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文檔簡介

2機械制造裝備設計方法主講人:張珂沈陽建筑大學電子技術論壇電子發(fā)燒友2.1機械制造裝備設計的類型2.1.1創(chuàng)新設計2.1.2變型設計2.1.3組合設計電子技術論壇電子發(fā)燒友2.1.1創(chuàng)新設計創(chuàng)新設計通常應從市場調研和預測開始,明確產品設計任務,經過產品規(guī)劃、方案設計、技術設計和施工設計等四個階段;還應通過產品試制和產品試驗來驗證新產品的技術可行性;通過小批試生產來驗證新產品的制造工藝和工藝裝備的可行性;一般需要較長的設計開發(fā)周期,投入較大的研制開發(fā)工作量。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.1.2變型設計適應型設計和變參數型設計統(tǒng)稱“變型設計”。都是在原有產品基礎上,基本工作原理和總體結構保持不變.變型設計應在原有產品的基礎上,按照一定的規(guī)律演變出各種不同的規(guī)格參數、布局和附件的產品,擴大原有產品的性能和功能,形成一個產品系列。開展變型設計的依據是原有產品,它應屬于技術成熟的“基形”產品。作為變型設計依據的原有產品,通常是采用創(chuàng)新設計方法完成的。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.1.3組合設計組合設計又稱模塊化設計,是按合同要求,選擇適當的功能模塊,直接拼裝成所謂的“組合產品”。組合產品是系列產品的進一步細化,組合產品中的模塊也應按系列化設計的原理進行。組合設計通常是MRP一驅動的,可由銷售部門承擔,或在銷售部門中成立一個專門從事組合設計的設計組承擔,有關設計資料可直接交付生產計劃部門,對組成產品的各個模塊安排投產,并將這些模塊拼裝成所需的產品。電子技術論壇電子發(fā)燒友據不完全統(tǒng)計,機械制造裝備產品中有一大半屬于變型產品和組合產品,創(chuàng)新產品只占一小部分。盡管如此,創(chuàng)新設計的重要意義不容低估。這是因為:采用創(chuàng)新設計方法不斷推出嶄新的產品,是企業(yè)在市場競爭中取勝的必要條件;變型設計和組合設計是在基型和模塊系統(tǒng)的基礎上進行的,而基型和模塊系統(tǒng)也是采用創(chuàng)新設計方法完成的。電子技術論壇電子發(fā)燒友

2.2機械制造裝備設計的方法2.2.1機械制造裝備設計的典型步驟2.2.2系列化設計2.2.3模塊化設計2.2.4合理化工程電子技術論壇電子發(fā)燒友2.2.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段(二)方案設計階段(三)技術設計階段(四)施工設計階段電子技術論壇電子發(fā)燒友(一)產品規(guī)劃階段產品規(guī)劃階段的任務是明確設計任務,通常應在市場調查與預測的基礎上識別產品需求,進行可行性分析,制訂設計技術任務書。在產品規(guī)劃階段將綜合運用技術預測、市場學、信息學等理論和方法來解決設計中出現的問題。電子技術論壇電子發(fā)燒友(一)產品規(guī)劃階段1.需求分析需求分析的任務是將需求具體化和恰到好處,明確設計任務的要求。是設計工作的開始,指導設計工作的進行。識別需求是一個創(chuàng)造性的過程,設計人員必須重視需求分析,及時找到和預測市場的需求,并在市場大量需求到來之前完成新產品的研制工作,搶先投放市場,以取得豐厚的回報。需求分析一般包括對銷售市場和原材料市場的分析.電子技術論壇電子發(fā)燒友1)新產品開發(fā)面向的社會消費群體,他們對產品功能、技術性能、質量、數量、價格等方面的要求;2)現有類似產品的功能、技術性能、價格、市場占有情況和發(fā)展趨勢;3)競爭對手在技術、經濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向;4)主要原材料、配件、半成品等的供應情況、價格及變化趨勢等。電子技術論壇電子發(fā)燒友(一)產品規(guī)劃階段2.調查研究(1)市場調研一般從以下幾方面進行調研:用戶需求——有關產品功能、性能、質量、使用、保養(yǎng)、維修外觀、顏色、風格、需求量和價格等方面的要求。