第三章 系统分析设计方法

发布于:2021-11-27 18:03:57

山东农业大学机电学院本科专业选修课程

现代设计与制造技术
Modern Design Methods and Manufacture Technology 机械与电子工程学院 主讲:田富洋

系统分析设计方法

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系统分析设计方法

第三章 系统分析设计方法

系统分析设计方法

系统分析设计方法产生于自20世纪40年代以来逐步形成和 系统论、信息论 控制论等系统科学理论,它的主 完善起来的系统论 信息论 控制论 系统论 信息论和控制论 要观点是将研究对象放在系统中加以研究和认识。系统观作为 一种新的思维方法,给整个设计科学提供了新思路、新观点。

系统分析设计方法 一、系统分析设计方法概述
1、基本概念 、
系统单元、系统结构、 系统单元、系统结构、边界条 件,输入和输出要素

系统分析设计方法:把设计对象看作是一个系统,用系统工程 系统分析设计方法 的概念进行分析和综合,并且按产品或系统开发的进程进行设 计,以求获得最佳的设计方案。

系统分析设计方法
系统单元:完成某种功能而无需进一步划分的单元,即系统相 系统单元 互联系和作用的基本组成要素。 系统结构:反映着系统内部各单元之间的关系,即相互联系和 系统结构 作用的联结形式。 边界条件:系统与外部环境的作用界面,通过这种界面可以明 边界条件 确分析设计对象的范围。 输入输出元素:系统与其外部环境相互联系和作用的要素,影 输入输出元素 响系统的行为。

系统分析设计方法

系统分析设计方法要求从系统的观点出发,始终着重于从 整体与部分之间,整体对象与外部环境之间的相互联系、相互 整体与部分 作用、相互制约的关系中综合地、精确地考查对象,以求最优 地处理和解决问题。系统化的设计观,其核心是把产品设计的 核心是把产品设计的 设计对象以及产品设计过程中的相关问题, 设计对象以及产品设计过程中的相关问题,然后用系统论的分 析方法加以处理和解决。 析方法加以处理和解决。

系统分析设计方法
2、工程技术系统及系统工程设计方法模式 、
工程技术系统处理对象:能量、物料、信号等。 工程技术系统处理对象 能量:机械能、热能、电能、光能、核能、生物能、化学能等。 能量 物料:材料、毛坯、试件、气体、液体等。 物料 信号:数据、控制脉冲、显示等。 信号

系统分析设计方法
系统工程设计方法模式: 系统工程设计方法模式:设计时把一般程式(纵向主线)和 基体设计技术(横向方法)纵横交叉关系看成时一个三维结构 模式,它是一个考虑多因素、多层次的科学方法体系。 系统开发 系统设计 系统制造 系统运行

系统分析设计方法 二、系统分析设计方法过程
产 品 设 计 过 程 产品规划 技术设计 方案设计 销售 施工设计

产品规划:首先明确所设计的系统或产品的目的、任务和要求, 产品规划 进行市场需求分析、可行性分析和设计要求的拟定工作

系统分析设计方法

方案设计:一般从功能分析入手,利用创造性构思拟出多种方 方案设计 案,通过分析-综合-分析,求得最佳方案。 技术设计:为完成设计目标而采用的技术手段,如通过分析了 技术设计 解技术方案中的创新点和难点以及解决他们的方法和技术路线。 施工设计:按照技术路线而进行的实施,该过程为分析-施工 施工设计 -修正-施工过程,从而达到设计目的。 销售设计: 销售设计:根据历史销售记录和已有的销售合同,综合考虑产 品的销售和售后服务,将结果反馈设计人员。

系统分析设计方法 三、功能综合法求解最佳方案设计
基本思路:设计中重点保证基本功能,兼顾辅助功能,同时考 基本思路 虑使用和外观功能,取出多余功能,调整过剩功能,分清主次 的合理使用成本,求得价值优化。

1、功能综合法分析步骤 、
功能综合法一般分为功能定义 功能分类 功能整理 功能定义、功能分类 功能整理三个步骤。 功能定义 功能分类和功能整理

系统分析设计方法
(1)功能定义 ) 功能定义,就是给设计对象及其组成部分的各功能项下定 义,以限定每一项功能的内容,明确其本质。一般使用一个动 词和一个名词或只使用一个动词来给产品做简明的功能定义。

系统分析设计方法
一台机器所能完成的功 能,称为机器的总功能 (Total function)。功能 ) 分析法就是将机械产品 的总功能分解成若干功 能元(Function element), 然后求解功能元,再将 其组合,得到满足总功 能要求的多种解决方案, 以供评价选择。

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(2)功能分类 在实际设计项目中,许多设计对象都具备很多种功能, 这时,为了更好地分析设计对象,有必要确定各功能的性质 及其重要程度。 功能按性质的不同可以分为实用功能、审美功能、象征 功能、社会功能、环境功能等; 按重要程度可以分为基本功能和辅助功能; 按对消费者而言的必要性可以分为必要功能和不必要功 能。

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基本功能是指为达到设计对象的目的,发挥设计对象的 效用所必不可少的功能。辅助功能是为了更好地实现基本功 能而添加的功能,它的作用对于基本功能来说是次要的、辅 助性的。

系统分析设计方法
根据机构的基本功能, 归纳整理为功能元。任何 一个复杂的机构系统所要 实现的运动,都可以认为 由一些基本的功能元按一 定规律组成的,根据功能 元就易于找到相应的功能 载体,实现功能元的求解。

