工作裝置設計常用方法

1. 機械設備的基本設計怎麼做包括哪些內容需要注意什麼

機械設計往往離不開自己的閱歷，經驗的積累固然可以從書本上學到不少，但是事非躬親很難在腦海中留下深刻的印象，對別人的經驗，自己沒有一定的基礎，要理解吸收真的是一件很不容易的事。呵呵。
機械設計貫穿設計、製造、使用，維護的整個過程，設計時的疏忽總會在這些方面反映出來，成功與否是很容易判斷的。設計的過程中，受製造的影響很大，亦就是說好的設計是不能脫離製造的，對製造越了解，越有助於提高設計水平。設計的圖紙，投入生產，我沒見過多少能立即按圖加工裝配，在審圖、工藝等過程發現大堆的問題很常見，包括所謂「資深」的高工，總工拿出的圖紙，還是經過多次開會研究反復討論的出來的結果，原因是多方面的，繪圖的規范性，看圖者的水平是一方面，但設計方對製造工藝的了解不深入是主要原因。怎樣判定自己對製造的了解程度？最簡單的方法是隨手抓一張自己設計的東西的圖紙你是否能說出它的製造全過程。鑄、鍛、車、鉗、銑、刨、磨，只是這樣子，肯定是不行，在機械廠做過幾年的誰不知道？必須細分下去，要全面了解各過程。比如說鑄造時候怎麼分型，澆口冒口怎麼放，可能會有什麼樣的鑄造缺陷產生，零件結構在熱處理的時候會不會導致意外情況發生的，怎麼在零件結構上進行優化，切削加工過程，在腦海中虛擬出來，總共用幾把刀，轉速，走刀量，甚至鐵屑望哪裡飛，各把刀使用的順序，車工，銑工，磨工的操作動作全過程，如此等等，才算是有了比較好的基礎。不是說搞設計的一定要會玩車床，銑床，會燒電焊才可以，但是要知道這些作業特點，在設計時加以充分考慮，作為搞機械設計的人這樣才比搖車床燒電焊的強，才有安身立命之處。如此，在設計過程中，就會規避一些不合理的結構，設計的質量自然提高不少，可是還不夠，一個有十年八年的工齡的技工能提出比你更成熟的細節方案（盡管整體的設計統籌他們做不了），但是多少個不眠的夜晚設計出就這樣一個結果，豈不是斯文掃地耶？唯一的解決辦法，多看書。別人總結出來的通常與生產相結合，俱是心血的結晶。帶著問題學，多想就能消化。再也不會說「只要保證同心度就行了」這樣愚蠢的回答，關鍵是你已經指出保證同心度的方法，甚至前輩的錯誤。這個時候，沒人再叫你小錢、小趙，連老闆都叫你錢工、趙工，挺受尊敬的吧。摸摸下巴，鬍子長出來了，尿布丟了，孩子叫媽了，呵呵成就感也來了。可是設計總是為了使用，好的設計必須具備一點點人性的，設計一套工藝裝備，一試產，效率高質量好，老闆來搞杯慶功酒。過了幾天，發現人家棄之不用了，原因是操作者罵娘啊。用起來痛苦啊。而且要注意的細節又多，別個就是個操作工他要是考慮的那麼多因素就不會還在那裡做操作工了啊。設計不利於使用，就面臨淘汰，有很多的成套設備，如汽車的發動機變速箱之類正常運轉時「挺好的，「，可其中一個小鍵槽，一個軸承位，什麼的地方壞了，整個就不能用，廠方只賣整件，要配件不賣，自己加強還真的沒地方加了，換了幾個廠去買，擺了一堆，用戶只好敬而遠之，立了個技改項目－－可憐的技改。這樣的事情只要是在機械行業轉的久的都會有所見所聞。使用根本就離不開維修，好的設計更不能忽視維修性。在一條大型的的生產線上，關鍵的設備，總共一年也就維修那麼兩次，但是每此都要把設備大卸八塊，行車叉車千斤頂撬杠十八般兵器還不夠用，老師傅們還要自己專門動腦動手玩幾樣好用的專用家當來伺候，導致停產的損失已經超過設備本身的價值，真是個無言的結局。一套大型設備僅因更換一隻油封什麼的，都要幾乎將整機完全分解，使用單位不罵設計乾的是斷子絕孫的玩意才怪，真的是設計者的悲哀
我們搞設計不光是要站在製造的基礎上，還要有創新，但一定要學會繼承。現在，全社會都在強調創新，但我們不能一強調創新，就瞧不起原有的東西。通常的創新分為兩種，一種就是構成事物舊有元素的重新組合，一種是在舊有元素上加一些新的元素。所以，不管怎樣，創新的東西總是含有一些舊有事物的影子是不可否認的。正像哲學中所講，新事物都是在肯定中否定，否定中有肯定中產生的。比如我們人類，雖然說是大自然的天之驕子，但實際上，我們99%的基因都是和大猩猩一樣的。如果人類不是在繼承大猩猩的基因基礎上，有1%的突破，人類的出現是難以想像的，如果有人說我有志氣，不需要繼承大猩猩的基因，我自己搞一個100%純人類基因，那您就是再過一億年，也搞不出來一個人類來。所以說，不能為了創新，把舊有的東西全盤拋棄。