產品情況——產品在其生命周期曲線中的位置,新老產品交替的動向分析等。同行情況——同行產品經營銷售情況和發(fā)展趨勢.主要競爭對手在技術、經濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向。供應情況——主要原材料、配件、半成品等的質量、品種、價格、供應等方面的情況及變化趨勢等。電子技術論壇電子發(fā)燒友(2)技術調研一般包括產品技術的現狀及發(fā)展趨勢;行業(yè)技術和專業(yè)技術的發(fā)展趨勢;新型元器件、新材料、新工藝的應用和發(fā)展動態(tài);競爭產品的技術特點分析;競爭企業(yè)的新產品開發(fā)動向;環(huán)境對研制的產品提出的要求,如使用環(huán)境的空氣、濕度、有害物質和粉塵等對產品的要求;為保證產品的正常運轉,研制的產品對環(huán)境提出的要求等。電子技術論壇電子發(fā)燒友(3)社會調研一般包括企業(yè)目標市場所處的社會環(huán)境和有關的經濟技術政策,如產業(yè)發(fā)展政策、投資動向、環(huán)境保護及安全等方面的法律、規(guī)定和標準;社會的風俗習慣;社會人員的構成狀況、消費水平、消費心理和購買能力;本企業(yè)實際情況、發(fā)展動向、優(yōu)勢和不足、發(fā)展?jié)摿Φ取k娮蛹夹g論壇電子發(fā)燒友(一)產品規(guī)劃階段3.預測(1)定性預測在數據和信息缺乏時,依靠經驗和綜合分析對未來的發(fā)展狀況作出推測和估計。采用的方法有走訪調查、查資料、抽樣調查、類比調查、專家調查等。(2)定量預測對影響預測結果的各種因素進行相關分析和篩選,根據主要影響因素和預測對象的數量關系建立數學模型,對市場發(fā)展情況作出定量預測。采用的方法有時間序列回歸法、因果關系回歸法、產品壽命周期法等。電子技術論壇電子發(fā)燒友(一)產品規(guī)劃階段4.可行性分析所謂產品設計的可行性分析是指通過調查研究與預測后,對產品開發(fā)中的重大問題應進行充分的技術經濟論證,判斷是否可行。一般包括技術分析、經濟分析和社會分析三個方面。最后應提出產品開發(fā)的可行性報告。電子技術論壇電子發(fā)燒友可行性報告一般包括如下內容:1)產品開發(fā)的必要性,市場調查及預測情況,包括用戶對產品功能、用途、質量、使用維護、外觀、價格等方面的要求;2)同類產品國內外技術水平,發(fā)展趨勢;3)從技術上預期產品開發(fā)能達到的技術水平;4)從設計、工藝和質量等方面需要解決的關鍵技術問題;5)投資費用及開發(fā)時間進度,經濟效益和社會效益估計;6)現有條件下開發(fā)的可能性及準備采取的措施。電子技術論壇電子發(fā)燒友5.編制設計任務書產品設計任務書是指導產品設計的基礎性文件,其主要任務是對產品進行選型,確定最佳設計方針。電子技術論壇電子發(fā)燒友(二)方案設計階段1.對設計任務的抽象設計師應對設計任務進行抽象,抓住主要要求,兼顧次要要求,才能避免由于知識和經驗的局限性,思想上的種種框框,誤導設計方案的制訂。對設計任務進行抽象是對設計任務的再認識,通過功能關系和與任務相關的主要約束條件的分析,對“設計要求表”一步一步進行抽象,找出具有本質性的和主要的要求,即本質功能,以便找到能實現這些本質功能的解,再進一步找出其最優(yōu)解。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.建立功能結構總功能是表達輸入量轉變成輸出量的能力??偣δ芸芍鸺壨路纸?,分解到子功能的要求比較明確,便于求解為止。分功能和多級子功能及它們之間的關系稱為功能結構。便于了解產品中哪些子功能重復出現,為制訂通用零部件規(guī)范提供依據。電子技術論壇電子發(fā)燒友功能間的聯(lián)系存在三種基本結構型式:串聯(lián)結構如圖2—2a所示,又稱順序結構。并聯(lián)結構如圖2—2b所示。環(huán)形結構如圖2—2c所示,是輸出反饋為輸入的循環(huán)結構。圖2—2e則是有選擇性地進行反饋的循環(huán)結構。電子技術論壇電子發(fā)燒友(二)方案設計階段3.尋求原理解與求解方法所謂原理解就是能實現某種功能的工作原理,和實現該工作原理的技術手段和結構原理,即所謂功能載體。