【正文】 于系統(tǒng)的存在和發(fā)展離不開環(huán)境。開放性是在與環(huán)境的相互作用中實現(xiàn)的。 （ 3） 動態(tài)性 任何具體系統(tǒng)都要經(jīng)歷產(chǎn)生、發(fā)展、穩(wěn)定、老化和衰亡的過程， 系統(tǒng)狀態(tài)是時間的函數(shù) ，這就是系統(tǒng)的動態(tài)性。 運動是系統(tǒng)的存在方式 。系統(tǒng)內(nèi)部各要素的相互作用是系統(tǒng)運動的內(nèi)因，系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用是系統(tǒng)運動的外因。 系統(tǒng)的發(fā)展方式： 直線式、階段式、飛躍式和振蕩式 等。 系統(tǒng)具有絕對的動態(tài)性，并不否認系統(tǒng)具有相對的穩(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，又稱為整體穩(wěn)定性。 動態(tài)性對設(shè)計工作的啟示： ① 要 以發(fā)展變化的觀點來研究問題 ，把握設(shè)計對象的發(fā)展趨勢和變化規(guī)律，在實踐中防止退化，促成進化。 ② 由于系統(tǒng)的動態(tài)變化，就會出現(xiàn)這樣或那樣的時機可以利用。因此，要 認識時機，抓住時機 。 ③ 要保持系統(tǒng)的穩(wěn)定有序狀態(tài)，必須 在動態(tài)中平衡系統(tǒng) 。在條件具備時，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： ① 任何系統(tǒng)都具有層次結(jié)構(gòu) 。 ② 任何系統(tǒng)從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程是分層次的 。 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要素組成的子系統(tǒng)，而系統(tǒng)本身又是更高一級系統(tǒng)的組成要素。 社會系統(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)在自組織的過程中，系統(tǒng)吸收相互作用所產(chǎn)生的信息，并通過信息反饋來協(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)地從無序狀態(tài)組織成一種有序結(jié)構(gòu)的過程 。 任何一個系統(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，會使系統(tǒng)的輸入變化，甚至會對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，從而引起系統(tǒng)功能變化。這時要求外界環(huán)境不發(fā)生變化是不可能的，由于變化是絕對的，而穩(wěn)定是相對的、暫時的，所以只能 要求系統(tǒng)對外界環(huán)境的變化和干擾有良好的適應(yīng)能力 。 例如谷物收割機在一定的環(huán)境中工作，當環(huán)境改變，盡管谷物收割機的一些參數(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) 的角度來看機械零件是組成機械的最小單元；從 物理 的角度來看，機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 來看，零件、部件和裝置都是組成機械的要素，它們是機械處于不同層次的子系統(tǒng)。 任何機械都可以看成是由若干個裝置、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 ，我們稱其為機械系統(tǒng)。組成系統(tǒng)的基本要素是 機械零件 。 從更大的范圍看， 機械、人和環(huán)境組成了一個更大的系統(tǒng) ，它們之間有相互聯(lián)系和相互作用，具有特定的功能。常常把機械稱為這個大系統(tǒng)的 內(nèi)部系統(tǒng) ，而把人和環(huán)境 稱為 外部系統(tǒng) 。 系統(tǒng)輸出 + 機 環(huán)境 任務(wù)要求 － 人 顯示 環(huán)境 控制 圖 14 人機環(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)對內(nèi)部系統(tǒng)的作用和影響，對內(nèi)部系統(tǒng)是輸入，對外部系統(tǒng)是輸出。 內(nèi)部系統(tǒng)對外部系統(tǒng)的作用和影響，對外部系統(tǒng)是輸入，對內(nèi)部系統(tǒng)是輸出。 二、機械系統(tǒng)的組成 從實現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度出發(fā)，機械系統(tǒng)應(yīng)有以下必備的子系統(tǒng)組成： 動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱與控制系統(tǒng) 等。 (一 )動力系統(tǒng) 動力系統(tǒng)的功能是為機械系統(tǒng)提供動力 。動力系統(tǒng)一般包括動力機和配套裝置，而 動力機可以分為一次動力機和二次動力機 。 動力系統(tǒng) 傳動系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 操縱和控制系統(tǒng) 系統(tǒng)邊界 動力機的種類很多，特性各不相同。