發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 13:22

【摘要】： 系統(tǒng)方案的生成具有較高的創(chuàng)新層次。現(xiàn)行的機(jī)電一體化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基本上是依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn),并沒(méi)有形成科學(xué)的設(shè)計(jì)方法,因此,如何從依賴經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)進(jìn)化為遵循科學(xué)理論和方法的設(shè)計(jì)是產(chǎn)生創(chuàng)新方案的關(guān)鍵。 本文以實(shí)現(xiàn)工作機(jī)功能的機(jī)電一體化系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究,主要就以下六個(gè)方面進(jìn)行了研究: 1.構(gòu)建了機(jī)電一體化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 不同技術(shù)系統(tǒng)對(duì)“功能”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的理解和描述在物理效應(yīng)、物質(zhì)/能量/信息的變換以及數(shù)據(jù)運(yùn)算間的邏輯關(guān)系等方面差異很大。構(gòu)建了機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu),提出、闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)的若干基本特性和諸特性間的關(guān)系,以及機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的若干原理,從而為進(jìn)一步提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型和方法奠定了基礎(chǔ)。 2.闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu),提出了基于機(jī)電單元的機(jī)電一體化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過(guò)程模型及三子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 認(rèn)為機(jī)電一體化系統(tǒng)本質(zhì)上是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)。從功能出發(fā)可將機(jī)電一體化系統(tǒng)劃分為控制和執(zhí)行兩大功能模塊。機(jī)電一體化系統(tǒng)具有單元級(jí)和系統(tǒng)級(jí)邏輯結(jié)構(gòu)。提出基于機(jī)電單元的機(jī)電一體化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過(guò)程模型,以及三個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。用單元化設(shè)計(jì)思想——控制功能分散和控制回路獨(dú)立,來(lái)進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),選用適當(dāng)?shù)呐涮撞考右詫?shí)現(xiàn),是快速、高效、可靠地開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化系統(tǒng)的有效途徑。 3.提出了機(jī)電一體化系統(tǒng)方案生成推理進(jìn)程模型及計(jì)算機(jī)輔助求解策略 基于變換功能的層次性和目的功能(效應(yīng))的多元性,建立了變換功能和目的功能(效應(yīng))特征模型,提出了針對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新方案生成的功能空間拓展及推理規(guī)律。提出了一種變換功能、技術(shù)、目的功能、作用原理解循環(huán)求解的計(jì)算機(jī)輔助方案生成進(jìn)程模型,在此基礎(chǔ)上提出了適用于計(jì)算機(jī)處理的方案生成與/或樹(shù)形式化表達(dá)方法,探討了相應(yīng)的求解算法。 4.提出并闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)方案優(yōu)選的信息量原理 將公理設(shè)計(jì)的基本原理(尤其是信息公理)應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)方案優(yōu)選過(guò)程,對(duì)廣泛存在于設(shè)計(jì)過(guò)程中的不確定性進(jìn)行了深刻闡釋。 基于機(jī)電一體化系統(tǒng)功能、狀態(tài)的定性、定量雙重屬性和時(shí)變本質(zhì),提出了基于信息量的功能需求、設(shè)計(jì)參數(shù)、機(jī)電一體化率、控制效率等概念,以及機(jī)電一體化系統(tǒng)方案優(yōu)選的一系列原理:時(shí)域參數(shù)控制原理、信息量大優(yōu)先原理、最大控制效率原理,從而為有效改善機(jī)電一體化系統(tǒng)的性能、選擇較優(yōu)設(shè)計(jì)方案提供了新的思路。 5.闡釋了面向?qū)ο蟮臋C(jī)電一體化系統(tǒng)方案表達(dá)方法 針對(duì)以往機(jī)電一體化設(shè)計(jì)文獻(xiàn)過(guò)于強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)和物理行為、忽視系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)和邏輯行為的現(xiàn)狀,本文用面向?qū)ο笏枷雽?duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為和原理方案解進(jìn)行了闡釋。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)可以由面向?qū)ο蟮膮⒖寄Ｐ突蚧诮y(tǒng)一建模語(yǔ)言(UML,Unified Modeling Language)的類圖來(lái)進(jìn)行表達(dá);為了描述對(duì)象(以及系統(tǒng)與環(huán)境)間的接口(通訊)行為,使交互可視化,應(yīng)用消息序列圖(MSC, Message Sequence Charts)來(lái)表達(dá)機(jī)電一體化系統(tǒng)邏輯行為。在此基礎(chǔ)上,以CD播放機(jī)為實(shí)例,應(yīng)用統(tǒng)一建模語(yǔ)言和消息序列圖對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)各主要子系統(tǒng)/組件的原理方案解進(jìn)行了全面的表達(dá)。 6.應(yīng)用實(shí)例 深入研究了快速成型機(jī)(激光分層實(shí)體制造系統(tǒng)、熔融擠壓成型系統(tǒng))、激光影碟機(jī)等典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及優(yōu)選,對(duì)提出及拓展的各種理論及方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
【圖文】：