工作原理是科學原理和技術原理的統(tǒng)稱。是設計中最關鍵、最富于創(chuàng)造性的一個環(huán)節(jié)。從技術上和結構上實現工作原理的功能載體是以它具有的某種屬性來完成某一功能的。電子技術論壇電子發(fā)燒友(二)方案設計階段4.初步設計方案的形成(1)系統(tǒng)結合法:按功能結構的樹狀結構,根據邏輯關系把原理解結合起來。具體方法是采用如圖所示的圖表。(2)數學方法結合法:當子功能原理解的物理和幾何特征可以定量的形式表達時,有可能借助電子計算機,采用數學方法進行初步設計方案的組合。電子技術論壇電子發(fā)燒友(二)方案設計階段5.初步設計方案的評價與篩選(1)初步設計方案的初選:觀察淘汰法和分數比較法。(2)初步設計方案的具體化(3)對初步設計方案進行技術經濟評價電子技術論壇電子發(fā)燒友(三)技術設計階段1.確定結構原理方案(1)確定結構原理方案的主要依據其中包括決定尺寸的依據;決定布局的依據;決定材料的依據;決定和限制結構設計的空間條件等。(2)確定結構原理方案在上述依據的約束下,對主要功能結構進行構思,初步確定其材料和形狀,進行粗略的結構設計。(3)評價和修改對確定的結構原理方案經過技術經濟評價提供依據。電子技術論壇電子發(fā)燒友(三)技術設計階段2.總體設計(1)主要結構參數(2)總體布局包括部件組成、各部件的空間位置布局和運動方向、操作位置、各部件相對運動配合關系。(3)系統(tǒng)原理圖包括產品總體布局圖、機械傳動系統(tǒng)圖、液壓系統(tǒng)圖、電力驅動和控制系統(tǒng)圖等。(4)經濟核算包括產品成本和運行費用的估算、成本回收期、資源的再利用等。(5)其它電子技術論壇電子發(fā)燒友(三)技術設計階段3.結構設計主要任務是在總體設計的基礎上,對結構原理方案結構化,繪制產品總裝圖、部件裝配圖;提出初步的零件表,加工和裝配說明書;對結構設計進行技術經濟評價。必須遵守有關國家、部門和企業(yè)頒布的標準規(guī)范,通常要經過設計、審核、修改、再審核、再修改多次反復,才可批準投產。經常采用諸如有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計、計算機輔助設計等現代設計方法,來解決設計中出現問題。電子技術論壇電子發(fā)燒友(四)施工設計階段

1.零件圖設計

2.完善裝配圖

3.商品化設計

4.編制技術文檔電子技術論壇電子發(fā)燒友2.2.2系列化設計(一)系列化設計的基本概念(二)系列化設計的優(yōu)缺點(三)系列化設計的步驟電子技術論壇電子發(fā)燒友系列化設計方法是在設計的某一類產品中,選擇功能、結構和尺寸等方面較典型的產品為基型,以它為基礎,設計出其它各種尺寸參數的產品,構成產品基型系列。在產品基型系列的基礎上,派生出不同用途的變型產品,構成產品派生系列。編制反映基型系列和派生系列關系的產品系列型譜。系列化設計應遵循“產品系列化、零部件通用化、標準化”原則,結構的典型化”即所謂的“四化”原則。系列化設計是產品設計合理化的一條途徑,是提高產品質量、降低成本、開發(fā)變型產品的重要途徑之一。(一)系列化設計的基本概念電子技術論壇電子發(fā)燒友1)可以較少品種規(guī)格的產品滿足市場較大范圍的需求。2)系列產品是依據經過嚴格性能試驗和長期生產考驗的基型產品演變和派生而成的,可以大大減少設計工作量,提高設計質量,減少產品開發(fā)的風險,縮短產品的研制周期;3)產品有較高的結構相似性和零部件的通用性,可壓縮工藝裝備數量和種類,縮短產品的研制周期,降低生產成本;4)零備件的種類少,系列中的產品結構相似,便于進行產品的維修,改善售后服務質量;5)為開展變型設計提供技術基礎。(二)系列化設計的優(yōu)缺點電子技術論壇電子發(fā)燒友系列化設計的缺點:為以較少品種規(guī)格的產品滿足市場較大范圍的需求,每個品種規(guī)格的產品都具有一定的通用性,滿足一定范圍的使用需求,用戶只能在系列型譜內有限的一些品種規(guī)格中選擇所需的產品,選到的產品,一方面其性能參數和功能特性不一定最符合用戶的要求,另方面有些功能還可能冗余。電子技術論壇電子發(fā)燒友1.主參數和主要性能指標的確定主參數和主要性能指標應最大程度地反映產晶的工作性能和設計要求。