第章 引论_兵器核科学_工程科技_专业资料

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1、第1章引论本章要点：机械系统设计的基本概念、特点、类型、原则、过程和方法。引例自行车→摩托车→汽车→月面自动车的演变与创新。1.1机械系统的概念1.1.1系统的概念⒈系统的定义系统（system）：具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。要素（element）：又称单元，或元素。是系统的组成部分，是分析研究对象的具体单元。系统功能：系统对外部环境联系的效能和有利的作用。系统结构：系统内部各要素相互联系的方式和作用秩序。系统结构具有层次性。系统可以根据需要划分若干子系统，子系统还可以继续划分直至系统要素。系统通过边界与周围环境或其他系统相分离，并通过

2、输入量和输出量与外界相联系。子系统：组成系统的每个要素，或组成大系统的每个小系统。图1-1内部系统与外部系统(c)外部系统的输入与输出输出1输入1输入2输入3输出2输出3外部系统全系统(a)内部系统和外部系统内部系统外部系统(b)内部系统的输入与输出输出2输入1输入2输入3输出1输出3内部系统内部系统内部系统：研究对象本身构成的系统。例：机械产品。外部系统：与研究对象有关的事物构成的系统。全系统：将内部系统与外部系统合并一起。例：人－机－环境。（操作者+机器+运行空间）图l-1图a，内部系统与外部系统之间相互作用和影响。。图b，c，外部系统的输出=内部系统的输入；内部

3、系统的输出＝外部系统的输入。2.系统的特性(1)整体性①要素服从整体功能。②要素联系不能分割。(2)相关性要素之间是相关的，形成特定的结构关系，包括入与出关系、层次联系、排列组合形式等。(3)目的性实现特定的功能是系统存在的目的。(4)环境适应性环境是变化的，系统是动态的，以使系统功能的不变。3.系统的分类⑴按系统的来源分①自然系统：由自然过程产生的系统。例：海洋系统、矿藏系统、生态系统。②人造系统：由人类制成的各种工程系统。例：三峡水利电力系统。凡由人设计、生产的系统，都具有适应性。任何人造系统的实现过程，都包含目的、外在环境和内在结构这三个要素间的相互关系。只有把

4、这三个要素有机地联在一起，综合地寻求理解，才能构成对该系统较全面的描述。⑵按系统的结构分①流程系统：系统中的各组成要素间的连接呈柔性连接。例：供电系统、通信系统、供水系统，一个工艺流程，一条生产流水线。②结合系统：系统中的各组成要素间的连接呈刚性连接。例：一辆汽车。1.1.2机械系统的概念＝系统化的设计思想系统由要素及要素间的关系、边界条件、输入及输出来描绘。系统化的设计思想：将设备、机械、仪器、部件等都理解为技术系统。这是设计思维和问题求解活动的根本原理。1.技术系统与环境技术系统是实现技术过程各项转化的人造系统。如机床、离合器等产品。有的转化靠机械系统实现，有的转

5、化靠人的参与完成，良好的技术系统应是合理的机械系统与人的完美结合。由于不同设计对象的目标要求不同，以及各设计者的着眼点不同，技术系统的组成、相应的功能结构和边界的划分往往可能有很大差别。与技术系统发生相互作用和联系的全部外界条件的总和，称为环境，主要是指与所研究的系统有直接关系的事物。系统边界是指技术系统功能范围的界限，即内部系统与外部系统的分界。确定系统边界时要考虑人参与技术系统的程度及系统外部环境条件的影响，其中人参与的程度涉及操纵系统和控制系统的功能要求。技术过程中的很多转化程序，如工件的定位、夹紧、移位、调整、测量等，转化过程中的温度、压力、速度、物流量的控制

6、等，既可由操作者参与完成，也可由系统本身完成，人、机的不同分工体现了系统机械化和自动化程度的不同，机械系统的复杂程度和成本也将不同技术系统在实现技术过程转化时，必然会受到外部环境条件的影响和干扰，例如温度、湿度、尘埃、振动、噪声及外部能量的稳定性等都会影响和干扰技术过程的转化。同样，技术过程转此时也会影响外部环境。要不要对这些影响和干扰进行控制及如何进行有效的控制都涉及系统边界。例：设计薄钢板落料机，应明确料片运送、包装是否作为设计内容。对系统的限制条件称为约束。环境条件包括物理的和技术的、经济的和经营管理条件、社会的和人际的条件等。主要约束条件有：⑴生产条件约束：设

7、备、生产工艺、生产人员技能、检验方式；⑵操作条件约束：维修能力、操作人员技能；⑶经济条件约束：生产经费，销售价格；⑷性能约束：安全要求，人机工程学要求等；⑸设计过程约束：设计时间、设计经费、实验设备、人员水平等。2.技术系统的输入和输出技术系统的任务是把输入量转换为输出量。一个技术系统就是一个转换装置。输入量和输出量表现为三种相互联系的形式。见图1-2⑴物料：如毛坯、半成品、成品、废料、颗粒、液体等，图中用双线箭头表示；⑵能量：如机械能、热能、电能、化学能、光能、核能等，图中用粗实线箭头表示；⑶信息：如数据、测量值、指示值、控制信号、波形等，图中用虚