【正文】 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 制造銷售 內(nèi)部設(shè)計 外部設(shè)計 計劃 研究計劃書、設(shè)計任務(wù)書 調(diào)查研究 可行性研究 系統(tǒng)計劃 可行性報告 系統(tǒng)開發(fā)計劃書 工作圖設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)分解 初步設(shè)計、方案設(shè)計 鑒定和評審 定型設(shè)計 小批試制 改進(jìn)設(shè)計 樣機(jī)鑒定和評審 樣機(jī)試制 銷售 第二章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計與總體設(shè)計 第一節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 看課本 P16表 11 階段 步 驟 方 法 主 要 指 導(dǎo) 理 論 產(chǎn) 品 規(guī) 劃 設(shè)計方法 預(yù)測技術(shù) 設(shè)計方法學(xué) 技術(shù)預(yù)測理論 市場學(xué) 信息學(xué) 信息集約 可行性報告、設(shè)計要求項目表 產(chǎn)品設(shè)計任務(wù) 預(yù)測調(diào)研 可行性分析 明確任務(wù)要求 階段 步 驟 方 法 主 要 指 導(dǎo) 理 論 原 理 方 案 設(shè) 計 系統(tǒng)化設(shè)計法 創(chuàng)造技法 評價決策方法 系統(tǒng)工程學(xué) 形態(tài)學(xué) 創(chuàng)造學(xué) 思維心理學(xué) 決策論 模糊數(shù)學(xué) 總功能分析 原理參數(shù)表、方案原理圖 功能分解 功能載體組合 功能原理方案 (多個 ) 功能元求解 原理試驗 評價決策 最優(yōu)原理方案 階段 步 驟 方 法 主要指導(dǎo)理論 技 術(shù) 設(shè) 計 價值設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計 可靠性設(shè)計 宜人性設(shè)計 產(chǎn)品造型設(shè)計 系列化設(shè)計 機(jī)械性能設(shè)計 工藝性設(shè)計 自動化設(shè)計 價值工程學(xué) 最優(yōu)化方法、工程遺傳算法 可靠性理論與實驗 人機(jī)工程學(xué) 工業(yè)美學(xué) 模塊化設(shè)計、 相似理論 有限元法、動態(tài)設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、高等機(jī)構(gòu)學(xué) 機(jī)械設(shè)計的工藝基礎(chǔ) 控制理論、智能工程、人工神經(jīng)元計算方法、專家系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)方案 (多個 ) 結(jié)構(gòu)價值分析 試驗?zāi)Ｐ? 試驗 總體設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 造型設(shè)計 造型價值分析 外觀方案 (多個 ) 評價決策 評價決策 最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案 最優(yōu)造型方案 最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案 總體布置圖 、 裝配 草圖 、 技術(shù)文件 總體效果圖、 外觀效果模型 階段 步 驟 方 法 主要指導(dǎo) 理論 施 工 設(shè) 計 各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗等方法 各種工藝學(xué) 批量生產(chǎn) 銷售 零件工作圖 外觀件加工工藝、 面飾工藝規(guī)程 部件裝配圖 效果圖、檢驗標(biāo)準(zhǔn) 技術(shù)文件 造型工藝文件 試 制 修 改 批量生產(chǎn) 技術(shù)服務(wù) 用戶訪問 計算機(jī)輔助制造 反饋控制法 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 制造銷售 內(nèi)部設(shè)計 外部設(shè)計 計劃 工作圖設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)分解 初步設(shè)計、 方案設(shè)計 鑒定和評審 方案設(shè)計是一個 創(chuàng)造性思維的過程 ，在進(jìn)行方案設(shè)計時，重要的是要創(chuàng)新，在制定方案時采用 新原理、新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)、新工藝 ，這樣才能設(shè)計出有突破性的新產(chǎn)品。 