為了使機械系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性及較好的經(jīng)濟性，應(yīng)為機械系統(tǒng)選擇合適的動力機。 選擇動力機時， 應(yīng)考慮以下 5個方面的因素 ： （ 1）現(xiàn)場的能源條件； （ 2）執(zhí)行系統(tǒng)的機械特性與工作制度； （ 3）機械系統(tǒng)的使用環(huán)境、工作狀況、操作和維修條件； （ 4）機械系統(tǒng)對起動、過載、調(diào)速及運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求； （ 5）應(yīng)使機械系統(tǒng)在運行中有良好的經(jīng)濟性和可靠性。 二次動力機是 把 二次能源 (電能、液能、氣能 )變成機械能的機械，如電動機、液壓馬達、氣壓馬達等。 一次動力機 是把 自然界的能源 (一次能源 )轉(zhuǎn)變成為機械能的機械，如內(nèi)燃機、汽輪機、水輪機等。 為了能夠得到較高的經(jīng)濟效益，動力機一般輸出的是旋轉(zhuǎn)運動，而且轉(zhuǎn)速較高，力矩較小。 機械系統(tǒng)的功能不同，執(zhí)行系統(tǒng)就不相同，因此應(yīng)當 根據(jù)機械系統(tǒng)的功能選擇合適的執(zhí)行系統(tǒng) 。功能有多解性，為了實現(xiàn)機械系統(tǒng)的特定功能，可以尋求多種執(zhí)行系統(tǒng)的方案。對這些方案應(yīng)從完成功能的優(yōu)劣以及性能指標的先進性方面進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟分析，比如可靠性、經(jīng)濟性、動力性等方面進行分析，從中找出最優(yōu)的方案。 （二）執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)： 直接實現(xiàn)機械系統(tǒng)功能的裝置，由執(zhí)行機構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件組成 。 按照功能的不同對執(zhí)行系統(tǒng)進行分類，這時它可以分為如下 3類： 利用機械能 改變作業(yè)對象 — 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、洗衣機、鍋爐、車床、汽錘、運輸機、起重機等。 對作業(yè)對象進行 檢測或度量 的執(zhí)行系統(tǒng)。如材料試驗機、 X光機、地磅等。 可以 傳遞或轉(zhuǎn)換信息 的執(zhí)行系統(tǒng)。計算機、電話機、照相機、攝像機等。 執(zhí)行系統(tǒng)處于機械系統(tǒng)的末端，直接與作業(yè)對象接觸，執(zhí)行系統(tǒng)的輸出就是機械系統(tǒng)最主要的輸出，因此， 執(zhí)行系統(tǒng)的好壞將會直接影響機械系統(tǒng)的功能 。 傳遞動力 ：把動力系統(tǒng)輸出的動力改變后傳送給執(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。 如果動力機的工作性能與執(zhí)行系統(tǒng)的要求完全相符，也可以將動力系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)直接聯(lián)接起來，不過這樣的機械系統(tǒng)比較少見。 （三）傳動系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)的作用是把動力系統(tǒng)提供的動力和運動傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。 傳動系統(tǒng)的功能可以分述以下： 減速或增速 ：保持動力系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動形式不變，降低或提高轉(zhuǎn)速，以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。 變速 ：保持動力系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動形式不變，根據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)的要求，通過傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)多種速度。 有一些動力機，如直流電動機，可以提供一定范圍的變化轉(zhuǎn)速，但是對于多數(shù)動力機，這樣做是不經(jīng)濟或者是不能滿足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。因此，利用傳動系統(tǒng)變速是必要的。變速可以分為： 有級變速和無級變速 。 改變運動規(guī)律或形式 ：把動力系統(tǒng)輸出的均勻連續(xù)轉(zhuǎn)動，根據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)的要求，轉(zhuǎn)變成按照某種運動規(guī)律變化的運動形式。 執(zhí)行系統(tǒng)運動形式是多種多樣的，如旋轉(zhuǎn)運動和非旋轉(zhuǎn)運動、連續(xù)運動和間歇運動、單向運動和多向運動等等。 機械系統(tǒng)除了上述的四個必備的系統(tǒng)外，有些機械系統(tǒng)還要具有潤滑系統(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 使動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)運行，能夠準確可靠地實現(xiàn)機械系統(tǒng)的功能 。 