機電一體化系統(tǒng)設計第一章

1、機電一體化系統(tǒng)設計實例分析課程基本情況課程基本情況l總學時：32學時，課堂教學：32學時。l先修課：大學計算機基礎；電液伺服系統(tǒng)；高等數(shù)學；機械控制工程基礎；機械設計；模擬電子技術；計算機控制技術。 教材和參考書：l機電一體化系統(tǒng)設計實例精解，機械工業(yè)出版社，高安邦等編著。l機電一體化系統(tǒng)設計，機械工業(yè)出版社，趙松年等編著 l機電一體化應用實例集錦，國防工業(yè)出版社，楊志勤等編著 關于考試的說明：l期末考試占 70 %；平時作業(yè)及學習情況占30%學時分配學時分配序號序號名名 稱稱學時分配學時分配一一機電一體化系統(tǒng)設計綜述機電一體化系統(tǒng)設計綜述4 4二二現(xiàn)代伺服系統(tǒng)設計實例分析現(xiàn)代伺服系統(tǒng)設計實例

2、分析1010三三基于基于LabVIEWLabVIEW的測控系統(tǒng)實例分析的測控系統(tǒng)實例分析6 6四四基于基于LonWorksLonWorks現(xiàn)場總線的測控現(xiàn)場總線的測控系統(tǒng)設計實例分析系統(tǒng)設計實例分析 4 4五五智能機器人設計實例分析智能機器人設計實例分析4 4六六全自動洗衣機機電一體化設計全自動洗衣機機電一體化設計4 4合合 計計3232第一章第一章 機電一體化系統(tǒng)設計綜述機電一體化系統(tǒng)設計綜述l機電一體化系統(tǒng)的基本概念l機電一體化系統(tǒng)的類型l機電一體化系統(tǒng)的功能組成l機電一體化系統(tǒng)設計步驟和方法l機電一體化系統(tǒng)的可靠性設計1.0 機電一體化系統(tǒng)的基本概念機電一體化系統(tǒng)的基本概念 美國技術評論

3、認為，有十種新興技術在不遠的將來會產(chǎn)生巨大影響：卵子干細胞，超效太陽能，光場攝影術，太陽能微電網(wǎng)，3D晶體管，更快的傅里葉變換，納米孔測序，公眾集資，快速發(fā)掘新材料，“臉譜”時間軸。什么是機電一體化？什么是機電一體化？機械手模型什么是機電一體化？什么是機電一體化？液面控制系統(tǒng)什么是機電一體化？什么是機電一體化？什么是機電一體化？什么是機電一體化？l“機電一體化”一詞(Mechantronics)在20世紀70年代起源于日本。它取英語Mechanics(機械學)的前半部和Electronics（電子學）的后半部分拼成一個新詞，即機械電子學或機電一體化。l機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信

4、息處理功能和控制功能上引進電子技術、信息技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。什么是機電一體化什么是機電一體化l 機電一體化技術綜合應用了機械技術、微電子技術、信息處理技術、自動控制技術、檢測技術、電力電子技術,接口技術及系統(tǒng)總體技術等技術。普通車床數(shù)控車床l機電一體化技術在制造業(yè)的應用從一般的數(shù)控機床、加工中心和機械手發(fā)展到智能機器人、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、無人生產(chǎn)車間和將設計、制造、銷售、管理集于一體的計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）。l機電一體化技術是其他高新技術發(fā)展的基礎,機電一體化的發(fā)展依賴于其他相關技術的發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性機電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性l安

5、全性和可靠性提高l機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故的發(fā)生，顯著提高設備的使用安全性。l改善使用性能l機電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性機電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性l工作效率和質(zhì)量得以提高l具有信息自動處理和自動控制功能，其控制精度有很大程度的提高，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時由于機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作的自動化，使生產(chǎn)效

6、率得以大大提高。機電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性機電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性l調(diào)整和維護方便l可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，根據(jù)不同的工作對象，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產(chǎn)品的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取一定的措施，使工作恢復正常。l功能多、適用面廣l產(chǎn)品的功能水平和自動化程度大大提高，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。典型的機電一體化產(chǎn)品典型的機電一體化產(chǎn)品l加工制造業(yè)：數(shù)控機床、機器人l家用電器：洗衣機l航空航天設備：雷達、飛船l醫(yī)療儀器設備：CT、分析儀l汽車業(yè)：l其他：、電子排版印刷系統(tǒng)、CADCAM系統(tǒng)等機電一體化的科幻產(chǎn)品機

