什么是機(jī)電系統(tǒng)？(定義)哪些系統(tǒng)屬于機(jī)電系統(tǒng)？（分類）機(jī)電系統(tǒng)包括哪些部分？（構(gòu)成）所有的機(jī)電系統(tǒng)都包括這些部分嗎？（剖析）研究哪些內(nèi)容？（關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)計(jì)方法）怎樣展開設(shè)計(jì)？（設(shè)計(jì)流程）1

“機(jī)電一體化”是精密機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新形式。機(jī)械學(xué)（Mechanics）+電子學(xué)（Electronics）

=機(jī)電一體化或機(jī)械電子工程（Mechatronics）起源：說(shuō)法很多，早在197l年，日本?機(jī)械設(shè)計(jì)?雜志副刊就提出了“Mechatronics”這一名詞，1976年以廣告為主的日本雜志Mechatronicsdesignnews開始使用?！癕echatronics”是Mechanics(機(jī)械學(xué))與E1ectronics(電子學(xué))組合而成的日本造英語(yǔ)。1.1.1“機(jī)電一體化”的涵義2“在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引用微電子技術(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”機(jī)械技術(shù)（機(jī)械學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)）微電子技術(shù)（電子學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、IC/LSI/VLSI）機(jī)電一體化技術(shù)(機(jī)械、微電子和信息技術(shù)的融合)1.1.1“機(jī)電一體化”的涵義美國(guó)1984年ASME(美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì))：由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械或(和)機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)，又稱為現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)定義目的增加機(jī)械系統(tǒng)或裝置的附加值和自動(dòng)化程度。3含義：包含了技術(shù)和產(chǎn)品兩個(gè)方面的內(nèi)容技術(shù):包含使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)(共性關(guān)鍵技術(shù))產(chǎn)品:主要是機(jī)械系統(tǒng)（部件）與微電子系統(tǒng)（或部件與軟件）相互置換或有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的新的系統(tǒng)，且賦予新的功能和性能的新一代產(chǎn)品4思考辨析：①問(wèn)：裝有微型計(jì)算機(jī)的電視機(jī)、電飯煲是不是機(jī)電一體化產(chǎn)品？答：不是（無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，屬于純電子設(shè)備）②問(wèn)：普通的縫紉機(jī)與單片機(jī)控制的縫紉機(jī)有何差別？答：普通的縫紉機(jī)屬于純機(jī)械設(shè)備，單片機(jī)控制的縫紉機(jī)屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品特點(diǎn)是什么？1.以機(jī)械作為控制對(duì)象，改變位移、速度等參數(shù)。2.以電子或計(jì)算機(jī)作為控制器，具有一定的智能。51.1.2

機(jī)電一體化技術(shù)的主要特征及目的整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化——小型輕量系統(tǒng)控制智能化—自動(dòng)控制與檢測(cè)、自動(dòng)信息處理與誤差補(bǔ)償、故障診斷與修復(fù)、記錄與顯示、高的自適應(yīng)能力;“傻瓜”相機(jī)。操作性能柔性化--靈活性和適應(yīng)性產(chǎn)品高性能化——高精度、高靠性、高穩(wěn)定性、高壽命。6省能源省資源智能化高產(chǎn)品的附加值1.1.2機(jī)電一體化的“目的”71.2機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)先發(fā)展的機(jī)電一體化領(lǐng)域必須同時(shí)具備下述幾個(gè)條件：①短期或中期普遍需要；②具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；③具備或經(jīng)過(guò)短期努力能具備必需的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)；④社會(huì)效益十分顯著的領(lǐng)域。8檢測(cè)傳感技術(shù)

信息處理技術(shù)

伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)

精密機(jī)械技術(shù)

