机电系统设计理论与方法Chapter

刘今越河北工业大学机械工程学院2014.9机电系统设计理论与方法机械电子工程系ljy@第二章机电一体化总体设计方法与实例1.1机电一体化总体设计1.2机电一体化系统工程实施方法与步骤1.3设计实例简介1.4小结1.1机电一体化总体设计概述-主要目的为什么要关注总体方案设计?市场竞争规律要求产品不仅具有高性能(又快又好)，而且要有低价格，这就给产品设计人员提出了越来越高的要求。种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电一体化产品设计人员众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。如何充分利用这些条件，应用机电一体化技术，开发出满足市场需求的机电一体化产品，是机电一体化设计的重要任务。从总体目标出发，综合分析产品的性能要求及各机、电组成单元的特性，选择最合理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的目的。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1机电一体化总体设计概述-总体设计的主要内容（一）技术资料准备1）搜集国内外有关技术资料，包括现有同类产品材料、相关理论研究成果和先进技术资料等。通过对这些技术资料的分析比较，了解现有技术发展的水平和趋势。这是确定产品技术构成的主要依据。

2）了解所设计产品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。此外，还应了解产品的极限工作环境、操作者的技术素质、用户的维修能力等方面的情况。使用要求是确定产品技术指标的主要依据。

3）了解生产单位的设备条件、工艺手段、生产基础等，作为研究具体结构方案的重要依据，以保证缩短设计和制造周期、降低生产成本、提高产品质量。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1机电一体化总体设计概述-总体设计的主要内容（二）性能指标确定1）功能性指标－－运动参数、动力参数、尺寸参数、品质指标等实现产品功能所必需的技术指标

2）经济性指标－－成本指标、工艺性指标、标准化指标、美学指标等关系到产品能否进入市场并成为商品的技术指标。

3）安全性指标－－操作指标、自身保护指标和人员安全指标等保证产品在使用过程中不致因为误操作或偶然故障而引起产品或人身事故方面的技术指标。对于自动化程度高的机电一体化产品，安全性指标尤为重要。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1机电一体化总体设计概述-总体设计的主要内容（三）总体方案拟定

充分发挥机电一体化设计的灵活性，根据产品的市场需求及所掌握的资料和技术，拟定出综合性能最好的总体方案。1）性能指标分析－－找出设计难点及特性指标，即影响总体方案的主要因素。如果某项特性指标的系列环节中存在着机械、电子等不同设计类型环节，则需要采用机电一体化方法统筹选择各环节的结构。

2）预选各环节结构－－初步选出多种实现各环节功能和性能要求的可行的结构方案，并根据有关资料或与同类结构类比，定量地给出各结构方案对特征指标的影响程度或范围，必要时可通过适当的实验来测定。将各环节结构方案进行适当组合，构成多个可行的总体结构方案，并使得各环节对特征指标的影响的总和不超过规定值。

3）整体评价－－选定一个或几个评价指标，对上述多个可行方案进行单项校核或计算，求出各方案的评价指标值并进行比较和评价，从中选出最优者作为拟定的总体方案。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1机电一体化总体设计概述-总体设计的主要内容技术资料准备工程实施过程中的生产单位的设备条件、工艺手段、生产基础等产品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。产品的极限工作环境、操作者的技术素质、用户的维修能力等国内外有关技术资料，包括现有同类产品材料、相关理论研究成果和先进技术资料等性能指标确定安全性指标－－操作指标、自身保护指标和人员安全指标等经济性指标－－成本指标、工艺性指标、标准化指标、美学指标功能性指标－－运动参数、动力参数、尺寸参数、品质指标等总体方案拟定整体评价－－选定一个或几个评价指标，对上述多个可行方案进行单项校核或计算，从中选出最优者作为拟定的总体方案。预选各环节结构－－初步选出多种实现各环节功能和性能要求的可行的结构方案，将各环节结构方案进行适当组合，性能指标分析－－找出设计难点及特性指标，即影响总体方案的主要因素。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2机电一体化系统工程实施方法与步骤机电一体化系统设计的工程实施，可按下面4个阶段有步骤地进行:可行性分析详细设计制造与试运行交付使用功能要求方案及论证报告详细方案设计图纸图纸资料设备及系统设备及系统运行报告ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2机电一体化系统工程实施方法与步骤-可行性分析可行性分析首先进行可行性调查逐项进行估价找到发生问题时的替代方案工程实施过程中的可能性和可变更性投资上的可能性和合理性技术上的可能性和先进性规划初步的技术方案提出几个规划方案绘制平面配置图编制说明文件进行先进性评估附加开支可预见与不可预见初步的工程造价初步方案进行可行性排序可行性报告，确定一个最佳方案ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2机电一体化系统工程实施方法与步骤-详细设计规划及系统设计布局设计

