玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-壁面清洗機(jī)器人-真空吸盤吸附式
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玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求
（【設(shè)計(jì)類】：包括畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與內(nèi)容，擬采用的技術(shù)路線，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，參考文獻(xiàn)及其它要求）
設(shè)計(jì)的目標(biāo)與內(nèi)容：
1．清潔玻璃機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)方案和傳動(dòng)方案，完成相關(guān)分析、計(jì)算。
2. 繪制行清潔玻璃機(jī)械手結(jié)構(gòu)裝配圖，拆畫零件圖。
3. 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，提交文獻(xiàn)綜述，寫出前期報(bào)告，中期報(bào)告；繪制機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙；撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。
擬采用的技術(shù)路線：
根據(jù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求和使用工作狀況，對(duì)比分析現(xiàn)有傳動(dòng)方案，確定本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)形式；根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)理論，確定動(dòng)力傳動(dòng)方式，并利用AutoCAD完成主要零部件的繪制。
達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：
1. 傳動(dòng)方案合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，布局合理；
2. 清潔干凈，能源清潔，吸附力強(qiáng)；
3. 制造成本低，便于安裝和維護(hù)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 鄭文緯，吳克堅(jiān)．機(jī)械原理．7版．北京：高等教育出版社，1997
[2] 申永勝．機(jī)械原理教程．2版．北京：清華大學(xué)出版社，2005
[3] 張策．機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)：上冊(cè)．2版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011
[4] 張策．機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)：下冊(cè)．2版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011
[5] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．5版．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008
[6] 吳振彪．工業(yè)機(jī)器人．武漢：華中理工大學(xué)出版社，1997
[7] 羅志增．機(jī)器人感覺與多信息融合．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[8] 費(fèi)仁元．機(jī)械人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析．北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1998
[9] 薩哈[印]．機(jī)器人導(dǎo)論．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010
[10] 徐德．機(jī)器人視覺測(cè)量與控制．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011
[11] 路甬祥．液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[12] 吳衛(wèi)榮．氣動(dòng)技術(shù)[M]．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005
[13] Deppert Werner,Stoll Kurt.Pneumatic Control[M].Rechbergstr:FESTO AG&Co.,1975
[14] 閆繼厚．氣動(dòng)控制工程[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，1984
[15] 徐炳輝．氣動(dòng)手冊(cè)[M]．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005
編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題 目： 玻璃清潔機(jī)器人
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
院 （系）：
專 業(yè)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師單位：
姓 名：
職 稱：
題目類型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā)
開題報(bào)告填寫要求
?
1．開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見審查后生效。
?2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫，或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見。
?3．學(xué)生查閱資料的參考文獻(xiàn)應(yīng)在5篇及以上（不包括辭典、手冊(cè)），開題報(bào)告的字?jǐn)?shù)要在1000字以上。
?4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
?5．“指導(dǎo)教師（簽字）”日期填寫成在2012年12月27日~ 31日之間的某個(gè)日期；“開題小組組長(zhǎng)（簽字）”日期填寫成在2013年1月4日~9日之間的某個(gè)日期。
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等
一、 內(nèi)容：
高層建筑中，玻璃幕墻受業(yè)主和建筑師的青睞。 但是，令人煩惱的玻璃清潔問題也隨之而來(lái)。風(fēng)格迥異、 造型獨(dú)特的建筑物對(duì)玻璃幕墻清清的要求愈來(lái)愈高，傳統(tǒng)方式 人工吊板、吊籃從技術(shù)層面匕已經(jīng)無(wú)法滿足造型復(fù)雜、多變、個(gè) 性化的建筑的清洗需要。建筑物造型的多樣化，決定了清潔作 業(yè)的復(fù)雜性和網(wǎng)難程度?，F(xiàn)在的墻壁清洗機(jī)器人一般是吸附式的，容易受到壁面材料和平整度的影響，存在吸盤漏氣和承載能力差等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)以玻璃清機(jī)器人為載體，完成一種新型的墻壁清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)。進(jìn)一步提升專業(yè)技能，為踏上工作崗位做好準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有一下幾點(diǎn)：
1、收集關(guān)于玻璃清機(jī)器人產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)，了解現(xiàn)有玻璃清機(jī)器人產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；
2、熟悉玻璃清機(jī)器人的工作原理及過程；
3、查閱相關(guān)資料，熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等與本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的知識(shí)；
4、熟練掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件；
5、對(duì)玻璃清機(jī)器人設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對(duì)方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化；
6、完成玻璃清機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
7、完成玻璃清機(jī)器人相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析；
8、完成玻璃清機(jī)器人相關(guān)零件材料的選用及其工藝分析；
9、完成玻璃清機(jī)器人產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖的繪制；
10、完成零件拆、裝過程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫的制作；
二、 重點(diǎn)：
