工作装置设计常用方法

1. 机械设备的基本设计怎么做包括哪些内容需要注意什么

机械设计往往离不开自己的阅历，经验的积累固然可以从书本上学到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己没有一定的基础，要理解吸收真的是一件很不容易的事。呵呵。
机械设计贯穿设计、制造、使用，维护的整个过程，设计时的疏忽总会在这些方面反映出来，成功与否是很容易判断的。设计的过程中，受制造的影响很大，亦就是说好的设计是不能脱离制造的，对制造越了解，越有助于提高设计水平。设计的图纸，投入生产，我没见过多少能立即按图加工装配，在审图、工艺等过程发现大堆的问题很常见，包括所谓“资深”的高工，总工拿出的图纸，还是经过多次开会研究反复讨论的出来的结果，原因是多方面的，绘图的规范性，看图者的水平是一方面，但设计方对制造工艺的了解不深入是主要原因。怎样判定自己对制造的了解程度？最简单的方法是随手抓一张自己设计的东西的图纸你是否能说出它的制造全过程。铸、锻、车、钳、铣、刨、磨，只是这样子，肯定是不行，在机械厂做过几年的谁不知道？必须细分下去，要全面了解各过程。比如说铸造时候怎么分型，浇口冒口怎么放，可能会有什么样的铸造缺陷产生，零件结构在热处理的时候会不会导致意外情况发生的，怎么在零件结构上进行优化，切削加工过程，在脑海中虚拟出来，总共用几把刀，转速，走刀量，甚至铁屑望哪里飞，各把刀使用的顺序，车工，铣工，磨工的操作动作全过程，如此等等，才算是有了比较好的基础。不是说搞设计的一定要会玩车床，铣床，会烧电焊才可以，但是要知道这些作业特点，在设计时加以充分考虑，作为搞机械设计的人这样才比摇车床烧电焊的强，才有安身立命之处。如此，在设计过程中，就会规避一些不合理的结构，设计的质量自然提高不少，可是还不够，一个有十年八年的工龄的技工能提出比你更成熟的细节方案（尽管整体的设计统筹他们做不了），但是多少个不眠的夜晚设计出就这样一个结果，岂不是斯文扫地耶？唯一的解决办法，多看书。别人总结出来的通常与生产相结合，俱是心血的结晶。带着问题学，多想就能消化。再也不会说“只要保证同心度就行了”这样愚蠢的回答，关键是你已经指出保证同心度的方法，甚至前辈的错误。这个时候，没人再叫你小钱、小赵，连老板都叫你钱工、赵工，挺受尊敬的吧。摸摸下巴，胡子长出来了，尿布丢了，孩子叫妈了，呵呵成就感也来了。可是设计总是为了使用，好的设计必须具备一点点人性的，设计一套工艺装备，一试产，效率高质量好，老板来搞杯庆功酒。过了几天，发现人家弃之不用了，原因是操作者骂娘啊。用起来痛苦啊。而且要注意的细节又多，别个就是个操作工他要是考虑的那么多因素就不会还在那里做操作工了啊。设计不利于使用，就面临淘汰，有很多的成套设备，如汽车的发动机变速箱之类正常运转时“挺好的，“，可其中一个小键槽，一个轴承位，什么的地方坏了，整个就不能用，厂方只卖整件，要配件不卖，自己加强还真的没地方加了，换了几个厂去买，摆了一堆，用户只好敬而远之，立了个技改项目－－可怜的技改。这样的事情只要是在机械行业转的久的都会有所见所闻。使用根本就离不开维修，好的设计更不能忽视维修性。在一条大型的的生产线上，关键的设备，总共一年也就维修那么两次，但是每此都要把设备大卸八块，行车叉车千斤顶撬杠十八般兵器还不够用，老师傅们还要自己专门动脑动手玩几样好用的专用家当来伺候，导致停产的损失已经超过设备本身的价值，真是个无言的结局。一套大型设备仅因更换一只油封什么的，都要几乎将整机完全分解，使用单位不骂设计干的是断子绝孙的玩意才怪，真的是设计者的悲哀
我们搞设计不光是要站在制造的基础上，还要有创新，但一定要学会继承。现在，全社会都在强调创新，但我们不能一强调创新，就瞧不起原有的东西。通常的创新分为两种，一种就是构成事物旧有元素的重新组合，一种是在旧有元素上加一些新的元素。所以，不管怎样，创新的东西总是含有一些旧有事物的影子是不可否认的。正像哲学中所讲，新事物都是在肯定中否定，否定中有肯定中产生的。比如我们人类，虽然说是大自然的天之骄子，但实际上，我们99%的基因都是和大猩猩一样的。如果人类不是在继承大猩猩的基因基础上，有1%的突破，人类的出现是难以想象的，如果有人说我有志气，不需要继承大猩猩的基因，我自己搞一个100%纯人类基因，那您就是再过一亿年，也搞不出来一个人类来。所以说，不能为了创新，把旧有的东西全盘抛弃。