【正文】 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。 運(yùn)動是系統(tǒng)的存在方式 。 輸入與輸出是表征系統(tǒng)開放性的兩個(gè)方面。 ?開放性 系統(tǒng)的開放性是指系統(tǒng)與環(huán)境發(fā)生交換關(guān)系的屬性。 結(jié)構(gòu)性又稱為系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)性 。 系統(tǒng)整體不等于部分和，表現(xiàn)出了系統(tǒng)的非加和性，即要素的相互作用具有非線性 。在系統(tǒng)中，各要素處的地位不同，所起的作用也不相同。優(yōu)質(zhì)的要素如果協(xié)調(diào)的不好，形成的結(jié)構(gòu)可能不是最優(yōu)的，系統(tǒng)的整體功能也不會好。 系統(tǒng)是由要素組成的，離開了要素就談不上系統(tǒng)。 系統(tǒng)的 可分性 ： 把一個(gè)大系統(tǒng)可以看成是若干個(gè)子系統(tǒng)按照一定的結(jié)構(gòu)綜合而成的。 系統(tǒng)是可以 分解和綜合 的。 （ 6） 輸入 ：通過邊界進(jìn)入到系統(tǒng)的事物。 （ 5） 功能 ：系統(tǒng)整體在內(nèi)部與外部的聯(lián)系中表現(xiàn)的作用和能力。 系統(tǒng)特點(diǎn)： ① 系統(tǒng)由要素組成； ② 組成系統(tǒng)的要素之間是有機(jī)聯(lián)系的； ③ 系統(tǒng)應(yīng)具有特定的功能。系統(tǒng)思想從許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中吸取了營養(yǎng)和精華：從辯證唯物主義那里吸取了豐富的哲學(xué)思想；從運(yùn)籌學(xué)、控制論、工程學(xué)、社會學(xué)那里獲得了科學(xué)研究的方法；通過系統(tǒng)工程學(xué)充實(shí)了豐富的實(shí)踐內(nèi)容。 圖 12 萬里長城 建于公元前 256前 251年，是世界上歷史最長的無壩引水工程。 古希臘思想家亞里士多德提出了著名論點(diǎn) “整體大于它的各部分的總和” 。 圖 11 伏羲古太極圖 伏羲古太極圖 蘊(yùn)涵了古代中國人的系統(tǒng)思想。在學(xué)校里，宿舍、班級、年級、學(xué)院、學(xué)校都是系統(tǒng)；在機(jī)械領(lǐng)域里，各種機(jī)械、機(jī)器、機(jī)組也是系統(tǒng)；在更大的范圍里，生物界、自然界、社會的各個(gè)階層也可以看成是系統(tǒng)。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法偏重內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 對外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響重視不足 ，會出現(xiàn)設(shè)計(jì)良好的機(jī)械產(chǎn)品，在外部環(huán)境下使用，技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益不好的情況。 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 課程以 通用機(jī)械零部件和機(jī)械傳動裝置 為研究對象，不涉及到 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，也就是說， 不能解決整機(jī)設(shè)計(jì)的問題 。 設(shè)計(jì)過程中，必須 把機(jī)器看成是各個(gè)部分和所有零部件之間相互關(guān)系和相互作用的整體 ，以 系統(tǒng)優(yōu)秀為最終目標(biāo) ，這樣才能設(shè)計(jì)出性能良好的機(jī)器。 孤立地看待機(jī)器的各個(gè)組成部分，片面地追求零部件的優(yōu)秀，看不到零部件之間以及各個(gè)組成部分相互之間的作用和關(guān)系，就會導(dǎo)致 優(yōu)質(zhì)的零部件組裝不出性能良好的機(jī)器 。 通過學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)，達(dá)到了可以設(shè)計(jì)通用聯(lián)接零部件、傳動零部件和設(shè)計(jì)簡單機(jī)械裝置的目的。 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 主要是 研究 通用機(jī)械零 (部 )件設(shè)計(jì)和選用方面的 基本知識、基本理論和基本方法 。 機(jī)械設(shè)計(jì)的一般知識、機(jī)械零件的主要類型、性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用、材料和標(biāo)準(zhǔn)等。最終在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中我們設(shè)計(jì)了減速器，為機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。 例如，減速器的潤滑，軸承需要潤滑、傳動件需要潤滑，若潤滑不好就會干摩擦；若密封不好，潤滑油會外泄，外面雜質(zhì)會進(jìn)入內(nèi)部等。 開設(shè) 《 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課程的重要性和必要性 一、 《 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)的主干必修課之一 通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能從 整機(jī)的角度和系統(tǒng)的觀點(diǎn) 了解一般機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的規(guī)律和特點(diǎn)，擴(kuò)大機(jī)械結(jié)構(gòu)知識，增強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)，并結(jié)合課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生具有開發(fā)設(shè)計(jì)性能良好的和有競爭力的機(jī)械產(chǎn)品的初步技能 。而 《 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，對機(jī)械系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，介紹機(jī)械系統(tǒng)的主要組成部分的設(shè)計(jì)方法和原理。 