原有的東西就如同一盤菜，創新就如同一點點調料，有了這么一點調料，菜的味道更加鮮美。但沒有人為了純鮮美，不要菜，光來一盤炒調料的。所以我們強調創新，但不能忘記繼承，只有繼承，沒有創新，那是因循守舊，而只有創新，沒有繼承，那是空中樓閣。克隆可能很多的人認為是最安全最省事的一種設計方式。但是作為從事設計行業的人來講，克隆是一件可恥的事情。所謂一抄二改三創造。簡練的概括了設計人員的成長之路。 剛入門的時候，只能照抄，但是在抄襲的同時要拚命的去理解原設計者的意圖和思維，理解整個機器的傳動，各個裝置之間的相互關聯，每個零件的相互關系，理解了之後就可以出圖，圖紙上就可以有明確的尺寸配合要求，形位公差約束。只知道畫下來，隨手胡扯幾根線條上去，大概感覺機器精度比較高，就玩命的把精度往上提動不動就0.005，0.002，在圖紙上大言不慚的簽名在設計欄。號稱自己搞的東西是很精密的。這種不知所謂的號稱機械機械設計工程師的信手拈來滿地都是。
模仿優秀的作品是每一個設計師的必走之路。但是做設計，一定要有自己的想法，人也要有自己鮮明的個性，久了，就形成了自己的風格，風格的養成與一個人的藝術素養和個人修養有直接關系。羅嗦的人搞出來的東西就是那麼羅嗦的，小氣的人搞出來的東西就是一副小家子氣，不負責任的人搞出來的機器就跟那人的德行一樣的不負責任。能有自己的設計理念，設計風格，就是不一樣，這樣搗騰出來的東西就有了獨特的靈魂。行家一看就知道，這是用心的傑作。
在抄襲的時候積累了經驗就要抱著否定的態度學習。查閱資料，多看些經典的設計案例，和設計的禁忌，與自己接觸過的一些東西進行對比，就有了大的提高。就可以在現有的機器上動手術。如：提高機器的附加值，完善更多的功能，讓整機具備更高的可靠度。從而迎合高端的客戶；或者進行結構精簡，保留一些常用功能，降低成本，滿足些買不起那麼也用不上多功能的客戶的需求。做到這樣就可以稱的上做機械設計開始入門了。能不能成為世界級的發明家這個事情很難說的，呵呵。但是憑自己多年經歷見識，將一些結構進行組合，變異，嫁接，創造一些新的東西是不難的。與其用一生的時間去研究永動機之類的高深課題，或者搞一些莫名其妙不能創造任何價值的所謂專利，不如用自己有限的生命去做些能在這個美麗的星球上留下點印記的事情。到時候老得快死了，臨終的時候還會想到，活了這么多年，搗騰了那麼多機器在地球上跑，足以含笑九泉。
一個真正談的能稱之為 機械設計工程師， 需要十年甚至十年以上的磨礪。還要有相當的天分以及勤奮和能造就人的環境。 天才等於99%的勤奮+1%的努力其實說的並不是只要下苦工就會有成就。這句話說的是若一個人對某個職業沒有那1%天分，再勤奮也是沒有用的。勤奮是一個發掘自己天分的一個途徑，是有所成就的必須條件之一，而不是全部。絕對不是。
機械零件材料選用的原則要考慮三個方面的要求
1、使用要求（首要考慮）：
1）零件的工況（震動，沖擊，高溫，低溫，高速，高載都應當慎重對待）；;
2）對零件尺寸和質量的限制；
3）零件的重要程度。（對於整機可靠度的相對重要性
2、 工藝要求：
1）毛坯製造（鑄造，鍛打，切板，切棒）；
2）機械加工；
3）熱處理 ；
4）表面處理;
3、經濟性要求：
1）材料價格（普通圓鋼與冷拉型材，精密鑄造，精密鍛造的毛坯成本與加工成本的對比，）；
2）加工批量和加工費用；
3）材料的利用率；（如板材，棒料，型材的規格，合理的加以利用）
4）替代（盡量用廉價材料來代替價格相對昂貴的稀有材料，如在一些耐磨部位的套用球墨替代銅套，用含油軸承替代車削加工的一些套，速度負載不大的情況下，用尼龍替代鋼件齒輪或者銅蝸輪等等）。
另外，還要考慮當地材料的供應情況。
機械設計的基本要求
a) 對機器使用功能方面的要求要注意協調、平衡！防止木桶效應的出現
b) 對機器經濟性的要求 設計經濟性，在短的時間里投產上市，撈回開發期間的消耗，甚至邊設計邊製造， 使用經濟性 要有最佳的性能價格比（產品在小批量做開始賺了，再來改的更好）
2、對機械零件設計的基本要求
a) 在預定工作期限內正常、可靠地工作，保證機器的各種功能
b) 要盡量降低零件的生產、製造成本
c) 盡可能多的採用市場常見標准件。
d) 對可能系列化的產品，盡可能的在開始設計的時候考慮零件的通用性，無法通用的也要盡可能的在結構上類似，以減少製造過程的工藝編排，夾具工裝設計的工作量。

