【正文】 于系統(tǒng)的存在和發(fā)展離不開(kāi)環(huán)境。開(kāi)放性是在與環(huán)境的相互作用中實(shí)現(xiàn)的。 （ 3） 動(dòng)態(tài)性 任何具體系統(tǒng)都要經(jīng)歷產(chǎn)生、發(fā)展、穩(wěn)定、老化和衰亡的過(guò)程， 系統(tǒng)狀態(tài)是時(shí)間的函數(shù) ，這就是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性。 運(yùn)動(dòng)是系統(tǒng)的存在方式 。系統(tǒng)內(nèi)部各要素的相互作用是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)因，系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的外因。 系統(tǒng)的發(fā)展方式： 直線(xiàn)式、階段式、飛躍式和振蕩式 等。 系統(tǒng)具有絕對(duì)的動(dòng)態(tài)性，并不否認(rèn)系統(tǒng)具有相對(duì)的穩(wěn)定性。 系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在外界干擾和內(nèi)部故障的作用下，能夠持續(xù)保持結(jié)構(gòu)、功能和性質(zhì)的恒定性和有序性。 相對(duì)穩(wěn)定性是系統(tǒng)存在和發(fā)展的必要條件。 系統(tǒng)抵抗干擾和故障以保存自身的屬性，又稱(chēng)為整體穩(wěn)定性。 動(dòng)態(tài)性對(duì)設(shè)計(jì)工作的啟示： ① 要 以發(fā)展變化的觀點(diǎn)來(lái)研究問(wèn)題 ，把握設(shè)計(jì)對(duì)象的發(fā)展趨勢(shì)和變化規(guī)律，在實(shí)踐中防止退化，促成進(jìn)化。 ② 由于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，就會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的時(shí)機(jī)可以利用。因此，要 認(rèn)識(shí)時(shí)機(jī)，抓住時(shí)機(jī) 。 ③ 要保持系統(tǒng)的穩(wěn)定有序狀態(tài)，必須 在動(dòng)態(tài)中平衡系統(tǒng) 。在條件具備時(shí)，平衡是可以打破的，打破之后要在新的基礎(chǔ)上建立新的動(dòng)態(tài)平衡，以維持新的穩(wěn)定有序狀態(tài)。 系統(tǒng)層次性的基本內(nèi)容有 3點(diǎn)： ① 任何系統(tǒng)都具有層次結(jié)構(gòu) 。 ② 任何系統(tǒng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程是分層次的 。 ③ 不同層次的系統(tǒng)之間是相互影響的 。 高層次系統(tǒng)與低層次系統(tǒng)形成一種 縱向聯(lián) 系 。 在同 — 層次的各 (子 )系統(tǒng)之間形成 復(fù)雜的橫向聯(lián)系 。 系統(tǒng)的層次性是指 系統(tǒng)的一種垂直結(jié)構(gòu) ，即系統(tǒng)由一定的要素組成，這些要素是由低一級(jí)要素組成的子系統(tǒng)，而系統(tǒng)本身又是更高一級(jí)系統(tǒng)的組成要素。 社會(huì)系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)系統(tǒng) 工業(yè)系統(tǒng) 種植業(yè)系統(tǒng) （ 4） 層次性 （ 5） 目的性 ： 系統(tǒng)具有特定的功能是系統(tǒng)存在的目的。系統(tǒng)的價(jià)值體現(xiàn)在它的功能上。如果系統(tǒng)不具備有序穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，就不具有保持自身的能力，就會(huì)在外力和內(nèi)力的影響下分解、崩潰。任何系統(tǒng)都具有內(nèi)部 (結(jié)構(gòu) )和外部 (功能 )的二重性。 系統(tǒng)的目的性 并不是超自然的神秘力量，而是 系統(tǒng)自組織 的結(jié)果 。 系統(tǒng)在自組織的過(guò)程中，系統(tǒng)吸收相互作用所產(chǎn)生的信息，并通過(guò)信息反饋來(lái)協(xié)調(diào)內(nèi)部關(guān)系以及它與環(huán)境的關(guān)系，從而使系統(tǒng)從無(wú)序狀態(tài)走向穩(wěn)定有序的結(jié)構(gòu)，這樣就表現(xiàn)出自組織這種目的性。 自組織 :系統(tǒng)自發(fā)地從無(wú)序狀態(tài)組織成一種有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程 。 任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的物質(zhì)環(huán)境中 ，外界環(huán)境發(fā)生了變化，會(huì)使系統(tǒng)的輸入變化，甚至?xí)?duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，從而引起系統(tǒng)功能變化。這時(shí)要求外界環(huán)境不發(fā)生變化是不可能的，由于變化是絕對(duì)的，而穩(wěn)定是相對(duì)的、暫時(shí)的，所以只能 要求系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的變化和干擾有良好的適應(yīng)能力 。 例如谷物收割機(jī)在一定的環(huán)境中工作，當(dāng)環(huán)境改變，盡管谷物收割機(jī)的一些參數(shù)發(fā)生變化，但其仍能工作。這就是適應(yīng)性。 （ 6） 環(huán)境適應(yīng)性 系統(tǒng)應(yīng)能夠 適應(yīng)外界的環(huán)境變化 。 環(huán)境 系統(tǒng) (處理 ) 輸入 輸出 反饋 從 生產(chǎn) 的角度來(lái)看機(jī)械零件是組成機(jī)械的最小單元；從 物理 的角度來(lái)看，機(jī)械零件是具有一定質(zhì)量、剛度和阻尼的物體；從 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同層次 來(lái)看，零件、部件和裝置都是組成機(jī)械的要素，它們是機(jī)械處于不同層次的子系統(tǒng)。 