系統(tǒng)總體技術(shù)9檢測(cè)傳感技術(shù)檢測(cè)的對(duì)象有溫度、流量、壓力、位移速度、加速度、力、力矩等物理量及物品的幾何參數(shù)，檢測(cè)精度直接影響機(jī)電一體化產(chǎn)品性能的好壞，因此要求傳感器具有高精度、高靈敏度和高可靠性。研究?jī)?nèi)容：一是如何將各種被測(cè)量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是對(duì)電信號(hào)的加工處理。10包括：傳感器技術(shù)，信號(hào)輸入輸出與處理，傳感系統(tǒng)自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)與檢測(cè)技術(shù)。方向：信息化、智能化、多維化、集成化11信息處理技術(shù)包括信息的輸入、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)和輸出技術(shù)，是否及時(shí)準(zhǔn)確直接影響了系統(tǒng)的質(zhì)量和效率。包括軟、硬件技術(shù)。方向：提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。信息處理技術(shù)12提高大規(guī)模集成電路的制造工藝水平，保證可靠性，降低成本提高I/O、A/D、D/A轉(zhuǎn)換的速度和可靠性開發(fā)高速處理技術(shù)通信與傳遞加速軟盤機(jī)、可編程控制器、微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化提高維修性能自診斷功能、智能控制算法及柔性自動(dòng)化仿真技術(shù)13目的：實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。依據(jù)：經(jīng)典控制論（線性定常系統(tǒng)），現(xiàn)代控制論（非線性的時(shí)變系統(tǒng)）包括：高精度定位控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。自動(dòng)控制技術(shù)14伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)包括：指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的問(wèn)題。包括電磁鐵、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、液壓馬達(dá)、液壓缸、氣缸等；交直流伺服電機(jī)控制，變頻調(diào)速、電流逆變技術(shù)，步進(jìn)電機(jī)制控制研究的問(wèn)題：提高機(jī)電轉(zhuǎn)換部件的精度、可靠性和快速響應(yīng)性；提高直流電動(dòng)機(jī)的分辨率和靈敏度；交流調(diào)速系統(tǒng)的研究；大功率晶體管和晶閘管等功率器件的研究；中小慣量伺服電動(dòng)機(jī)的研制；氣動(dòng)伺服技術(shù)的研究15精密機(jī)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，零部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、規(guī)格化等。提高剛度、改善動(dòng)態(tài)性能和熱變形。研究的問(wèn)題：普通機(jī)構(gòu)的精度提高，機(jī)械零部件的動(dòng)靜態(tài)特性及熱變形問(wèn)題；關(guān)鍵零部件的精度；超精加工與精密測(cè)量技術(shù)；刀具、磨具質(zhì)量改善；摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題；零部件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化精密機(jī)械技術(shù)16從全局的角度和系統(tǒng)的目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將系統(tǒng)分解為若干各子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)來(lái)考慮每個(gè)子系統(tǒng)的技術(shù)方案，把機(jī)械和電子在功能與機(jī)構(gòu)上有機(jī)地一體化的技術(shù)除了優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還包括可靠性設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)及造型設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體技術(shù)17位置,速度檢測(cè)單元電機(jī)機(jī)械部件位置,速度反饋CNC數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)組成例子：1.3.1機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素18執(zhí)行器控制信息電子控制單元?jiǎng)恿υ礄z測(cè)傳感部分機(jī)械本體參數(shù)變化信息驅(qū)動(dòng)力能量檢測(cè)參數(shù)1.3.1機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素19由五個(gè)部分（要素）組成：1．機(jī)械裝置：支承、導(dǎo)向、實(shí)現(xiàn)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，如機(jī)架、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、機(jī)械手。2．驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)，如各類電機(jī)、電磁鐵、液壓馬達(dá)等3．動(dòng)力裝置：為驅(qū)動(dòng)裝置提供能源，即動(dòng)力源，包括電源、液壓源、氣壓源4．傳感檢測(cè)裝置：對(duì)系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的一些狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行測(cè)量（信息獲?。?，并提供所能識(shí)別的電信號(hào)。5．信息處理裝置：信息接收、處理并進(jìn)行相應(yīng)的控制，又稱為控制子系統(tǒng)，核心部分，智能要素。計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、PLC動(dòng)力裝置機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)電一體化系統(tǒng)與人體結(jié)構(gòu)及功能比較傳感檢測(cè)裝置不同環(huán)節(jié)之間進(jìn)行著能量轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)傳遞、信息交換與處理，并最終連接成一個(gè)有機(jī)整體，在控制單元的作用下有序的工作。動(dòng)力本體驅(qū)動(dòng)檢測(cè)大腦內(nèi)臟骨骼肌肉感官機(jī)電一體化系統(tǒng)功能與作用人體信息處理裝置控制1.3.1機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素20圖1-4系統(tǒng)（產(chǎn)品）基本構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)211.3.2重要功能特征以能量轉(zhuǎn)換為主功能特征，輸出不同能量的系統(tǒng)。以信息轉(zhuǎn)換為主功能特征，輸出某種信息，數(shù)字、圖像、文字、聲音等。液壓挖掘機(jī)22