收集關(guān)于玻璃清機(jī)器人產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)，了解現(xiàn)有關(guān)玻璃清機(jī)器人產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；熟悉玻璃清機(jī)器人的工作原理及過程；對(duì)玻璃清機(jī)器人設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對(duì)方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化。
三、 難點(diǎn)：
玻璃清機(jī)器人相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析；零件拆、裝過程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫的制作；玻璃清機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；玻璃清機(jī)器人相關(guān)零件材料的選用及其工藝分析。
2．準(zhǔn)備情況（查閱的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等）
一、調(diào)研情況：
各國(guó)的擦玻璃機(jī)器人基本都是專為某棟大樓而設(shè)計(jì)，即在建樓之初就要預(yù)設(shè)軌道，這無(wú)疑增加建樓成本和影響美觀；或則機(jī)器人非常笨重，移動(dòng)速度很慢，且容易掉下來(lái)。從公開的資料來(lái)看，擦玻璃機(jī)器人在全世界都沒有很成熟通用的產(chǎn)品,無(wú)疑為本次設(shè)計(jì)提供了廣闊的設(shè)計(jì)空間和用戶市場(chǎng)。
二、現(xiàn)有設(shè)備：
硬件設(shè)備：電腦、軟件設(shè)備、Pro/E 5.0、autocad2004
三、試驗(yàn)條件：
電腦機(jī)房
四、查閱文獻(xiàn)資料：
[1] 熊有倫．機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)［M］．武漢:華中理工大學(xué)出版社，2000
[2] 孟繁華．機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)[M]．哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000
[3] 陳超超．輪式移動(dòng)機(jī)器人避障的研究［D］．秦皇島：燕山大學(xué)，2004
[4] 魏曉濤．AGV移動(dòng)機(jī)構(gòu)控制研究［D］．哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)，2003
[5] 陳衛(wèi)平．全區(qū)域覆蓋自主移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃與避障的研究[D]．南京:南京理工大學(xué),2004.
[6] 常迎梅，侯國(guó)棟. 雙動(dòng)力臂爬壁機(jī)器人吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用．2010年 05期?
[7] 何雪明． 真空吸附式爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)［J］． 西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2000年04期.
[8] 趙興飛，周憶． 氣驅(qū)爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)與計(jì)算［J］． 機(jī)床與液壓．2003年06期
[9] 韓建海，章?。?真空吸盤的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］． 機(jī)床與液壓.2000年03期．
[10] Robert J Schilling. Fundamentals of Robotics-Analysis and Control［M] ．New Jersey: Prentice Hall, 2000
3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
一、實(shí)施方案：
玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--- 設(shè)計(jì)玻璃清潔機(jī)器人設(shè)計(jì)整套圖紙；機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)在玻璃上行走;機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)在玻璃上轉(zhuǎn)向和自動(dòng)避障功能;機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)在玻璃上自動(dòng)清潔功能;機(jī)構(gòu)自重不大于2kg，每小時(shí)清掃量不小于10平米。
二、進(jìn)度計(jì)劃：
1、2012年12月17日—2013年3月1日：
完成開題報(bào)告的撰寫
2、2013年3月2日—2013年3月15日：
獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯
3、2013年3月16日—2013年4月1日：
完成包括任務(wù)書所給的各種參考書的閱讀
4、2013年4月2日—2013年4月3日：
完成中期檢查表的填寫
5、2013年4月4日—2013年4月6日：
在設(shè)計(jì)之前必須對(duì)方案進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃及分析
6、2013年4月7日—2013年4月9日：
設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)在玻璃上轉(zhuǎn)向和自動(dòng)避障功能的機(jī)構(gòu)
7、2013年4月10日—2013年4月11日：
設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)在玻璃上行走的機(jī)構(gòu)
8、2013年4月12日—2013年4月15日：
反復(fù)對(duì)方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化
9、2013年4月16日—2013年4月20日：
完成玻璃清機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
10、2013年4月21日—2013年4月30日：
完成玻璃清機(jī)器人相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析
11、2013年5月1日—2013年5月3日：
完成材料的選用及其工藝分析
12、2013年5月4日—2013年5月9日：
完成玻璃清機(jī)器人產(chǎn)品零件及裝配部件的3D工程圖的繪制
13、2013年5月10日—2013年5月13日：
完成玻璃清機(jī)器人產(chǎn)品零件及裝配部件的2D工程圖的繪制
14、2013年5月14日—2013年5月15日：
完成零件拆、裝過程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫的制作
15、2013年5月16日—2013年5月23日：
完成二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
16、2013年5月23日-2013年月26日：
完成答辯PPT課件的制作；
三、預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料：
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書：
二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、包括詳細(xì)的300-500個(gè)單詞的英文摘要
2、英文資料翻譯論文：
與課題相關(guān)，不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯
3、A0圖紙3張：
其中包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙，包含兩張A3以上計(jì)算機(jī)繪圖圖紙；
4、視頻動(dòng)畫：
零件拆、裝過程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師（簽字）：
2012年12月 日
開題小組意見
開題小組組長(zhǎng)（簽字）：
2013年1 月 日
院（系、部）意見
主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字：
2013年1月 日
玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
本文首先對(duì)玻璃清潔機(jī)器人這個(gè)課題的來(lái)源、目的及意義進(jìn)行了闡述，簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的發(fā)展情況，對(duì)玻璃清潔機(jī)器人的幾種不同的移動(dòng)方式及吸附方式進(jìn)行了比較，最后采用了多吸盤的框架式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。接著對(duì)玻璃清潔機(jī)器人的總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了行走機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，通過平動(dòng)氣缸與腿部氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)，并且通過對(duì)玻璃吸附可靠性的分析選擇了吸盤、吸盤支座及快擰接頭等部件，還對(duì)其它的氣動(dòng)元件進(jìn)行了選型，并且繪制了氣壓系統(tǒng)圖。
關(guān)鍵詞：玻璃清潔機(jī)器人; 多吸盤的框架式結(jié)構(gòu); 行走機(jī)構(gòu); 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu);
ABSTRACT