例如普通車床的主參數是在床身上的最大回轉直徑,主要性能指標之一是最大的工件長度;主要性能指標是工作臺工作面的長度;搖臂鉆床的主參數是最大鉆孔直徑,主要性能指標是主軸中心線至立柱母線的最大距離等。上述參數決定了相應機床的主要幾何尺寸、功率和轉速范圍,因而決定了該機床的設計要求。(三)系列化設計的步驟電子技術論壇電子發(fā)燒友2.參數分級經過技術和經濟分析,將產品的主參數和主要性能指標按一定規(guī)律進行分級,制訂參數標準。產品的主參數應盡可能采用優(yōu)先數系。優(yōu)先數系如表2—2所示。電子技術論壇電子發(fā)燒友3.制訂系列型譜系列型譜通常是二維甚至多維的,其中一維是主參數,其它維是主要性能指標。通過系列型譜的制訂,確定產品的品種、基型和變型、布局,各產品品種的技術性能和技術參數等。在系列型譜中,結構最典型、應用最廣泛的是所謂的“基型產品”,產品的系列設計通常從基型產品開始。系列型譜內的產品是在基型產品的基礎上經過演變和派生而擴展成的。擴展的方式有縱系列、橫系列和跨系列擴展三類。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.2.3模塊化設計(一)模塊化設計的基本概念(二)模塊化設計的優(yōu)缺點(三)模塊化設計的步驟電子技術論壇電子發(fā)燒友為了開發(fā)多種不同功能結構,或相同功能結構而性能不同的產品,不必對每種產品單獨進行設計,而是精心設計出一批模塊,將這些模塊經過不同的組合來構造具有不同功能結構和性能的多種產品。模塊上具有特定的聯(lián)接表面和聯(lián)接方法,以保證相互組合的互換性和精確度。模塊化設計是產品設計合理化的另一條途徑,是提高產品質量、降低成本、加快設計,進行組合設計重要途徑。模塊化系統(tǒng)多數是屬于模塊和非模塊的混合系統(tǒng)。(一)模塊化設計的基本概念電子技術論壇電子發(fā)燒友1)便于用新技術設計性能更好的模塊取代原有舊的模塊,提高產品的性能,組合出功能更完善、性能更先進的組合產品,加快產品的更新?lián)Q代。2)采用模塊化設計,可快速滿足用戶提出的特殊訂貨要求,大大縮短設計和供貨周期。3)模塊化設計方法推動了整個企業(yè)技術、生產、管理和組織體制的改革。有利于采用成組加工等先進工藝,有利于組織專業(yè)化生產,既提高質量,又降低成本。4)模塊系統(tǒng)中大部分部件由模塊組成,設備如發(fā)生故障,只需更換有關模塊,維護修理更為方便,對生產影響少。(二)模塊化設計的優(yōu)缺點電子技術論壇電子發(fā)燒友1.明確任務為了能以最少的模塊組合出數量最多、總功能各不相同的產品,需要對市場需求進行深入調查,對所有欲實現的總功能加以明確,摒棄市場需求很少而又需要付出很大設計和制造代價的那些總功能。表2—3是以車床的市場需求為例。(三)模塊化設計的步驟電子技術論壇電子發(fā)燒友2.建立功能結構劃分模塊的出發(fā)點是功能分析。根據產品的總功能分解為分功能、功能元,求相應的功能模塊,再具體化為生產模塊。分功能包括基本功能、輔助功能、特殊功能和附加功能等幾類,相應地建立基本模塊、輔助模塊、特殊模塊、調整模塊和非標模塊等,如圖2—4所示。電子技術論壇電子發(fā)燒友電子技術論壇電子發(fā)燒友3.合理確定產品的系列型譜和參數模塊化系統(tǒng)也應遵循系列化設計的原理,確定模塊的系列型譜??v系列模塊系統(tǒng)中模塊功能及原理方案相同,結構相似,而尺寸參數有變化。隨參數變化對系列產品劃分合理區(qū)段,同一區(qū)段內模塊通用。橫系列模塊系統(tǒng)是在一定基型產品基礎上更換或添加模塊,以得到擴展功能的同類變型產品。跨系列模塊系統(tǒng)中包括具有相近動力參數的不同類型產品功能模塊。電子技術論壇電子發(fā)燒友4.模塊的組合模塊化系統(tǒng)的設計要考慮模塊如何組合,達到用較少種類的模塊組合出盡可能多的組合產品。模塊系統(tǒng)分開式和閉式兩類。閉式系統(tǒng)由一定數量種類的模塊組成有限數量的組合,而開式系統(tǒng)則是由模塊得到無限多的組合。閉式系統(tǒng)可計算出模塊的理論組合數。實際組合時要考慮使用需要、工藝可能及相容關系,實際組合數大大小于理論組合數。模塊組合要精心設計結合部的結構,結合部位的形狀、尺寸、配合精度等應盡量符合標準。