7、電一體化的科幻產(chǎn)品1.1 機電一體化系統(tǒng)的類型機電一體化系統(tǒng)的類型l機電一體化系統(tǒng)的設計類型l開發(fā)性設計：根據(jù)抽象的設計原理和要求，沒有參照樣品的設計全新的機電一體化產(chǎn)品l適應性設計：在總的原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改采用電子技術或計算機控制技術代替機械機構產(chǎn)生的新一代機電一體化產(chǎn)品，如全自動洗衣機，數(shù)控機床等l變異性設計：設計方案和功能結構不變，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸系列化設計機電一體化系統(tǒng)的結構形式機電一體化系統(tǒng)的結構形式l機器的總功能分解成若干個子功能，再把子功能分解成若干功能元素，把子功能或功能元素按一定的邏輯關系連接起來，就形成了系統(tǒng)的功能結構。l功能結構有三種

8、基本形式：串聯(lián)；并聯(lián)；反饋連接機電一體化系統(tǒng)的控制類型機電一體化系統(tǒng)的控制類型l按照有無輸出量的反饋l開環(huán)控制系統(tǒng)：結構簡單, 成本低, 維修方便；但精度較低,對輸出和干擾沒有診斷能力。常用于精度要求不高的場合。l閉環(huán)控制系統(tǒng)：精度高、抗干擾能力強，但結構復雜成本高?，F(xiàn)代機電一體化系統(tǒng)常采用閉環(huán)控制，如數(shù)控機床，機器人，雷達等。機電一體化系統(tǒng)的控制類型機電一體化系統(tǒng)的控制類型l按照控制器的實現(xiàn)方式不同l模擬控制系統(tǒng)：模擬放大器，分立元件為基本單元l數(shù)字控制系統(tǒng)：微處理器，軟件算法和接口電路l動力機構不同l機械式l電氣式l流體式（液壓和氣動）l單輸入單輸出系統(tǒng)、多輸入多輸出系統(tǒng)1.2 機電一體化

9、系統(tǒng)的功能組成機電一體化系統(tǒng)的功能組成l內(nèi)部功能 機電一體化系統(tǒng)輸入：材料，能源和信息；輸出：物質(zhì)，能量和信息（目的）l主功能（變換，傳遞和儲存）：實現(xiàn)目的功能l動力功能：提供動力l檢測和控制功能：系統(tǒng)外部和內(nèi)部信息l結構功能：位置子系統(tǒng)和零部件的相互關系l接口功能：系統(tǒng)外部和內(nèi)部各要素的相互連接l內(nèi)部功能的評價指標和設計要求機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成 上述組成要素內(nèi)部及其之間,形成通過接口耦合來實現(xiàn)運動傳遞、信息控制、能量轉換等有機融合的一個完整系統(tǒng)。動 力部 分控 制 器檢 測部 分執(zhí) 行機 構機 械本 體(a)動 力控

10、 制檢 測動 作構 造(b)(a） 機電一體化系統(tǒng)的組成要素; (b） 機電一體化系統(tǒng)的功能 機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l機械本體l系統(tǒng)所有功能元素的機械支持結構，包括機身、框架、聯(lián)接等。l要求：可靠，小型，美觀，使用、操作和維護方便l執(zhí)行機構l根據(jù)控制信息和指令，完成要求的動作。l工作部分：形狀和結構與工作對象有關l導向部分：直線運動和回轉運動、空間軌跡機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l執(zhí)行機構的設計要求l實現(xiàn)所需的運動：精度、軌跡、靈敏度l傳遞必要的動力：強度、剛度l有良好的動態(tài)品質(zhì)l執(zhí)行機構的分類l電動式l流體傳動l其他物理效應工作特點機電一體化系統(tǒng)

11、的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l動力和驅(qū)動部分l按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。l驅(qū)動部分在控制信息作用下，驅(qū)動各執(zhí)行機構完成各種動作和功能。其功能是把控制器輸出的微小信號放大成與執(zhí)行元件相匹配的功率信號。l驅(qū)動部分的主要功能是放大，變換和匹配，要求：l滿足快速響應和工作平穩(wěn)性要求l足夠的功率余量l良好的散熱措施l自動保護措施：過壓、過流、過熱等機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l檢測部分l對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的