原有的东西就如同一盘菜，创新就如同一点点调料，有了这么一点调料，菜的味道更加鲜美。但没有人为了纯鲜美，不要菜，光来一盘炒调料的。所以我们强调创新，但不能忘记继承，只有继承，没有创新，那是因循守旧，而只有创新，没有继承，那是空中楼阁。克隆可能很多的人认为是最安全最省事的一种设计方式。但是作为从事设计行业的人来讲，克隆是一件可耻的事情。所谓一抄二改三创造。简练的概括了设计人员的成长之路。 刚入门的时候，只能照抄，但是在抄袭的同时要拼命的去理解原设计者的意图和思维，理解整个机器的传动，各个装置之间的相互关联，每个零件的相互关系，理解了之后就可以出图，图纸上就可以有明确的尺寸配合要求，形位公差约束。只知道画下来，随手胡扯几根线条上去，大概感觉机器精度比较高，就玩命的把精度往上提动不动就0.005，0.002，在图纸上大言不惭的签名在设计栏。号称自己搞的东西是很精密的。这种不知所谓的号称机械机械设计工程师的信手拈来满地都是。
模仿优秀的作品是每一个设计师的必走之路。但是做设计，一定要有自己的想法，人也要有自己鲜明的个性，久了，就形成了自己的风格，风格的养成与一个人的艺术素养和个人修养有直接关系。罗嗦的人搞出来的东西就是那么罗嗦的，小气的人搞出来的东西就是一副小家子气，不负责任的人搞出来的机器就跟那人的德行一样的不负责任。能有自己的设计理念，设计风格，就是不一样，这样捣腾出来的东西就有了独特的灵魂。行家一看就知道，这是用心的杰作。
在抄袭的时候积累了经验就要抱着否定的态度学习。查阅资料，多看些经典的设计案例，和设计的禁忌，与自己接触过的一些东西进行对比，就有了大的提高。就可以在现有的机器上动手术。如：提高机器的附加值，完善更多的功能，让整机具备更高的可靠度。从而迎合高端的客户；或者进行结构精简，保留一些常用功能，降低成本，满足些买不起那么也用不上多功能的客户的需求。做到这样就可以称的上做机械设计开始入门了。能不能成为世界级的发明家这个事情很难说的，呵呵。但是凭自己多年经历见识，将一些结构进行组合，变异，嫁接，创造一些新的东西是不难的。与其用一生的时间去研究永动机之类的高深课题，或者搞一些莫名其妙不能创造任何价值的所谓专利，不如用自己有限的生命去做些能在这个美丽的星球上留下点印记的事情。到时候老得快死了，临终的时候还会想到，活了这么多年，捣腾了那么多机器在地球上跑，足以含笑九泉。
一个真正谈的能称之为 机械设计工程师， 需要十年甚至十年以上的磨砺。还要有相当的天分以及勤奋和能造就人的环境。 天才等于99%的勤奋+1%的努力其实说的并不是只要下苦工就会有成就。这句话说的是若一个人对某个职业没有那1%天分，再勤奋也是没有用的。勤奋是一个发掘自己天分的一个途径，是有所成就的必须条件之一，而不是全部。绝对不是。
机械零件材料选用的原则要考虑三个方面的要求
1、使用要求（首要考虑）：
1）零件的工况（震动，冲击，高温，低温，高速，高载都应当慎重对待）；;
2）对零件尺寸和质量的限制；
3）零件的重要程度。（对于整机可靠度的相对重要性
2、 工艺要求：
1）毛坯制造（铸造，锻打，切板，切棒）；
2）机械加工；
3）热处理 ；
4）表面处理;
3、经济性要求：
1）材料价格（普通圆钢与冷拉型材，精密铸造，精密锻造的毛坯成本与加工成本的对比，）；
2）加工批量和加工费用；
3）材料的利用率；（如板材，棒料，型材的规格，合理的加以利用）
4）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料，如在一些耐磨部位的套用球墨替代铜套，用含油轴承替代车削加工的一些套，速度负载不大的情况下，用尼龙替代钢件齿轮或者铜蜗轮等等）。
另外，还要考虑当地材料的供应情况。
机械设计的基本要求
a) 对机器使用功能方面的要求要注意协调、平衡！防止木桶效应的出现
b) 对机器经济性的要求 设计经济性，在短的时间里投产上市，捞回开发期间的消耗，甚至边设计边制造， 使用经济性 要有最佳的性能价格比（产品在小批量做开始赚了，再来改的更好）
2、对机械零件设计的基本要求
a) 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器的各种功能
b) 要尽量降低零件的生产、制造成本
c) 尽可能多的采用市场常见标准件。
d) 对可能系列化的产品，尽可能的在开始设计的时候考虑零件的通用性，无法通用的也要尽可能的在结构上类似，以减少制造过程的工艺编排，夹具工装设计的工作量。