方案設(shè)計是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第三階段，也是內(nèi)部設(shè)計階段要做的第一項工作。它是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的 核心環(huán)節(jié) ， 方案設(shè)計 是保證設(shè)計水平和質(zhì)量的重要工作，在很大程度上決定了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的成敗。 方案設(shè)計的 內(nèi)容 包括： (1)研究給定的設(shè)計任務(wù)，對機(jī)械產(chǎn)品的功能進(jìn)行分析和分解； (2)提出實現(xiàn)功能的工藝原理； (3)確定技術(shù)過程，引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)； (4)分析結(jié)構(gòu)布局，擬定設(shè)計方案； (5)綜合評價設(shè)計方案，找出最佳方案。 一、研究給定的設(shè)計任務(wù) 方案設(shè)計之前，已經(jīng)接到了 設(shè)計任務(wù)書 ，明確了設(shè)計任務(wù)、目的和要求，搞清了外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)之間的相互作用和影響，提出了可行性報告，制定了系統(tǒng)開發(fā)的計劃。 在系統(tǒng)開發(fā)計劃書中說明了對設(shè)計的各項要求，但這些要求尚未實現(xiàn)，其中有 不確定的，過高或過低的，甚至有些是相互矛盾的 。 設(shè)計人員要仔細(xì)研究設(shè)計任務(wù)，對各項要求逐個分析，明確核心要求和約束條件，提出修改、補(bǔ)充和完善的建議，對 相互矛盾的要求提出兩方面都可兼顧的折衷的解決辦法 。 T2T1， n2n1 能量不滅定理 系統(tǒng) T1 n1 T2 n2 二、設(shè)計任務(wù)的抽象化（是一種“思維方式和工作方法”） 思維可以有 思維定勢 和 創(chuàng)造性思維 。其中思維定勢是扼殺創(chuàng)造發(fā)明的殺手，是 “ 懶漢 ” 的思維方法，有意識地破除它，會有許多發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。 1 0 0 0 4 0 1 0 1 0 0 0 2 0 1 0 0 0 1 0 0 0 3 0 + ? 1 4 4 9 9 1 + ? 創(chuàng)造性思維則是創(chuàng)作發(fā)明的基礎(chǔ) 。發(fā)明有 原創(chuàng)性發(fā)明 和 組合式發(fā)明 ，原創(chuàng)性發(fā)明是指在原理上具有新突破的發(fā)明，對于世界和人類來講具有一定的難度，是比較少見的。而我們所聽到的發(fā)明多數(shù)都屬于組合式發(fā)明，也就是在成熟理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，從而得到一種新的技術(shù)和理論。 總之，思維定勢是懶漢的思維方式，有意識的破除他，我們會有更多的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。 面對一個設(shè)計任務(wù)，有經(jīng)驗的設(shè)計人員馬上可提出一些設(shè)計方案，這雖然可加快設(shè)計速度，但由于受到個人經(jīng)驗和所掌握資料的限制，在思維定勢作用下，使設(shè)計方案缺乏創(chuàng)造性和創(chuàng)新性。 任何機(jī)械系統(tǒng)都可以看成是 實現(xiàn)某種能量流、物料流和信息流傳遞和轉(zhuǎn)化的裝置 。 化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 內(nèi)燃機(jī)能量流 包裝機(jī)械 包裝容器 包裝物件 包裝后成品 包裝機(jī)械物料流 照相機(jī) 光強(qiáng)信號 圖像信號 光圈電機(jī)信號 調(diào)整電機(jī)控制信號 傻瓜照相機(jī)信息流 例如： 在一些較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中，能量流、物料流和信息流都存在，如自走式合物聯(lián)合收獲機(jī)。 