12、控制信息。其功能一般由專門的傳感器和儀器儀表完成。l傳感器的要求l快速，精確，價格低廉l安全可靠，環(huán)境適應性強l穩(wěn)定性好，信噪比高l體積小，重量輕機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l傳感器的分類l按使用目的：位置、速度、力、l按是否接觸：接觸式、非接觸式l按輸入信號形式：l二值型l模擬型l數(shù)字型機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l控制器及信息處理單元l一般由計算機、可編程控制器(PLC)、數(shù)控裝置以及邏輯電路、AD與DA轉換、IO(輸入輸出)接口和計算機外部設備等組成。l將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、儲存、分析、加工，根據(jù)信息處理結果，按照一定的程

13、序和節(jié)奏發(fā)出相應的指令控制整個系統(tǒng)有目的地運行。l要求：提高信息處理速度，提高可靠性，增強抗干擾能力以及完善系統(tǒng)自診斷功能，實現(xiàn)信息處理智能化和小型、輕量、標準化等。應具有信息儲存、處理和傳送功能。機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l控制器及信息處理單元l性能指標：穩(wěn)定性、快速性、準確性l幾種微型計算機的應用：工控機，PLC，單片機l各種控制理論的適用范圍l古典控制：傳遞函數(shù)法l現(xiàn)代控制：狀態(tài)空間法，矩陣理論l模糊控制：模糊控制規(guī)則l神經(jīng)網(wǎng)絡：模仿人腦，把它是作為控制系統(tǒng)的補償環(huán)節(jié)，具有自組織及自學習能力。機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成l接口耦合與能量轉換接口耦

14、合與能量轉換l變換變換：通過接口完成信息或能量的統(tǒng)一的過程。 如：數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等等l放大放大：在兩個信號強度相差懸殊的環(huán)節(jié)間,經(jīng)接口放大,達到能量的匹配 如：電液閥l耦合耦合： 變換和放大后的信號必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范。接口具有保證信息的邏輯控制功能,使信息按規(guī)定模式進行傳遞。l能量轉換能量轉換：其執(zhí)行元件包含了執(zhí)行器和驅(qū)動器 如：電動機、液壓泵機電一體化系統(tǒng)的基本組成機電一體化系統(tǒng)的基本組成1.3 機電一體化系統(tǒng)設計機電一體化系統(tǒng)設計l機電一體化系統(tǒng)設計方法l機電一體化的三大效果：節(jié)能、省資源、智能化l從規(guī)范性、通用性、耐環(huán)境性、可靠性、

15、經(jīng)濟性等多方面綜合分析，結合現(xiàn)代設計方法和手段，提高機電產(chǎn)品的附加值和自動化程度。l設計方法l機電互補法：利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品系統(tǒng)中復雜的機械部件或子系統(tǒng)。1.3 機電一體化系統(tǒng)設計機電一體化系統(tǒng)設計l機電結合法：將系統(tǒng)各組成要素有機融為一體，構成專用或通用的功能部件，其要素之間的機電參數(shù)融合比較充分。l機電功能部件的組合：將機電結合或機電互補途徑制成的功能模塊像積木那樣組合成各種機電一體化系統(tǒng)。 系統(tǒng)設計的過程就是“目標功能結構效果”的多次分析與綜合的過程。l市場調(diào)查：收集市場需求和經(jīng)銷方面的有關資料l初步設計：l總體結構方案設計l功能和技術性能設計l確定信息模型l找出關鍵

16、技術l確定系統(tǒng)配置l確定實施進度l提出經(jīng)費預算l詳細設計：機械系統(tǒng)設計，控制系統(tǒng)設計，接口設計機電一體化系統(tǒng)設計步驟機電一體化系統(tǒng)設計步驟技術經(jīng)濟效益分析編寫初步設計報告試 制 樣 機功 能 與 結 構 分 析模 塊 化 設 計制 造 /外 購 ？詳 細 設 計市 場 調(diào) 查模 塊 化 設 計制 造 /外 購 ？市 場 調(diào) 查詳 細 設 計硬 件制 造外 購軟 件制 造外 購分 析 求 解 、 模 擬 試 驗物 理 、 數(shù) 學 模 型評 價 與 審 定 ？是否構 思 (初 步 設 計 )可 行 性 論 證 、 技 術 經(jīng) 濟 分 析市 場 調(diào) 查 、 需 求 分 析 、 銷 售 預 測擬 定