任何機(jī)械都可以看成是由若干個(gè)裝置、部件和零件按照一定的結(jié)構(gòu)組合而成的有特定功能的整體 ，我們稱(chēng)其為機(jī)械系統(tǒng)。組成系統(tǒng)的基本要素是 機(jī)械零件 。 從更大的范圍看， 機(jī)械、人和環(huán)境組成了一個(gè)更大的系統(tǒng) ，它們之間有相互聯(lián)系和相互作用，具有特定的功能。常常把機(jī)械稱(chēng)為這個(gè)大系統(tǒng)的 內(nèi)部系統(tǒng) ，而把人和環(huán)境 稱(chēng)為 外部系統(tǒng) 。 系統(tǒng)輸出 + 機(jī) 環(huán)境 任務(wù)要求 － 人 顯示 環(huán)境 控制 圖 14 人機(jī)環(huán)系統(tǒng)示意圖 內(nèi)部系統(tǒng) 外部系統(tǒng) 外部系統(tǒng)部 外 統(tǒng) 系 部 統(tǒng) 內(nèi) 系 輸入 3 輸入 2 輸入 1 外 部 系 統(tǒng) 輸入 1 輸入 3 輸入 2 輸出 2 輸出 3 輸出 1 外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的關(guān)系可以用輸入和輸出表示。 外部系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)的作用和影響，對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)是輸入，對(duì)外部系統(tǒng)是輸出。 內(nèi)部系統(tǒng)對(duì)外部系統(tǒng)的作用和影響，對(duì)外部系統(tǒng)是輸入，對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)是輸出。 二、機(jī)械系統(tǒng)的組成 從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度出發(fā)，機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)有以下必備的子系統(tǒng)組成： 動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱與控制系統(tǒng) 等。 (一 )動(dòng)力系統(tǒng) 動(dòng)力系統(tǒng)的功能是為機(jī)械系統(tǒng)提供動(dòng)力 。動(dòng)力系統(tǒng)一般包括動(dòng)力機(jī)和配套裝置，而 動(dòng)力機(jī)可以分為一次動(dòng)力機(jī)和二次動(dòng)力機(jī) 。 動(dòng)力系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 操縱和控制系統(tǒng) 系統(tǒng)邊界 動(dòng)力機(jī)的種類(lèi)很多，特性各不相同。為了使機(jī)械系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性及較好的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)為機(jī)械系統(tǒng)選擇合適的動(dòng)力機(jī)。 選擇動(dòng)力機(jī)時(shí)， 應(yīng)考慮以下 5個(gè)方面的因素 ： （ 1）現(xiàn)場(chǎng)的能源條件； （ 2）執(zhí)行系統(tǒng)的機(jī)械特性與工作制度； （ 3）機(jī)械系統(tǒng)的使用環(huán)境、工作狀況、操作和維修條件； （ 4）機(jī)械系統(tǒng)對(duì)起動(dòng)、過(guò)載、調(diào)速及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求； （ 5）應(yīng)使機(jī)械系統(tǒng)在運(yùn)行中有良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。 二次動(dòng)力機(jī)是 把 二次能源 (電能、液能、氣能 )變成機(jī)械能的機(jī)械，如電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、氣壓馬達(dá)等。 一次動(dòng)力機(jī) 是把 自然界的能源 (一次能源 )轉(zhuǎn)變成為機(jī)械能的機(jī)械，如內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、水輪機(jī)等。 為了能夠得到較高的經(jīng)濟(jì)效益，動(dòng)力機(jī)一般輸出的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且轉(zhuǎn)速較高，力矩較小。 機(jī)械系統(tǒng)的功能不同，執(zhí)行系統(tǒng)就不相同，因此應(yīng)當(dāng) 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能選擇合適的執(zhí)行系統(tǒng) 。功能有多解性，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的特定功能，可以尋求多種執(zhí)行系統(tǒng)的方案。對(duì)這些方案應(yīng)從完成功能的優(yōu)劣以及性能指標(biāo)的先進(jìn)性方面進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，比如可靠性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性等方面進(jìn)行分析，從中找出最優(yōu)的方案。 （二）執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)： 直接實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)功能的裝置，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件組成 。 按照功能的不同對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)，這時(shí)它可以分為如下 3類(lèi)： 利用機(jī)械能 改變作業(yè)對(duì)象 — 物料的性質(zhì)、形態(tài)、形狀或位置 的執(zhí)行系統(tǒng)。如谷物收穗機(jī)、洗衣機(jī)、鍋爐、車(chē)床、汽錘、運(yùn)輸機(jī)、起重機(jī)等。 