1、機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì).2.1 概念設(shè)計(jì)的普通概念 Pahl和Beitz于1984年提出了設(shè)計(jì)過程分為：明確義務(wù)Clarification of Task、概念設(shè)計(jì)Conceptual Design、詳細(xì)設(shè)計(jì)Embodiment Design詳細(xì)設(shè)計(jì)Detailed Design的四階段模型. 并將概念設(shè)計(jì)定義為：“在確定義務(wù)之后，經(jīng)過籠統(tǒng)化，擬定功能構(gòu)造，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出根本求解途徑，得出求解方案 的這一部分設(shè)計(jì)任務(wù)。.機(jī)電一體化的概念設(shè)計(jì) 幾種定義設(shè)計(jì)的過程是產(chǎn)品的功能描畫向構(gòu)造描畫的轉(zhuǎn)換過程，而概念設(shè)計(jì)是這個(gè)過程的早期階段。 產(chǎn)品的功能描畫可以是一個(gè)真值表、一條性能

2、曲線或者一組動(dòng)詞短語(yǔ)； 構(gòu)造的描畫包括經(jīng)過圖形、模型或安裝本身的物理實(shí)現(xiàn)等方式所表達(dá)的一組構(gòu)造屬性。 功能描畫與構(gòu)造描畫是多對(duì)多的映射關(guān)系。概念設(shè)計(jì)可分為問題本質(zhì)的籠統(tǒng)識(shí)別、功能構(gòu)造的建立、子功能解原理的匹配、子構(gòu)造的組合及基于設(shè)計(jì)規(guī)范的方案評(píng)價(jià)五個(gè)階段。概念設(shè)計(jì)為由功能需求到籠統(tǒng)物理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換過程： 1景象設(shè)計(jì)Phenomenological Design階段基于物理原理將功能需求籠統(tǒng)為行為的描畫； 2詳細(xì)設(shè)計(jì)Embodiment Design階段將行為的描畫詳細(xì)為可以實(shí)現(xiàn)行為的物理系統(tǒng)。.機(jī)電一體化的概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新層次1義務(wù)創(chuàng)新分析、發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)的新需求。 2功能創(chuàng)新一個(gè)是經(jīng)過對(duì)市場(chǎng)需求信息和設(shè)

3、計(jì)義務(wù)書的發(fā)明性分析而得到的新的功能需求，另一個(gè)那么是指對(duì)產(chǎn)品總功能的發(fā)明性描畫和籠統(tǒng)，從而更易于引發(fā)不同的求解思緒，有能夠?qū)е赂训漠a(chǎn)品方案。3原理創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)原理可細(xì)分為任務(wù)原理和技術(shù)原理2類：所謂任務(wù)原理，是指該產(chǎn)品賴以實(shí)現(xiàn)功能的根本性原理，或者說物理性原理；技術(shù)原理那么是為保證該任務(wù)原理的實(shí)現(xiàn)而采用的技術(shù)手段。任務(wù)原理創(chuàng)新總會(huì)導(dǎo)致全新產(chǎn)品；而技術(shù)原理創(chuàng)新往往使產(chǎn)品種類更為豐富。4行為創(chuàng)新工藝動(dòng)作過程創(chuàng)新。5構(gòu)造創(chuàng)新 包括機(jī)構(gòu)、規(guī)劃、控制系統(tǒng)及運(yùn)用的機(jī)、電、檢測(cè)元器件的組成等，是技術(shù)原理創(chuàng)新和行為創(chuàng)新的延伸和詳細(xì)實(shí)現(xiàn)。6控制創(chuàng)新 信息處置的新方法，新的控制算法的運(yùn)用和創(chuàng)新，往往能使機(jī)電一體化

4、系統(tǒng)的性能大幅度提高，可以以為是構(gòu)造創(chuàng)新向軟件的進(jìn)一步延伸。.機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新技法.機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)的三子系統(tǒng)論1機(jī)電一體化系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)進(jìn)展信息處置和控制的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，它的最終目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作；2從完成工藝動(dòng)作過程這一總功能要求出發(fā)，機(jī)電一體化系統(tǒng)可劃分為：廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、信息處置及控制子系統(tǒng)。它們分別完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作、信息檢測(cè)、信息處置及控制；3機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行子系統(tǒng)，有它的特殊性，它是由驅(qū)動(dòng)元件和執(zhí)行件或執(zhí)行機(jī)構(gòu)融為一體的廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的最大特點(diǎn)是可控性。 上述三點(diǎn)認(rèn)識(shí)，有助于對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)按功能進(jìn)行分解，從而分別尋求各自的功能載體，

5、經(jīng)過集成優(yōu)化來(lái)得到機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)的假設(shè)干方案。. 機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的過程描畫市場(chǎng)需求和設(shè)計(jì)要點(diǎn)總功能分析描畫工藝動(dòng)作過程分解及運(yùn)動(dòng)流程確定行為分析子功能確定軟件、硬件的分配機(jī)電一體化的集成建模與仿真評(píng)價(jià).機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的過程模型行為分析功能、原理分析構(gòu)造、控制分析義務(wù)分析.2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主功能控制功能動(dòng)力功能輸出構(gòu)造功能輸入控制信號(hào)顯示輸出廢棄物干擾環(huán)境界面人機(jī)界面技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)的目的是促使過程對(duì)象物質(zhì)、能量、信息的變換過程實(shí)現(xiàn).機(jī)電一體化系統(tǒng) 概念設(shè)計(jì)-方案生成 一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)籠統(tǒng)、完好的功能構(gòu)造模型，可以由變換功能、目的功能和形狀變化來(lái)分析、