如錄像機(jī)是一個(gè)技術(shù)（機(jī)電）系統(tǒng)，而錄像帶的播放是一個(gè)功能變換過(guò)程該變換過(guò)程的輸入過(guò)程對(duì)象是儲(chǔ)存于錄像帶上的磁信號(hào)，而輸出過(guò)程對(duì)象是發(fā)送至顯示屏的電信號(hào)。為完成錄像帶播放過(guò)程，操作者發(fā)送“播放”信號(hào)給錄像機(jī)由錄像機(jī)完成磁信號(hào)到電信號(hào)的變換。變換功能中的單一步驟稱作操作。每個(gè)操作都改變了過(guò)程對(duì)象的若干性質(zhì)和特征。為了獲得所需的過(guò)程對(duì)象輸出狀態(tài)，通常需要更多的其他操作。這稱為“水平因果鏈原理（設(shè)計(jì)原理 3）”。如圖 2-3 所示。水平因果鏈原理揭示了變換功能結(jié)構(gòu)。作為人機(jī)系統(tǒng)的性質(zhì)，本文認(rèn)為，變換功能域的總體結(jié)構(gòu)特征是技術(shù)（“技術(shù)”可理解為某一變換過(guò)程中各子過(guò)程的種類和執(zhí)行次序，以及過(guò)程對(duì)象和變換所需效應(yīng)間在時(shí)間、空間上的交互）。即，變換功能域?qū)嶋H上是一個(gè)技術(shù)結(jié)構(gòu)（設(shè)計(jì)原理 4）。在較為具體的層次上，，變換功能域模型包括變換過(guò)程輸出模擬和操作序列模擬。這樣的模型關(guān)注的是過(guò)程對(duì)象本身產(chǎn)生了什么，而不是什么效應(yīng)引起了這些變換。一個(gè)醫(yī)學(xué)工程公司在電腦上模擬大腦 X 線斷層攝影設(shè)備上顯示的圖像，以便同醫(yī)生探討必需的影像信息復(fù)制質(zhì)量，這就是一個(gè)過(guò)程輸出模擬模型；另一相似的例子是在助聽(tīng)器生產(chǎn)企業(yè)中，設(shè)計(jì)者需要通過(guò)聽(tīng)力測(cè)試確定，如何使放大信號(hào)適應(yīng)不同個(gè)體的聽(tīng)覺(jué)缺陷特征。作為總結(jié)，圖 2-5 顯示了機(jī)電一體化系統(tǒng)變換功能域中的不同設(shè)計(jì)模型在模型平面圖中的分布情況。

如錄像機(jī)是一個(gè)技術(shù)（機(jī)電）系統(tǒng)，而錄像帶的播放是一個(gè)功能變換過(guò)程該變換過(guò)程的輸入過(guò)程對(duì)象是儲(chǔ)存于錄像帶上的磁信號(hào)，而輸出過(guò)程對(duì)象是發(fā)送至顯示屏的電信號(hào)。為完成錄像帶播放過(guò)程，操作者發(fā)送“播放”信號(hào)給錄像機(jī)由錄像機(jī)完成磁信號(hào)到電信號(hào)的變換。變換功能中的單一步驟稱作操作。每個(gè)操作都改變了過(guò)程對(duì)象的若干性質(zhì)和特征。為了獲得所需的過(guò)程對(duì)象輸出狀態(tài)，通常需要更多的其他操作。這稱為“水平因果鏈原理（設(shè)計(jì)原理 3）”。如圖 2-3 所示。水平因果鏈原理揭示了變換功能結(jié)構(gòu)。作為人機(jī)系統(tǒng)的性質(zhì)，本文認(rèn)為，變換功能域的總體結(jié)構(gòu)特征是技術(shù)（“技術(shù)”可理解為某一變換過(guò)程中各子過(guò)程的種類和執(zhí)行次序，以及過(guò)程對(duì)象和變換所需效應(yīng)間在時(shí)間、空間上的交互）。即，變換功能域?qū)嶋H上是一個(gè)技術(shù)結(jié)構(gòu)（設(shè)計(jì)原理 4）。在較為具體的層次上，變換功能域模型包括變換過(guò)程輸出模擬和操作序列模擬。這樣的模型關(guān)注的是過(guò)程對(duì)象本身產(chǎn)生了什么，而不是什么效應(yīng)引起了這些變換。一個(gè)醫(yī)學(xué)工程公司在電腦上模擬大腦 X 線斷層攝影設(shè)備上顯示的圖像，以便同醫(yī)生探討必需的影像信息復(fù)制質(zhì)量，這就是一個(gè)過(guò)程輸出模擬模型；另一相似的例子是在助聽(tīng)器生產(chǎn)企業(yè)中，設(shè)計(jì)者需要通過(guò)聽(tīng)力測(cè)試確定，如何使放大信號(hào)適應(yīng)不同個(gè)體的聽(tīng)覺(jué)缺陷特征。作為總結(jié)，圖 2-5 顯示了機(jī)電一體化系統(tǒng)變換功能域中的不同設(shè)計(jì)模型在模型平面圖中的分布情況。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH-39

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 許秋香;;機(jī)電一體化設(shè)備故障維修特點(diǎn)及可靠性分析[J];機(jī)電信息;2012年06期

2 許勇;;機(jī)電產(chǎn)品綜合性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論框架[J];上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

3 梁秋生;;機(jī)電一體化在煤礦生產(chǎn)中的作用[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2012年17期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王成龍;復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)統(tǒng)一建模與仿真技術(shù)研究[D];山東科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 邵旭敏;LED關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2011年

2 曲藝;面向包裝機(jī)械的可適應(yīng)設(shè)計(jì)方法研究[D];汕頭大學(xué);2009年

3 郭波江;數(shù)控多工位母線加工中心控制系統(tǒng)研究[D];昆明理工大學(xué);2012年

4 于躍;圖像識(shí)別可拓策略生成系統(tǒng)的研究[D];山東大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2683592