17、新 產(chǎn) 品 目 標 及 初 步 技 術 規(guī) 范總 體 性 能 測 試技 術 評 價 與 審 定 ？生 產(chǎn) 設 計是小 批 量 生 產(chǎn)試 銷 效 果是 否 好 ？正 常 生 產(chǎn)廣 告 宣 傳銷 售收 集 用 戶 意 見是 否 在 原 構思 上 修 改 ？分 析 原 因修 改 設 計否否初 步方 案 設 計 是 否結 束 ？否總 結 經(jīng) 驗 與 教 訓物 理 、數(shù) 學 模 型 是 否修 改 ？否是否是是是機械系統(tǒng)設計機械系統(tǒng)設計l主要包括：執(zhí)行部件，機械本體和整體結構l應具有良好的動態(tài)響應特性l主要工作：l執(zhí)行部件的運動計算：包括運動軌跡、速度、方向和行程等l執(zhí)行部件的動力計算：必要的強度、剛度驗

18、算l對結構總體或局部進行動、靜特性的分析計算和測定：采用相似設計、有限元分析、仿真技術等控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)設計l控制系統(tǒng)構成l控制系統(tǒng)設計主要內(nèi)容l確定系統(tǒng)總體方案l確定控制算法l選擇控制器l系統(tǒng)硬件和軟件設計l系統(tǒng)聯(lián)調(diào)控制器執(zhí)行機構被控對象傳感與檢測裝置給定值控制裝置輸出確定整體控制方案確定整體控制方案l確定控制任務：對控制對象進行分析，確定控制要求l構思控制系統(tǒng)的整體方案l確定結構形式：開環(huán)or閉環(huán)l選擇傳感器，考慮其安裝、使用環(huán)境等l選擇執(zhí)行元件工作方式：電動，氣動，液壓l明確微機在系統(tǒng)中的作用，繪制原理框圖，估算成本。確定控制方法確定控制方法l建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，有時需要反復試探l對

19、系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性進行計算l根據(jù)不同的控制對象和性能指標，選擇合適的控制算法l利用計算機仿真，對控制算法進行完善選擇微型計算機選擇微型計算機l原則：充分發(fā)揮選用微機的功能，且留有一定的功能余量l微機應滿足要求：l完善的中斷系統(tǒng)l足夠的存儲容量l完善的輸入輸出通道l合適的微處理器l合適的系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)總體設計控制系統(tǒng)總體設計l解決微機、被控對象和操作者之間進行可靠地信息交互及分時控制的時序安排l接口設計：機械接口，電氣接口l零接口：直接連接l普通轉換接口：不含微處理器的接口l智能轉換接口：包含微處理器l操作控制臺設計l數(shù)據(jù)輸入鍵l功能鍵或轉換開關：啟動、停止等l顯示裝置控制系統(tǒng)總體設計控制系統(tǒng)

20、總體設計l軟件設計l過程控制：l數(shù)據(jù)處理：采集、濾波、變換，數(shù)值計算、后處理系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)l控制系統(tǒng)硬件：制作、安裝、試驗，連續(xù)烤機運行l(wèi)軟件：各模塊分別調(diào)試l硬件和軟件聯(lián)合起來模擬試驗l現(xiàn)場試驗：不同對象，現(xiàn)場試驗的步驟不同機電一體化系統(tǒng)的可靠性設計機電一體化系統(tǒng)的可靠性設計l可靠性設計的基本概念l定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定全部功能的能力。l產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個“規(guī)定” 。l“規(guī)定條件”包括使用時的環(huán)境條件、工作條件和應力條件等。l“規(guī)定時間”是指產(chǎn)品規(guī)定了的工作時間。l“規(guī)定功能”是指產(chǎn)品規(guī)定了的必須具備的全部功能及其技術指標。可靠性的作用和價值可靠性的作用和價值

21、l可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指標l重要關鍵產(chǎn)品的可靠性問題突出，如航空航天產(chǎn)品；l量大面廣的產(chǎn)品，可靠性與經(jīng)濟性密切相關，如洗衣機等；l對于高可靠性產(chǎn)品，其市場競爭力強產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量功能功能有效性有效性可靠性可靠性維修性維修性固有可靠性固有可靠性使用可靠性使用可靠性環(huán)境適應性環(huán)境適應性性能可靠性能可靠結構可靠結構可靠可靠性的特點可靠性的特點性能可靠性l 確定性l 可重復l 真值可測可見l 應用傳統(tǒng)學科知識l 不確定性/隨機性l 不可重復l 真值不可測不可見l 以傳統(tǒng)學科知識為基礎，考慮不確定性機電產(chǎn)品可靠性的特點機電產(chǎn)品可靠性的特點電子產(chǎn)品機械產(chǎn)品失效模式比較簡單 失效模式比較復雜 失效主要

