机电一体化系统产品设计与工程路线

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1、1,机电一体化产品设计与工程路线,2,系统设计的评价方法(10种),工效实用性： 总体技术指标：产量、容量、质量、精度 系统可靠性： 在预定时间内给定的工作条件下满意工作的概率 运行平稳性： 稳定性指标：过渡过程时间ts 、超调量% 、上升时间tr 、稳态误差e() 、滞后时间 环境完善性： 操作宜人性：,3,系统设计的评价方法(10种),人机安全性： 技术经济性 评价比较不同方案的经济性 评价比较资源利用的合理性 结构工艺性: 满足制造、施工、加工、装配、安装、运输、维修等要求。 造型艺术性: 成果规范性: 符合技术规范,4,经济技术分析,收益率法 价值分析法,5,经济技术分析收益率法,收益

2、率：反映技术方案的盈利程度。 投资收益率： 内部收益率： 回收期法： 年成本法：,6,投资收益率（NPVR）,定义：投资收益率又称投资利润率，是指投资收益（税后）占投资成本的比率。 公式 ： 投资收益率投资收益/投资成本100 意义 : 反映投资的收益能力。 当该比率明显低于公司净资产收益率时，说明其对外投资是失败的，应改善对外投资结构和投资项目。,7,内部收益率（IRR）,定义： 资金流入等于资金流出时的利率 资金流入现值总额与资金流出现值总额相等、净现值等于零时的折现率 。,8,回收期法和年成本法,回收期法Tr： 回收初始投资所需的时间 年成本法AC: 年度耗费（投资、经营费用、残值）,9

3、,经济技术分析价值分析法,机电产品开发的目的: 为社会提供效用 为企业获取利润 价值(F)=功能/消耗费用,10,价值分析法(4种),最低成本法： 从同样功能产品中找出成本最低者 统计趋势法 满足同样需要但满足程度不同的各类同类产品的成本，作图表示 目标利润法 目标成本=产品售价(目标利润+销售费用) 产品销售降低额法 售价降低数额=成本降低数额。(为了盈利必需降低产品成本),11,可靠性分析,产品的可靠性主要取决于研制和设计阶段形成的固有可靠性。 可靠性指标：可靠度函数、失效率、寿命 可靠性预测：试验统计法、经验法 可靠性指标分配：等同分配、按比例分配、按重要性分配、最优化分配 冗余设计：简

4、化产品结构、减少故障概率，提高各部件的可靠性，采用冷储备（备用部件），维修护理，预防性定期维修等,12,维修性分析,平均修复时间短 零部件具有互换性 维修空间充足 维修工具、设备数量和种类少 维修技术复杂性低 维修人员少 维修成本低 状态监测和自动记录指导维修,13,安全性分析,系统本身的安全性 设置安全工作区、锁安全操作 工作环境条件监测与监控 非正常工作状态的自动停机、误操作自动处理 操作人员的安全性 漏电保护、报警提示、急停操作、快速制动等,14,产品设计类型,开发性设计 全新设计 适应性设计 原理方案不变，仅对功能和结构进行重新设计 变参数设计 改变部分结构尺寸而形成系列产品,15,基

5、本设计和工程路线(14个步骤),1.拟定设计目标及初步技术规范 用途、工作方式 主要性能指标、使用环境 2.可行性分析 资料的收集 市场前景预测 可行性分析 技术经济性分析,16,17,基本设计和工程路线,3. 初步设计(总体方案设计) 总体结构方案、制定研制计划、开发经费概算、开发风险分析等。 总体方案设计方法(构思比较),18,基本设计和工程路线,4.初步方案的评价、评审 邀请有关专家按照“设计目标及技术规范要求”对总体设计方案进行评审，对设计结果做出评价，并提出改进意见。,19,基本设计和工程路线,5.确定数学模型(理论分析) 按照第4步骤的评审意见对初步设计 结果做出修改后，进入理论分

