第章 引論_兵器核科學(xué)_工程科技_專業(yè)資料

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1、第1章引論本章要點：機械系統(tǒng)設(shè)計的基本概念、特點、類型、原則、過程和方法。引例自行車→摩托車→汽車→月面自動車的演變與創(chuàng)新。1.1機械系統(tǒng)的概念1.1.1系統(tǒng)的概念⒈系統(tǒng)的定義系統(tǒng)（system）：具有特定功能的、相互間具有有機聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體。要素（element）：又稱單元，或元素。是系統(tǒng)的組成部分，是分析研究對象的具體單元。系統(tǒng)功能：系統(tǒng)對外部環(huán)境聯(lián)系的效能和有利的作用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互聯(lián)系的方式和作用秩序。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有層次性。系統(tǒng)可以根據(jù)需要劃分若干子系統(tǒng)，子系統(tǒng)還可以繼續(xù)劃分直至系統(tǒng)要素。系統(tǒng)通過邊界與周圍環(huán)境或其他系統(tǒng)相分離，并通過

2、輸入量和輸出量與外界相聯(lián)系。子系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的每個要素，或組成大系統(tǒng)的每個小系統(tǒng)。圖1-1內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)(c)外部系統(tǒng)的輸入與輸出輸出1輸入1輸入2輸入3輸出2輸出3外部系統(tǒng)全系統(tǒng)(a)內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)外部系統(tǒng)(b)內(nèi)部系統(tǒng)的輸入與輸出輸出2輸入1輸入2輸入3輸出1輸出3內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)：研究對象本身構(gòu)成的系統(tǒng)。例：機械產(chǎn)品。外部系統(tǒng)：與研究對象有關(guān)的事物構(gòu)成的系統(tǒng)。全系統(tǒng)：將內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)合并一起。例：人－機－環(huán)境。（操作者+機器+運行空間）圖l-1圖a，內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間相互作用和影響。。圖b，c，外部系統(tǒng)的輸出=內(nèi)部系統(tǒng)的輸入；內(nèi)部

3、系統(tǒng)的輸出＝外部系統(tǒng)的輸入。2.系統(tǒng)的特性(1)整體性①要素服從整體功能。②要素聯(lián)系不能分割。(2)相關(guān)性要素之間是相關(guān)的，形成特定的結(jié)構(gòu)關(guān)系，包括入與出關(guān)系、層次聯(lián)系、排列組合形式等。(3)目的性實現(xiàn)特定的功能是系統(tǒng)存在的目的。(4)環(huán)境適應(yīng)性環(huán)境是變化的，系統(tǒng)是動態(tài)的，以使系統(tǒng)功能的不變。3.系統(tǒng)的分類⑴按系統(tǒng)的來源分①自然系統(tǒng)：由自然過程產(chǎn)生的系統(tǒng)。例：海洋系統(tǒng)、礦藏系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)。②人造系統(tǒng)：由人類制成的各種工程系統(tǒng)。例：三峽水利電力系統(tǒng)。凡由人設(shè)計、生產(chǎn)的系統(tǒng)，都具有適應(yīng)性。任何人造系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，都包含目的、外在環(huán)境和內(nèi)在結(jié)構(gòu)這三個要素間的相互關(guān)系。只有把

4、這三個要素有機地聯(lián)在一起，綜合地尋求理解，才能構(gòu)成對該系統(tǒng)較全面的描述。⑵按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分①流程系統(tǒng)：系統(tǒng)中的各組成要素間的連接呈柔性連接。例：供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供水系統(tǒng)，一個工藝流程，一條生產(chǎn)流水線。②結(jié)合系統(tǒng)：系統(tǒng)中的各組成要素間的連接呈剛性連接。例：一輛汽車。1.1.2機械系統(tǒng)的概念＝系統(tǒng)化的設(shè)計思想系統(tǒng)由要素及要素間的關(guān)系、邊界條件、輸入及輸出來描繪。系統(tǒng)化的設(shè)計思想：將設(shè)備、機械、儀器、部件等都理解為技術(shù)系統(tǒng)。這是設(shè)計思維和問題求解活動的根本原理。1.技術(shù)系統(tǒng)與環(huán)境技術(shù)系統(tǒng)是實現(xiàn)技術(shù)過程各項轉(zhuǎn)化的人造系統(tǒng)。如機床、離合器等產(chǎn)品。有的轉(zhuǎn)化靠機械系統(tǒng)實現(xiàn)，有的轉(zhuǎn)

5、化靠人的參與完成，良好的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)是合理的機械系統(tǒng)與人的完美結(jié)合。由于不同設(shè)計對象的目標要求不同，以及各設(shè)計者的著眼點不同，技術(shù)系統(tǒng)的組成、相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)和邊界的劃分往往可能有很大差別。與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生相互作用和聯(lián)系的全部外界條件的總和，稱為環(huán)境，主要是指與所研究的系統(tǒng)有直接關(guān)系的事物。系統(tǒng)邊界是指技術(shù)系統(tǒng)功能范圍的界限，即內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的分界。確定系統(tǒng)邊界時要考慮人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度及系統(tǒng)外部環(huán)境條件的影響，其中人參與的程度涉及操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能要求。技術(shù)過程中的很多轉(zhuǎn)化程序，如工件的定位、夾緊、移位、調(diào)整、測量等，轉(zhuǎn)化過程中的溫度、壓力、速度、物流量的控制

6、等，既可由操作者參與完成，也可由系統(tǒng)本身完成，人、機的不同分工體現(xiàn)了系統(tǒng)機械化和自動化程度的不同，機械系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本也將不同技術(shù)系統(tǒng)在實現(xiàn)技術(shù)過程轉(zhuǎn)化時，必然會受到外部環(huán)境條件的影響和干擾，例如溫度、濕度、塵埃、振動、噪聲及外部能量的穩(wěn)定性等都會影響和干擾技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化。同樣，技術(shù)過程轉(zhuǎn)此時也會影響外部環(huán)境。要不要對這些影響和干擾進行控制及如何進行有效的控制都涉及系統(tǒng)邊界。例：設(shè)計薄鋼板落料機，應(yīng)明確料片運送、包裝是否作為設(shè)計內(nèi)容。對系統(tǒng)的限制條件稱為約束。環(huán)境條件包括物理的和技術(shù)的、經(jīng)濟的和經(jīng)營管理條件、社會的和人際的條件等。主要約束條件有：⑴生產(chǎn)條件約束：設(shè)

7、備、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)人員技能、檢驗方式；⑵操作條件約束：維修能力、操作人員技能；⑶經(jīng)濟條件約束：生產(chǎn)經(jīng)費，銷售價格；⑷性能約束：安全要求，人機工程學(xué)要求等；⑸設(shè)計過程約束：設(shè)計時間、設(shè)計經(jīng)費、實驗設(shè)備、人員水平等。2.技術(shù)系統(tǒng)的輸入和輸出技術(shù)系統(tǒng)的任務(wù)是把輸入量轉(zhuǎn)換為輸出量。一個技術(shù)系統(tǒng)就是一個轉(zhuǎn)換裝置。輸入量和輸出量表現(xiàn)為三種相互聯(lián)系的形式。見圖1-2⑴物料：如毛坯、半成品、成品、廢料、顆粒、液體等，圖中用雙線箭頭表示；⑵能量：如機械能、熱能、電能、化學(xué)能、光能、核能等，圖中用粗實線箭頭表示；⑶信息：如數(shù)據(jù)、測量值、指示值、控制信號、波形等，圖中用虛