1.3.3

功能構(gòu)成三大工業(yè)要素：物質(zhì)、能量、信息“目的功能”

:

（1）變換(加工、處理)功能；（2）傳遞(移動(dòng)、輸送)功能；（3）儲(chǔ)存(保持、積蓄、記錄)功能?？刂品绞剑壕€性、非線性、智能控制方式。

圖1-5系統(tǒng)目的功能23主功能

動(dòng)力功能

控制功能

構(gòu)造功能計(jì)測(cè)功能機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的內(nèi)部功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，變換、傳遞或存儲(chǔ)向系統(tǒng)提供動(dòng)力、讓系統(tǒng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)的功能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)施“目的功能”。使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時(shí)間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息的檢測(cè)與計(jì)算處理的功能各子系統(tǒng)的匹配技術(shù)（核心）—接口技術(shù)。24圖1-6系統(tǒng)的五種內(nèi)部功能25圖1-7CNC機(jī)床的內(nèi)部功能構(gòu)成26作用：為實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電子、信息等各異的技術(shù)在系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源、信息的傳遞與轉(zhuǎn)換，達(dá)到系統(tǒng)所需的目的功能。功能：系統(tǒng)輸入/輸出接口信息的匹配。系統(tǒng)信息的轉(zhuǎn)換、調(diào)整，能源信息匹配。1.4系統(tǒng)構(gòu)成要素之間的連接-接口技術(shù)27圖1-11構(gòu)成要素之相互聯(lián)系機(jī)電一體化技術(shù)研究的核心問(wèn)題是接口技術(shù)問(wèn)題28

（一）輸入／輸出功能（二）變換、調(diào)整功能

1)零接口

2)無(wú)源接口

3)有源接口

4)智能接口廣義的接口功能1不進(jìn)行任何變換和調(diào)整、輸出即為輸入等，僅起連接作用的接口，稱為零接口。例如輸送管、接插頭、接插座、接線柱、傳動(dòng)軸、導(dǎo)線、電纜等。2只用無(wú)源要素進(jìn)行變換、調(diào)整的接口，稱為無(wú)源接口。例如齒輪減速器、進(jìn)給絲杠、變壓器、可變電阻器以及透鏡等。3含有有源要素、主動(dòng)進(jìn)行匹配的接口，稱為有源接口。例如電磁離合器、放大器、光電耦合器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器以及力矩變換器等4含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或可適應(yīng)性地改變接口條件的接口，稱為智能接口。例如自動(dòng)變速裝置，通用輸入／輸出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB總線、STD總線等29零接口

不進(jìn)行任何變換和調(diào)整、輸出即為輸入等，僅起連接作用的接口，稱為零接口。例如輸送管、接插頭、接插座、接線柱、傳動(dòng)軸、導(dǎo)線、電纜等。

無(wú)源接口只用無(wú)源要素進(jìn)行變換、調(diào)整的接口，稱為無(wú)源接口。例如齒輪減速器、進(jìn)給絲杠、變壓器、可變電阻器以及透鏡等。有源接口含有有源要素、主動(dòng)進(jìn)行匹配的接口，稱為有源接口。例如電磁離合器、放大器、光電耦合器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器以及力矩變換器等。智能接口含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或可適應(yīng)性地改變接口條件的接口，稱為智能接口。例如自動(dòng)變速裝置，通用輸入／輸出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB總線、STD總線等。

