機電系統(tǒng)設計理論與方法Chapter

劉今越河北工業(yè)大學機械工程學院2014.9機電系統(tǒng)設計理論與方法機械電子工程系ljy@第二章機電一體化總體設計方法與實例1.1機電一體化總體設計1.2機電一體化系統(tǒng)工程實施方法與步驟1.3設計實例簡介1.4小結1.1機電一體化總體設計概述-主要目的為什么要關注總體方案設計?市場競爭規(guī)律要求產(chǎn)品不僅具有高性能(又快又好)，而且要有低價格，這就給產(chǎn)品設計人員提出了越來越高的要求。種類繁多、性能各異的集成電路、傳感器和新材料等，給機電一體化產(chǎn)品設計人員眾多的可選方案，使設計工作具有更大的靈活性。如何充分利用這些條件，應用機電一體化技術，開發(fā)出滿足市場需求的機電一體化產(chǎn)品，是機電一體化設計的重要任務。從總體目標出發(fā)，綜合分析產(chǎn)品的性能要求及各機、電組成單元的特性，選擇最合理的單元組合方案，實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品整體優(yōu)化設計的目的。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機電一體化總體設計概述-總體設計的主要內(nèi)容（一）技術資料準備1）搜集國內(nèi)外有關技術資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品材料、相關理論研究成果和先進技術資料等。通過對這些技術資料的分析比較，了解現(xiàn)有技術發(fā)展的水平和趨勢。這是確定產(chǎn)品技術構成的主要依據(jù)。

2）了解所設計產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。此外，還應了解產(chǎn)品的極限工作環(huán)境、操作者的技術素質(zhì)、用戶的維修能力等方面的情況。使用要求是確定產(chǎn)品技術指標的主要依據(jù)。

3）了解生產(chǎn)單位的設備條件、工藝手段、生產(chǎn)基礎等，作為研究具體結構方案的重要依據(jù)，以保證縮短設計和制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機電一體化總體設計概述-總體設計的主要內(nèi)容（二）性能指標確定1）功能性指標－－運動參數(shù)、動力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品質(zhì)指標等實現(xiàn)產(chǎn)品功能所必需的技術指標

2）經(jīng)濟性指標－－成本指標、工藝性指標、標準化指標、美學指標等關系到產(chǎn)品能否進入市場并成為商品的技術指標。

3）安全性指標－－操作指標、自身保護指標和人員安全指標等保證產(chǎn)品在使用過程中不致因為誤操作或偶然故障而引起產(chǎn)品或人身事故方面的技術指標。對于自動化程度高的機電一體化產(chǎn)品，安全性指標尤為重要。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機電一體化總體設計概述-總體設計的主要內(nèi)容（三）總體方案擬定

充分發(fā)揮機電一體化設計的靈活性，根據(jù)產(chǎn)品的市場需求及所掌握的資料和技術，擬定出綜合性能最好的總體方案。1）性能指標分析－－找出設計難點及特性指標，即影響總體方案的主要因素。如果某項特性指標的系列環(huán)節(jié)中存在著機械、電子等不同設計類型環(huán)節(jié)，則需要采用機電一體化方法統(tǒng)籌選擇各環(huán)節(jié)的結構。

2）預選各環(huán)節(jié)結構－－初步選出多種實現(xiàn)各環(huán)節(jié)功能和性能要求的可行的結構方案，并根據(jù)有關資料或與同類結構類比，定量地給出各結構方案對特征指標的影響程度或范圍，必要時可通過適當?shù)膶嶒瀬頊y定。將各環(huán)節(jié)結構方案進行適當組合，構成多個可行的總體結構方案，并使得各環(huán)節(jié)對特征指標的影響的總和不超過規(guī)定值。

3）整體評價－－選定一個或幾個評價指標，對上述多個可行方案進行單項校核或計算，求出各方案的評價指標值并進行比較和評價，從中選出最優(yōu)者作為擬定的總體方案。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機電一體化總體設計概述-總體設計的主要內(nèi)容技術資料準備工程實施過程中的生產(chǎn)單位的設備條件、工藝手段、生產(chǎn)基礎等產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。產(chǎn)品的極限工作環(huán)境、操作者的技術素質(zhì)、用戶的維修能力等國內(nèi)外有關技術資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品材料、相關理論研究成果和先進技術資料等性能指標確定安全性指標－－操作指標、自身保護指標和人員安全指標等經(jīng)濟性指標－－成本指標、工藝性指標、標準化指標、美學指標功能性指標－－運動參數(shù)、動力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品質(zhì)指標等總體方案擬定整體評價－－選定一個或幾個評價指標，對上述多個可行方案進行單項校核或計算，從中選出最優(yōu)者作為擬定的總體方案。預選各環(huán)節(jié)結構－－初步選出多種實現(xiàn)各環(huán)節(jié)功能和性能要求的可行的結構方案，將各環(huán)節(jié)結構方案進行適當組合，性能指標分析－－找出設計難點及特性指標，即影響總體方案的主要因素。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機電一體化系統(tǒng)工程實施方法與步驟機電一體化系統(tǒng)設計的工程實施，可按下面4個階段有步驟地進行:可行性分析詳細設計制造與試運行交付使用功能要求方案及論證報告詳細方案設計圖紙圖紙資料設備及系統(tǒng)設備及系統(tǒng)運行報告ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機電一體化系統(tǒng)工程實施方法與步驟-可行性分析可行性分析首先進行可行性調(diào)查逐項進行估價找到發(fā)生問題時的替代方案工程實施過程中的可能性和可變更性投資上的可能性和合理性技術上的可能性和先進性規(guī)劃初步的技術方案提出幾個規(guī)劃方案繪制平面配置圖編制說明文件進行先進性評估附加開支可預見與不可預見初步的工程造價初步方案進行可行性排序可行性報告，確定一個最佳方案ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機電一體化系統(tǒng)工程實施方法與步驟-詳細設計規(guī)劃及系統(tǒng)設計布局設計

