【正文】 其中有一些因素是可以定量化的，有一些因素難以定量化，只能進(jìn)行 定性分析和評價 。 如果對系統(tǒng)的目的不明確，就會對系統(tǒng)提出過高或過低的要求，就會把系統(tǒng)的邊界提得過寬或過窄，最后導(dǎo)致系統(tǒng)分析不完善或失誤，使決策失誤。 2． 不能忽視內(nèi)部系統(tǒng)對外部系統(tǒng)的作用和影響。 ③ 系統(tǒng)分析 ：分析和確定各子系統(tǒng)的目的以及對它們的要求，對各子系統(tǒng)進(jìn)行模型化、優(yōu)化和評價，從而對各子系統(tǒng)提出最佳的技術(shù)方案。電動機啟動后，沒有電流通過鎖緊裝置的電磁鐵 6，鎖緊插鎖 4在彈簧 5作用下插入鎖孔，安全蓋 2不能打開。 對重要的機械產(chǎn)品可采用 按需維修 的方法。用戶常以經(jīng)濟(jì)壽命作為機械產(chǎn)品的壽命 。 （三）提高使用和維修的經(jīng)濟(jì)性 設(shè)計制造經(jīng)濟(jì)性是產(chǎn)品應(yīng)具有的經(jīng)濟(jì)性，而使用和維修經(jīng)濟(jì)性也非常重要。在機械工業(yè)中，按照所涉及的對象，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以分為 3大類： Ⅰ 物品標(biāo)準(zhǔn)（產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)） 它是 以產(chǎn)品生產(chǎn)過程中使用的物品、材料為對象制定的標(biāo)準(zhǔn)。其中運行成本包括使用該設(shè)備的動力消耗費、消耗性材料費、工資以及工資附加費等。這時之所以發(fā)生故障是由于 操作不當(dāng)、運行條件突然變化、零部件的偶發(fā)缺陷 等偶然因素造成的。 所以可以體會出 : 零件是分類的。 以上所介紹的以及其他一些可靠性衡量指標(biāo)，都只是衡量和評價產(chǎn)品可靠性某一方面特征的尺度，在具體的應(yīng)用過程中，各個衡量指標(biāo)之間 不能相互代替 。 如有 N0臺機械產(chǎn)品，在規(guī)定的條件下使用了 t小時，有 N臺沒有發(fā)生失效或故障（還能夠完成預(yù)定的功能），則 （一）衡量可靠性的指標(biāo) 可靠度 R(t)： 產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間里不失效或不發(fā)生故障的概率?；ㄝ^少的錢辦較多的事。 常規(guī)設(shè)計方法有什么不足，機械系統(tǒng)設(shè)計為什么強調(diào)從系統(tǒng)的觀點出發(fā)進(jìn)行設(shè)計。 輔助功能多解性：為了實現(xiàn)某一基本功能，可以采用不同的技術(shù)方案（手段）。市場對產(chǎn)品的要求表現(xiàn)在：資金、材料、設(shè)備、技術(shù)、人員培訓(xùn)、信息、使用環(huán)境、后勤供應(yīng)、售后服務(wù)、法律、政策等方面。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。 對于要移位的起重機械，還要求具有一定的機動性 。 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。 為了能夠得到較高的經(jīng)濟(jì)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。 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)。 ③ 不同層次的系統(tǒng)之間是相互影響的 。開放性是在與環(huán)境的相互作用中實現(xiàn)的。 ② 組成系統(tǒng)間的要素相互間必須有機地聯(lián)系 要素間有機聯(lián)系才能組成系統(tǒng)，而要素間的隨意組合，不能形成系統(tǒng)。 一個大的系統(tǒng)可以看成是若干個小的系統(tǒng) — 子系統(tǒng)組成的。 1986至 1998年汪應(yīng)洛院士給出的系統(tǒng)定義： 系統(tǒng)是具有特定功能的、相互間具有有機聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體 。社會中的事物是復(fù)雜的，各事物之間是相互聯(lián)系和相互作用的。 所以光是把傳動件、軸承等設(shè)計得很好是不夠的。 設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和制圖技能、實驗技能、編制技術(shù)文件技能和 CAD應(yīng)用技能等。 《 機械系統(tǒng)設(shè)計 》 是系統(tǒng)工程學(xué)在機械設(shè)計方面的分支 ，屬于現(xiàn)代設(shè)計方法。 具有防御 、 通訊和保護(hù)交通的功能 ， 從 工程計算 、 建筑材料到施工管理均體現(xiàn)了系統(tǒng)思想 。 功能表明系統(tǒng)需要與環(huán)境發(fā)生關(guān)系。 系統(tǒng)的性質(zhì)除了決定于要素外，還決定于 聯(lián)系各要素之間的結(jié)構(gòu) ，結(jié)構(gòu)的好壞直接是由要素之間的協(xié)調(diào)作用體現(xiàn)出來的。 結(jié)構(gòu)決定功能，功能又反作用于結(jié)構(gòu)。 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(jìn)化。 