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1、机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 机电一体化概论机电一体化概论机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 第第3章章 机电一体化产品设计机电一体化产品设计 3.1 机电一体化产品的设计方法机电一体化产品的设计方法3.2 机电一体化产品设计中的建模方法机电一体化产品设计中的建模方法3.3 机电一体化产品设计中的软件机电一体化产品设计中的软件3.4 现代设计方法现代设计方法机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.1 机电一体化产品的设计方法机电一体化产品的设计方法q机电一体化产品
2、要求综合应用机电一体化的相关技术机电一体化产品要求综合应用机电一体化的相关技术q需要设计人员熟练掌握工程设计方法和软件工具需要设计人员熟练掌握工程设计方法和软件工具. 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.1.1 机电一体化产品的设计流程机电一体化产品的设计流程主要包括主要包括5个阶段个阶段 : 1.产品规划产品规划2.总体方案设计总体方案设计3.技术设计技术设计4.样机试制样机试制5.产品定型。产品定型。机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.1.2 机电一体化产品的设计类型机电一体化产品的设计类型三种设计
3、类型三种设计类型:1.开发性设计开发性设计 开发性设计属于创新设计，产品的附加值高开发性设计属于创新设计，产品的附加值高 2.适应性设计适应性设计 在不改变产品总体方案和工作原理的情况下，对产品的在不改变产品总体方案和工作原理的情况下，对产品的某一个模块或部件进行重新设计和改造某一个模块或部件进行重新设计和改造.3. 变型设计变型设计 仅仅改变产品的规格、尺寸或者结构布局，设计出不仅仅改变产品的规格、尺寸或者结构布局，设计出不同参数的系列化产品同参数的系列化产品 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.2 机电一体化产品设计中的建模方机电一体化产品设计
4、中的建模方法法建模基本贯穿于机电一体化产品的整个设计过程，建模基本贯穿于机电一体化产品的整个设计过程，建模具有下列作用：建模具有下列作用：（1）提供解决工程问题的有效手段和途径）提供解决工程问题的有效手段和途径 （2）便于交流）便于交流（3）有助于对设计内容进行检验。）有助于对设计内容进行检验。 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.2 机电一体化产品设计中的建模方机电一体化产品设计中的建模方法法在机电一体化产品整个设计过程中的模型较多在机电一体化产品整个设计过程中的模型较多.机电一体化概论An Introduction to Mechatronic
5、s 3.2.1 产品规划与总体设计中的建模产品规划与总体设计中的建模1.用例图用例图（Use case diagram）u用例是描述用户需求的方法，是用户和开用例是描述用户需求的方法，是用户和开发人员之间的沟通渠道。发人员之间的沟通渠道。u用例图是一种描述用例、参与者以及它们用例图是一种描述用例、参与者以及它们之间关系的图形。之间关系的图形。u用例图的基本组成包括：系统、参与者、用例和用例图的基本组成包括：系统、参与者、用例和用例与参与者之间的关系，用例与参与者之间的关系， 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.2.1 产品规划与总体设计中的建模产品
6、规划与总体设计中的建模1.用例图用例图 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.2.1 产品规划与总体设计中的建模产品规划与总体设计中的建模1.用例图用例图 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.2.1 产品规划与总体设计中的建模产品规划与总体设计中的建模2. 质量屋质量屋质量功能展开质量功能展开 (Quality function development, QFD)是是一种用户需求驱动的产品设计方法。一种用户需求驱动的产品设计方法。 机电一体化概论An Introduction to Mechatronic
7、s 3.2.1 产品规划与总体设计中的建模产品规划与总体设计中的建模3. 方框图（方框图（Block diagram） 应用应用正方形正方形、长方形长方形以及其它图形和连以及其它图形和连接线的组合形式，接线的组合形式，直观说明机电产品直观说明机电产品的工作原理，表示的工作原理，表示出机电产品各部分出机电产品各部分之间的相互联系。之间的相互联系。机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.2.1 产品规划与总体设计中的建模产品规划与总体设计中的建模4. 层次结构模型层次结构模型对产品进行评价，从多个备选方案中确定出最优。对产品进行评价，从多个备选方案中确定出