2. 現代機械的設計方法有哪些

機械設計的現代設計方法：
一、專業現代
由機械設計和計算機專業人員共同開發的計算機軟體，能夠反映和描述機械產品在實際工況下的各種損傷、失效和破壞的機理，可以定量分析和計算機械零件和機械的動態行為，並形成固定的設計程序，這就是專業的現代設計方法，如：振動分析和設計，摩擦學設計，熱力學傳熱設計，強度、剛度設計，溫度場分析等等。這些軟體都是在傳統的設計方法基礎上，應用計算機技術開發出來的。例如：用Pro/M軟體分析機械裝置的動態特性，用ANSYS軟體分析應力都是這方面很好的例子，為准確判斷裝置的可靠性和選擇設計參數奠定了基礎。
二、通用現代
為了滿足機械產品性能的高要求，在機械設計中大量採用計算機技術進行輔助設計和系統分析，這就是通用的現代設計方法。常見的方法包括優化、有限元、可靠性、模擬、專家系統、CAD等。這些方法並不只是針對機械產品去研究，還有其自身的科學理論和方法。
1、優化設計
機械優化設計是最優化技術在機械設計領域的移植和應用，其基本思想是根據機械設計的理論，方法和標准規范等建立一反映工程設計問題和符合數學規劃要求的數學模型，然後採用數學規劃方法和計算機計算技術自動找出設計問題的最優方案。它是機械設計理論與優化數學、電子計算機相互結合而形成的一種現代設計方法。
2、模擬與虛擬設計
計算機模擬技術是以計算機為工具「建立實際或聯想的系統模型」並在不同條件下對模型進行動態運行實驗的一門綜合性技術。而虛擬技術的本質是以計算機支持的模擬技術為前提，在產品設計階段，實時地並行地模擬出產品開發全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品製造成本、產品的可製造性、產品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。這種方法不但縮短產品開發周期，也實現了縮短產品開發與用戶之間的距離。
3、有限元設計
這種方法是利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。它不僅能用於工程中復雜的非線行問題、非穩態問題的求解，而且還可用於工程設計中進行復雜結構的靜態和動力分析，並能准確地計算形狀復雜零件的應力分布和變形，成為復雜零件強度和剛度計算的有力分析工具。
4、模糊設計
它是將模糊數學知識應用到機械設計中的一種設計方法。機械設計中就存在大量的模糊信息。如機械零部件設計中，零件的安全系數往往從保守觀點出發，取較大值而不經濟，但在其允許的范圍內存在很大的模糊區間。機械產品的開發在各階段常會遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點、性質及對計策的要求不盡相同，但所採取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點是，可以將各因素對設計結果的影響進行全面定量地分析，得出綜合的數量化指標，作為選擇決斷的依據。
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機械生產的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。機械設計的努力目標是：在各種限定的條件(如材料、加工能力、理論知識和計算手段等)下設計出最好的機械，即做出優化設計。優化設計需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低製造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機械種類和用途的不同而異。設計者的任務是按具體情況權衡輕重，統籌兼顧，使設計的機械有最優的綜合技術經濟效果。過去，設計的優化主要依靠設計者的知識、經驗和遠見。隨著機械工程基礎理論和價值工程、系統分析等新學科的發展，製造和使用的技術經濟數據資料的積累,以及計算機的推廣應用,優化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學計算。

3. 攪拌裝置的設計選型步驟方法有哪些

具體步驟方法如下：
1、按照工藝條件、攪拌目的和要求，選擇攪拌器型式，選擇攪拌器型式時應充分掌握攪拌器的動力特性和攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態與各種攪拌目的的因果關系。
2、按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態，工藝對攪拌混合時間、沉降速度、分散度的控制要求，通過實驗手段和計算機模擬設計，確定電動機功率、攪拌速度、攪拌器直徑。
3、按照電動機功率、攪拌轉速及工藝條件，從減速機選型表中選擇，確定減速機機型。如果按照實際工作扭矩來選擇減速機，則實際工作扭矩應小於減速機許用扭矩。
4、按照減速機的輸出軸頭d和攪拌軸系支承方式選擇與d相同型號規格的機架、聯軸器
5、按照機架攪拌軸頭do尺寸、安裝容納空間及工作壓力、工作溫度選擇軸封型式
6、按照安裝形式和結構要求，設計選擇攪拌軸結構型式，並校檢其強度、剛度。如按剛性軸設計，在滿足強度條件下n/nk≤0.7。如按柔性軸設計，在滿足強度條件下n/nk>=1.3
7.按照機架的公稱心寸DN、攪拌軸的擱軸型式及壓力等級、選擇安裝底蓋、凸緣底座或凸緣法蘭。
8.按照支承和抗振條件，確定是否配置輔助支承。

4. 常用工作裝置

礦井瞬變電磁法探測工作位於井下巷道內，巷道截面邊長一般小於5m，長度從幾十米到數千米都有。如何將地面瞬變電磁法的工作裝置應用到井下巷道內，是礦井瞬變電磁法勘探非常關鍵技術。