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。 (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 。 可以 傳遞或轉(zhuǎn)換信息 的執(zhí)行系統(tǒng)。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)。 可靠性和壽命方面的要求。沒有高質(zhì)量的設(shè)計就不可能有高質(zhì)量的產(chǎn)品。為此， 在設(shè)計產(chǎn)品之前，要對產(chǎn)品進(jìn)行功能分析，為產(chǎn)品制定出合理的功能 。使用功能屬于必要功能，設(shè)計機械系統(tǒng)時一定要滿足使用功能。 Ⅱ V1，這說明 CF，實現(xiàn)功能的現(xiàn)實成本 C高于實現(xiàn)功能的最低費用 F，情況不理想 ，應(yīng)當(dāng)設(shè)法降低實現(xiàn)功能的現(xiàn)實成本 C。 與可靠性相關(guān)的幾個概念： 產(chǎn)品： 單獨進(jìn)行可靠性研究或考核的對象。 它是衡量 可修復(fù)產(chǎn)品 可靠性的指標(biāo)。 當(dāng)缺乏必要的數(shù)據(jù) ,不具備進(jìn)行可靠性設(shè)計的條件時，可以通過采取一些相應(yīng)的措施，來提高機械系統(tǒng)的可靠性： ⒈ 分析失效的形式，查找失效的原因 機械系統(tǒng)的可靠性是由組成系統(tǒng)的零部件保證的，零部件有較高的可靠性，機械系統(tǒng)才具有較高的可靠性。 對于 關(guān)鍵零部件 ，應(yīng)從整體和系統(tǒng)的觀點，分析它們的輸入和輸出，盡量減少不穩(wěn)定的因素的干擾。 只要能完成要求的功能 ,零件越少越好 . 結(jié)構(gòu)越簡單 ,工藝性越好 ,制造和裝配質(zhì)量越容易保證 . ⒋ 簡化結(jié)構(gòu)，提高標(biāo)準(zhǔn)化程度 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計質(zhì)量高，結(jié)構(gòu)工藝性和可靠性較高，同時標(biāo)準(zhǔn)件可以大批量生產(chǎn)，成本比較低。 在常規(guī)性設(shè)計方法中，安全系數(shù)取小了，機械系統(tǒng)的可靠性降低了，而安全系數(shù)取大了，機械系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變差了。 機械零部件良好的結(jié)構(gòu)工藝性，可以減少加工過程的勞動量，提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期，降低材料消耗和生產(chǎn)成本。機械產(chǎn)品使用時間過長，技術(shù)狀況就會變壞，維修費用和運行費用就會加大。 一般來講， 機械產(chǎn)品的功能壽命長于經(jīng)濟(jì)壽命和技術(shù)壽命 ，對于技術(shù)飛速發(fā)展領(lǐng)域里的產(chǎn)品，技術(shù)壽命較短。 在保證機械產(chǎn)品本身安全的同時，還應(yīng)保證機械周圍的人和環(huán)境的安全。 ① 調(diào)查研究：進(jìn)行市場調(diào)查，收集技術(shù)情報和資料，了解外部環(huán)境條件，預(yù)測市場要求趨勢。 ⑤ 定型設(shè)計 ：完善全部設(shè)計圖紙、技術(shù)文件和工藝文件。 、物料流和信息流的合理流動途徑。在建立系統(tǒng)模型時，要充分考慮現(xiàn)實系統(tǒng)的主要因素，忽略一些次要因素，在滿足系統(tǒng)主要要求的前提下，應(yīng)盡量簡化，以需要、簡明、易解的原則建立模型。 根據(jù) P14~P15圖 15， 16， 17， 18說明如何保證機械和操作者的安全。 當(dāng)設(shè)計人員能根據(jù)自己的經(jīng)驗或他人的經(jīng)驗直觀地作出判斷時，也可以不必建立模型，但應(yīng)提出可靠的實例和證據(jù)。 沿過于復(fù)雜的分界面分解，各子系統(tǒng)之間的作用和影響就錯綜復(fù)雜，對有些零部件有時難以決定屬于哪個子系統(tǒng)。 ④ 小批試制 ：對單件生產(chǎn)的產(chǎn)品，改進(jìn)后的樣機投入運行，繼續(xù)進(jìn)行考核。 根據(jù)產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃和市場需求提出設(shè)計任務(wù)書。 例如為保證傳動系統(tǒng)在出現(xiàn)過載時不損壞，在傳動鏈中可設(shè)置 安全離合器或安全銷 ； 為保證機械系統(tǒng)的安全，離合器與制動器間應(yīng)有連鎖裝置。國家主管部門經(jīng)常以技術(shù)壽命作為機械產(chǎn)品的壽命 。在進(jìn)行設(shè)計計算，靜強度計算時，壽命越長，安全系數(shù)取值就大；疲勞強度計算時，在決定疲勞極限時，壽命系數(shù) KN減小，這些都使得要選擇好的材料或者尺寸加大，制造成本提高。 提高零部件的結(jié)構(gòu)工藝性要從生產(chǎn)的全過程考慮，如提高鑄造工藝性、鍛造工藝性、沖壓工藝性、焊接工藝性、加工工藝性、熱處理工藝性和裝配工藝性等。 可靠性設(shè)計方法就是 找出 F、 A、和 σlim這些變量的分布規(guī)律 ，通過進(jìn)行可靠性計算，設(shè)計出零件以至整個機械系統(tǒng)。 