三、 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 課程不能代替 《 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 四、 《 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 屬現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 在進(jìn)行內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以改善零部件的特性為重點(diǎn)，對零部件的相互作用和影響重視不足 ，會出現(xiàn)設(shè)計(jì)良好的零部件組裝起來的機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益不好的情況。 “ 系統(tǒng)”這一概念來源于社會實(shí)踐，它不是人們憑空想象出來的，而是在人類長期的社會實(shí)踐中總結(jié)出來的 。 《 易經(jīng) 》 試圖用 陰陽五行八卦論來說明統(tǒng)一的世界，或把五行（金木水火土）作為構(gòu)成萬物的基本要素，或把八卦（從自然界中找出的 8種事物：天地雷風(fēng)水火山澤）看作萬物之源。 始建于公元前 7世紀(jì)楚國 ， 秦始皇 （ 公元前 221前 210） 時(shí)期有 30萬人連接了各國長城 ， 明代 （ 13681644） 萬歷年間又大規(guī)模修筑 。將魚嘴分洪、寶瓶口引水、飛砂堰分洪排沙合三為一，具有灌溉、防洪、引水、排沙、航運(yùn)、信息反饋等功能。 系統(tǒng)思想 辯證唯物主義 運(yùn)籌學(xué) 、 控制論 、 工程學(xué) 、 社會學(xué) 系統(tǒng)工程學(xué) 哲學(xué)思想 科學(xué)研究方法 實(shí)踐內(nèi)容 1994年我國 《 系統(tǒng)科學(xué)大辭典 》 的系統(tǒng)（ System）定義： 系統(tǒng)是 由相互聯(lián)系、相互作用的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體。 系統(tǒng)包含了以下 6個(gè)基本概念： （ 1） 要素 ：又稱元素。 （ 3） 邊界 ：系統(tǒng)所包含的要素的界限，結(jié)構(gòu)表明須有確定邊界。 輸出 ：通過邊界進(jìn)入到環(huán)境的事物。由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的整體都可以看成是一個(gè)系統(tǒng)。 系統(tǒng)的可 綜合性 ： 系統(tǒng)具有 6個(gè)特性： 整體性、相關(guān)性（結(jié)構(gòu)性和開放性）、動態(tài)性、層次性、目的性和環(huán)境適應(yīng)性 。 系統(tǒng)的性質(zhì)是由要素來決定的 ，有什么樣的要素就會有什么樣的系統(tǒng)。系統(tǒng)的非中心要素中，有一些質(zhì)量差的要素，但只要協(xié)調(diào)的好，就可以形成優(yōu)異的結(jié)構(gòu)，從而形成質(zhì)量較好的系統(tǒng)。有的要素處于 中心地位 ，支配和決定著整個(gè)系統(tǒng)的行為，它們是 中心要素 ；還有一些要素處于 非中心、被支配 的位置，它們則屬于 非中心要素 。 ③ 系統(tǒng)不能分割只能分解 在系統(tǒng)中不能存在與其他要素不相互聯(lián)系的獨(dú)立要素，不能把系統(tǒng)分割成為相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，但可以根據(jù)需要（為了研究方便）把系統(tǒng)分解成為若干個(gè)相互聯(lián)系的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系可以采用它們之間的輸入輸出關(guān)系來表示。 結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)保持整體性和目的性的內(nèi)在根據(jù)。 開放性又稱為系統(tǒng)外部的相關(guān)性 ，它是由系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)所決定的。 系統(tǒng)需要開放，是由于系統(tǒng)的存在和發(fā)展離不開環(huán)境。系統(tǒng)內(nèi)部各要素的相互作用是系統(tǒng)運(yùn)動的內(nèi)因，系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用是系統(tǒng)運(yùn)動的外因。 相對穩(wěn)定性是系統(tǒng)存在和發(fā)展的必要條件。因此，要 認(rèn)識時(shí)機(jī)，抓住時(shí)機(jī) 。 ② 任何系統(tǒng)從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程是分層次的 。 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。任何系統(tǒng)都具有內(nèi)部 (結(jié)構(gòu) )和外部 (功能 )的二重性。 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，會使系統(tǒng)的輸入變化，甚至?xí)ο到y(tǒng)產(chǎn)生干擾，從而引起系統(tǒng)功能變化。 （ 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 。 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。 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。 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(jī)的種類很多，特性各不相同。 一次動力機(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。對這些方案應(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、動力性等方面進(jìn)行分析，從中找出最優(yōu)的方案。 對作業(yè)對象進(jìn)行 檢測或度量 的執(zhí)行系統(tǒng)。 執(zhí)行系統(tǒng)處于機(jī)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(jī)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(jī)械系統(tǒng)的功能 。 