線圈的組合大致取決於以下3個條件：①發射和接收回線相對目的物的耦合處於最佳狀態，②異常的形狀可能簡單，③接收發射系統能適用於此組合，特別是接收范圍要在接收機的范圍之內。根據以上3條件，對測量對象可以選擇最佳組合。

此類組合在觀測過程中發射回線或線圈保持給定的間距，逐測點移動採集數據，下面主要介紹能夠在礦井下使用的幾種工作裝置類型：

1.重疊回線裝置

如圖6－3為重疊回線裝置。兩條回線，一條用作發射，另一條作為接收，TEM方法的供電和測量在時間上是互相分開的，它們鋪在同一位置故稱為重疊回線組合。實際應用中，並不需要相互完全重疊，有時候還需分開1m或更遠，以降低可能存在的超順磁效應。重疊回線裝置是頻率域方法無法實現的裝置，它與地質探測對象有最佳耦合。重疊回線裝置響應曲線形態簡單，時間特性不發生變號現象，具有較高的接收電平、較好的穿透深度及異常便於分析解釋等特點。由於重疊回線裝置接收與發送線圈完全共面，不會造成由於發射和接收回線不在同一平面，接收線圈中混雜水平分量的影響。接收線圈和發射線圈重疊，互感大、一次場影響大，所以關斷時間長、盲區大。

將重疊回線中的接收回線用小型可視為偶極的接收線圈代替並且置於發射回線中心即為中心回線組合。因為接收回線輕便，又可以測量3個方向的分量，故應用比較廣。它具有和重疊回線裝置相似的特點，但由於其線框邊長較小，縱橫向解析度高，受外部人文雜訊的干擾較小，對環境要求較低，適應面較寬，可觀測水平分量，解析度較高；接收回線可以避開管道等人為導體，在井下人為導體較多的位置，其數據質量優於重疊回線。巷道底板地質體的不均勻性影響較重疊回線大，此種裝置互感大，一次場影響大，盲區大。

圖6－5 探測方向示意圖

5. 工裝夾具設計的基本要求和方法有哪些

一、工裝夾具設計的基本原則

1、滿足使用過程中工件定位的穩定性和可靠性；

2、有足夠的承載或夾持力度以保證工件在工裝夾具上進行的加工過程；

3、滿足裝夾過程中簡單與快速操作；

4、易損零件必須是可以快速更換的結構，條件充分時最好不需要使用其它工具進行；

5、滿足夾具在調整或更換過程中重復定位的可靠性；

6、盡可能的避免結構復雜、成本昂貴；

7、盡可能選用標准件作為組成零件；

8、形成公司內部產品的系統化和標准化。

二、工裝夾具設計的基本方法與步驟

（1）設計通知單，零件成品圖，毛坯圖和工藝路線等技術資料，了解各工序的加工技術要求，定位和夾緊方案，前工序的加工內容，毛坯情況，加工中所使用的機床、刀具、檢驗量具，加工餘量和切削用量等；

（2）了解生產批量和對夾具的需用情況；

（3）了解所使用機床的主要技術參數、性能、規格、精度以及與夾具連接部分結構的聯系尺寸等；

（4）夾具的標准料庫存情況。

(5)工作裝置設計常用方法擴展閱讀

工裝夾具設計的合理與否直接影響到工件的質量、生產效率和加工成本等。在實際生產中，工裝夾具的設計主要依據加工工藝方案和操作人員的經驗，應盡量減少裝夾次數、降低換刀頻率，一次裝夾完成多道工序，節約輔助時間，提高生產效率。

數控銑削加工常用的夾具大致有以下幾種：

萬能組合夾具。適合小批量生產或研製時的中小、小型工件在數控銑床上進行銑削加工。

專用銑削夾具。這是特別為某一項或類似的幾項工件設計製造的夾具，一般在年產量較大或研製時非要不可時採用。其結構固定，僅使用於一個具體零件的具體工序，這類夾具設計應力求簡化，使製造時間盡量縮短。

多工位夾具。可以同時裝夾多個工件，可減少換刀次數，已便於一面加工，一面裝卸工件，有利於縮短輔助時間，提高生產率，較適合中批量生產。

氣動或液壓夾具。適合生產批量較大的場合，採用其它夾具又特別費工，費力的工件，能減輕工人勞動強度和提高生產率，但此類夾具結構較復雜，造價往往很高，而且製造周期較長。