6、析阶段。,20,基本设计和工程路线,6.详细设计(样机设计) 按集成化和模块化设计理论，把系统化分成若干个功能模块，明确各个模块之间的接口任务。,21,基本设计和工程路线,7.详细设计方案评价 通过以后进入下一步，通不过回到5或6步骤修改。 8.试制样机 机械本体、执行机构、动力驱动系统、能源系统、控制系统、传感检测系统的加工、装配和调试。完成可以用于试验和测试的产品样机。,22,基本设计和工程路线,9.样机试验与测试 10.技术评价与审定 通过:按审定意见对详细设计结果做出修 改，进入下一步骤，进行小批量试生产。 通不过：按审定意见返回到第5-8步骤之间的某一步骤，重新进行设计。 11.小批

7、量生产 12.试销 13.批量生产 14.销售,23,系统设计中的质量管理,质量目标管理 实行可行性设计 进行设计质量评审 加强标准化与工艺审查 建立设计质量责任制 建立质量保证体系,24,制造工程质量管理,元器件的筛选 提高参数指标、均匀性 应力筛选 冲击筛选、振动筛选、离心加速度筛选 老化处理 温度老化处理、交变载荷老化处理、大电流老化处理 产品的生产质量检验 预检、中间检验、完工检验 检验方法：全数检验、抽样检验,25,上海市制造业质量管理,上海全面质量管理开展30多年 制造业质量竞争力指数列全国首位 总体达到三级水平（国内前列） 三成企业达到四级水平（国际先进） 1.5%的企业达到五级

8、水平（世界级） 宝钢、振华港机、大众、海立等,26,喷漆机器人开发的工程路线,1.目标及技术规范 机器人的用途:自动喷漆。 工作方式：示教再现（示教盒、手把手） 主要技术参数：存储量(3800点、128 min)、最大速度1.7m/s、位置精度2.5mm、动作频率(10Hz, 40Hz、 50Hz )、6自由度、8kg承载能力、作业空间(垂直投影2000x1000、水平投影1800x90)。 使用环境要求：喷漆、防爆。,27,喷漆机器人开发的工程路线,2.收集资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析 机器人市场现状 喷漆机器人技术现状 喷漆机器人结构形式 自由度分布 驱动方式 控制方案 防爆

9、设计,28,喷漆机器人开发的工程路线,3.总体方案设计 总体结构方案：自由度数、坐标形式、作业空间、驱动方式、控制方式、手爪工具、使用环境。 制定研制计划：时间进度表、主要步骤、每一步骤的成果形式、人员需求情况。 开发经费概算。 开发风险分析。,29,喷漆机器人开发的工程路线,4.总体方案的评审、评价 对多种方案进行筛选、优化组合 对最优方案进行评估分析、修改 评审通过，进入下一步， 评审通不过回到上一步修改。,30,喷漆机器人开发的工程路线,5.理论分析阶段(确定数学模型) 机构运动学模型、作业空间分析。 机构的力学计算。 驱动元件的选择、动力计算。 动力学模型、仿真分析。 传感器选择、精度

10、分析。 建立控制模型、仿真分析。,31,喷漆机器人开发的工程路线,6.详细设计 系统总体设计：布局、人机交互、维修对策、加工单位协调、产品性能。 业务的划分：作业模块、接口、联调方法、人员分工。 机械本体及工具设计：本体、电器控制柜、操作台等结构，加工、装配、调试涉及的特殊工具。 控制系统设计：总体控制方案，计算机、硬件、接口、配电。 程序设计：选配软件、研制软件、程序接口、调试。 后备系统设计：检修方法、维修对策。 设计说明书、使用说明书。,32,喷漆机器人开发的工程路线,7.详细设计方案评价 对设计结果进行全面审查、评价、提出修改意见。 通过以后进入下一步，通不过回到5或6步骤修改。,33

11、,喷漆机器人开发的工程路线,8.试制喷漆机器人样机 机械本体 动力驱动系统 供电系统 控制系统 传感器与检测系统,34,喷漆机器人开发的工程路线,9. 机器人样机的实验与测试 调试控制系统、控制性能测试 功能测试 精度、工作空间测试 动态指标测试 喷漆实验,35,喷漆机器人开发的工程路线,10.技术评价与审定：考核各项指标 11.小批量生产 12.试销 13.正常生产 14.销售,36,全自动洗衣机产品开发的工程路线,1.拟定洗衣机产品设计目标和技术规范 (1)开发目标：全自动洗衣机。 洗涤过程全自动控制，无需人工干涉。 操作简单、不需专门培训、家用。 供电、尺寸结构、上/下水的形式符合居民的