從這個意義上講，機(jī)械系統(tǒng)可抽象為： 實現(xiàn)輸入的能量、物料、信息和輸出的能量、物料、信息轉(zhuǎn)化的函數(shù)關(guān)系的機(jī)械裝置 。可表示如下： 機(jī) 械 裝 置 （待定的技術(shù)系統(tǒng)） （黑箱） 物料 能量 信息 物料 能量 信息 來自外界的影響 輸 入 對外界的影響 輸 出 在方案設(shè)計的初期， 把要設(shè)計的機(jī)械系統(tǒng)看成只知道輸入量、輸出量以及與外界的相互影響的“黑箱” ，“黑箱”內(nèi)部是全然不知待定的技術(shù)系統(tǒng)，這就是設(shè)計任務(wù)抽象化的方法。 用“黑箱”抽象地表示技術(shù)過程，不需要事先涉及具體的解決方法，就可以知道機(jī)械系統(tǒng)的基本功能和約束條件： 基本功能為物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化 ， 約束條件表現(xiàn)為內(nèi)、外部系統(tǒng)的相互作用和相互影響 。這樣可以突出設(shè)計中的主要矛盾，明確設(shè)計追求的主要目標(biāo)，明確影響產(chǎn)品性能的主要因素；避免設(shè)計者受一些框文的約束。 確定“黑箱”作業(yè)對象（物料、能量、信息）轉(zhuǎn)化的 工藝原理 ，是打開“黑箱”的先決條件。 三、確定工藝原理（ “ 黑箱 ” 變成 “ 玻璃箱 ” ） 所謂工藝原理是 指自然科學(xué)中各種定理、定律、原理及效應(yīng)的具體應(yīng)用 。 表示機(jī)械系統(tǒng)的“黑箱”建立以后，打開“黑箱”， 實現(xiàn)“黑箱”的透明化就成為了主要工作。 對于作業(yè)對象的一種轉(zhuǎn)化，可以采用不同的工藝原理。 以齒輪齒廓曲線的切制為例，將 齒輪坯 變?yōu)?齒輪 ，可以有不同的轉(zhuǎn)化： 可采用 仿形法 ，在銑床上用銑刀銑削，用分度頭分度； 也可用 范成法 ，在滾齒機(jī)、插齒機(jī)或刨齒機(jī)上用專用刀具滾削、插削或刨削加工。 齒輪加工 范成原理 仿形原理 剃齒 插齒 滾齒 采用不同的工藝原理，就會設(shè)計出不同的機(jī)械系統(tǒng)，它們的性能和經(jīng)濟(jì)效益各不相同。 切斷作物桔桿 沖擊 搓擦 使谷粒和谷穗分離 滾壓 篩分 、 振動 、 重力 、 氣流使谷粒 、莖桿 、 穎殼雜物分離 在聯(lián)合收割機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)中，采用了多種工藝原理，工作過程中完成了多次轉(zhuǎn)化，設(shè)計的關(guān)鍵則是 不同工藝原理的組合與連接 ，以及它們之間的 適應(yīng)性與相容性 。 作業(yè)對象的簡單轉(zhuǎn)化，可以只采用一個工藝原理就完成；但作業(yè)對象的復(fù)雜轉(zhuǎn)化，往往要采用多種工藝原理經(jīng)多次轉(zhuǎn)化才能完成 。以谷物聯(lián)合收割機(jī)為例，它的工藝原理可用下圖所示： 四、確定技術(shù)過程 技術(shù)過程是按選定的工藝原理，確定作業(yè)對象轉(zhuǎn)化的流程，規(guī)定每一個轉(zhuǎn)化程序的相應(yīng)功能要求。 技術(shù)過程的一般模式如下圖。 下圖是根據(jù)工藝原理圖畫出的自走式聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過程主流程圖。 技術(shù)過程的 主線是作業(yè)對象（物料）的轉(zhuǎn)化 ，用 雙線箭頭表示 ，在轉(zhuǎn)化過程中，不斷有 物料、能量和信息的支持和補(bǔ)充 ，要產(chǎn)生許多輔助功能，如要解決各轉(zhuǎn)化程序間的連接和支承問題，要解決檢測、操縱、調(diào)整和控制的問題。 技術(shù)過程是若干個分過程和工序組合而成的復(fù)合過程 。 谷物 扶持谷物莖桿 切斷谷物莖桿 脫 粒 長莖桿 圖 24 自走式谷物聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過程流程方框圖 清選 篩分 氣流 振動 雜余 （ 斷穗 ）等 復(fù)脫 谷粒 短莖桿輕混合物 （ 穎殼 、灰塵 ） 等等 對 設(shè)計對象的目標(biāo)和要求不同 ，技術(shù)系統(tǒng)的組成、相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)邊界的劃分就不相同；即便是設(shè)計對象的目標(biāo)和要求相同，由于設(shè)計者的 著眼點不同 ，技術(shù)系統(tǒng)及系統(tǒng)邊界劃分也會有較大差別。 