22、是由偶然因素造成 失效通常是由于疲勞、老化、磨損、腐蝕等 剔除早期失效，經(jīng)濟合理有效的壽命和可靠性試驗一般是小子樣，試驗時間較長 ，費用高 失效率接近常數(shù)，有標準手冊，可利用國軍標GJB299-或MIL-HBK-217 預計多是專用件，標準件少，環(huán)境影響嚴劣，失效率不是常數(shù)維修主要以更換元器件為主 修復和更換相結合 可靠性常用指標可靠性常用指標l失效率：產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)未完成規(guī)定功能的概率，也稱為不可靠度。l早期失效期：通常由于設計和制造工藝上的缺陷而導致產(chǎn)品失效l偶然失效期：失效率與時間關系不大，純屬偶然l損耗失效期：主要由于產(chǎn)品的老化、疲勞和損耗l適用于電子元器件、系統(tǒng)、子系統(tǒng)等

23、產(chǎn)品的失效率和時間的關系?？煽啃猿Ｓ弥笜丝煽啃猿Ｓ弥笜薼失效率公式：l例：100件產(chǎn)品，實驗10小時2件失效。再觀測1小時，發(fā)現(xiàn)有1件失效，求失效率l若實驗到50小時時共有10件失效。再觀測1小時，也發(fā)現(xiàn)有1件失效，求失效率為平均失效率ttnNtnt)()()(可靠性常用指標可靠性常用指標l可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，用R表示。l用統(tǒng)計方法：若有N個相同的產(chǎn)品同時投入試驗，經(jīng)歷時間后有n(t)件產(chǎn)品失效NtnNtnNtR)(1)()(失效概率為：NtntRtF)()(1)(可靠度為：可靠性常用指標可靠性常用指標l平均壽命：無故障工作時間的平均值。l不可修產(chǎn)品為平均無故

24、障時間MTTF (Mean Time To Failure)l可修產(chǎn)品為平均故障間隔時間MTBF(Mean Time Between Failure）niitnt11可靠性常用指標可靠性常用指標l可靠壽命l 即可靠度為給定值R時的工作壽命。例如軸承常采用可靠度為0.9時的壽命作為可靠性度量參數(shù)(額定壽命)。l 可靠壽命一般通過統(tǒng)計試驗確定，其觀測值是能完成規(guī)定功能的產(chǎn)品的比例恰好等于給定可靠度時所對應的時間。 例如，對例如，對100個產(chǎn)品進行壽命試驗，指定可靠度個產(chǎn)品進行壽命試驗，指定可靠度R=0.9，若，若當?shù)诋數(shù)?0個產(chǎn)品發(fā)生失效時的時間為個產(chǎn)品發(fā)生失效時的時間為250小時，則可靠度為小時

25、，則可靠度為0.9的可靠壽命約為的可靠壽命約為250小時。小時?？煽啃猿Ｓ弥笜丝煽啃猿Ｓ弥笜薼壽命l 任何機電產(chǎn)品均有使用壽命問題，例如汽車的設計壽命一般為50萬公里，飛機的設計壽命為60000飛行小時。l 在現(xiàn)代設計中，一般采用等壽命設計方法，因此其壽命本質(zhì)上取決于關鍵零部件的壽命。l 對機電零部件而言，大多是不可修復的，如果出現(xiàn)失效，在維修時一般給予更換。所以設計機電零件，不但要確保其可靠度，更為重要的是使其設計壽命達到要求。機電產(chǎn)品可靠性機電產(chǎn)品可靠性設計設計的特點的特點l不存在一個綜合性的可靠性指標l可靠性設計方法涉及的因素很多，不可能像傳統(tǒng)的設計方法那樣用安全系數(shù)作為唯一的評價度量。

26、根據(jù)具體情況可以選用如失效率、可靠度、MTBF、有用度等作為評價的指標。l“把可靠性設計到零件中”l如果設計不當，就不能生產(chǎn)出本質(zhì)上可靠的零件；不論工藝水平多高都不能得到高可靠的產(chǎn)品，因此，機械產(chǎn)品的失效主要是由于設計不當造成的。機電產(chǎn)品可靠性機電產(chǎn)品可靠性設計設計的特點的特點l必須考慮環(huán)境因素l高溫、低溫、沖擊、振動和鹽霧等環(huán)境條件都是導致產(chǎn)品可靠性下降的重要原因。l可靠性設計與維修性設計相結合l在耗損期中失效率急劇升高，這時就要通過更換或維修恢復產(chǎn)品的可靠性，因此設計時必須考慮到維修方便。l可靠性設計過程是可靠性增長過程l可靠性增長是指隨著產(chǎn)品的設計、試制、生產(chǎn)各階段的進展，產(chǎn)品可靠性水平