2. 现代机械的设计方法有哪些

机械设计的现代设计方法：
一、专业现代
由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件，能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理，可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为，并形成固定的设计程序，这就是专业的现代设计方法，如：振动分析和设计，摩擦学设计，热力学传热设计，强度、刚度设计，温度场分析等等。这些软件都是在传统的设计方法基础上，应用计算机技术开发出来的。例如：用Pro/M软件分析机械装置的动态特性，用ANSYS软件分析应力都是这方面很好的例子，为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。
二、通用现代
为了满足机械产品性能的高要求，在机械设计中大量采用计算机技术进行辅助设计和系统分析，这就是通用的现代设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、CAD等。这些方法并不只是针对机械产品去研究，还有其自身的科学理论和方法。
1、优化设计
机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论，方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。它是机械设计理论与优化数学、电子计算机相互结合而形成的一种现代设计方法。
2、仿真与虚拟设计
计算机仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并在不同条件下对模型进行动态运行实验的一门综合性技术。而虚拟技术的本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。这种方法不但缩短产品开发周期，也实现了缩短产品开发与用户之间的距离。
3、有限元设计
这种方法是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解，而且还可用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析，并能准确地计算形状复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。
4、模糊设计
它是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。机械设计中就存在大量的模糊信息。如机械零部件设计中，零件的安全系数往往从保守观点出发，取较大值而不经济，但在其允许的范围内存在很大的模糊区间。机械产品的开发在各阶段常会遇到各种模糊问题，虽然这些问题的特点、性质及对计策的要求不尽相同，但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特点是，可以将各因素对设计结果的影响进行全面定量地分析，得出综合的数量化指标，作为选择决断的依据。
机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

3. 搅拌装置的设计选型步骤方法有哪些

具体步骤方法如下：
1、按照工艺条件、搅拌目的和要求，选择搅拌器型式，选择搅拌器型式时应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。
2、按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态，工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求，通过实验手段和计算机模拟设计，确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。
3、按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件，从减速机选型表中选择，确定减速机机型。如果按照实际工作扭矩来选择减速机，则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。
4、按照减速机的输出轴头d和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器
5、按照机架搅拌轴头do尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度选择轴封型式
6、按照安装形式和结构要求，设计选择搅拌轴结构型式，并校检其强度、刚度。如按刚性轴设计，在满足强度条件下n/nk≤0.7。如按柔性轴设计，在满足强度条件下n/nk>=1.3
7.按照机架的公称心寸DN、搅拌轴的搁轴型式及压力等级、选择安装底盖、凸缘底座或凸缘法兰。
8.按照支承和抗振条件，确定是否配置辅助支承。

4. 常用工作装置

矿井瞬变电磁法探测工作位于井下巷道内，巷道截面边长一般小于5m，长度从几十米到数千米都有。如何将地面瞬变电磁法的工作装置应用到井下巷道内，是矿井瞬变电磁法勘探非常关键技术。

线圈的组合大致取决于以下3个条件：①发射和接收回线相对目的物的耦合处于最佳状态，②异常的形状可能简单，③接收发射系统能适用于此组合，特别是接收范围要在接收机的范围之内。根据以上3条件，对测量对象可以选择最佳组合。

