机器功能分析及功能原理设计

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1、机械设计基础II-机器功能分析及功能原理设计朱爱斌博士西安交通大学机械工程学院6/29/2021目录机器功能分析和功能基词汇机构的组成原理及机构运动系统方案设计经典设计理论(德国)－普适设计方法学Engineeringdesign：Paul&Beitz1976，1986工程设计学－学习与实践手册(1992.6):机械工业出版社翻译：张直明毛谦德冯培恩等普适设计方法学(ComprehensiveDesignMethedology)：优秀设计过程所积累经验的总结。该设计方法学建立了设计人员在每一设计阶段的工作步骤计划，这些计划包括策略、规则、原

2、理，从而形成一个完整的设计过程模型。一个特定产品的设计可完全按该过程模型进行，也可选择其中的一部分使用。经典设计理论(德国)－设计划分的三种类型新设计：在概念设计阶段产生一个全新的原理解，以满足给定的设计要求按照一个系统(装置、设备、机器或部件)的相同的、有变化的或是新的任务书的要求，制定一个新的解的原理。适应性设计：对已有产品的工作原理作适当改进，以满足对产品新的要求使一个已有的系统(解的原理保持不变)，适应于一个有改变的任务书，以克服原有系统的明显的局限性，这时常常必须对个别部件或零件作新设计。变型设计：不改变已有产品的工作原理，而对其某

3、些零部件改进设计在预先选定的系统范围内作尺寸和(或)布置方式的变型，功能和解的原理保持不变。也不出现例如材料、应力和工艺方面的新问题。设计工作也同样没有新问题，解的原理和所作技术设计均保持不变，只有个别零件尺寸有所改变经典设计理论(德国)－一般解题过程一般解题过程任务对峙(矛盾)信息定义(抽象功能)创造(原理解)评价决断(决策)解经典设计理论的一般解题过程经典设计理论(德国)－概念设计概念设计(方案设计)：是设计过程中的一部分，即在阐明了任务书以后，通过抽象化、建立功能结构、寻求合适的作用原理并将其组合，而确定原理解(原理方案)。概念设计阶段

4、的核心建立待设计产品或称技术系统的功能结构。产品首先由总功能描述，总功能可分解为分功能，各分功能可一直分解到能够实现为止。物料、能量、信号三种流作为输入与输出，将各功能有机地组合在一起就形成了产品的功能结构。经典设计理论(德国)如果把所要研究的产品对象看成是一个整体，把它相对地从其环境中孤立出来，把研究对象所受到周围环境的影响看成是通过特定通道实现的“输入”，把研究对象对周围环境的作用看成是通过特定通道来实现的“输出”。根据研究对象的性质和研究目的，划定了研究对象与周围环境的边界。选定了对象与环境的相互联系的特定通道，确定了对象的一组输入和输

5、出，就意味着一个黑箱的确立。对于这样一种内部结构尚不能直接观测，只能从外部去认识的研究对象，控制论创始人维纳，以及艾什比称它为“黑箱”(BlackBox)。目前几乎所有的功能建模都把黑箱法作为基本的构造方法，图是产品功能系统的黑箱模型。产品功能系统的黑箱模型指甲刀的能量、物质和信息输入输出的黑箱模型功能分析实例分析力－变形关系的试验机分析力－变形关系的试验机的总功能图经典设计理论(德国)－功能分析实例试验机的分功能图经典设计理论(德国)－功能分析实例试验机总功能的完整功能结构实例讨论购物车的功能如何分解？调合功能基的提出和应用从1940s起源

6、于价值工程的产品功能研究——针对不同的设计领域提出了“主—谓—宾”（Activeverbobject）结构的语句方式来描述产品的功能——开始，人们逐渐认识到一致的功能表达词汇对于设计问题的重要性。在以往工作的基础上，Stone和Hirtz等通过对NIST（NationalInstituteofStandardsandTechnology）通用功能分类和功能基础FB（FunctionalBasis）分类进行调和（Reconcile）处理，提出了基于三层调和功能基础的功能词汇的统一表达；表1是RFB输入输出流集合的描述。流集合的第一层仍然采用Pa

7、hl&Beitz提出的三个基本类，即物质流、信息流和能量流。物质流中有5个二层目录以及相应的三层扩展；信息流中有2个二层目录以及相应的三层扩展；能量流中有13个二层目录以及相应的三层扩展。表2是调和功能基础RFB的功能集合的部分描述，包含8个基本类以及相应的第二、第三层扩展。表中的“Correspondents”不是集合的第四层，而是为了便于设计表达向RFB的三层结构映射的辅助信息。RFB的特点RFB具有足够的柔性空间来描述产品的功能。和其它描述方式一样，它遵循“主—谓—宾”结构格式，用功能集合中的元素来表示谓语，用输入输出流集合中的元素来表

8、示宾语，即功能描述＋流描述。根据具体产品的功能分解，功能描述可以选用功能集合三层结构中的任一层来表示；流描述同样也可以选用流集合三层结构中的任一层来表示，不仅如此，