27、逐步提高的過程。l可靠性設計要貫徹系統(tǒng)工程的觀點l從整體出發(fā)，全面權衡可靠性設計，切忌“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的權宜之計。l可靠性設計貫徹人-機工程觀點l可靠性設計貫徹全壽命周期總費用最優(yōu)的觀點，而不只是考慮造價?？煽啃栽O計的主要內(nèi)容可靠性設計的主要內(nèi)容迭代迭代選擇方案，預計系統(tǒng)的可靠性水平，選擇方案，預計系統(tǒng)的可靠性水平，找出薄弱環(huán)節(jié)找出薄弱環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)可靠性提高系統(tǒng)可靠性可靠性預計可靠性預計和分配和分配故障模式分析故障模式分析采取各種設計方法采取各種設計方法元器件是基礎，元器件是基礎，設計是關鍵，設計是關鍵，環(huán)境是保證。環(huán)境是保證?？煽啃栽O計的主要內(nèi)容可靠性設計的主要內(nèi)容l提出產(chǎn)品的可靠性指

28、標l連續(xù)工作的產(chǎn)品：常用可靠度指標l一次性產(chǎn)品：常用成功率或失敗率表示l建立可靠性模型l目的：對產(chǎn)品的可靠性進行定量分配、預測和評價l系統(tǒng)的原理圖、功能框圖和功能流程圖是建立系統(tǒng)可靠性模型的基礎。l可靠性模型描述了系統(tǒng)及其組成單元之間的故障邏輯關系。建模步驟建模步驟1.規(guī)定產(chǎn)品定義確定任務和功能功能分析確定工作模式規(guī)定性能參數(shù)及范圍故障定義確定物理界限與功能接口確定故障判據(jù)確定壽命剖面及任務剖面時間及環(huán)境條件分析2.建立可靠性框圖明確建模任務并確定限制條件建立系統(tǒng)可靠性框圖確定未列入模型的單元3.確定數(shù)模 系統(tǒng)可靠性數(shù)學模型建立可靠性模型建立可靠性模型l一般包括可靠性框圖和可靠性數(shù)學模型l借助

29、于可靠性框圖可以精確地表示出各個功能單元在系統(tǒng)中的作用和相互之間的關系。2高頻放大3混頻6檢波5中頻放大7低頻放大9電源4振蕩348圖3-2 收音機可靠性框圖8放音1天線57921106可靠性框圖（收音機）可靠性設計的主要內(nèi)容可靠性設計的主要內(nèi)容l可靠性分配和預測l直到元器件都分配到合適的可靠性指標為止l是在組成部分都已達到可靠性水平的基礎上進行的l是對人力、物力和財力的統(tǒng)一平衡和協(xié)調(diào)l可靠性預測是根據(jù)組成部分的可靠性數(shù)據(jù)，通過產(chǎn)品的可靠性模型估算產(chǎn)品的可靠性，若不滿足設計要求：l提高某些組成部分的可靠性l采用并聯(lián)模型可靠性設計的主要內(nèi)容可靠性設計的主要內(nèi)容l可靠性分析l失效模式、效應和后果分析：l失效樹分析：l應力-強度分析：應力：導致失效的任何因素；強度：耐受外界影響的能力l參數(shù)飄移和極值分析：可靠性設計的主要內(nèi)容可靠性設計的主要內(nèi)容l確定可靠性產(chǎn)品的關鍵部件l指設計復雜，采用新技術，對潛在故障還沒有充分掌握或可靠性要求較高的硬件和軟件l對產(chǎn)品安全性、有效性、維修費用有較大的影響，一半占總數(shù)的10%左右l目的：明確重點、抓住關鍵l可靠性驗證試驗：突出重點l試驗方法要真實的模擬使用情況l產(chǎn)品的生產(chǎn)加工工藝要穩(wěn)定保證機電產(chǎn)品可靠性的措施保證機電產(chǎn)品可靠性的措施l總體設計l總體設計時，通過系統(tǒng)可靠性指標的分配和預計，進行優(yōu)化設計，使之在現(xiàn)有條件下具有一定的可靠性?？煽啃灾笜朔?/p>