此类组合在观测过程中发射回线或线圈保持给定的间距，逐测点移动采集数据，下面主要介绍能够在矿井下使用的几种工作装置类型：

1.重叠回线装置

如图6－3为重叠回线装置。两条回线，一条用作发射，另一条作为接收，TEM方法的供电和测量在时间上是互相分开的，它们铺在同一位置故称为重叠回线组合。实际应用中，并不需要相互完全重叠，有时候还需分开1m或更远，以降低可能存在的超顺磁效应。重叠回线装置是频率域方法无法实现的装置，它与地质探测对象有最佳耦合。重叠回线装置响应曲线形态简单，时间特性不发生变号现象，具有较高的接收电平、较好的穿透深度及异常便于分析解释等特点。由于重叠回线装置接收与发送线圈完全共面，不会造成由于发射和接收回线不在同一平面，接收线圈中混杂水平分量的影响。接收线圈和发射线圈重叠，互感大、一次场影响大，所以关断时间长、盲区大。

将重叠回线中的接收回线用小型可视为偶极的接收线圈代替并且置于发射回线中心即为中心回线组合。因为接收回线轻便，又可以测量3个方向的分量，故应用比较广。它具有和重叠回线装置相似的特点，但由于其线框边长较小，纵横向分辨率高，受外部人文噪声的干扰较小，对环境要求较低，适应面较宽，可观测水平分量，分辨率较高；接收回线可以避开管道等人为导体，在井下人为导体较多的位置，其数据质量优于重叠回线。巷道底板地质体的不均匀性影响较重叠回线大，此种装置互感大，一次场影响大，盲区大。

图6－5 探测方向示意图

5. 工装夹具设计的基本要求和方法有哪些

一、工装夹具设计的基本原则

1、满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；

2、有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的加工过程；

3、满足装夹过程中简单与快速操作；

4、易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行；

5、满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；

6、尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；

7、尽可能选用标准件作为组成零件；

8、形成公司内部产品的系统化和标准化。

二、工装夹具设计的基本方法与步骤

（1）设计通知单，零件成品图，毛坯图和工艺路线等技术资料，了解各工序的加工技术要求，定位和夹紧方案，前工序的加工内容，毛坯情况，加工中所使用的机床、刀具、检验量具，加工余量和切削用量等；

（2）了解生产批量和对夹具的需用情况；

（3）了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等；

（4）夹具的标准料库存情况。

(5)工作装置设计常用方法扩展阅读

工装夹具设计的合理与否直接影响到工件的质量、生产效率和加工成本等。在实际生产中，工装夹具的设计主要依据加工工艺方案和操作人员的经验，应尽量减少装夹次数、降低换刀频率，一次装夹完成多道工序，节约辅助时间，提高生产效率。

数控铣削加工常用的夹具大致有以下几种：

万能组合夹具。适合小批量生产或研制时的中小、小型工件在数控铣床上进行铣削加工。

专用铣削夹具。这是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，一般在年产量较大或研制时非要不可时采用。其结构固定，仅使用于一个具体零件的具体工序，这类夹具设计应力求简化，使制造时间尽量缩短。

多工位夹具。可以同时装夹多个工件，可减少换刀次数，已便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短辅助时间，提高生产率，较适合中批量生产。

气动或液压夹具。适合生产批量较大的场合，采用其它夹具又特别费工，费力的工件，能减轻工人劳动强度和提高生产率，但此类夹具结构较复杂，造价往往很高，而且制造周期较长。