電子技術論壇電子發(fā)燒友5.模塊的計算機管理系統(tǒng)1)對模塊進行編碼,以便進行計算機管理;2)給出模塊系統(tǒng)最多可組合的產品數;3)對于用戶的某一給定的設計要求,分析是否存在一種有效的組合方案;4)在滿足要求的幾種組合方案中進行評價,選擇最佳的組合方案;5)若無有效的組合方案滿足用戶要求,為新的模塊設計提供信息;6)給出已選方案的模塊組裝圖、明細表及價格表。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.2.4合理化工程合理化工程是一種管理哲理,適用于合同型企業(yè)。目的是采用先進的信息處理技術,縮短產品的開發(fā)周期,提高產品設計質量,縮短產品的生產周期,提高產品的質量,降低產品的成本,改善售后服務。產品結構的重組是進行系列產品和組合產品的開發(fā)、產品編碼和產品技術文件的系統(tǒng)化,從而減少零部件的類別數。產品設計開發(fā)過程的重組是將產品的設計開發(fā)過程分成全新產品設計和合同產品設計兩部分。全新產品設計進行的是換代產品和創(chuàng)新產品的設計。合同產品設計是進行變型設計或組合設計。為了實現產品結構和產品開發(fā)過程的重組,企業(yè)必須采用CAD/CAM和MRP一Ⅱ技術,并實現兩者之間的信息集成。電子技術論壇電子發(fā)燒友

2.3機械制造裝備設計的評價2.3.1技術經濟評價2.3.2可靠性評價2.3.3人機工程評價2.3.4結構工藝性評價2.3.5產品造型評價2.3.6標準化評價電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.1技術經濟評價技術的先進性和經濟的合理性(一)建立目標系統(tǒng)和確定評價標準將表2—1所表示的“設計要求表”中的必達目標按層次分級,形成樹狀目標系統(tǒng),每個樹葉代表一個評價標準。電子技術論壇電子發(fā)燒友(二)確定重要性系數每個評價標準對設計方案優(yōu)劣的影響程度是不同的,其影響程度用重要性系數(權系數)來表示,取值范圍是0~1。如圖2—7所示的樹狀四級目標系統(tǒng)為例,每個評價目標圓圈內有兩個數字;左面的數字表示隸屬于同一上級目標的各同級目標之間的相對重要性系數,其總和應等于1,一般由設計人員或設計組共同商定;右面的數字表示每一個評價目標在目標系統(tǒng)中所居的重要程度,簡稱重要性系數。電子技術論壇電子發(fā)燒友(三)確定各設計方案的評價分數目標系統(tǒng)中的每個評價標準(樹葉)的重要性系數算出后,可按評價標準確定每一個設計方案的評價分數,評價分數可按5分制(0~4)或10分制(0~9)給出。評價分數的大小代表了技術方案的優(yōu)劣程度。(四)總權重值將每個初步設計方案n個“加權值”進行累加,可得出該方案的總權重值。電子技術論壇電子發(fā)燒友(五)技術評價技術評價值越高,表示方案的技術性能越好。技術評價值為最大值,也就是等于方案是技術上最理想方案;技術評價值小于0.6的方案在技術上不合格,必須加以改進,否則應摒棄;技術評價值處于l~o.6之間的方案為技術上可行方案。如果技術上可行的設計方案,其個別評價標準的評價數特別低,說明該設計方案在這方面有明顯弱點,應認真地對這些弱點進行分析,判斷這些弱點將來有無可能禍及全局,如果有這可能,必須對設計方案進行修改,排除弱點,重新參與評價,再考慮能否作為初步優(yōu)選方案。電子技術論壇電子發(fā)燒友(六)經濟評價經濟評價是理想生產成本與實際生產成本之比。產品成本的組成如圖所示。產品成本主要包括材料成本和開發(fā)制造成本兩大部分。電子技術論壇電子發(fā)燒友(七)技術經濟評價TEj設計方案的技術評價了Tj和經濟評價Ej經常不會同時都是最優(yōu),進行技術和經濟的綜合評價才能最終選出最理想的方案。技術經濟評價TE,有兩種計算方法:1)當Tj和Ej的值相差不太懸殊時,可用均值法計算:

TEj=(Tj+Ej)/22)當Tj和Ej的值相差很懸殊時,建議用雙曲線法計算:

TEj=(Tj+Ej)1/2技術經濟評價TEj值越大,設計方案的技術經濟綜合性能越好,一般TEj值不應小于0.65。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.2可靠性評價可靠性是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力。(一)可靠性特征量電子技術論壇電子發(fā)燒友(二)可靠性預測目的是為了發(fā)現薄弱環(huán)節(jié),提供方案比較、修改、優(yōu)選和進行可靠性分配的依據,并對產品的維修費用以至全壽命運行費用作出估計。可靠性預測包括單元可靠性預測和系統(tǒng)可靠性預測??煽啃灶A測有許多方法,隨預測的目的、設計的時期、系統(tǒng)的規(guī)模、失效的類型及數據情況等的不同而用不同的方法,如統(tǒng)計分析法、失效模式、影。向及后果分析法(FMECA)、故障樹分析法(FTA)、可靠性邏輯框圖法及近似值法等。電子技術論壇電子發(fā)燒友在分析系統(tǒng)可靠性時,必須了解系統(tǒng)中每個單元的功能,各單元間在可靠性功能上的聯(lián)系,以及這些單元功能、失效模式對系統(tǒng)功能的影響,這是建立可靠性邏輯框圖的基礎。根據單元在系統(tǒng)中所處的狀態(tài)及其對系統(tǒng)的影響,系統(tǒng)可分為如圖2—11所示-的幾種類型。電子技術論壇電子發(fā)燒友(三)可靠性指標的分配1)對技術成熟的單元,能夠保證實現較高的可靠性,或預期投入使用時可靠性可有把握達到較高水平的單元,可分配較高的可靠度;2)對較簡單的單元,組成單元的零部件數量少,裝配容易保證質量或故障后易于修復的單元,可分配較高的可靠度;3)對重要的單元,該單元的失效將引起嚴重的后果,或該單元失效會導致全系統(tǒng)失效,應分配較高的可靠度;4)對整個任務時間內需連續(xù)工作,或工作條件嚴酷的單元,應分配較低的可靠度。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.3人機工程評價(一)人因素方面1.人體靜態(tài)尺寸人體靜態(tài)尺寸隨地區(qū)和人種、性別而異;經過統(tǒng)計分析,制訂出相應的指導性設計規(guī)范GBl0000—88。其中包括我國成年人人體主要尺寸、立姿人體尺寸、坐姿人體尺寸和人體水平尺寸等。為了應用方便,各項人體尺寸數值均同時標明等于和小于該尺寸的人群占總人數的百分比。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.人體動態(tài)尺寸人體動態(tài)尺寸是指人在工作位置上的活動空間尺度,主要包括立姿時人的活動空間和坐姿時人的活動空間。每種活動空間又包括上體不動時的活動空間和上體一起動時的活動空間。這些可以在GBl0000—88標準的基礎上分析出來。電子技術論壇電子發(fā)燒友3.人體操縱力人在操作和使用機器時需作一些操作動作。操作件使人體承受一定的負荷,隨年齡、性別、身體素質、健康情況、和訓練程度等情況的不同,操作負荷達到一定的強烈程度和持續(xù)時間,將導致人體疲勞。在通常情況下,操作應輕快、靈活,但也不能過于輕快,以至承受不起人體肢體的靜重而產生誤操作。相反,有些不需要或只有在特殊情況下才容許人進行操作的部位,例如緊急停車、電氣控制柜門把等,其操作力應設計得大一些,甚至超過人的正常體力,有時非得借助工具才能動作。

電子技術論壇電子發(fā)燒友4.人的視覺和聽覺特性要實現正確的操作,人必須能夠準確、全面、及時地接受外界的信息。設計時應研究和分析人感官器官的感知能力和范圍,確定合適的人機界面。視野是指人的頭部和眼球固定不動的情況下,眼睛自然可見的空間范圍,常以度(o)來表示。正常人的視野在水平面內約左右60’,有效區(qū)域為左右10’~20‘;垂直面內向上50‘;向下70‘,有效區(qū)域向上30‘,向下40‘。視距是指人在操作過程中正常的觀察距離。一般操作視距范圍在380~760mm之間。電子技術論壇電子發(fā)燒友人的眼睛沿水平方向運動比垂直方向運動靈活,感覺水平尺寸的誤差也比垂直尺寸精確,且不易疲勞,因此視覺接受的信號源應盡可能水平排列。人的視線習慣從左到右、從上到下按順時針方向移動。當眼睛觀察視區(qū)時,視區(qū)的右上象限觀察效果最優(yōu),依次是左上象限、左下象限和右下象限。人眼對直線輪廓比對曲線輪廓更易接受。