根據(jù)接口的變換、調(diào)整功能，可將接口分成以下四種：30

1）機(jī)械接口

2）物理接口

3）信息接口

4）環(huán)境接口根據(jù)輸入／輸出功能分1由輸入/輸出部位的形狀、尺寸精度、配合、規(guī)格等進(jìn)行機(jī)械連接的接口。聯(lián)軸器、管接頭、法蘭盤、萬(wàn)能插口、接插座及音頻盒等2受通過(guò)接口部位的物質(zhì)、能量及信息的具體形態(tài)和物理?xiàng)l件約束的接口，如電壓頻率轉(zhuǎn)矩流量等約束條件接口3受規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、法律、語(yǔ)言、符號(hào)等邏輯、軟件約束的接口，如：GB/ISO/ASCII碼/RS232/C++等4對(duì)周圍環(huán)境條件有保護(hù)和隔絕作用的接口。如防塵過(guò)濾器、防水連接器、防爆開關(guān)等31圖1-11構(gòu)成要素之相互聯(lián)系機(jī)電一體化技術(shù)研究的核心問(wèn)題是接口技術(shù)問(wèn)題321.5

機(jī)電一體化系統(tǒng)的評(píng)價(jià)附加價(jià)值：高性能化低價(jià)格化高可靠性化智能化省能化短小輕薄化33依據(jù)提高機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)附加價(jià)值的各項(xiàng)綜合指標(biāo)作為評(píng)價(jià)體系的制定標(biāo)準(zhǔn)，即五大內(nèi)部功能要素指標(biāo)。34圖1-12機(jī)電一體化產(chǎn)品的評(píng)價(jià)內(nèi)容35

1.6

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)

——運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)、品質(zhì)參數(shù)。（2）系統(tǒng)功能部件要素的劃分

——功能部件選擇、設(shè)計(jì)和與系統(tǒng)主功能的匹配。（3）接口設(shè)計(jì)

——機(jī)械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境接口。36（4）綜合評(píng)價(jià)或系統(tǒng)評(píng)價(jià)

——系統(tǒng)的附加價(jià)值的高低以衡量系統(tǒng)性能、結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各種定量指標(biāo)和參數(shù)為依據(jù)，滿足設(shè)計(jì)或用戶需求為前提。評(píng)價(jià)方法依據(jù)產(chǎn)品要求有所不同。（5）可靠性復(fù)查（6）試制與調(diào)試

——樣機(jī)制造與調(diào)試、試驗(yàn)。（7）最終產(chǎn)品結(jié)果評(píng)價(jià)

——是否達(dá)到設(shè)計(jì)或用戶要求37圖1-14機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的設(shè)計(jì)流程381.7.1

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法一、原則從規(guī)范性、通用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合分析，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三大目的省能源、省資源、智能化，提高機(jī)電產(chǎn)品的附加值和自動(dòng)化程度。39

為充分發(fā)揮機(jī)電一體化的三大效果,使系統(tǒng)(或產(chǎn)品)得到最佳性能，一方面要求設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)應(yīng)選擇與控制系統(tǒng)的電氣參數(shù)相匹配的機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)；同時(shí)也要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的固有結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)選擇和確定電氣參數(shù)，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)，使二者密切結(jié)合、相互協(xié)調(diào)、相互補(bǔ)充,充分體現(xiàn)機(jī)電一體化的優(yōu)越性。40

1)機(jī)電互補(bǔ)法

2)結(jié)合(融合)法

3)組合法二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法41又稱取代法。該方法的特點(diǎn)是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品（系統(tǒng))中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。1)機(jī)電互補(bǔ)法42是將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件(子系統(tǒng))，其要素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)匹配比較充分。2）結(jié)合(融合)法43將結(jié)合法制成的功能部件(子系統(tǒng))、功能模塊，像積木那樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)（品），故稱組合法。3）組合法44開發(fā)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)變異性設(shè)計(jì)1.7.2

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類型45沒(méi)有參照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理和要求，設(shè)計(jì)出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品或系統(tǒng)。1）開發(fā)性設(shè)計(jì)46是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價(jià)值。2)適應(yīng)性設(shè)計(jì)47