通用铣削夹具。有通用可调夹具、虎钳、分度头和三爪卡盘等。

6. 工业造型设计都有哪些基本方法

工业造型设计的基本方法：
1、设计要素
工业造型设计是一门多学科交叉的新型学科，必须采用多学科交叉的设计方法，以求得多种构成要素最佳状态的解，即构成理想的设计。对工业造型设计直接产生影响的要素包括人、技术条件和环境等方面。
2、设计程序
现代工业造型设计是有目的、有计划、按次序展开的，整个设计进程有时相互交错，有时会出现循环。循环是为了不断检验每一步工作是否符合设计的要求。工业造型设计常用的是五阶段程序：
(1)设计准备阶段；
(2)设计孵化阶段；
(3)设计诞生阶段；
(4)设计定案阶段；
(5)设计管理阶段。
对设计师来说．就是在明确设计目的的前提下，首先要全面研究与设计有关的各种设计要素．然后有意识地尝试各种可能的组合；接着是孕育过程，进而提出解决问题的方案能达到的设计目的；最后通过科学的设计机构，推出具有开拓市场能力的产品。
3、美学法则
一般地说，美学法则是指形式美的规律，是指造型元素依照整齐、对称、均衡、比例，和谐、多样统一等构成形式美的规律。现代工业造型设计在更多的层面上应用这一普遍规律，不仅获得了产品形态、式样、色调的统一和谐美，还取得了高科技的功能美和先进制造手段的工艺美、符合人机关系的舒适美、追求时代精神的新颖美。
工业造型设计方法论：
工业造型设计方法论包括三个基本问题——技术与艺术的统一；功能与形式的统一；微观与宏观的统一。
1、技术与艺术的统一问题
作为工业造型设计师，一方面要关注社会和技术的进步，另一方面又应当在其发展中探求美的精髓。设计本身具有的这种双重性格的交互影响、对比和平衡，就产生了设计土的诸多流派，如功能主义、新立体主义、后现代主义等。这些流派的设计哲学对设计师设计观念有很大影响。在近代，现代设计与现代艺术之间的距离日趋缩小，新艺术形式的出现极易诱发新的设计观念，新的设计观念也极易成为新艺术形式产生的契机。设计不仅受文化浪潮和趋势的影响，而且还受科学技术发展新动态的影响。设计师只有科学地预测社会的进步，才能使自己站在潮流和时尚的前列。在人类认识和变革世界的过程中，信息和材料、能源并列，成为人类物质文明的三大支柱。生物工程、材料工程、遗传学和计算机在设计上的应用日趋成熟。为了使设计更准确，所有控制设计精确性的因素都将预先经过研究和计算，使设计建立在科学基础之上，在这种形势下工业造型设计的概念亦日益深化。如果说当初工业造型设计产生于艺术与技术的鸿沟之间的话，那么今天工业造型设计的飞速发展即正在逐步填平二者之间的鸿沟。在技术与艺术的结合过程中，设计科学得到“软”化而艺术得到物化，就在这中间工业造型设计得到了发展。因此，技术与艺术的结合是工业造型设计方法论中首先要研究的问题。
2、功能与形式的统一问题
正确处理功能与形式的关系是工业造型设计方法论研究的第二个基本问题。一件工业产品均包括功能和形式两个方面。工业产品的功能，是指产品具有的物质功能和使用功能；而产品的形态、色彩、材料等因素构成的产品造型，就是产品的表现形式。在设计观念上，由于人的个性需求和审美要求的提升，传统的“形式追随功能”的思想正在发生转变，现代的产品设计要求把二者有机结合起来，它也是并行设计模式的产物。传统的设计观念认为，产品的形式服从功能、形式为功能服务。例如，汽车车身的造型设计，首先考虑的是保证安全、快速和舒适，车身的造型设计不能违背空气动力学准则；机床的形态设计，首要保证机床的内在质量和操作者的人身安全。而现在在并行设计模式下，整个的产品设计被视为一个动态、连续和相互交流的过程，在设计开始所有相关部门就要协同作战、设计咨询互通有无，实现设计信息的相对对称，这就意味着在工业产品设计的零点产品设计师就要渗透到功能、结构中，从而实现各个设计部门的互动、保证设计的准确性、及时性和高度反馈性。这种模式下的设计直接地把功能和形式有机结合起来了。如果片面追求物质功能而忽视产品的形式，产品就有可能缺乏个性、缺乏人情味；而忽视物质功能、片面强调形式方面需要的产品就有可能成为一种炫耀浮华、不讲实用的形式主义物品。一件好的产品必定是功能和形式的有机统一。
3、微观与宏观的统一问题
在产品设计中要考虑的因素很多。一件产品完成生产、进入市场并最后交到使用人手中，此时产品与人即构成一种相互关系——人使用这一产品，产品在为人提供服务的同时亦反过来影响人的使用。另外，由于产品与人生存在同一环境之中，因此产品、人以及产品与人之间的相互关系必定与环境构成一种新的相互关系——“人—机—环境—社会”相协调，也就是微观与宏观的统一。例如我们要设计21世纪的汽车，其意图或目的是提供完成运输和旅游的更为适宜的交通工具，能进行无人驾驶、消除废气污染；其环境考虑包括路面状况、停车场所、服务设施等；而产品内部结构包含诸如新型发动机、传动部件、计算机控制系统等所构成的复杂装置。只考虑一个个单件设计和只考虑新产品本身结构、形体、色彩等的设计观念已经过时。如前面提到的设计汽车的例子，还应当考虑汽车与行人，汽车与驾车人和乘车人，汽车与人行横道线、红绿灯管理、交通状况等的关系和矛盾以及环境污染等。这里，一方面汽车应为人提供一种新的生活方式，汽车的设计亦直接影响人的操作和使用；另一方面汽车行驶在公路上时汽车与其他车辆、行人、街道、建筑、道路即构成一种新的环境关系，而这种新的环境关系反过来又影响着人们的生活方式，如噪声、废气、交通拥挤、交通事故等。因此，产品与人、产品与环境、环境与社会之间相互影响，有不可分割的内在联系。人机工程学中的人—机关系，亦包括人操纵工具、人适应机器和机器适应人，从人—机协调发展到人—机—环境—社会这一适应性系统。
在工业产品造型设计中，往往是综合利用上述设计方法，或者在这种意识和观念的指导下围绕设计资讯整合产品设计的硬件和软件，从而把工业产品的各相关要素有机统一起来，以满足“人性化设计”和“绿色设计”思潮下的人们的个性消费需求。