通用銑削夾具。有通用可調夾具、虎鉗、分度頭和三爪卡盤等。

6. 工業造型設計都有哪些基本方法

工業造型設計的基本方法：
1、設計要素
工業造型設計是一門多學科交叉的新型學科，必須採用多學科交叉的設計方法，以求得多種構成要素最佳狀態的解，即構成理想的設計。對工業造型設計直接產生影響的要素包括人、技術條件和環境等方面。
2、設計程序
現代工業造型設計是有目的、有計劃、按次序展開的，整個設計進程有時相互交錯，有時會出現循環。循環是為了不斷檢驗每一步工作是否符合設計的要求。工業造型設計常用的是五階段程序：
(1)設計准備階段；
(2)設計孵化階段；
(3)設計誕生階段；
(4)設計定案階段；
(5)設計管理階段。
對設計師來說．就是在明確設計目的的前提下，首先要全面研究與設計有關的各種設計要素．然後有意識地嘗試各種可能的組合；接著是孕育過程，進而提出解決問題的方案能達到的設計目的；最後通過科學的設計機構，推出具有開拓市場能力的產品。
3、美學法則
一般地說，美學法則是指形式美的規律，是指造型元素依照整齊、對稱、均衡、比例，和諧、多樣統一等構成形式美的規律。現代工業造型設計在更多的層面上應用這一普遍規律，不僅獲得了產品形態、式樣、色調的統一和諧美，還取得了高科技的功能美和先進製造手段的工藝美、符合人機關系的舒適美、追求時代精神的新穎美。
工業造型設計方法論：
工業造型設計方法論包括三個基本問題——技術與藝術的統一；功能與形式的統一；微觀與宏觀的統一。
1、技術與藝術的統一問題
作為工業造型設計師，一方面要關注社會和技術的進步，另一方面又應當在其發展中探求美的精髓。設計本身具有的這種雙重性格的交互影響、對比和平衡，就產生了設計土的諸多流派，如功能主義、新立體主義、後現代主義等。這些流派的設計哲學對設計師設計觀念有很大影響。在近代，現代設計與現代藝術之間的距離日趨縮小，新藝術形式的出現極易誘發新的設計觀念，新的設計觀念也極易成為新藝術形式產生的契機。設計不僅受文化浪潮和趨勢的影響，而且還受科學技術發展新動態的影響。設計師只有科學地預測社會的進步，才能使自己站在潮流和時尚的前列。在人類認識和變革世界的過程中，信息和材料、能源並列，成為人類物質文明的三大支柱。生物工程、材料工程、遺傳學和計算機在設計上的應用日趨成熟。為了使設計更准確，所有控制設計精確性的因素都將預先經過研究和計算，使設計建立在科學基礎之上，在這種形勢下工業造型設計的概念亦日益深化。如果說當初工業造型設計產生於藝術與技術的鴻溝之間的話，那麼今天工業造型設計的飛速發展即正在逐步填平二者之間的鴻溝。在技術與藝術的結合過程中，設計科學得到「軟」化而藝術得到物化，就在這中間工業造型設計得到了發展。因此，技術與藝術的結合是工業造型設計方法論中首先要研究的問題。
2、功能與形式的統一問題
正確處理功能與形式的關系是工業造型設計方法論研究的第二個基本問題。一件工業產品均包括功能和形式兩個方面。工業產品的功能，是指產品具有的物質功能和使用功能；而產品的形態、色彩、材料等因素構成的產品造型，就是產品的表現形式。在設計觀念上，由於人的個性需求和審美要求的提升，傳統的「形式追隨功能」的思想正在發生轉變，現代的產品設計要求把二者有機結合起來，它也是並行設計模式的產物。傳統的設計觀念認為，產品的形式服從功能、形式為功能服務。例如，汽車車身的造型設計，首先考慮的是保證安全、快速和舒適，車身的造型設計不能違背空氣動力學准則；機床的形態設計，首要保證機床的內在質量和操作者的人身安全。而現在在並行設計模式下，整個的產品設計被視為一個動態、連續和相互交流的過程，在設計開始所有相關部門就要協同作戰、設計咨詢互通有無，實現設計信息的相對對稱，這就意味著在工業產品設計的零點產品設計師就要滲透到功能、結構中，從而實現各個設計部門的互動、保證設計的准確性、及時性和高度反饋性。這種模式下的設計直接地把功能和形式有機結合起來了。如果片面追求物質功能而忽視產品的形式，產品就有可能缺乏個性、缺乏人情味；而忽視物質功能、片面強調形式方面需要的產品就有可能成為一種炫耀浮華、不講實用的形式主義物品。一件好的產品必定是功能和形式的有機統一。
3、微觀與宏觀的統一問題
在產品設計中要考慮的因素很多。一件產品完成生產、進入市場並最後交到使用人手中，此時產品與人即構成一種相互關系——人使用這一產品，產品在為人提供服務的同時亦反過來影響人的使用。另外，由於產品與人生存在同一環境之中，因此產品、人以及產品與人之間的相互關系必定與環境構成一種新的相互關系——「人—機—環境—社會」相協調，也就是微觀與宏觀的統一。例如我們要設計21世紀的汽車，其意圖或目的是提供完成運輸和旅遊的更為適宜的交通工具，能進行無人駕駛、消除廢氣污染；其環境考慮包括路面狀況、停車場所、服務設施等；而產品內部結構包含諸如新型發動機、傳動部件、計算機控制系統等所構成的復雜裝置。只考慮一個個單件設計和只考慮新產品本身結構、形體、色彩等的設計觀念已經過時。如前面提到的設計汽車的例子，還應當考慮汽車與行人，汽車與駕車人和乘車人，汽車與人行橫道線、紅綠燈管理、交通狀況等的關系和矛盾以及環境污染等。這里，一方面汽車應為人提供一種新的生活方式，汽車的設計亦直接影響人的操作和使用；另一方面汽車行駛在公路上時汽車與其他車輛、行人、街道、建築、道路即構成一種新的環境關系，而這種新的環境關系反過來又影響著人們的生活方式，如雜訊、廢氣、交通擁擠、交通事故等。因此，產品與人、產品與環境、環境與社會之間相互影響，有不可分割的內在聯系。人機工程學中的人—機關系，亦包括人操縱工具、人適應機器和機器適應人，從人—機協調發展到人—機—環境—社會這一適應性系統。
在工業產品造型設計中，往往是綜合利用上述設計方法，或者在這種意識和觀念的指導下圍繞設計資訊整合產品設計的硬體和軟體，從而把工業產品的各相關要素有機統一起來，以滿足「人性化設計」和「綠色設計」思潮下的人們的個性消費需求。