五、引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)并確定系統(tǒng)邊界 技術(shù)系統(tǒng)是實現(xiàn)技術(shù)過程各項轉(zhuǎn)化的人為系統(tǒng)。 技術(shù)過程中作業(yè)對象的轉(zhuǎn)化，有一些是完全靠機(jī)械系統(tǒng)來完成的，而有一些是在人的參與下完成的。 良好的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)是機(jī)械系統(tǒng)與人的完美結(jié)合 。 以洗衣機(jī)為例，對人的參與程度要求不同，可設(shè)計出全自動、半自動和非自動的洗衣機(jī)；就全自動洗衣機(jī)而言，由于設(shè)計者的著眼點不同，可設(shè)計出立式和臥式洗衣機(jī)，它們各有優(yōu)缺點。 引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)就是 根據(jù)技術(shù)過程的要求，確定機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和功能載體的組合 。 (一 )引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng) 引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)一般分兩步進(jìn)行： 1．確定機(jī)械系統(tǒng)的 功能結(jié)構(gòu) 功能是機(jī)械系統(tǒng)的屬性，是機(jī)械系統(tǒng)價值的體現(xiàn)。 機(jī)械系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為可以實現(xiàn)物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化。 洗 衣 機(jī) （黑 箱） 地基 濕度 溫度 噪聲 振動 信息 能量 洗滌劑 清水 臟衣物 顯示信號 驅(qū)動能 臟水 干凈衣物 洗衣機(jī)的黑箱示意圖 機(jī)械系統(tǒng)的功能往往有多種形式，為便于分析和研究，應(yīng)進(jìn)行 功能分解 。 可以用樹狀圖像模型功能圖形象地表達(dá) 功能分解 的結(jié)果： 能量運動傳遞 轉(zhuǎn)向控制 轉(zhuǎn)速控制 時間控制 雙向旋轉(zhuǎn) 單向旋轉(zhuǎn) 波輪旋轉(zhuǎn) 攪動衣物和水 聯(lián)接與支承 能量供應(yīng)與轉(zhuǎn)換 排水 甩干脫水 旋轉(zhuǎn)控制 添加洗滌劑 容納衣物和水 臟衣物的洗滌 洗衣機(jī)，它的 總功能是洗滌臟衣物 。對總功能進(jìn)行分解，可得出如下一些分功能： 容納衣物和水 、 添加洗滌劑 、 攪動衣物和水 ， 控制旋轉(zhuǎn)方向 、 時間和速度 ， 甩干衣物上的水 ， 排出臟水 ， 能量供應(yīng) 、 轉(zhuǎn)化和傳遞 、 聯(lián)接與支承 等。 功能載體 是實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)化的實體結(jié)構(gòu)。同一功能轉(zhuǎn)化，可找出不同的功能載體。如傳遞回轉(zhuǎn)運動這一功能轉(zhuǎn)化，可采用摩擦輪傳動、帶傳動、齒輪傳動、鏈傳動、蝸桿傳動等功能載體。 功能分解是在系統(tǒng)分解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的 。對各子系統(tǒng)的功能可逐項分解，直到得到不能再分解的 功能元 為止。 功能元 是指有確定功能的不可再分解的單元功能。 進(jìn)行功能分解的要注意以下兩點： (1)總功能的分解程度以能找到相應(yīng)的 技術(shù)物理效應(yīng) 和 功能載體 來實現(xiàn)該功能為依據(jù)； (2)同級功能的組合應(yīng)能滿足上級功能的要求。 技術(shù)物理效應(yīng) 是將物理學(xué)原理通過一定的結(jié)構(gòu)形式，在工程技術(shù)上加以應(yīng)用。 按樹狀功能圖還可以作出 功能結(jié)構(gòu)圖 。如洗衣機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖如下： 洗衣機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 聯(lián)接與支承 能量轉(zhuǎn)換 能量傳遞 能量 攪動臟衣物和水 容納臟衣物和水 排水 甩干 洗滌劑 洗滌劑 臟衣 物水 臟水 干凈 衣物 信息 控制 決策 調(diào)整定時 方向 、 速度 、時間選擇 顯示 信號 從樹狀功能圖可看出功能分解的過程，從功能結(jié)構(gòu)圖可看出各項