7. 机电一体化系统的设计都有哪些内容方法

机电一体化系统的设计：
一、机电一体化系统开发的设计思想
机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长并加以综合运用而取得整体优化效果，因此在机电一体化系统开发的过程中，要特别强调技术融合，学科交叉的作用。机电一体化系统开发是一项多级别、多单元组成的系统工程。把系统的各单元有机的结合成系统后，各单元的功能不仅相互叠加，而且相互辅助、相互促进、相互提高，使整体的功能大于各单元功能的简单的和，即“整体大于部分的和”。当然，如果设计不当，由于各单元的差异性，在组成系统后会导致单元间的矛盾和摩擦，出现内耗，内耗过大，则可能出现整体小于部分之和的情况，从而失去了一体化的优势。因此，在开发的过程中，一方面要求设计机械系统时，应选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数；同时也要求设计控制系统时，应根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数。综合应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、相互补充，充分体现机电一体化的优越性。
二、机电一体化系统设计方法
拟定机电一体化系统设计方案的方法有取代法、整体设计法和组合法。
1、取代法
这种方法是用电气控制取代原传统中机械控制机构。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。如用电气调速控制系统取代机械式变速机构，用可编程序控制器或微型计算机来取代机械凸轮控制机构、插销板、步进开关、继电器等，以弥补机械技术的不足，这种方法不但能大大简化机械结构，而且还可以提高系统的性能和质量。这种方法的缺点是跳不出原系统的框架，不利于开拓思路，尤其在开发全新的产品时更具有局限性。
2、整体设计法
这种方法主要用于全新产品和系统的开发。在设计时完全从系统的整体目标考虑各子系统的设计，所以接口简单，甚至可能互融一体。例如，某些激光打印机的激光扫描镜，其转轴就是电动机的转子轴，这是执行元件与运动机构结合的一个例子。在大规模集成电路和微机不断普及的今天，随着精密机械技术的发展，完全能够设计出将执行元件、运动机构、检测传感器、控制与机体等要素有机地融为一体的机电一体化新产品。
3、组合法
这种方法就是选用各种标准模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统。例如，设计数控机床时可以从系统整体的角度选择工业系列产品，诸如数控单元、伺服驱动单元、位置传感检测单元、主轴调速单元以及各种机械标准件或单元等，然后进行接口设计，将各单元有机的结合起来融为一体。在开发机电一体化系统时，利用此方法可以缩短设计与研制周期、节约工装设备费用，有利于生产管理、使用和维修。
三、机电一体化系统设计的内容
在机电一体化系统(产品)中控制系统设计的主要内容可归结为：确定系统整体控制方案、确定控制算法、选择微型计算机、进行系统的硬件和软件设计，以及系统统调。
1、确定系统整体控制方案
(1)确定控制任务
在设计系统以前，必须对控制对象的工作过程进行深入的调查、分析和熟悉，并明确实际应用中的具体要求，按机械与电子功能划分方案确定系统所要完成的任务，然后用控制流程图或其他适当形式描述控制过程和任务，写成设计任务说明书，作为整个控制系统设计的依据。
(2)构思控制系统的整体方案
1)确定系统的控制结构形式是开环还是闭环控制。
2)采用闭环控制时应考虑检测传感器的选择和所要求精度级别，并考虑机构安装、使用环境等问题。
3)选择执行元件是电动、气动还是液压或其他，根据控制对象具体要求，比较方案的优缺点，择优而用。
4)明确微机在系统中的作用：是设定值计算、直接控制还是数据处理和应具备的功能，需要哪些输入／输出通道和配置哪些外围设备等。最后，画出系统组成的原理框图和附加说明，作为进一步设计的基础，并初步估算成本。
2、建立数学模型确定控制方法
建立系统的数学模型是个复杂过程，也是一个试探的过程，需要反复权衡。
1)根据已初步确定的控制系统的物理结构，采用合适的控制理论方法建立和组成各环节以及整个系统的数学模型表达形式。通过静、动特性计算，为计算机进行运算处理提供依据。