12、住宅的供电、供水要求。,37,全自动洗衣机产品开发的工程路线,1.拟定洗衣机产品设计目标和技术规范(2)主要技术规范 AC220V供电，功率1000W。 具有自动识别衣量、衣质、肮脏程度，自动决定用水量，自动投入适当的洗涤剂等功能。 自动控制洗涤过程，洗涤、漂洗、甩干，上水、下水等过程自动完成。 自然排水，对供水压力无特殊要求。 故障报警功能。 洗涤过程数字显示。,38,全自动洗衣机产品开发的工程路线,2.可行性分析 收集洗衣机市场资料和用户的有关信息 收集现有洗衣机的技术信息 可行性分析 技术经济可行性分析,39,全自动洗衣机产品开发的工程路线,3.初步设计 结构形式的确定：立式/卧式、滚筒

13、式/波轮式；命令输入形式：按键式/拨盘式；状态显示：LED/LCD；外观颜色等。 控制计算机：可编程控制器/单片机。 驱动方式：直流电机/交流电机。 进水、排水控制方式。 检测传感器的数量、类型。 研制计划:时间进度安排、关键技术、人员需求 经费概算。,40,全自动洗衣机产品开发的工程路线,4.总体方案评审 对多种方案进行筛选、评价，做出评审结论，对不满足要求的部分进一步完善，符合评审要求后可以进入下一步骤。,41,全自动洗衣机产品开发的工程路线,5.确定数学模型 驱动系统的数学模型、负载计算、电机的容量计算。 容积及给排水量计算。 功率计算。 控制模型及仿真分析。,42,全自动洗衣机产品开发

14、的工程路线,6.详细设计(1)系统总体设计：人机系统、维修对策、产品综合性能、工艺协调等。(2)业务划分：划分作业模块、确定接口任务、联调方法、人员分工等。(3)机械系统设计：完成全部机械图纸，列出标准件清单。基础框架，外壳，洗涤及甩干系统，传动系统，电机、阀门、传感器、电器等安装需要的结构件，特殊的工具、夹具。,43,全自动洗衣机产品开发的工程路线,6.详细设计（续） 控制系统设计：全部硬件电器设计及器件选型。 电机、阀门、传感器、单片机(PLC)等硬件的选型设计。 单片机(PLC)控制系统硬件设计。 电机(主电机、洗涤剂投入电机)、阀门(进水阀，排水阀)驱动电路。 传感器：衣质衣量检测、混

15、浊度检测，水位检测、电源电压检测、温度检测；显示器、键盘的接口电路设计。 供电电源及电源控制电路设计。,44,全自动洗衣机产品开发的工程路线,6.详细设计（续） 控制软件设计：全部控制程序的设计。 电机的驱动及控制模块。 检测及信息处理模块。 控制主程序。 后备系统设计：检修方法、维修对策。 完成设计说明书使用说明书等技术文件，列出全部器件清单。,45,全自动洗衣机产品开发的工程路线,7.详细设计方案的评审 对第6步骤的所有内容进行审查，并做出评价、提供审查意见，对不符合要求的要进行修改和完善，直到满足审核要求后方可进入下一步骤。,46,全自动洗衣机产品开发的工程路线,8.试制样机 样机机械零件的加工、安装、调试。 驱动系统的组装。 硬件电路加工。 传感器安装。,47,全自动洗衣机产品开发的工程路线,9.试验、测试 各个单项功能实验：如单片机、命令及显示；阀门控制；电机控制；传感器单项实验；洗涤过程分步调试等。 联机调试、试洗涤。 控制性能试验。 试验总结报告。,48,全自动洗衣机产品开发的工程路线,10.技术评价及评审 对样机及其性能进行综合评价，提供改进意见； 对不满意的部分进行修改，直至样机合格后方可进入下一步骤。,49,全自动洗衣机产品开发的工程路线,11.小批量生产 样机合格后，可进行小批量试生产。 12.试销 13.批量生产 14.销售,