8、最优。层层次次分分析析法法（Analytic hierarchy process，AHP）是是定定性分析和定量计算相结合的一种决策方法。性分析和定量计算相结合的一种决策方法。 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.2.2 产品技术设计中的建模产品技术设计中的建模在机电产品技术设计阶段，一般需要建立传动系在机电产品技术设计阶段，一般需要建立传动系统和控制系统的数学模型。统和控制系统的数学模型。系统的数学模型是描述系统中各变量之间相互关系统的数学模型是描述系统中各变量之间相互关系的数学表达式，常用的数学模型有机械系统系的数学表达式，常用的数学模型有机械系
9、统模型、电路系统模型以及数字系统模型等。模型、电路系统模型以及数字系统模型等。对于机电一体化系统，通常用三种形式建立系统对于机电一体化系统，通常用三种形式建立系统模型模型:u描述系统输入描述系统输入-输出之间关系的微分方程输出之间关系的微分方程u传递函数传递函数u系统结构图。系统结构图。 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.3 机电一体化产品设计中的软件机电一体化产品设计中的软件机电产品设计中机电产品设计中的软件分为三的软件分为三大类：大类：1.设计类设计类2.工程分析类工程分析类3.测控软件开发类测控软件开发类 机电一体化概论An Introdu
10、ction to Mechatronics 3.4 现代设计方法现代设计方法q现代设计方法已经成为机电一体化产品设计人员的重要现代设计方法已经成为机电一体化产品设计人员的重要工具和手段工具和手段.q对于产品的设计人员而言，不掌握现代设计方法，很难对于产品的设计人员而言，不掌握现代设计方法，很难高效、优质、低成本的完成设计任务高效、优质、低成本的完成设计任务. 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.4.1 计算机辅助设计计算机辅助设计q计算机辅助设计计算机辅助设计 (Computer aided design, CAD) 一般指设计人员应用计算机辅助进
11、行产品设计的方一般指设计人员应用计算机辅助进行产品设计的方法和技术。设计人员在计算机系统的支持下，可法和技术。设计人员在计算机系统的支持下，可以进行产品方案构思、绘图、计算、分析、仿真、以进行产品方案构思、绘图、计算、分析、仿真、优化以及编写技术文件等一系列设计活动。优化以及编写技术文件等一系列设计活动。q有很多的商用有很多的商用CAD软件，例如软件，例如AutoCAD，Pro/Engineer等等 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.4.2 创新设计创新设计 q创新设计创新设计(Creative design)是使产品始终立于不是使产品始终立于不
12、败之地的保证。败之地的保证。q TRIZ-发明问题解决理论发明问题解决理论 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 创创 新新q是企业生存和发展的法宝q是提高竞争力的源泉q现代设计关注的核心问题：u如何提出有创意的构思u培养创新设计能力机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 创造发明创造发明q发明创造是不是必须要有灵感？q发明创造是不是只是少数人的专属？q在一个个被蒙上神秘色彩的发明创造背后是否有某些规律可循？q是否人人都可以成为发明家？ . . . . . 机电一体化概论An Introduction to Mech
13、atronics TRIZ 发明问题的解决理论发明问题的解决理论前苏联发明家、科学家前苏联发明家、科学家Genrich Altshuller机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.4.3 优化设计优化设计q优化设计（优化设计（Optimum design) 一个完美的设计应该使所设计的产品具有优异一个完美的设计应该使所设计的产品具有优异的技术性能，并且具有良好的制造工艺性和使用的技术性能，并且具有良好的制造工艺性和使用可靠性，同时还要满足成本最低的原则。可靠性，同时还要满足成本最低的原则。q机电一体化产品的优化设计可以分为两类：方案机电一体化产品的优化
14、设计可以分为两类：方案优化和设计参数优化。优化和设计参数优化。 机电一体化概论An Introduction to Mechatronics 3.4.4 可靠性设计可靠性设计 q 可可靠靠性性设设计计(Reliability design)是是指指应应用用可可靠靠性性理理论论、技技术术和和设设计计参参数数的的统统计计数数据据，在在给给定定的的可可靠靠性性指指标标下下，对对零零件件、部部件件、设设备备或或系系统统进进行行的的设计。设计。q 机机电电一一体体化化产产品品，可可靠靠性性设设计计可可以以分分为为两两大大类类别别：系统的可靠性设计和零部件的可靠性设计。系统的可靠性设计和零部件的可靠性设计。q 产品的可靠度产品的可靠度R(t)