2)根据不同的控制对象和不同的控制性能指标要求，选择不同的控制算法。对过程控制设备的直接数字控制系统常用PID调节的控制算法；在位置数字随动系统中常用实现最少拍控制的控制算法；机床数字控制中常使用逐点比较法、数字积分法和数据采样法的控制算法。另外，还有多种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法等供选择。
3)当控制系统较复杂时，控制算法也比较复杂，为设计、调试方便，可忽略小的非线性、小延时等因素的影响，将控制算法作某些合理的简化。利用计算机系统仿真技术，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。
总之，控制算法的确定是一个反复修正与试验的渐进过程。
3、选择微型计算机
对于微机所承担的任务给定以后，完成同一任务的微机方案有多种。一般以既能完成给定任务(应包括处理确定的控制算法)、又能充分发挥选用微机的功能、再留有一定功能余量为原则来选择。
从控制生产机械或生产过程要求出发，微型机应满足以下要求：
(1)有较完善的中断系统
对于控制用计算机，实时控制功能是一大特点。它包含系统正常运行时的实时控制能力和发生故障时紧急处理的能力。这种处理和控制一般都采用中断控制方式，即CPU及时接收终端请求、暂停原来执行程序，转而执行相应的中断服务程序，待中断处理完毕，再返回继续执行原程序。
在选用与CPU相应的接口芯片时也应有中断工作方式，以保证控制系统能满足生产中提出的各种要求。对于比较复杂的控制，要考虑采用实时操作系统。
(2)足够的存储容量
由于微型机内存容量有限，当内存容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存，或配备适当的外存储器(如硬磁盘等)。
(3)完备的输入／输出通道
输入输出通道是系统外部过程和微机交换信息的通道。根据实际需要有开关量输入／输出通道、模拟量输入／输出通道、数字量输入／输出通道和实现快速、批量交换信息的直接数据通道。通道的操作方式有串行、并行以及随机选择与按某种预订顺序进行工作等。
(4)微处理器芯片的选择
这一选择的实质就是确定能满足控制功能要求的微处理器的字长、速度和指令系统。这三者是相互依存的。一般选择：
1)对通常的顺序控制、程序控制可选用1位微处理器；
2)对计算量小、计算精度和速度要求不高的系统可选用4位微处理器，如计算器、家用电器控制及简易控制等；
3)对计算精度要求较高、处理速度较快的系统可选用8位微处理器，如经济型的线切割机床、普通机床的控制和温度控制等；
4)对要求计算精度高、处理速度快的系统统可选用16位或32位微处理器，甚至采用精简指令集运算的芯片RIRC或多CPU，如控制算法复杂的生产过程控制，要求高速运行的机床控制，特别是大量的数据处理等。
(5)系统总线的选择
微型计算机主要由若干块印制电路板(按功能模块设计、制造)构成。各块板之间的连接，当然是通过印制板的插座之间的连线来实现的。通常，为了给使用和维护带来方便，希望插座之间的连线具有通用性——一个系统中的各块印制板可插在任一插座上。同时，也是为了各厂家生产的电路板具有通用性、互换性，就要对插座及连线订个标准。这就是系统总线选择的由来。
目前支持微型计算机系统机构的总线有：STD Bus支持8位和16位字长；Multi Bus工型可支持16位字长，Ⅱ型可支持32位字长；S-100 Bus可支持16位字长；VERSA Bus可支持32位字长，以及VME bus可支持32位字长等。生产厂家为这类总线提供各种型号规格的OEM(初始设备制造)产品，包括主模块和从模块，由用户任意选配。
4、系统总体设计
系统设计主要是依据上述控制方案、设计所要求和选用的微机类型，对系统进行具体的设计。其设计可分为硬件的接口设计和软件设计两大类型。
在对系统总体设计时，一个最重要的问题是如何解决微机、被控对象和操作者这三者之间可靠地适时进行信息交换的通道和分时控制的时序安排。也就是综合考虑用硬件配置和软件措施解决系统运行的次序安排，以保证系统有条不紊地运行。
(1)接口设计
对于一种产品(或系统)，其各部件之间，各子系统之间往往需要传递动力、运动、命令或信息，这都是通过各种接口来实现的。机械本体各部件之间、执行元件与执行机构之间、检测传感元件与执行机构之间通常是机械接口；电子电路模块相互之间的信号传送接口、控制器与检测传感元件之问的转换接口、控制器与执行元件之间的转换接口通常是电气接口。
机电一体化产品的内外接口实际上就是一种进行物质、能量和信息交换的界面，它具有存储、转换和服务功能。按功能可以将接口划分为以下3种：