辅助设备的选用和设计

配套和安全装置的选用和设计控制系统设计支持系统工程施工设计编制采购资料局部实验或试制绘制施工图编制说明书最优方案ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2机电一体化系统工程实施方法与步骤-制造&试运行制作准备

制作与采购

安装与试运转

连续运转生产线系统使用说明书验收报告培训人员施工图纸说明书ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2机电一体化系统工程实施方法与步骤-交付使用运转率检查

改进评估连续运转总结报告施工图纸说明书ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-工作站（单元）的十条设计原则设计前必须充分分析作业对象，拟定最合理的作业工艺；必须满足作业的功能要求和环境条件；必须满足生产节拍要求；整体及各组成部分必须全部满足安全规范及标准；各设备及控制系统应具有故障显示及报警装置；便于维护修理；操作系统应简单明了，便于操作和人工干预；操作系统便于联网控制；工作站便于组线；经济实惠，快速投产等

ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-生产线的构成及设计原则生产线的构成：工作站;子生产线中转仓库;物流系统;动力系统;控制系统;辅助设备及安全装置。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-生产线的设计十原则各工作站必须具有相同或相近的生产周期；工作站应有缓冲存储区；物流系统必须顺畅，避免交叉或回流，生产线要具有混流生产的能力；生产线要留有再改造的余地;夹具体要有足够的精度要求;各工作站控制系统必须兼容;生产线布局合理占地面积力求最小;安全监控系统合理可靠；对于最关键的工作站或生产设备应有必要的替代储备。

ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线项目的背景及来源项目的总体目标与基本要求需求分析与总体方案设计系统仿真与实验可行性分析与论证（优化）详细设计制造与试运行交付使用ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线项目的背景及来源行业简介当时现状与十五规划需求信息的获得考察与问题的提出ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线项目的总体目标与基本要求高自动化和柔性少人的安全需要严格工艺高稳定性与可靠性信息化管理ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线需求分析与总体方案设计技术资料准备工程实施过程中的生产单位的设备条件、工艺手段、生产基础等产品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。产品的极限工作环境、操作者的技术素质、用户的维修能力等国内外有关技术资料，包括现有同类产品材料、相关理论研究成果和先进技术资料等性能指标确定安全性指标－－操作指标、自身保护指标和人员安全指标等经济性指标－－成本指标、工艺性指标、标准化指标、美学指标功能性指标－－运动参数、动力参数、尺寸参数、品质指标等总体方案拟定整体评价－－选定一个或几个评价指标，对上述多个可行方案进行单项校核或计算，从中选出最优者作为拟定的总体方案。预选各环节结构－－初步选出多种实现各环节功能和性能要求的可行的结构方案，将各环节结构方案进行适当组合，性能指标分析－－找出设计难点及特性指标，即影响总体方案的主要因素。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线技术资料准备ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线性能指标确定ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线总体方案拟定总体布局图ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线总体立体效果（方案1）ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线总体立体效果（方案2）ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线性能指标确定－－方案设计ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线性能指标确定－－方案设计ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线性能指标确定－－方案设计ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线性能指标确定－－方案设计ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线系统仿真与实验ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线系统仿真与实验ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线系统仿真与实验ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线系统仿真与实验ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3设计实例-包装装箱生产线系统仿真与实验ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3