操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的差別： 操縱系統(tǒng)是通過人工操作來實現(xiàn)上述要求的 。比如機械系統(tǒng)中的起動、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)則可以自動實現(xiàn)上述要求 。控制所需要的信號或者指令，可來自各種傳感器，然后由伺服機構(gòu)、自動控制裝置等來控制相應(yīng)的系統(tǒng)動作，從而實現(xiàn)上述要求。對于有控制系統(tǒng)的機械系統(tǒng)，人只有確定控制要求和制定控制程序的作用，不直接操縱機械系統(tǒng)。 不同機械系統(tǒng)，由于工作要求、追求的目標和使用環(huán)境等因素的不同，對它所提出的功能要求有較大的差異。 三、現(xiàn)代機械系統(tǒng)的功能要求 物品提升 物品移動 卸下物品 提升機構(gòu) 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 吊車 、 挖掘機 運行機構(gòu) 龍門吊 、 叉車 、 裝載機 變幅機構(gòu) 起重機 （ 鶴式 、 橋式 ） 提升機構(gòu) 例如 :起重機的工作過程 : 從起重機的工作過程可以看出，起重機的各個機構(gòu)在兩次工作之間一般都有短暫的停歇，因此 各機構(gòu)經(jīng)常處于起動、制動及正反向運轉(zhuǎn)等相互交替的停歇和運動狀態(tài) 。 對起重機的基本功能要求： 起重量、起升高度、運行速度、生產(chǎn)率、作業(yè)范圍、經(jīng)濟性、安全性、可靠性、穩(wěn)定性、操縱性以及對周圍環(huán)境的適應(yīng)性 等。 對于要移位的起重機械，還要求具有一定的機動性 。 對于大跨度的龍門起重機，還要求大車運行時兩側(cè)門腿移動的同步性。 可移動的起重機要移動工作位置 取物點 移位 卸物點 運行機構(gòu) 加熱裝置 模具及閉合機構(gòu) 注射機構(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 開模取出制品 開模及取出裝置 塑料注塑機的工作過程： 塑料注塑機的主要功能： 能計量原料并使其熔融；將物料以所需要的速度和壓力射出；成型模具的開、合、鎖緊與保壓；工藝參數(shù)（壓力、速度、溫度、時間等）須根據(jù)不同制品和原料進行調(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；工作過程的安全性、可靠性及熱穩(wěn)定性 等。 由以上兩個例子可以看出，對于不同的機械，功能差異很大，但也有一些 共同的要求 ： 運動方面的要求。如速度、加速度、轉(zhuǎn)速、調(diào)速范圍、行程、運動軌跡及運動精確性的要求。 動力方面的要求。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。如強度、剛度、振動穩(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)濟性方面的要求。如設(shè)計和制造的經(jīng)濟性、使用和維護的經(jīng)濟性等要求。 環(huán)境保護方面的要求。如對噪聲、振動、防塵、防毒、“三廢”的排放、周圍人員和設(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。如精密機械有較高的精度和震動穩(wěn)定性要求，而食品機械有不污染加工產(chǎn)品的要求等。 與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比， 機械系統(tǒng)設(shè)計，特別強調(diào)從系統(tǒng)的觀點出發(fā)進行設(shè)計，要求合理地確定機械系統(tǒng)的功能；要求增強機械系統(tǒng)的“三性” — 可靠性、經(jīng)濟性和安全性 ，這也就是機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)。 第二節(jié) 機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù) 機械系統(tǒng)設(shè)計的目的是提供機械產(chǎn)品，該產(chǎn)品應(yīng)該是優(yōu)質(zhì)高效、物美價廉的，應(yīng)能夠在市場競爭中取得優(yōu)勢，應(yīng)能夠贏得用戶，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟性取決于設(shè)計制造和管理的綜合水平，其中產(chǎn)品設(shè)計是先天性的、決定性的。 產(chǎn)品的質(zhì)量事故， 50%是設(shè)計不當造成的，產(chǎn)品成本 60%70%取決于設(shè)計。沒有高質(zhì)量的設(shè)計就不可能有高質(zhì)量的產(chǎn)品。 （ 2）設(shè)計良好的機械產(chǎn)品，在外部環(huán)境下使用時，技術(shù)性能和經(jīng)濟效益未必是良好的。 一、從系統(tǒng)的觀點出發(fā)進行設(shè)計 傳統(tǒng)機械設(shè)計方法有以下兩方面的不足： （ 1） 傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法偏重于內(nèi)部系統(tǒng)的設(shè)計 ，對外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響重視不足；