1)零接口。不需进行任何转换，把具有结合关系的两部分直接连接起来称为零接口，如连接管、电缆、接线柱和刚性联轴节等。
2)普通转换接口。在具有结合关系的两部分之间存在能量或信息的转换，但不含微处理器的接口为普通转换接口。如减速器、变压器、电磁离合器、放大器、光电耦合器、A／D转换器、D／A转换器等。
3)智能转换接口。它是一种含有微处理器的转换接口，具有可编程的特点，因而能够自动改变接口条件，如由微处理器编程的8255A，8279，PIO等。
目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化。对于硬件接口，在设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。
(2)操作控制台设计
微机控制系统必须便于人机联系，通常都要设计一个现场操作人员使用的控制台。这个控制台一般不能用微机所带的键盘代替。原因是现场操作人员需要的是简单、明了、安全的操作面板，以实现对机器的操作。所以，要求操作控制台应有以下功能：
1)有一组或几组数据输入键(数字键或拨码开关等)，用于输入或更新给定值、修改控制器参数或其他必要的数据。
2)有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，启动、停止系统或完成某种指定功能。
3)有一个显示装置或显示屏，用于显示各种运行状态、参数及故障指示等。控制台上应该有一个“紧急停止”按钮，用于有紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。
应当明确指出，控制台上每一种信号都与系统的运行状态密切相关。设计时，必须明确这些转换开关、按钮、键盘、显示器和故障指示灯的作用和意义，仔细设计控制台的硬件及其相应的管理程序，使设计的操作控制台既能方便操作又保证安全可靠，即使操作失误也不会引起严重后果。
(3)微型计算机控制系统的电源设计
微机控制系统中的电源，根据需要可以有不同的类型(直流和交流)和规格(电压和功率)。按照使用情况，对性能的要求也不尽相同，在设计过程中应按实际要求合理选用调试，并控制电压变动。电源本身要具有过压、短路、过载保护和热保护，否则将会造成不可弥补的损失。
(4)整机的安装、联接设计
这是一种整体结构设计。微机控制系统安装既包括了与被控对象的联接安排，也考虑了主机本身的安装联接问题。其设计原则应该是安装、联接的可靠性和使用、装配、维护的方便性。
1)安装、联接结构具有防震性，即印制电路板、接插件和元器件包括电缆等应牢固地安装在同一个机壳上，不因振动而松动。
2)采用标准或专用、制造质量好的防松接插件，以保证接触可靠而又使用、维护方便。
3)布线结构要合理，能防止相互间的电磁耦合干扰。一定要使信号线和功率线进行隔离，分别走线。对模拟信号更要注意走线的长短和屏蔽，如走线太长，需要考虑进行信号增强等措施。
4)正确安装安全地线、信号地线、屏蔽地线以及功率地线和强电地线，最终要进行地线连接。地线要采用一点接地型，即把信号地线、功率地线、被控对象地线(安全地)等连接到公共接地点。而总的公共接地点必须与大地接触良好，一般接地电阻要小于(4～7)Ω。
(5)软件设计
对于选定的微机控制系统，其微机本身已有一定的软件支持，一般这些软件要求用户了解其使用方法和基本原理。如果把微型计算机专门为某一控制领域而设计成专用的控制计算机，用户就需要利用计算机的指令系统和相应的开发系统来设计系统软件，即控制软件、管理软件、诊断软件等。这些系统软件的设计要求更有专用性和针对性。
在微机控制中，其软件任务大体可以分为数据处理和过程控制两大基本类型。数据处理主要包括数据的采集、数字滤波、标度变换，以及数值计算等等。过程控制主要是使微机按照一定控制算法进行计算，然后进行输出去控制生产。
5、系统联调
微机控制系统设计完成后，硬件电路要进行制作、安装及试验，并进行连续烤机运行。软件各模块要在微机上分别进行调试，使其正确无误，然后存盘。上述工作完成后，就可将硬件与软件组合起来进行系统联调的模拟试验，正确无误后，进行现场实验，直到正式运行。在这个阶段，最重要的是仔细设计模拟调试的方法与步骤，以及所用的测试手段。
此外，在现场试验前，要仔细检查接线，无误后才能进行现场调试。现场调试的步骤根据不同对象要仔细考虑。首先要把涉及的自动保护项目进行实验，确认有效后才可进入功能、参数等项目的试验。