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《机电一体化系统概念设计过程模型的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第18卷第5期机械设计与研究Vol.18No.52002年10月MachineDesignandResearchOct.,2002文章编号:10062343(2002)05001102机电一体化系统概念设计过程模型的研究邹慧君,张青,田志斌(上海交通大学机械工程学院,上海2000030)摘要:主要研究了机电一体化系统的概念设计。通过对机电一体化系统的组成的新认识和它的概念设计特点的分析,提出了基于功能行为结构模型的机电一体化系统概念设计过程模型。它将有助于推动由思维模型向计算模型的转换,实现计算机辅助概念设计的目标。关键词:机电一体化系统;概念设计;过程模型中图分类号:
2、TH111;TH112文献标识码:A机电一体化技术的应用产生了一些单纯由机械或电子有所不同,它技术都难以实现的新产品,同时由于多学科融合的特点也给主要具有以这些机械产品的设计提出了更高的要求,产品设计问题较传下基本特[1]统机械更为突出,设计在产品的整个生命周期中占据越来越征:重的比重,它从根本上决定了产品的内在和外在的品质。而(1)创新概念设计是产品设计过程中的关键环节。本文从实现计算性(Creative):机辅助概念设计的目标出发,针对以运动功能为主功能的机创新是概念电一体化系统提出了基于功能行为结构模型的概念设计设计的灵魂。过程模型,它是对概念设计深刻内涵的一种表达和提炼
3、。以这里的创新推动由思维模型向计算模型的转换。可以是多层图1机电一体化系统的子系统划分次的,如从结1机电一体化系统概念设计的基本特征构修改、结构替换的低层次创新工作到工作原理更换、功能1.1机电一体化系统的组成特点修改或增加等高层次的创新活动都属于概念设计的范畴。对于以完成工艺动作为主功能的机电一体化系统,从概在众多设计路径所产生的设计结果中,将产生一组可行的念设计的需要出发,可根据其广义功能原理来进行划分。它新方案。主要有以下三大特点:(2)多目标性(Multiobjective):设计是在多种因素的限(1)机电一体化系统是由计算机进行信息处理和控制制和约束下进行的,其中包括
4、科学、技术、经济等发展状况和的机械系统,它的最终目的是实现机械运动和动作。水平的限制,也包括生产厂家所提出的特定的要求和条件,(2)从完成工艺动作过程这一总功能要求出发,机电一同时还涉及环境、社会等因素。这些限制和要求构成了一组体化系统可划分为:执行机构子系统、传感检测子系统、信息边界条件,形成了设计师进行谋划和构思的设计空间。只处理及控制子系统(见图1),它们分别完成机械运动和动有满足了这些约束目标,才可能得到可行解。作、信息检测、信息处理及控制。(3)多解性(Combinatorial):概念设计的多样性主要体(3)机电一体化系统中的机构子系统有它的特殊性,它现在其设计路径的多样化。
5、不同的功能定义和功能分解会是一个将驱动元件和执行件(或执行机构)融为一体的广义产生完全不同的设计思路和设计方法,从而在功能载体的设[1]执行机构(见图1)。这种机构的最大特点是可控性。计上产生完全不同的解决方案。根据Douglas(Douglus,1.2机电一体化系统的概念设计1988)的研究,对于一个一般复杂程度的机电系统设计问题,总的来讲,概念设计的内涵是十分广泛和深刻的,它是49大约存在有10~10种方案选择,另一方面在该阶段得到一个发散思维和创新设计的过程,是根据产品生命周期各个的方案成功的可能性小于1%。阶段的要求,进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功(4)层次性(Hiera
6、rchical):概念设计是一个从抽象到具能的结构设计;进行满足功能和结构要求的工作原理求解和体的信息进化过程。一方面,概念设计分别作用于功能层和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设载体结构层,并完成由功能层向结构层的映射。如功能定计。机电一体化系统概念设计作为概念设计的一个子集,服义、功能分解作用于功能层上,而结构修改、结构变异则作用从于概念设计的总体思路。但由于机电一体化系统是一个于结构层,由映射关系将两层连接起来。另一方面,在功能机电一体化技术、现代控制理论以及传感检测等技术的统一层和结构层中也有自身的层次关系。例如功能分解就是将体,使得机电一体化系统的概念设计与传统机械
7、的概念设计功能从一个层次向下一个层次推进。功能的层次性也就决定了结构的层次性,不同层次的功能对应不同层次的结构。收稿日期:2001-12-20(5)不良结构性(Illstructured):概念设计信息的不完12机械设计与研究第18卷整、不一致、不精确甚至是模糊的特性,使得难以对该阶段进(1)机电一体化系统概念设计过程是从功能层面到结行准确、定量的描述,导致了从问题空间到解空