7. 機電一體化系統的設計都有哪些內容方法

機電一體化系統的設計：
一、機電一體化系統開發的設計思想
機電一體化的優勢，在於它吸收了各相關學科之長並加以綜合運用而取得整體優化效果，因此在機電一體化系統開發的過程中，要特別強調技術融合，學科交叉的作用。機電一體化系統開發是一項多級別、多單元組成的系統工程。把系統的各單元有機的結合成系統後，各單元的功能不僅相互疊加，而且相互輔助、相互促進、相互提高，使整體的功能大於各單元功能的簡單的和，即「整體大於部分的和」。當然，如果設計不當，由於各單元的差異性，在組成系統後會導致單元間的矛盾和摩擦，出現內耗，內耗過大，則可能出現整體小於部分之和的情況，從而失去了一體化的優勢。因此，在開發的過程中，一方面要求設計機械繫統時，應選擇與控制系統的電氣參數相匹配的機械繫統參數；同時也要求設計控制系統時，應根據機械繫統的固有結構參數來選擇和確定電氣參數。綜合應用機械技術和微電子技術，使二者密切結合、相互協調、相互補充，充分體現機電一體化的優越性。
二、機電一體化系統設計方法
擬定機電一體化系統設計方案的方法有取代法、整體設計法和組合法。
1、取代法
這種方法是用電氣控製取代原傳統中機械控制機構。這種方法是改造傳統機械產品和開發新型產品常用的方法。如用電氣調速控制系統取代機械式變速機構，用可編程序控制器或微型計算機來取代機械凸輪控制機構、插銷板、步進開關、繼電器等，以彌補機械技術的不足，這種方法不但能大大簡化機械結構，而且還可以提高系統的性能和質量。這種方法的缺點是跳不出原系統的框架，不利於開拓思路，尤其在開發全新的產品時更具有局限性。
2、整體設計法
這種方法主要用於全新產品和系統的開發。在設計時完全從系統的整體目標考慮各子系統的設計，所以介面簡單，甚至可能互融一體。例如，某些激光列印機的激光掃描鏡，其轉軸就是電動機的轉子軸，這是執行元件與運動機構結合的一個例子。在大規模集成電路和微機不斷普及的今天，隨著精密機械技術的發展，完全能夠設計出將執行元件、運動機構、檢測感測器、控制與機體等要素有機地融為一體的機電一體化新產品。
3、組合法
這種方法就是選用各種標准模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統。例如，設計數控機床時可以從系統整體的角度選擇工業系列產品，諸如數控單元、伺服驅動單元、位置感測檢測單元、主軸調速單元以及各種機械標准件或單元等，然後進行介面設計，將各單元有機的結合起來融為一體。在開發機電一體化系統時，利用此方法可以縮短設計與研製周期、節約工裝設備費用，有利於生產管理、使用和維修。
三、機電一體化系統設計的內容
在機電一體化系統(產品)中控制系統設計的主要內容可歸結為：確定系統整體控制方案、確定控制演算法、選擇微型計算機、進行系統的硬體和軟體設計，以及系統統調。
1、確定系統整體控制方案
(1)確定控制任務
在設計系統以前，必須對控制對象的工作過程進行深入的調查、分析和熟悉，並明確實際應用中的具體要求，按機械與電子功能劃分方案確定系統所要完成的任務，然後用控制流程圖或其他適當形式描述控制過程和任務，寫成設計任務說明書，作為整個控制系統設計的依據。
(2)構思控制系統的整體方案
1)確定系統的控制結構形式是開環還是閉環控制。
2)採用閉環控制時應考慮檢測感測器的選擇和所要求精度級別，並考慮機構安裝、使用環境等問題。
3)選擇執行元件是電動、氣動還是液壓或其他，根據控制對象具體要求，比較方案的優缺點，擇優而用。
4)明確微機在系統中的作用：是設定值計算、直接控制還是數據處理和應具備的功能，需要哪些輸入／輸出通道和配置哪些外圍設備等。最後，畫出系統組成的原理框圖和附加說明，作為進一步設計的基礎，並初步估算成本。
2、建立數學模型確定控制方法
建立系統的數學模型是個復雜過程，也是一個試探的過程，需要反復權衡。
1)根據已初步確定的控制系統的物理結構，採用合適的控制理論方法建立和組成各環節以及整個系統的數學模型表達形式。通過靜、動特性計算，為計算機進行運算處理提供依據。