機械系統(tǒng)的零部件越少，系統(tǒng)的可靠性就越高。 但可能使得 : 零部件的尺寸和重量加大，使系統(tǒng)更加復(fù)雜，制造和維護(hù)費用增加 . 只用于可靠性要求高的場合。對于重要的機械系統(tǒng)，還可以建立失效檔案，召開失效分析會。 平均無故障時間 MTBF： MTBF（ Mean Time Between Failures）是產(chǎn)品在使用壽命期內(nèi)的某個觀察時間里，累計工作時間與故障次數(shù)的比值。 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。 V越接近于 1，產(chǎn)品的功能價值越高 。 （ 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 。 (生產(chǎn)需求、生活需求 ) 社會的需求是隨時間、地點、環(huán)境的變化而變化的，機械產(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。 產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)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。 體積和重量方面的要求。 （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(zhǔn)確可靠地實現(xiàn)機械系統(tǒng)的功能 。 對作業(yè)對象進(jìn)行 檢測或度量 的執(zhí)行系統(tǒng)。 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。任何系統(tǒng)都具有內(nèi)部 (結(jié)構(gòu) )和外部 (功能 )的二重性。 相對穩(wěn)定性是系統(tǒng)存在和發(fā)展的必要條件。 結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)保持整體性和目的性的內(nèi)在根據(jù)。 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)。 （ 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。 始建于公元前 7世紀(jì)楚國 ， 秦始皇 （ 公元前 221前 210） 時期有 30萬人連接了各國長城 ， 明代 （ 13681644） 萬歷年間又大規(guī)模修筑 。而 《 機械系統(tǒng)設(shè)計 》 從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，對機械系統(tǒng)的組成和設(shè)計進(jìn)行分析，介紹機械系統(tǒng)的主要組成部分的設(shè)計方法和原理。 機械設(shè)計的一般知識、機械零件的主要類型、性能、結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用、材料和標(biāo)準(zhǔn)等。 設(shè)計過程中，必須 把機器看成是各個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)計出性能良好的機器。 圖 11 伏羲古太極圖 伏羲古太極圖 蘊涵了古代中國人的系統(tǒng)思想。 系統(tǒng)特點： ① 系統(tǒng)由要素組成； ② 組成系統(tǒng)的要素之間是有機聯(lián)系的； ③ 系統(tǒng)應(yīng)具有特定的功能。 系統(tǒng)的 可分性 ： 把一個大系統(tǒng)可以看成是若干個子系統(tǒng)按照一定的結(jié)構(gòu)綜合而成的。 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 。 運動是系統(tǒng)的存在方式 。 在同 — 層次的各 (子 )系統(tǒng)之間形成 復(fù)雜的橫向聯(lián)系 。組成系統(tǒng)的基本要素是 機械零件 。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。因此，利用傳動系統(tǒng)變速是必要的。 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(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；工作過程的安全性、可靠性及熱穩(wěn)定性 等。如外觀、色彩、與環(huán)境協(xié)調(diào)性方面的要求。對于農(nóng)業(yè)機械而言，外部環(huán)境對機械產(chǎn)品的影響尤為重要。 實現(xiàn)上述基本功能的技術(shù)方案有：曲柄滑塊機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、氣壓缸或液壓缸機構(gòu)、近似直線機構(gòu)等等。如何合理地確定產(chǎn)品的功能。 功能評價值 F與實現(xiàn)功能的難易程度有關(guān)，對于較難實現(xiàn)的功能，功能評價值 F就較高。 0 ( t ) 1R?? 例： 滾動軸承在基本額定動載荷下，壽命為一百萬轉(zhuǎn)，可靠度為 90%。 （ 1） 要有采用系統(tǒng)方法得到的各個設(shè)計變量的分布特性和數(shù)據(jù)。 ① 采用減額使用法。在這個階段，對機械系統(tǒng)按照規(guī)定進(jìn)行 維修，