6、論述。 變換功能變換過程經(jīng)過物質(zhì)、能量、信息的輸入輸出流轉(zhuǎn)換來(lái)描畫系統(tǒng)產(chǎn)品的功能，主要經(jīng)過人/機(jī)技術(shù)系統(tǒng)和系統(tǒng)的操作者協(xié)作，將過程對(duì)象的輸入形狀有目的地變換為期望的輸出形狀。 可以將變換功能系統(tǒng)看成輸入/輸出知而內(nèi)部未知的黑箱。 系統(tǒng)部件以“垂直因果鏈的方式向技術(shù)系統(tǒng)傳送物理效應(yīng)。垂直因果鏈原理從籠統(tǒng)到詳細(xì)、從總體到細(xì)化將技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)造要素和行為要素聯(lián)絡(luò)起來(lái)。 按照設(shè)計(jì)者的思想習(xí)慣，引入目的功能，更接近人們對(duì)系統(tǒng)功能了解的實(shí)踐閱歷，可以有效表示設(shè)計(jì)意圖和生成系統(tǒng)方案。 假設(shè)一個(gè)變換包涵多個(gè)操作形狀變換實(shí)現(xiàn)，那么需求運(yùn)用“程度因果鏈原理來(lái)分析。.機(jī)電一體化系統(tǒng) 概念設(shè)計(jì)-功能方法樹原理圖 機(jī)電一

7、體化系統(tǒng)可以視為含有因果關(guān)系或邏輯關(guān)系的變換功能構(gòu)造或目的功能構(gòu)造。聯(lián)絡(luò)變換功能和目的功能的紐帶是“技術(shù)的選擇。目的功能：-描畫“要做什么變換功能：-描畫“怎樣做由于變換功能可以看成是目的功能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)采用何種技術(shù)實(shí)現(xiàn)目的功能，在機(jī)電一體化系統(tǒng)方案生成推理過程中，目的功能就成為從系統(tǒng)的變換功能描畫到功能物理實(shí)現(xiàn)間的必經(jīng)之路。 .機(jī)系統(tǒng)的功能求解案例自上而下的因果關(guān)系程度方向的因果鏈.2.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的四視圖 四視圖描畫的是同一個(gè)對(duì)象，它們的視角不同，但各個(gè)視角之間是相互聯(lián)絡(luò)的。 在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段，四視圖是有力的工具。一方面，從功能視圖開場(chǎng)的四視圖設(shè)計(jì)，有利于創(chuàng)新方案的構(gòu)成；另一方面，

8、對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)方案，完成上述四視圖的設(shè)計(jì)要求之后，就提供了評(píng)價(jià)決策的根底。經(jīng)過對(duì)各種不同方案的四視圖加以評(píng)價(jià)、比較，可以獲得完好的、優(yōu)化的、正確的設(shè)計(jì)方案。一、功能視圖Function View三、控制視圖Control View四、信息視圖Information View二、構(gòu)造視圖Configuration View. 功能視圖一、總功能分功能輔助功能的分解和描畫；二、功能原理-技術(shù)系統(tǒng)的推理，技術(shù)方案的構(gòu)成；. 功能視圖簡(jiǎn)略目的功能描畫變換功能描畫黑箱主要的功能組成主功能的技術(shù)原理功能/行為/構(gòu)造分析與求解包括子功能在內(nèi)的功能/行為/構(gòu)造的詳細(xì)分析與求解原理系統(tǒng)的構(gòu)成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分功能的技

9、術(shù)原理及系統(tǒng)構(gòu)成描畫機(jī)電一體化根本單元ME的分析包括構(gòu)造視圖在內(nèi)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)詳細(xì)的四視圖概念設(shè)計(jì)分析報(bào)告概念樣機(jī)籠統(tǒng)詳細(xì)詳細(xì). 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)域籠統(tǒng)詳細(xì)簡(jiǎn)單詳細(xì)功能設(shè)計(jì)域構(gòu)造設(shè)計(jì)域控制設(shè)計(jì)域信息設(shè)計(jì)域從功能設(shè)計(jì)域向其他設(shè)計(jì)域擴(kuò)展圖2-9 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)域. 構(gòu)造視圖一、總體規(guī)劃模塊；二、傳動(dòng)及支承系統(tǒng)；三、重要構(gòu)造。. 控制視圖一、機(jī)電一體化的根本單元組成及任務(wù)原理；二、控制器信息處置軟硬件平臺(tái)的組成；三、接口。.信息視圖一、人機(jī)界面信息輸入方式控制言語(yǔ)；二、人機(jī)界面信息到機(jī)器界面信息的變換過程；三、處置信息流變換的軟件構(gòu)造。. 典型案例討論2.4 典型案例1：全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能分析與設(shè)計(jì)2.5 設(shè)計(jì)實(shí)例2: 快速成形