[工学]机电一体化总体设计.ppt

* * 第七章 机电一体化总体设计 第一节 概述 机电一体化总体设计是应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的性能要求及各机、电组成单元的特性，选择最合理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。 随着大规模集成电路的出现，机电一体化产品得到了迅速普及和发展，从家用电器到生产设备，从办公自动化设备到军事装置，机与电紧密结合的程度都在迅速增加，形成了一个纵深而广阔的市场。市场竞争规律要求产品不仅具有高性能，而且要有低价格，这就给产品设计人员提出了越来越高的要求。另一方面，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电一体化产品设计人员提供了众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。如何充分利用这些条件，应用机电一体化技术，开发出满足市场需求的机电一体化产品，是机电一体化总体设计的重要任务。 一、总体设计的主要内容 一般来讲，机电一体化总体设计应包括下述主要内容。 (一)技术资料准备 1)搜集国内外有关技术资料，包括现有同类产品资料、相关的理论研究成果和先进技术资料等。通过对这些技术资料的分析比较，了解现有技术发展的水平和趋势。这是确定产品技术构成的主要依据。 2)了解所设计产品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。此外，还应了解产品的极限工作环境、操作者的技术素质、用户的维修能力等方面的情况。使用要求是确定产品技术指标的主要依据。 3)了解生产单位的设备条件、工艺手段、生产基础等，作为研究具体结构方案的重要依据，以保证缩短设计和制造周期、降低生产成本、提高产品质量。 (二)性能指标确定 性能指标是满足使用要求的技术保证，主要应依据使用要求的具体项目来相应地确定，当然也受到制造水平和能力的约束。性能指标主要包括以下几项： (1)功能性指标包括运动参数、动力参数、尺寸参数、品质指标等实现产品功能所必需的技术指标。 (2)经济性指标包括成本指标、工艺性指标、标准化指标、美学指标等关系到产品能否进入市场并成为商品的技术指标。 (3)安全性指标 包括操作指标、自身保护指标和人员安全指标等保证产品在使用过程中不致因误操作或偶然故障而引起产品损坏或人身事故方面的技术指标。对于自动化程度较高的机电一体化产品，安全性指标尤为重要。 (三)总体方案拟定 总体方案拟定是机电一体化总体设计的实质性内容，要求充分发挥机电一体化设计的灵活性，根据产品的市场需求及所掌握的资料和技术，拟定出综合性能最好的总体方案。总体方案拟定主要包括下述内容。 (1)性能指标分析 依据所掌握的技术资料及以往的设计经验，分析各项性能指标的重要性及实现的难易程度，从而找出设计难点及特征指标，即影响总体方案的主要因素。每项特征指标都由一系列的环节来实现和保证，如果实现某项特征指标的系列环节中存在着机械、电子等不同设计类型的环节，则需要采用机电一体化方法统筹选择各环节的结构，否则只需采用常规方法确定各环节结构即可。 (2)预选各环节结构 在性能指标分析的基础上，初步选出多种实现各环节功能和性能要求的可行的结构方案，并根据有关资料或与同类结构类比，定量地给出各结构方案对特征指标的影响程度或范围，必要时也可通过适当的实验来测定。将各环节结构方案进行适当组合，构成多个可行的总体结构方案，并使得各环节对特征指标的影响的总和不超过规定值。 (3)整体评价选定一个或几个评价指标，对上述选出的多个可行方案进行单项校核或计算，求出各方案的评价指标值并进行比较和评价，从中选出最优者作为拟定的总体方案。关于评价和优化的方法：将在下一节详细介绍。 机电一体化总体设计的目的是设计出综合性能最优或较优的总体方案，作为进一步详细设计的纲领和依据。应当指出，总体方案的确定并非是一成不变的，在详细设计结束后，应再对整体性能指标进行复查，如发现问题，应及时修改总体方案，甚至在样机试制出来之后或在产品使用过程中，如发现总体方案存在问题，也应及时加以改进。 二、产品的使用要求与性能指标 产品的使用要求包括功能性要求、经济性要求和安全性要求等，产品的性能指标应根据这些要求及生产者的设计和制造能力、市场需求等来确定。 (一)功能性要求 产品的功能性要求是要求产品在预定的寿命期间内有效地实现其预期的全部功能和性能。从设计的角度来分析，功能性要求可用下列性能指标来表达： 1．功能范围 任何产品所能实现的功能都有一定范围，例如一台通用性较强的打印机可以使用不同幅宽的打印纸及普通纸张，而微型打印机只能使用单一专用打印纸。一般来讲，产品的适用范围