2)根據不同的控制對象和不同的控制性能指標要求，選擇不同的控制演算法。對過程式控制制設備的直接數字控制系統常用PID調節的控制演算法；在位置數字隨動系統中常用實現最少拍控制的控制演算法；機床數字控制中常使用逐點比較法、數字積分法和數據采樣法的控制演算法。另外，還有多種最優控制的控制演算法、隨機控制和自適應控制的控制演算法等供選擇。
3)當控制系統較復雜時，控制演算法也比較復雜，為設計、調試方便，可忽略小的非線性、小延時等因素的影響，將控制演算法作某些合理的簡化。利用計算機系統模擬技術，逐步將控制演算法完善，直到獲得最好的控制效果。
總之，控制演算法的確定是一個反復修正與試驗的漸進過程。
3、選擇微型計算機
對於微機所承擔的任務給定以後，完成同一任務的微機方案有多種。一般以既能完成給定任務(應包括處理確定的控制演算法)、又能充分發揮選用微機的功能、再留有一定功能餘量為原則來選擇。
從控制生產機械或生產過程要求出發，微型機應滿足以下要求：
(1)有較完善的中斷系統
對於控制用計算機，實時控制功能是一大特點。它包含系統正常運行時的實時控制能力和發生故障時緊急處理的能力。這種處理和控制一般都採用中斷控制方式，即CPU及時接收終端請求、暫停原來執行程序，轉而執行相應的中斷服務程序，待中斷處理完畢，再返回繼續執行原程序。
在選用與CPU相應的介面晶元時也應有中斷工作方式，以保證控制系統能滿足生產中提出的各種要求。對於比較復雜的控制，要考慮採用實時操作系統。
(2)足夠的存儲容量
由於微型機內存容量有限，當內存容量不足以存放程序和數據時，應擴充內存，或配備適當的外存儲器(如硬磁碟等)。
(3)完備的輸入／輸出通道
輸入輸出通道是系統外部過程和微機交換信息的通道。根據實際需要有開關量輸入／輸出通道、模擬量輸入／輸出通道、數字量輸入／輸出通道和實現快速、批量交換信息的直接數據通道。通道的操作方式有串列、並行以及隨機選擇與按某種預訂順序進行工作等。
(4)微處理器晶元的選擇
這一選擇的實質就是確定能滿足控制功能要求的微處理器的字長、速度和指令系統。這三者是相互依存的。一般選擇：
1)對通常的順序控制、程序控制可選用1位微處理器；
2)對計算量小、計算精度和速度要求不高的系統可選用4位微處理器，如計算器、家用電器控制及簡易控制等；
3)對計算精度要求較高、處理速度較快的系統可選用8位微處理器，如經濟型的線切割機床、普通機床的控制和溫度控制等；
4)對要求計算精度高、處理速度快的系統統可選用16位或32位微處理器，甚至採用精簡指令集運算的晶元RIRC或多CPU，如控制演算法復雜的生產過程式控制制，要求高速運行的機床控制，特別是大量的數據處理等。
(5)系統匯流排的選擇
微型計算機主要由若干塊印製電路板(按功能模塊設計、製造)構成。各塊板之間的連接，當然是通過印製板的插座之間的連線來實現的。通常，為了給使用和維護帶來方便，希望插座之間的連線具有通用性——一個系統中的各塊印製板可插在任一插座上。同時，也是為了各廠家生產的電路板具有通用性、互換性，就要對插座及連線訂個標准。這就是系統匯流排選擇的由來。
目前支持微型計算機系統機構的匯流排有：STD Bus支持8位和16位字長；Multi Bus工型可支持16位字長，Ⅱ型可支持32位字長；S-100 Bus可支持16位字長；VERSA Bus可支持32位字長，以及VME bus可支持32位字長等。生產廠家為這類匯流排提供各種型號規格的OEM(初始設備製造)產品，包括主模塊和從模塊，由用戶任意選配。
4、系統總體設計
系統設計主要是依據上述控制方案、設計所要求和選用的微機類型，對系統進行具體的設計。其設計可分為硬體的介面設計和軟體設計兩大類型。
在對系統總體設計時，一個最重要的問題是如何解決微機、被控對象和操作者這三者之間可靠地適時進行信息交換的通道和分時控制的時序安排。也就是綜合考慮用硬體配置和軟體措施解決系統運行的次序安排，以保證系統有條不紊地運行。
(1)介面設計
對於一種產品(或系統)，其各部件之間，各子系統之間往往需要傳遞動力、運動、命令或信息，這都是通過各種介面來實現的。機械本體各部件之間、執行元件與執行機構之間、檢測感測元件與執行機構之間通常是機械介面；電子電路模塊相互之間的信號傳送介面、控制器與檢測感測元件之問的轉換介面、控制器與執行元件之間的轉換介面通常是電氣介面。
機電一體化產品的內外介面實際上就是一種進行物質、能量和信息交換的界面，它具有存儲、轉換和服務功能。按功能可以將介面劃分為以下3種：
