穩(wěn)定性無影響，影響伺服精度；G2在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下對(duì)伺服精度無影響；G3對(duì)伺服穩(wěn)定性有影響，影響伺服精度；G4對(duì)伺服穩(wěn)定性無影響，影響伺服精度；機(jī)電一體化系統(tǒng)硬件集成 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)（開放式體系）“開放式體系結(jié)構(gòu)開放式體系結(jié)構(gòu)”是電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)思想。所謂是電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)思想。所謂開放式體系結(jié)構(gòu)是指：開放式體系結(jié)構(gòu)是指：1.1. 向未來的向未來的VLSIVLSI開放。由于硬、軟件接口都遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上既從當(dāng)前實(shí)際可開放。由于硬、軟件接口都遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上既從當(dāng)前實(shí)際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機(jī)會(huì)的余地。這樣的系統(tǒng)就不至于由于能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機(jī)會(huì)的余地。這樣的系統(tǒng)就不至于由于VLSIVLSI技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展而被淘汰；而被淘汰；2.2. 向不同的用戶開放。能滿足高、中、低檔用戶產(chǎn)品的需要，使各層次用戶均可選擇向不同的用戶開放。能滿足高、中、低檔用戶產(chǎn)品的