机电一体化第二章.ppt

机电一体化原理及应用
机电一体化第二章
第2章 机电一体化设计基本原理及方法




机电一体化第二章
 从产品设计的角度出发，机电一体化设计过程有市场调查、初步设计和详细设计三个主要步骤。设计者要求以系统的、整体的的思想来考虑设计过程中的许多综合性技术问题。
市场调查
初步设计
详细设计
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市场调查1 .消费者的潜在需要2 .用户对现有产品的反映3 .产品市场寿命周期产生的阶段要求4 .竞争对手的技术挑战5 .技术发展的推动6 .社会的需要
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初步设计
1 .方案设计
2 .创新设计
3 .概念设计
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1. 方案设计
方案设计是机电一体化产品设计的前期工作，它根据功能要求求出包括各组成部分和功能结构解的产品简图，其中包括结构类型和尺寸的示意图及相对关系。机器方案设计的关键内容是确定产品的运动方案。
产品运动方案的设计步骤：
（1）进行产品功能分析；
（2）确定各功能元的工作原理；
（3）进行工艺动作过程分析，
确定一系列执行动作；
（4）选择执行机构类型组成
产品运动和机构方案；
（5）根据运动方案进行数学建模；
（6）通过综合评价，确定最优运
动和机构方案。
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重视产品的创新设计是增强机电一体化产品竞争力的根本途径。产品的创新设计就是通过设计人员运用创新设计理论和方法设计出结构新颖、性能优良和高效的新产品。
判断创新设计的关键是新颖性，即原理新、结构新、组合方式新。
产品创新设计的内容：
（1）功能解的创新设计，从机电一体化产品方案创新设计的角度来看，其中最核心的部分还是运动和结构方案的创新和构思；
（2）零部件的创新设计，产品方案确定后，产品的构型设计也有不少内容可以进行创新设计；
（3）工业艺术造型的创新设计，也是机电产品创新设计的重要内容。
2. 创新设计
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概念设计是设计的前期工作过程，其结果是产生设计方案。但是，概念设计不只局限于方案设计，它应包括设计人员对设计任务的理解，设计灵感的表达，设计理念的发挥，还应充分体现设计人员的智慧与经验。
3. 概念设计
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在产品设计中概念设计是极其关键的阶段，其重要性主要在于：概念设计的结果是产品方案，正是由于此在很大程度上决定着最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率。此外，有关资料表明，虽然概念设计阶段实际投入的费用只占产品开发总成本的5%，却决定了产品总成本的75%，而且详细设计阶段很难甚至不能修改概念设计阶段的设计缺陷和错误。
传统的CAD技术经过数十年的发展，虽然取得了巨大的成效，但另一方面我们也能看到，目前的CAD 技术仍存在着某些严重不足。这个不足主要表现在传统CAD 技术主要是面向产品详细设计和造型绘图阶段，不足以支持产品概念设计；不支持Top-down的设计方法（又叫自上而下的设计方法。Top-Down设计方法可以优化设计流程、提高设计效率，并确保工程设计整体的关联性，从而加快设计速度） ，不符合设计人员的正常设计思维，且人脑的概念设计结果和手工绘制的设计草图不能为计算机所直接使用，即传统CAD技术只支持设计过程的后续阶段。正因为如此，自上世纪80年代中期以来，计算机辅助概念设计已成为产品设计自动化的瓶颈问题，也是当前设计领域的研究热点之一。
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自从Pahl和Beitz于1984 年在其《Engineering Design》一书中提出概念设计这一名词以来，人们已对概念设计进行了十几年的研究。认为概念设计是从产品开发的用户需求到功能原理解的映射过程，其一般过程是：设计人员首先把用户需求定义规范化为设计要求任务表，再经过抽象化，拟定出产品总功能，然后将总功能逐层分解为一些有原理解对应的子功能，最终这个总功能和各子功能形成了设计的功能树；然后设计人员对各子功能进行求解、综合和评价，得到最后的功能原理解(即原理方案)。概括而言，概念设计具有如下特性 ：创新性、多样性、层次性和残缺性。
概念设计过程
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