人眼最易辨別紅色,依次為綠、黃、白;當兩種顏色匹配在一起時,最易辨別的順序是黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑宇等。電子技術論壇電子發(fā)燒友人的聽覺器官也是重要的信息接受器。人們對來自聽覺的信息反應較來自視覺信息的反應大約快30~50ms。人們可以聽到的聲音頻率范圍在20~2000Hz之間,可以聽到的聲強級范圍在0~120db之間。當超過110~130db時人們會感到不舒服。機器的聲音信號的頻率和聲強應適于入耳的接受范圍,而且應有別于機器周圍或機器本身產生的聲音。聲音信號的設計應根據信號的意義,如報警、提示、顯示運行狀態(tài)等的區(qū)別。設計成不同的音響形式。音響形式可以是連續(xù)音響、斷續(xù)音響、音樂等,使人聽到該音響后馬上產生相應的條件反射,進行必要的操作。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.3人機工程評價(二)機器因素方面1.信號顯示裝置設計主要包括儀表顯示和信號燈顯示兩種。應根據人的生理和心理特征進行設計,使人接受信息速度快、可靠性高、誤讀率低,并減輕精神緊張和身體疲勞。儀表顯示有指針式和數顯式兩類。設計時應正確選擇信號燈的顏色和位置。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.操縱裝置設計操縱裝置有手動和腳動兩類。手動操縱裝置按運動方式分有旋轉式、移動式、按壓式操縱器等。設計時應注意其形狀、大小、位置、運動狀態(tài)和操縱力的大小等,這些都應符合生物力學和生理學的規(guī)律,以保證操縱時的舒適和方便。人們在操縱時,經過長期的生活和工作實踐、以及培訓,人們逐漸形成了一套習慣進行產品設計時,必須遵循這些操作習慣。電子技術論壇電子發(fā)燒友(1)手柄操作方向

當運動件作直線運動時,手柄操作方向應大致平行于運動件的移動軌跡,并與運動件產生的運動方向一致。當運動件作回轉運動時,手柄的回轉平面應與運動件的回轉平面平行,手柄的操作方向應與運動件產生的回轉方向一致。電子技術論壇電子發(fā)燒友(2)按鈕位置

按鈕的排列直線應和運動件的運動方向相平行,即操縱運動件向右、向前或向上的按鈕應布置在按鈕板的最右、最前和最上方,如圖所示。如運動件作回轉運動,按鈕位置的排列方向應與距該組按鈕最近的運動件上的圓周線速度方向相一致。電子技術論壇電子發(fā)燒友(3)手輪操作方向

如運動件作回轉運動,操縱者面對手輪軸端,順時針方向轉動手輪時,運動件應作順時針方向回轉。如運動件作徑向運動,操縱者面對手輪軸端,順時針方向轉動手輪時,運動件應向中心方向運動。(4)特殊情況

如一個操作件可以使運動件實現多個方向運動時,上述原則應用于最常用的一個方向;如同時操縱主運動和進給運動時,上述原則適用于進給運動。電子技術論壇電子發(fā)燒友3.安全保障技術包括系統(tǒng)本身安全性和操作人員安全性兩大方面。為保證系統(tǒng)本身的安全性,應自動設置安全工作區(qū)限,設計互鎖安全操作,工作環(huán)境條件監(jiān)測監(jiān)控,非正常工作狀態(tài)的自動停機,對操作失誤的自動安全處理等。為保證人員的安全性,應采取各種保障人身安全的措施,如漏電保護、報警指示、急停操作和快速制動等,同時對危險工作區(qū)要設置自動光電柵欄和工作區(qū)自動防護及有害物和危險物的自動封閉等。電子技術論壇電子發(fā)燒友4.人體舒適性和使用方便性1)作業(yè)空間能使操作者感到舒適和安全,要照顧到不同操縱者的身體尺寸;2)操作過程中避免差錯,提高工作效率;3)顯示裝置和操縱裝置的布局要既緊湊又可區(qū)分;4)人作業(yè)時,四肢分擔的作業(yè)要均衡,避免身體局部超負荷作業(yè);5)要根據機器設備的功能特點、外觀形態(tài)來進行合理的布局,以適應人作業(yè)時的各種心理、生理感知特性。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.3人機工程評價(三)環(huán)境因素方面1)作業(yè)空間。如場地、廠房、機器布局、作業(yè)線布置、道路及交通、安全門等。2)物理環(huán)境。包括照明、空氣溫度、濕度、氣壓、粉塵、輻射、噪聲等。3)化學環(huán)境。包括有毒物質、化學性有害氣體及水質污染等。