對(duì)作業(yè)對(duì)象進(jìn)行 檢測(cè)或度量 的執(zhí)行系統(tǒng)。如材料試驗(yàn)機(jī)、 X光機(jī)、地磅等。 可以 傳遞或轉(zhuǎn)換信息 的執(zhí)行系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)、電話(huà)機(jī)、照相機(jī)、攝像機(jī)等。 執(zhí)行系統(tǒng)處于機(jī)械系統(tǒng)的末端，直接與作業(yè)對(duì)象接觸，執(zhí)行系統(tǒng)的輸出就是機(jī)械系統(tǒng)最主要的輸出，因此， 執(zhí)行系統(tǒng)的好壞將會(huì)直接影響機(jī)械系統(tǒng)的功能 。 傳遞動(dòng)力 ：把動(dòng)力系統(tǒng)輸出的動(dòng)力改變后傳送給執(zhí)行系統(tǒng)，使執(zhí)行系統(tǒng)具有完成功能所需要的轉(zhuǎn)矩或力。 如果動(dòng)力機(jī)的工作性能與執(zhí)行系統(tǒng)的要求完全相符，也可以將動(dòng)力系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)直接聯(lián)接起來(lái)，不過(guò)這樣的機(jī)械系統(tǒng)比較少見(jiàn)。 （三）傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把動(dòng)力系統(tǒng)提供的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。 傳動(dòng)系統(tǒng)的功能可以分述以下： 減速或增速 ：保持動(dòng)力系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)形式不變，降低或提高轉(zhuǎn)速，以滿(mǎn)足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。 變速 ：保持動(dòng)力系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)形式不變，根據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)的要求，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種速度。 有一些動(dòng)力機(jī)，如直流電動(dòng)機(jī)，可以提供一定范圍的變化轉(zhuǎn)速，但是對(duì)于多數(shù)動(dòng)力機(jī)，這樣做是不經(jīng)濟(jì)或者是不能滿(mǎn)足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。因此，利用傳動(dòng)系統(tǒng)變速是必要的。變速可以分為： 有級(jí)變速和無(wú)級(jí)變速 。 改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律或形式 ：把動(dòng)力系統(tǒng)輸出的均勻連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)的要求，轉(zhuǎn)變成按照某種運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化的運(yùn)動(dòng)形式。 執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)形式是多種多樣的，如旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和非旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)、單向運(yùn)動(dòng)和多向運(yùn)動(dòng)等等。 機(jī)械系統(tǒng)除了上述的四個(gè)必備的系統(tǒng)外，有些機(jī)械系統(tǒng)還要具有潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等一些輔助系統(tǒng)。 （四）操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的作用是 使動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)運(yùn)行，能夠準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的功能 。 操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的差別： 操縱系統(tǒng)是通過(guò)人工操作來(lái)實(shí)現(xiàn)上述要求的 。比如機(jī)械系統(tǒng)中的起動(dòng)、離合、變速、換向等裝置都可以構(gòu)成操縱系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)則可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上述要求 ?？刂扑枰男盘?hào)或者指令，可來(lái)自各種傳感器，然后由伺服機(jī)構(gòu)、自動(dòng)控制裝置等來(lái)控制相應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)上述要求。對(duì)于有控制系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)，人只有確定控制要求和制定控制程序的作用，不直接操縱機(jī)械系統(tǒng)。 不同機(jī)械系統(tǒng)，由于工作要求、追求的目標(biāo)和使用環(huán)境等因素的不同，對(duì)它所提出的功能要求有較大的差異。 三、現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的功能要求 物品提升 物品移動(dòng) 卸下物品 提升機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 吊車(chē) 、 挖掘機(jī) 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 龍門(mén)吊 、 叉車(chē) 、 裝載機(jī) 變幅機(jī)構(gòu) 起重機(jī) （ 鶴式 、 橋式 ） 提升機(jī)構(gòu) 例如 :起重機(jī)的工作過(guò)程 : 從起重機(jī)的工作過(guò)程可以看出，起重機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)在兩次工作之間一般都有短暫的停歇，因此 各機(jī)構(gòu)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)及正反向運(yùn)轉(zhuǎn)等相互交替的停歇和運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 。 