是在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。3)變異性設(shè)計(jì)481.8

機(jī)電一體化工程與系統(tǒng)工程

給定機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)“目的功能”與“規(guī)格”后，機(jī)電一體化技術(shù)人員利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的整個(gè)過(guò)程為機(jī)電一體化工程。49系統(tǒng):

具有特定功能的、相互間具有有機(jī)聯(lián)系的要素所構(gòu)成的一個(gè)整體。工程：產(chǎn)生一定效能的方法。1978年，錢學(xué)森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(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)都具有普遍意義的科學(xué)方法”。以大系統(tǒng)為對(duì)象、以數(shù)學(xué)方法和大型計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和反饋控制等功能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)，從而達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標(biāo)，以充分發(fā)揮人力、物力和財(cái)力，通過(guò)各種組織管理技術(shù)，使局部與整體之間協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化。是數(shù)學(xué)方法和工程方法的集合。系統(tǒng)工程50是系統(tǒng)工程在機(jī)電一體化工程中的具體應(yīng)用。機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，機(jī)械與電子有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化工程511.9.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序一般采用三階段法，即總體設(shè)計(jì)→部件設(shè)計(jì)與選擇→技術(shù)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)。在試驗(yàn)性設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，多采用既分階段又平行兼顧的設(shè)計(jì)即并行設(shè)計(jì)，以便相互協(xié)調(diào)。52（1）總體設(shè)計(jì)明確設(shè)計(jì)思想和概念→分析系統(tǒng)（產(chǎn)品）的綜合性能指標(biāo)要求→類似產(chǎn)品調(diào)研和市場(chǎng)調(diào)研→劃分部件或子系統(tǒng)的功能模塊→決定系統(tǒng)和部件、子系統(tǒng)的性能參數(shù)→擬定總體可行性方案（采用不同的設(shè)計(jì)方法和手段達(dá)到設(shè)計(jì)目的的多種方案）→方案評(píng)價(jià)與對(duì)比、方案定型→編寫總體方案的可行性論證書→專家評(píng)定鑒定→確定最終總體設(shè)計(jì)方案53（2）部件（或關(guān)鍵零件）選擇與設(shè)計(jì)部件主要性能指標(biāo)確定→部件選擇與設(shè)計(jì)→明確技術(shù)手段。（3）技術(shù)設(shè)計(jì)與工藝性設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)（產(chǎn)品）功能要素的工藝特性、制造手段與能力——工藝基礎(chǔ)；反之，工藝性設(shè)計(jì)要以滿足實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)（產(chǎn)品）各功能要素為前提或目的——保證性能、質(zhì)量、增加附件價(jià)值。54

設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要考慮“人、機(jī)、材料、成本”等因素，以節(jié)省能源、節(jié)省資源、智能化，提高系統(tǒng)的附加值，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的功能為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，使系統(tǒng)具有高的可靠性、適應(yīng)性、完善性為設(shè)計(jì)目標(biāo)。1.9.2

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則55

一般系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有以下規(guī)律：根據(jù)設(shè)計(jì)要求首先確定離散元素間的邏輯關(guān)系，然后研究其相互間的物理關(guān)系，這樣就可根據(jù)設(shè)計(jì)要求和手冊(cè)確定其結(jié)構(gòu)關(guān)系，最終完成全部設(shè)計(jì)工作；其中確定邏輯關(guān)系階段是關(guān)鍵，如邏輯關(guān)系不合理，其設(shè)計(jì)必然不合理。

1.9.3

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)律56（1）確定零部件之間的邏輯和物理關(guān)系功能劃分→確定邏輯關(guān)系→確定功能結(jié)構(gòu)→建立數(shù)學(xué)或者物理模型→實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)（2）確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能結(jié)構(gòu)的手段和方法鏈狀結(jié)構(gòu)（串聯(lián)）；平行結(jié)構(gòu)（并聯(lián)）；反饋閉環(huán)結(jié)構(gòu)。571.10.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)的開發(fā)工程