This paper on the glass cleaning robot source, purpose and significance of the topic, introduces the development situation of glass cleaning robots at home and abroad, several different mobile ways of glass cleaning robot and adsorption methods were compared, and finally adopted more suction cup frame type structure, has the advantages of simple structure, convenient operation. Then for glass cleaning robot design, the overall scheme of the walking mechanism and steering mechanism design, through the translation of cylinder and the leg cylinder to realize the movement of the robot, and through the analysis of the surface adsorption reliability choose chuck, chuck support and quick screw connector components, such as also for other pneumatic components selection, and map the pneumatic system.
Keywords: glass cleaning robot; Suction cup frame type structure; Walking agencies; Steering mechanism;
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 爬壁機(jī)器人 1
1.2 課題的目的與意義 2
1.3 國(guó)內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2
1.4 課題主要內(nèi)容及技術(shù)參數(shù) 4
1.5 本章小結(jié) 4
2 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn) 5
2.1 玻璃清潔機(jī)器人的組成 5
2.2 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn) 6
2.3 本章小結(jié) 6
3 玻璃清潔機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 7
3.1 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7
3.1.1 平動(dòng)氣缸的設(shè)計(jì)與校核 7
3.1.2腿部氣缸的設(shè)計(jì)與校核 12
3.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14
3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的選型 14
3.2.2 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)與校核 15
3.3 吸附裝置的選取 18
3.3.1 吸附可靠性分析 18
3.3.2 吸附裝置的選取 20
3.4 玻璃清潔機(jī)器人的框架以及吸盤安裝板的設(shè)計(jì) 22
3.4.1 下框架的設(shè)計(jì) 22
3.4.2 上框架的設(shè)計(jì) 23
3.4.3 中間旋轉(zhuǎn)板的設(shè)計(jì) 24
3.4.4 吸盤安裝板的設(shè)計(jì) 24
3.5 控制閥及其它氣動(dòng)元件的選取 25
3.5.1氣源處理組件的選取 25
3.5.2 方向控制閥的選取 25
3.5.3 單向節(jié)流閥的選取 26
3.5.4 真空安全閥的選取 27
3.5.5 分氣塊的選取 27
3.5.6 氣電壓力轉(zhuǎn)換器的選取 27
3.5.7 真空發(fā)生器的選取 28
3.6氣動(dòng)原理圖的設(shè)計(jì) 28
3.7 本章小結(jié) 29
結(jié)論 29
參考文獻(xiàn) 30
致 謝 31
III
1
世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念
來(lái)源:中國(guó)科技期刊
摘要:根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法發(fā)展趨勢(shì)
設(shè)計(jì)文件是將語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開發(fā)的活性語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語(yǔ)義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4. 設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國(guó)亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語(yǔ)義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計(jì)→加工→裝配→成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來(lái)愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。目前，德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國(guó)外在這方面的研究已初見成效，我國(guó)設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國(guó)際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
The worlds Latest Mechanical Design Conceptssource：China Science and Technology JournalAbstract:According to scholars at home and abroad to carry out mechanicaldesign product design features of the main ideas, product design method of theprogramsummarizedassystematic,modularstructure,basedonproductcharacteristics of knowledge and wisdom. The characteristics of these methods andtheir organic connection between them and put forward to achieve the computerproduct design direction.Key words: Mechanical Product Design MethodDevelopment Trends Design documents will be Semantic Web as a design tool inthe design of its Semantic Web activity of the development of ASK, using nodes andlines to describe the design a network, nodes that components of the cell (such asdesign tasks, functions, components or processing equipment, etc. ), used to adjust thelines and definitions between nodes of different semantic relations, thus the designprocess all the activities and results of pre-built models so that the definition of theearly design requirements to the specific description of each structure can be definedby the relationship between the expression, achieved a computer-aided design process,the leap from the abstract to the concrete.Asystematic design methodThe main features of a systematic design method are: the design as designed by anumber of elements of a system, the independence of each design elements, eachelement of an organic link between the existence of, and is layered, with all the designelements , you can design systems to achieve the required task.Systematic design idea in the 70s by the German scholar Professor Pahl andBeitz, the system based on the theory they developed a general pattern of the design,advocacy design work should have organized. German Engineers Association, on thebasis of this design