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。變速可以分為： 有級變速和無級變速 。 （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(yùn)行，能夠準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的功能 。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(jī)構(gòu)、自動控制裝置等來控制相應(yīng)的系統(tǒng)動作，從而實(shí)現(xiàn)上述要求。 對起重機(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、操縱性以及對周圍環(huán)境的適應(yīng)性 等。 由以上兩個(gè)例子可以看出，對于不同的機(jī)械，功能差異很大，但也有一些 共同的要求 ： 運(yùn)動方面的要求。 體積和重量方面的要求。 安全方面的要求。 環(huán)境保護(hù)方面的要求。 其他要求。 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。 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) ，對外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響重視不足； （ 2） 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法在進(jìn)行內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，以改善零部件的特性為重點(diǎn) ，而對各個(gè)零部件之間的相互作用和影響重視不足。 具體來講， 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要重視以下三方面的問題： 市場對機(jī)械產(chǎn)品的要求和約束也應(yīng)充分考慮。 機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)，對周圍的工作環(huán)境和自然環(huán)境的影響要充分考慮。 (生產(chǎn)需求、生活需求 ) 社會的需求是隨時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境的變化而變化的，機(jī)械產(chǎn)品也應(yīng)當(dāng)不斷地更新和改進(jìn)，否則，該種產(chǎn)品就會失去市場，輕則影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，重則使企業(yè)倒閉。 輔助功能：為了實(shí)現(xiàn)基本功能所附加在產(chǎn)品上的功能。體現(xiàn)產(chǎn)品存在的基本價(jià)值。 以上述的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，要實(shí)現(xiàn)所提出的基本功能，要符合以下一些相應(yīng)的輔助功能： 輔助功能 （實(shí)現(xiàn)基本功能的手段） ① 曲柄的轉(zhuǎn)動功能 ② 滑塊的往復(fù)移動功能 ③ 曲柄與滑塊的聯(lián)接功能 輔助功能 （實(shí)現(xiàn)基本功能的手段） ① 曲柄的轉(zhuǎn)動功能 ② 滑塊的往復(fù)移動功能 ③ 曲柄與滑塊的聯(lián)接功能 回轉(zhuǎn)運(yùn)動的輸入 曲柄的回轉(zhuǎn)支承 曲柄存在的條件 導(dǎo)向方式和導(dǎo)向構(gòu)件 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向間隙的調(diào)整 曲柄與連桿的聯(lián)接 連桿與滑塊的聯(lián)接 連桿間隙的調(diào)整 連桿的平衡 導(dǎo)向方式和導(dǎo)向構(gòu)件 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向間隙的調(diào)整 曲柄與連桿的聯(lián)接 連桿與滑塊的聯(lián)接 連桿間隙的調(diào)整 連桿的平衡 回轉(zhuǎn)運(yùn)動的輸入 曲柄的回轉(zhuǎn)支承 曲柄存在的條件 次 級 功 能 上 述所列舉的輔助功能和次級功能都是 必要的功能。 （ 2）按照滿足用戶的要求性質(zhì)的不同，功能分為 使用功能 和 外觀功能 。對有些產(chǎn)品來講外觀功能是非常重要的，但是 外觀功能必須服從使用功能 。 舉例說明機(jī)械系統(tǒng)是由哪些子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)在機(jī)械系統(tǒng)中的作用如何。 功能與成本的關(guān)系 要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能，就必須投入成本，產(chǎn)品的功能越多、越齊全，投入產(chǎn)品的成本就越多，產(chǎn)品的價(jià)值就越高。 V越接近于 1，產(chǎn)品的功能價(jià)值越高 。 ② 保持產(chǎn)品的功能 F不變，降低產(chǎn)品的實(shí)際成本 C；花較少的錢辦同樣的事。 ⑤ 產(chǎn)品的實(shí)際成本 C減小，產(chǎn)品的功能 F增加 。 生產(chǎn)同一類產(chǎn)品的企業(yè)組成了一個(gè)行業(yè)， 同行業(yè)中的各個(gè)企業(yè)生產(chǎn)條件各不相同 ，如設(shè)備條件、技術(shù)水平、經(jīng)營管理狀況等等都有差異，因此 實(shí)現(xiàn)同一功能所花費(fèi)的成本也不相同 。 故障： 產(chǎn)品雖然喪失了規(guī)定的功能，但可以通過修理的方法使其功能恢復(fù)的現(xiàn)象，是一種特殊的失效。 規(guī)定條件： 產(chǎn)品考核所規(guī)定的使用條件、環(huán)境條件和操作規(guī)程等約束。 可靠性技術(shù)： 研究產(chǎn)品發(fā)生故障或失效原因的技術(shù)。 失效概率 F（ t）： 產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定時(shí)間里失效或者發(fā)生故障的概率。 平均無故障時(shí)間 MTBF： MTBF（ Mean Time Between Failures）是產(chǎn)品在使用壽命期內(nèi)的某個(gè)觀察時(shí)間里，累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)的比值。失效前平均工作時(shí)間 MTTF是衡量 不可修復(fù)產(chǎn)品 可靠性的指標(biāo)。 nn0( t ) tA tt? ?A(t)又稱為可用率，它只能用于 可維修產(chǎn)品 。 對一個(gè)拉（壓）