1)零介面。不需進行任何轉換，把具有結合關系的兩部分直接連接起來稱為零介面，如連接管、電纜、接線柱和剛性聯軸節等。
2)普通轉換介面。在具有結合關系的兩部分之間存在能量或信息的轉換，但不含微處理器的介面為普通轉換介面。如減速器、變壓器、電磁離合器、放大器、光電耦合器、A／D轉換器、D／A轉換器等。
3)智能轉換介面。它是一種含有微處理器的轉換介面，具有可編程的特點，因而能夠自動改變介面條件，如由微處理器編程的8255A，8279，PIO等。
目前，大部分硬體介面和軟體介面都已標准化或正在逐步標准化。對於硬體介面，在設計時可以根據需要選擇適當的介面，再配合介面編寫相應的程序。
(2)操作控制台設計
微機控制系統必須便於人機聯系，通常都要設計一個現場操作人員使用的控制台。這個控制台一般不能用微機所帶的鍵盤代替。原因是現場操作人員需要的是簡單、明了、安全的操作面板，以實現對機器的操作。所以，要求操作控制台應有以下功能：
1)有一組或幾組數據輸入鍵(數字鍵或撥碼開關等)，用於輸入或更新給定值、修改控制器參數或其他必要的數據。
2)有一組或幾組功能鍵或轉換開關，用於轉換工作方式，啟動、停止系統或完成某種指定功能。
3)有一個顯示裝置或顯示屏，用於顯示各種運行狀態、參數及故障指示等。控制台上應該有一個「緊急停止」按鈕，用於有緊急事故時停止系統運行，轉入故障處理。
應當明確指出，控制台上每一種信號都與系統的運行狀態密切相關。設計時，必須明確這些轉換開關、按鈕、鍵盤、顯示器和故障指示燈的作用和意義，仔細設計控制台的硬體及其相應的管理程序，使設計的操作控制台既能方便操作又保證安全可靠，即使操作失誤也不會引起嚴重後果。
(3)微型計算機控制系統的電源設計
微機控制系統中的電源，根據需要可以有不同的類型(直流和交流)和規格(電壓和功率)。按照使用情況，對性能的要求也不盡相同，在設計過程中應按實際要求合理選用調試，並控制電壓變動。電源本身要具有過壓、短路、過載保護和熱保護，否則將會造成不可彌補的損失。
(4)整機的安裝、聯接設計
這是一種整體結構設計。微機控制系統安裝既包括了與被控對象的聯接安排，也考慮了主機本身的安裝聯接問題。其設計原則應該是安裝、聯接的可靠性和使用、裝配、維護的方便性。
1)安裝、聯接結構具有防震性，即印製電路板、接插件和元器件包括電纜等應牢固地安裝在同一個機殼上，不因振動而松動。
2)採用標准或專用、製造質量好的防松接插件，以保證接觸可靠而又使用、維護方便。
3)布線結構要合理，能防止相互間的電磁耦合干擾。一定要使信號線和功率線進行隔離，分別走線。對模擬信號更要注意走線的長短和屏蔽，如走線太長，需要考慮進行信號增強等措施。
4)正確安裝安全地線、信號地線、屏蔽地線以及功率地線和強電地線，最終要進行地線連接。地線要採用一點接地型，即把信號地線、功率地線、被控對象地線(安全地)等連接到公共接地點。而總的公共接地點必須與大地接觸良好，一般接地電阻要小於(4～7)Ω。
(5)軟體設計
對於選定的微機控制系統，其微機本身已有一定的軟體支持，一般這些軟體要求用戶了解其使用方法和基本原理。如果把微型計算機專門為某一控制領域而設計成專用的控制計算機，用戶就需要利用計算機的指令系統和相應的開發系統來設計系統軟體，即控制軟體、管理軟體、診斷軟體等。這些系統軟體的設計要求更有專用性和針對性。
在微機控制中，其軟體任務大體可以分為數據處理和過程式控制制兩大基本類型。數據處理主要包括數據的採集、數字濾波、標度變換，以及數值計算等等。過程式控制制主要是使微機按照一定控制演算法進行計算，然後進行輸出去控制生產。
5、系統聯調
微機控制系統設計完成後，硬體電路要進行製作、安裝及試驗，並進行連續烤機運行。軟體各模塊要在微機上分別進行調試，使其正確無誤，然後存檔。上述工作完成後，就可將硬體與軟體組合起來進行系統聯調的模擬試驗，正確無誤後，進行現場實驗，直到正式運行。在這個階段，最重要的是仔細設計模擬調試的方法與步驟，以及所用的測試手段。
此外，在現場試驗前，要仔細檢查接線，無誤後才能進行現場調試。現場調試的步驟根據不同對象要仔細考慮。首先要把涉及的自動保護項目進行實驗，確認有效後才可進入功能、參數等項目的試驗。