concept to develop a standard VDI2221 technology systems andproduct development design methods.1.The user needs functional characteristics as a product concept, structuredesign and part design, process planning, job control, etc. based on the macro fromthe product development process of starting the use of quality function deploymentmethod and system to user demand information reasonably and efficiently convertedto the various stages of product development, technical goals and operational controlprocedures method.2.The level of the product life of the organism as a system, and means ofliving systems theory, the product design process can be divided into successfulhierarchy of needs to achieve the functional requirements of the conceptual level andproduct level of the specific design. At the same time life-support systems used toexpress the abstract icons of the product functional requirements, system structureformation of product features.3.The mechanical design of the application of systems science into two basicquestions: First, to be designed as a system dealing with the products, the best way todetermine its component parts (modules) and their mutual relations1; is the productdesign process as a system, according to design objectives, a correct and reasonablydetermine the various aspects of the design work and various design stage.Because each designers point of research questions and to consider the questionof emphasis, to design a specific research methods used is also different. Here aresome representative of the systematic design methods.4.Design Element MethodWith the five design elements (functions, effects, effects vector, shape, elements,and surface parameters) describe the product solutions that a product to determinethe value of the five design elements, the product of all the features and characteristicsof the value of i.e. determined. Scholars in China have adopted similar methodsdesigned to describe the products original understanding.5.Graphic modeling methodAnd developed a design analysis and guidance systems KALEIT, with thelevel of clear graphic description of a products functional structure and its associatedabstract information, to the system structure and function relationship of graphicalmodeling, and functional connection between the layers 2.Assistance will be designed to be divided into two aspects of methodology andexchange of information using the Nijssen Information Analysis Method can be usedgraphic symbols, with a rich semantic model structure, can be described as integrationconditions, can be divided into types of constraints can be achieved in relationsbetween any combination of characteristics , the design method to solve integrationand information technology to realize the design process of information betweendifferent abstraction layers between the graphical modeling.6.Concept - Design methodProducts design is divided into concept and design in two stages. Conceptphase of the task is to find, choose and mix to meet the requirements of the originalunderstanding of design tasks. Design stage of work is a concrete realization of theoriginal understanding of the conceptual stage.Of the programs idea of specific described as: In accordance with theappropriate functional structure, seeking to meet the design requirements of theoriginal understanding of the task. The functional structure of the sub-function isperformed by the structural elements to achieve, and structural elements of thephysical connection between the definition of a feature vector, feature vector andstructural elements further the interaction between the formation of the functionaldiagram ( mechanical diagram). The program design is based on functional diagram,the first qualitative description of all of the feature vector and structural elements,and then quantitatively describe all the structural elements and the connection parts( feature vectors), the shape and location to be structure diagram3. Roper, H. usinggraph theory, by means of which he defines as the total design unit (GE), structuralelements (KE), functional structural elements (FKE), connect structural elements(VKE), Structural Parts (KT), structure element part (KET) concepts, as well asdescribe the structure element size, location, and transmission parameters of theinteractions between a number of kinds of schematics, the intuitive designprofessionals have done a formal design method a description of the formation of aneffective application of existing knowledge, methods, and applied to ideas anddesign stage.7.Bond Graph MethodFunction of the composition of system components will be divided into produceenergy, consumed energy, changing energy forms, such as various types of energytransfer, and to