基本功能元及符号表示

系统分析设计方法
(3)功能整理 3 功能整理 所谓功能整理,是指用系统的思想,分析各功能之间的 内在联系,按照功能的逻辑体系编制功能关系图。

系统分析设计方法
功能综合设计方法对产品设计的重要意义:
① 确定了产品的功能问题在设计分析中的核心地位,设计构思以产品的功 能系统为主线。 ② 通过理性、直观的功能系统分析,帮助设计师克服思维定势和传统观念 束缚,得到全新的设计思路。 ③ 通过产品功能分析,及时准确地发现和排除产品的不必要功能,降低产 品成本,经济地实现产品的价值。 ④ 以功能为中心的设计方法有助于实现产品良好的实用性和可靠性。 ⑤ 依靠功能分解认识功能与造型单元的关系,提供了一种思考产品造型单 元组合方案的新思路。 ⑥ 用系统化的思想为指导,提高了产品开发设计的效率,降低了开发成本。

系统分析设计方法
2、功能综合法-黑箱分析法 、功能综合法-
黑箱法:根据系统的输入和输出关系来研究实现系统功能的 黑箱法 一种方法,即根据系统的某种输入,要求获得什么样的输出的 功能要求,从中寻找出某种规律来实现输入-输出之间的转换, 得到相应的解决方法,从而推求出“黑箱”的功能结构,使黑 箱变成白箱的一种方法。 黑箱法的基本思路:把待求的系统看作黑箱,分析比较系统的 黑箱法的基本思路 输入和输出能量、物料和信号,而其性质和状态上的变化、差 别和关系就反映了系统的总功能。

系统分析设计方法


3
输入

3
黑箱

8
输出

黑箱法的基本步骤:比较输入和输出的差别和关系,找出实现 黑箱法的基本步骤 功能的各种可能的原理方案,把黑箱打开,确定系统的结构。 功能综合法:把系统功能元和局部解分别作为纵横坐标,列出 功能综合法 “功能求解综合表”,从每个功能元取出一种局部解进行有机 组合,构成一个系统解的方法。

系统分析设计方法
3、机械执行系统的功能原理及方案的多样性
(1)斜面的应用
螺旋压力机、螺旋千斤顶、螺纹联接件、螺旋输送机、螺杆泵、螺旋 微动机构、千分尺等

(2)齿轮加工方法 )
无屑加工(精密铸造、粉末冶金成型、滚压成型)、切削加工(成型法、 展成法)、成型法加工的盘状齿轮铣刀和指状齿轮铣刀、展成法的滚齿和 插齿

(3)糖果包装机设计

纽结式

折叠式

接缝式

系统分析设计方法
(4)自动输送*宓淖爸

机械推拉

*板摩擦

摩擦轮

顶部气吸

底部气吸

系统分析设计方法
(5)内孔的加工

车床

镗床

钻床

拉床

(6)*面的加工

牛头刨床- 牛头刨床-刀具往复运动

龙门刨床- 龙门刨床-工件往复运动

系统分析设计方法
(7)冲压设备的传动设计

分路驱动 冲压床传动系统配置

集中驱动

系统分析设计方法
4、功能综合法求解原理方案 、
例1、挖掘机的设计 、 (1)功能分析 (2)列出功能元及其局部解的功能求解综合表

履带式电动绳传动挖掘机

系统分析设计方法
(3)将各局部解排列组合 共有的方案有:N=6×5×4×4×3=1440种 其中一种组合A1+B4+C3+D2+E1 →履带式电动绳传动挖掘机 (4)系统考察各方案的优缺点及其他因素,确定最优方案

系统分析设计方法
4、相关表格及相关网法求解原理方案 、
例2、电子皮带称的原理方案设计 、 (1)功能分析

(2)功能结构模型中各要素相对应的相关表格和相关网 即要确定各要素间的相互关系。

系统分析设计方法

“0”表示两者有直接关系,“+”不是两者有非直接关系,“空白”表示两者 无直接关系或非直接关系

电子皮带称功能结构模型的相关表格和相关网

系统分析设计方法 三、方案设计举例
例3、瓶盖整列装置的原理方案设计 、 (1)明确设计要求 把一堆不规则防止的瓶盖整列成口朝上的位置逐个输出,瓶 盖质量为10g,整列速度为100个/min,能量为200V交流电和高 10g 100 /min 200V 压气体(压力为0.6MPa),其余功能要求见表。

系统分析设计方法
(2)总功能分析及分解-瓶盖整列输出

瓶盖整列功能的黑箱模型

总功能与分功能间功能结构

(3)功能元求解-采用功能求解综合表格求解 功能元共分为五个方面:输入(A)、测向(B)、分拣 (C)、翻转(D)及输出(E)。

系统分析设计方法

系统分析设计方法
(4)系统解-组合各功能元共有N=8×6×6×3×7=6048种

(5)评价与决策-采用简单的评价法(专家评价法)

系统分析设计方法
方案Ⅰ 整列速度高 整列误差小 成本低 便于加工 结构简单 操作方便 合计 方案Ⅱ 方案Ⅲ 方案Ⅳ

+ 4个“-”

+ + ++ + ++ ++
9个“+”

++ + + 1个“+”

+ + +
0

经过简单评价法,可以得知,方案Ⅱ为最优方案

系统分析设计方法
例4、精锻机主机构加压执行系统的分析设计 、
总功能:加压执行机构上下运动时,能锻出精度较高的毛坯。 要求:驱动轴水*放置,加压执行构件竖直方向运动。 执行机构应具有的分功能: ⑴ 运动形式变换功能 ⑵ 运动轴线变向功能 ⑶ 运动位移或速度缩小功能 根据以上分析,可以得出加压执行机构总体功能的功能求解综合表。

系统分析设计方法
加压执行机构功能求解综 合表

系统分析设计方法
精锻机加压机构的四种方案

系统分析设计方法
车轮减震机构的六种方案


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