文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
机电一体化系统方案创新设计理论与方法的研究<'*>
姓名:李瑞琴
申请学位级别:博士
专业:机械设计及理论
指导教师:邹慧君
20031001
机电一体化系统方案创新设计理论与方法的研究
摘要
机电一体化技术的迅速发展已使机电一体化产品的个性化柔性化智能化成为机械产
品的重要发展方向面对国际市场日益激烈的竞争以及对知识产权的高度重视单纯靠仿
制国外产品将使企业失去市场竞争力只有通过产品创新才能从根本上解决企业的生存与
发展问题研究机电一体化系统的创新设计理论方法和应用是关系到我国能否以自主知
识产权的产品跨入世界制造业先进行列的关键
机电一体化系统的创新设计过程中设计方案的创新具有较高的创新层次现行的机
电一体化系统方案设计基本上是依赖于设计者的经验并没有形成科学的设计方法因此机
电一体化系统方案的创新设计中如何从依赖设计者的经验设计变成遵循科学的设计理论和
方法的设计是产生创新方案的关键
本文围绕这一关键问题以实现工作机功能的机电一体化系统为研究对象采用机电
一体化系统的三子系统组成理论对机电一体化系统方案创新设计理论与方法进行了系统
深入的研究开发了相关的知识库应用软件并将理论研究成果用于企业的开发机电一体化
新产品方案设计过程中取得了预期的效果下面是本文主要内容的概括
机电一体化系统概念设计的过程模型
首先对机电一体化系统在新的科技发展水平下的特征组成做了深刻剖析明确提出
了机电一体化系统的实质是一个现代机械系统可划分为广义执行机构子系统传感检测子
系统信息处理与控制子系统三个子系统其中可控的广义执行机构子系统是其核心分别
对三个子系统的基本特性分类等内容进行了研究提出了三个子系统的集成与融合的若干
原则如广义执行机构的运动时间同步性空间协调性输入输出运动精度匹配性多传感
器集成的关系信息融合的结构控制器设计原理等提出了机电一体化系统概念设计的过
程模型为机电一体化系统概念设计提供了理论框架
2. 基于 F-P-A-M 求解模型的机电一体化系统原理方案的创新方法
原理方案的创新是机电一体化系统中设计方案创新的核心提出了 F-P-A-M 求解模型
作为机电一体化系统原理方案创新设计的框架模型即根据总功能进行工艺动作过程的分
解得到各独立的执行动作为实现各个单一的执行动作确定创新的执行机构最后通过
与其它两个子系统的集成与融合设计得到机电一体化系统的原理方案在该框架模型下围
绕三个子系统系统分析缝制设备等典型机电一体化系统的创新过程提出了若干条基于功
能分析的三子系统的原理方案的创新思维方法如用广义执行机构取代纯机械式的传统机
构提高机电一体化系统柔性化程度将多个单一功能的机械系统组合成多功能的机电一体
化系统用计算机控制系统取代纯机械式的控制系统逆动作问题求解原理等等提出了
多个原理解模块的接口匹配策略给出了易于操作的基于实例原理新原理新方案的原
理方案求解步骤
3. 机电一体化系统设计方案的符号表达方法
机电一体化系统概念设计的结果需要以简图的形式表达多种可行方案而机电一体化
系统的方案一直缺乏规范而通用的表达方法成为阻碍机电一体化系统的功能设计与方案创
新的技术瓶颈本文提出了一种新的机电一体化系统设计方案的符号表达方法该表达方法
建立在常用机电一体化系统基本功能元模块的层次上包括图形符号文字符号接口信息
i
流等符号借助于该方法可以表达各种以实现工作机功能的机电一体化系统概念设计的方
案文中给出了多功能缝纫机和机床两个应用实例该表达方法可以与相关知识库相连以产
生创新方案该表达方法为计算机辅助机电一体化系统设计方案表达的标准化提供了理论基
础为计算机辅助机电一体化系统方案的创新设计提供了有效手段
4. 机电一体化系统方案求解知识库的建立及辅助方案创新
能够产生创新方案的计算机辅助创新设计应用软件是目前企业在机电一体化的新产品
开发中迫切需要的辅助创新工具本文研究了机电一体化系统方案求解知识库的构成体系
基于 Visual Basic 及 Access2000/2002 应用程序软件开发平台开发出了机电一体化系统
方案求解知识库在知识库的开发过程中解决了基本运动功能与载体的多对多关系窗体
互动关系方案自动生成等多个关键技术问题该知识库包括 9 个功能模块分别是原理方
法库功能元设计标准化库专家指导库基本运动功能载体库传感检测载体库驱动元
件库控制系统模块辅助功能库方案评价方法库其中基本运动功能载体库驱动元件
库传感检测载体库在知识库中起核心作用本文建立的机电一体化系统知识库具有以下特
点功能元载体实例部分来源于手册上