use bond graphs to express the function component solution, hoping tofunction-based model and bond graph combine to achieve functional structure theautomatic generation and functional structure with the bond graph automaticconversion between the search for bond graph generated by a number of designmethods.To promote the product on the basis of functional analysis, the product has somefeatures broken down into one or several modular basic structure, by selection andcombination of the basic structure of these modular form into different products.These basic structures can be parts, components, or even a system.The structure should have a standardized interface (connection and co-operationdepartment),andisserialized,universal,integrated,hierarchical,agile,economic-oriented, with interchangeability, compatibility and relevance. Chinascombination of software component technology and CAD technology, variant designcombined with the modular design, according to modular principle of classification,will be divided into descending Machining Center Machine Tool product level,component level, component level and component level, and use expert knowledgeand CAD technology to combine them into different species, different specificationsof functional blocks, and then by the combination of these functions into differentmodules of the overall program processing center.To design a directory as an alternative variation of the mechanical structure ofthe tool, the solution proposed by the design elements of a complete, structured layout,the formation of the solution set design catalogs. And in the solution set designed tocomment on each one listed in the directory solution additional information, is verybeneficial to design engineers select solution elements.The vigorous development of network technology, collaborative design andmanufacturing, as well as the product from the users functional requirements design processing assembly finished product of this realization of concurrentengineering possible. However, an important prerequisite to achieve these goals oneof the conditions is to realize the effect of product design three-dimensionalvisualization. To this end, three-dimensional graphics software, more and moreintelligent design software programs used in the product design, virtual realitytechnology and multimedia, hypermedia tools for product design is also its first debut.At present, Germany and other developed countries are focused on researchhypermedia technology, product data exchange standard STEP, as well as standardvirtual reality modeling language based on a standard exchange format for virtualenvironments) in the product design applications.Mechanical product design is moving in computer-aided realization of intelligentdesign and to meet the needs of distributed collaborative design and manufacture ofdirection, due to the computer product design Study on the implementation startedlate, not yet mature, to achieve the above objectives program design tools4. Authorbelieves that the integrated use of paper, four types of design method is an effectiveway to achieve this goal. Although the integrated use of these methods are moreinvolved in the field, not only with the mechanical design of the field-relatedknowledge, but also to the systems engineering theory, artificial intelligence theory,computer hardware and software engineering, network technology areas such asdomain knowledge, it is still product design must be working for. Abroad in researchin this area has achieved initial success, our scholars have been aware of CAD designtechnology and the importance of international exchange and cooperation, and itsmeasures to be taken.Feature-based design methodology of knowledge The main features are: using acomputer can identify the language to describe the characteristics of the product andits design experts in the field of knowledge and experience to establish the appropriateknowledge base and inference engine, re-use of stored domain knowledge and theestablishment of the inference mechanism to bring computer-aided product design.The mechanical system design is mainly based on the characteristics of a product,and design experts in the field of knowledge and experience to push volume anddecision-making, the completion of body type, the number of synthesis. To achievethis stage of computer-aided design, must study the automatic acquisition ofknowledge, expression, integration, coordination, management and use. To this end,the design and scholars at home and abroad program for the mechanical systemdesign knowledge of the automated processing done a lot of research work, theapproach can be summarized into the following several.
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