對(duì)起重機(jī)的基本功能要求： 起重量、起升高度、運(yùn)行速度、生產(chǎn)率、作業(yè)范圍、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、穩(wěn)定性、操縱性以及對(duì)周?chē)h(huán)境的適應(yīng)性 等。 對(duì)于要移位的起重機(jī)械，還要求具有一定的機(jī)動(dòng)性 。 對(duì)于大跨度的龍門(mén)起重機(jī)，還要求大車(chē)運(yùn)行時(shí)兩側(cè)門(mén)腿移動(dòng)的同步性。 可移動(dòng)的起重機(jī)要移動(dòng)工作位置 取物點(diǎn) 移位 卸物點(diǎn) 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 加熱裝置 模具及閉合機(jī)構(gòu) 注射機(jī)構(gòu) 冷卻裝置 ， 鎖緊保壓裝置 顆粒狀塑料塑化熔融 成型模閉合 熔料注入模具 模具閉合狀態(tài)下冷卻固化 開(kāi)模取出制品 開(kāi)模及取出裝置 塑料注塑機(jī)的工作過(guò)程： 塑料注塑機(jī)的主要功能： 能計(jì)量原料并使其熔融；將物料以所需要的速度和壓力射出；成型模具的開(kāi)、合、鎖緊與保壓；工藝參數(shù)（壓力、速度、溫度、時(shí)間等）須根據(jù)不同制品和原料進(jìn)行調(diào)整和控制；保證制品的尺寸精度和穩(wěn)定性；提高塑化能力、冷卻速度與生產(chǎn)率；工作過(guò)程的安全性、可靠性及熱穩(wěn)定性 等。 由以上兩個(gè)例子可以看出，對(duì)于不同的機(jī)械，功能差異很大，但也有一些 共同的要求 ： 運(yùn)動(dòng)方面的要求。如速度、加速度、轉(zhuǎn)速、調(diào)速范圍、行程、運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)精確性的要求。 動(dòng)力方面的要求。如傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩、力等方面的要求。 體積和重量方面的要求。如外形尺寸、重量、功率重量比等要求。 可靠性和壽命方面的要求。如功能的可靠性、零部件的耐磨性及使用壽命等要求。 安全方面的要求。如強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、熱力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能、系統(tǒng)工作的安全性、操作人員的安全性等方面的要求。 經(jīng)濟(jì)性方面的要求。如設(shè)計(jì)和制造的經(jīng)濟(jì)性、使用和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性等要求。 環(huán)境保護(hù)方面的要求。如對(duì)噪聲、振動(dòng)、防塵、防毒、“三廢”的排放、周?chē)藛T和設(shè)備安全性方面的要求。 產(chǎn)品造型的要求。如外觀、色彩、與環(huán)境協(xié)調(diào)性方面的要求。 其他要求。如精密機(jī)械有較高的精度和震動(dòng)穩(wěn)定性要求，而食品機(jī)械有不污染加工產(chǎn)品的要求等。 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比， 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別強(qiáng)調(diào)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求合理地確定機(jī)械系統(tǒng)的功能；要求增強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)的“三性” — 可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性 ，這也就是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)。 第二節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是提供機(jī)械產(chǎn)品，該產(chǎn)品應(yīng)該是優(yōu)質(zhì)高效、物美價(jià)廉的，應(yīng)能夠在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，應(yīng)能夠贏得用戶(hù)，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性取決于設(shè)計(jì)制造和管理的綜合水平，其中產(chǎn)品設(shè)計(jì)是先天性的、決定性的。 產(chǎn)品的質(zhì)量事故， 50%是設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的，產(chǎn)品成本 60%70%取決于設(shè)計(jì)。沒(méi)有高質(zhì)量的設(shè)計(jì)就不可能有高質(zhì)量的產(chǎn)品。 （ 2）設(shè)計(jì)良好的機(jī)械產(chǎn)品，在外部環(huán)境下使用時(shí)，技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益未必是良好的。 一、從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法有以下兩方面的不足： （ 1） 傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法偏重于內(nèi)部系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，對(duì)外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響重視不足；