輔助設備的選用和設計

配套和安全裝置的選用和設計控制系統(tǒng)設計支持系統(tǒng)工程施工設計編制采購資料局部實驗或試制繪制施工圖編制說明書最優(yōu)方案ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機電一體化系統(tǒng)工程實施方法與步驟-制造&試運行制作準備

制作與采購

安裝與試運轉

連續(xù)運轉生產(chǎn)線系統(tǒng)使用說明書驗收報告培訓人員施工圖紙說明書ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機電一體化系統(tǒng)工程實施方法與步驟-交付使用運轉率檢查

改進評估連續(xù)運轉總結報告施工圖紙說明書ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-工作站（單元）的十條設計原則設計前必須充分分析作業(yè)對象，擬定最合理的作業(yè)工藝；必須滿足作業(yè)的功能要求和環(huán)境條件；必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求；整體及各組成部分必須全部滿足安全規(guī)范及標準；各設備及控制系統(tǒng)應具有故障顯示及報警裝置；便于維護修理；操作系統(tǒng)應簡單明了，便于操作和人工干預；操作系統(tǒng)便于聯(lián)網(wǎng)控制；工作站便于組線；經(jīng)濟實惠，快速投產(chǎn)等

ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-生產(chǎn)線的構成及設計原則生產(chǎn)線的構成：工作站;子生產(chǎn)線中轉倉庫;物流系統(tǒng);動力系統(tǒng);控制系統(tǒng);輔助設備及安全裝置。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-生產(chǎn)線的設計十原則各工作站必須具有相同或相近的生產(chǎn)周期；工作站應有緩沖存儲區(qū)；物流系統(tǒng)必須順暢，避免交叉或回流，生產(chǎn)線要具有混流生產(chǎn)的能力；生產(chǎn)線要留有再改造的余地;夾具體要有足夠的精度要求;各工作站控制系統(tǒng)必須兼容;生產(chǎn)線布局合理占地面積力求最小;安全監(jiān)控系統(tǒng)合理可靠；對于最關鍵的工作站或生產(chǎn)設備應有必要的替代儲備。

ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線項目的背景及來源項目的總體目標與基本要求需求分析與總體方案設計系統(tǒng)仿真與實驗可行性分析與論證（優(yōu)化）詳細設計制造與試運行交付使用ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線項目的背景及來源行業(yè)簡介當時現(xiàn)狀與十五規(guī)劃需求信息的獲得考察與問題的提出ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線項目的總體目標與基本要求高自動化和柔性少人的安全需要嚴格工藝高穩(wěn)定性與可靠性信息化管理ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線需求分析與總體方案設計技術資料準備工程實施過程中的生產(chǎn)單位的設備條件、工藝手段、生產(chǎn)基礎等產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。產(chǎn)品的極限工作環(huán)境、操作者的技術素質(zhì)、用戶的維修能力等國內(nèi)外有關技術資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品材料、相關理論研究成果和先進技術資料等性能指標確定安全性指標－－操作指標、自身保護指標和人員安全指標等經(jīng)濟性指標－－成本指標、工藝性指標、標準化指標、美學指標功能性指標－－運動參數(shù)、動力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品質(zhì)指標等總體方案擬定整體評價－－選定一個或幾個評價指標，對上述多個可行方案進行單項校核或計算，從中選出最優(yōu)者作為擬定的總體方案。預選各環(huán)節(jié)結構－－初步選出多種實現(xiàn)各環(huán)節(jié)功能和性能要求的可行的結構方案，將各環(huán)節(jié)結構方案進行適當組合，性能指標分析－－找出設計難點及特性指標，即影響總體方案的主要因素。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線技術資料準備ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標確定ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線總體方案擬定總體布局圖ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線總體立體效果（方案1）ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線總體立體效果（方案2）ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標確定－－方案設計ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標確定－－方案設計ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標確定－－方案設計ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標確定－－方案設計ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實驗ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實驗ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實驗ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實驗ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設計實例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實驗ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3