機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的種類不同，其設(shè)計(jì)方法也不同?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，它是以計(jì)算機(jī)為輔助手段進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)的有效方法。其設(shè)計(jì)步驟通常是：技術(shù)預(yù)測(cè)→市場(chǎng)需求→信息分析→科學(xué)類比→系統(tǒng)設(shè)計(jì)→創(chuàng)新性設(shè)計(jì)→因時(shí)制宜的選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(相似設(shè)計(jì)法、模擬設(shè)計(jì)法、有限元設(shè)計(jì)法、可靠性設(shè)計(jì)法、動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法等)→機(jī)電一體化設(shè)計(jì)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)等。58重點(diǎn)研究：系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)；功能組件的外購(gòu)?fù)鈪f(xié)配套與標(biāo)準(zhǔn)化；專用功能部件（子系統(tǒng)）開發(fā)和研制；專業(yè)化生產(chǎn)方式的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)；設(shè)計(jì)能達(dá)到高效、高質(zhì)量、高可靠性的設(shè)計(jì)制造效果；59圖1-16機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)工程的流程60是設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品(系統(tǒng))的有力工具。用來(lái)設(shè)計(jì)一般機(jī)械產(chǎn)品的CAD的研究成果，包括計(jì)算機(jī)硬件和軟件，以及圖像儀和繪圖儀等外圍設(shè)備，都可以用于機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，需要補(bǔ)充的不過(guò)是有關(guān)機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)和制造的數(shù)據(jù)、計(jì)算方法和特殊表達(dá)的形式而已。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與并行工程1.10.2

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法61是把產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)、制造及其相關(guān)過(guò)程作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行綜合（并行）協(xié)調(diào)的一種工作模式。這種工作模式力圖使開發(fā)者們從一開始就考慮到產(chǎn)品全壽命周期[從概念形成到產(chǎn)品（系統(tǒng)）報(bào)廢]內(nèi)的所有因素。并行工程的目標(biāo)是提高產(chǎn)品（系統(tǒng)）的生命全過(guò)程（包括設(shè)計(jì)、工藝、制造、服務(wù)）中的全面質(zhì)量，降低產(chǎn)品（系統(tǒng)）全壽命周期內(nèi)（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售、客戶應(yīng)用、售后服務(wù)直至產(chǎn)品報(bào)廢處理等）的成本，縮短系統(tǒng)的研法周期。并行工程與串行工程的差異就在于在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就要按并行、交互、協(xié)調(diào)的工作模式進(jìn)行產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)，就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品（系統(tǒng)）壽命周期內(nèi)的各個(gè)階段的要求盡可能同時(shí)進(jìn)行交互式協(xié)調(diào)。并行工程（CE-concurrentengineering）62圖1-17串行工程與并行工程63虛擬產(chǎn)品是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新一代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是在基于多媒體的、交互的滲入式或侵入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者不僅能夠直接在三維空間中通過(guò)三維操作、語(yǔ)言指令、手勢(shì)等高度交互的方式進(jìn)行三維實(shí)體建模和裝配建模，并且最終生成精確的產(chǎn)品（系統(tǒng)）模型，以支持詳細(xì)設(shè)計(jì)與變型設(shè)計(jì)，同時(shí)能在同一環(huán)境中進(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。

虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)64

快速響應(yīng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要一環(huán)?？焖夙憫?yīng)工程是企業(yè)面對(duì)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應(yīng)市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品（系統(tǒng)），以保證企業(yè)在激烈競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中立于不敗之地的重要工程。實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是有效開發(fā)和利用各種產(chǎn)品（系統(tǒng)）信息資源的高度存儲(chǔ)、傳播及加工的能力，主要采取三項(xiàng)基本策略，以達(dá)到對(duì)產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)需求的快速響應(yīng)。①利用產(chǎn)品信息資源進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)或變異性設(shè)計(jì)；②虛擬設(shè)計(jì)—利用數(shù)字化技術(shù)加快設(shè)計(jì)過(guò)程；③遠(yuǎn)程協(xié)同、分布設(shè)計(jì)。即信息的資源化、產(chǎn)品（系統(tǒng)）的數(shù)字化、設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化。

快速響應(yīng)設(shè)計(jì)65從