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.3人機工程評價(四)人機系統(tǒng)方面1)產品系統(tǒng)中人的功能和其它各部分功能之間的聯(lián)系和制約條件,以及人機之間功能的合理分配方法。2)系統(tǒng)中被控對象狀態(tài)信息的處理過程,人機控制鏈的優(yōu)化。3)人機系統(tǒng)可靠性和安全性。4)環(huán)境因素對勞動質量及生活質量的影響,提高作業(yè)舒適度和安全保障系統(tǒng)的設計。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.4結構工藝性評價(一)加工工藝性1.產品結構的合理組合根據工藝要求,設計時應合理地考慮產品的結構組合,把工藝性不太好或尺寸較大的零件分解成多個工藝性較好的較小零件。產品結構的合理組合也包括設計時把多個結構簡單、尺寸較小的零件合并為一個零件,以減輕重量,減少聯(lián)接面數量,節(jié)省加工和裝配費用,改善力學性能。有些零件上各工作面的工作條件不同,常采用不同的材料,可將多個零件的坯件用不可拆方式聯(lián)接在一起,如熱壓配合、鉚接、粘接或螺紋聯(lián)接等,然而再整體地進行加工,可取得很好的效果。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.零件的加工工藝性零件的結構形狀、材料、尺寸、表面質量、公差和配合等確定了其加工工藝性。加工工藝性的評價應依據制造廠現有的生產條件,沒有一個絕對的標準。這些生產條件概括起來包括如下幾個方面:傳統(tǒng)的工藝習慣,本企業(yè)的加工設備和工裝條件,外協(xié)加工條件,與老產品結構的通用,材料、毛坯和半成品的供應情況和質量檢驗的可能性等。電子技術論壇電子發(fā)燒友(二)裝配工藝性1.便于裝配的產品結構(1)裝配操作的分解(2)裝配操作的壓縮(3)裝配操作的統(tǒng)一(4)裝配操作的簡化2.便于裝配的零件結合部位結構3.便于裝配的零件結構電子技術論壇電子發(fā)燒友(三)維修工藝性1)平均修復時間短;2)維修所需元器件或零部件的互換性好,并容易買到或有充足的備件;3)有寬敞的維修工作空間;4)維修工具、附件及輔助維修設備的數量和種類少,準備齊全;5)維修技術的復雜性低;6)維修人員數量少;7)維修成本低;8)采用狀態(tài)監(jiān)測和自動記錄電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.5產品造型評價機械產品的造型的總原則是經濟、實用、美觀大方?!敖洕敝傅氖窃煨统杀镜?,并有助于提高產品的可靠性、壽命和人機界面?!皩嵱谩敝傅氖鞘褂貌僮鞣奖恪⑹孢m、符合人體的生理和心理特征,使人機系統(tǒng)的工作效能達到最高?!懊烙^大方”是指產品的外觀形象給人的心理、生理及視覺效應良好。人的審美觀點盡管不全相同,但還是有相同規(guī)律可循,良好的外觀造型應從產品造型設計和產品色彩兩方面去評價。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.3.5產品造型評價(一)產品造型設計——符合美學原理有尺度感的造型,具有使用合理、與人的生理感覺和諧,與使用環(huán)境協(xié)調的特點,是造型美的基本因素之一。人的視覺具有本能的喜愛比例得當的造型,即所謂的比率美。電子技術論壇電子發(fā)燒友2.對稱與均衡對稱和均衡是取得良好視覺平衡的兩種基本形式。對稱是自然界最常見的一種平衡方式,也廣泛地用于產品造型中,但對稱形式易使人的視覺停留在對稱線上,給人以單調、呆板的感覺,故在應用對稱形式造型時應加以注意。均衡是不對稱的平衡方式,來源于力學的平衡原理。均衡造型的產品具有靜中有動、動中有靜的條理美和動態(tài)美。由于均衡形式的支點不夠確定,安定感比對稱形式差,處理不當,易形成雜亂的效果。在設計過程中,必須恰當處理對稱與均衡,才能取得良好的造型效果。電子技術論壇電子發(fā)燒友3.安定與輕巧造型的安定性來自實際安定和視覺安定兩方面。但是輕巧與安定往往是矛盾的,是產品造型美對立統(tǒng)一的兩個方面。在色彩方面,明度低的色彩,顯得重感較大,裝飾在產品形體的下部可增強安定感,裝飾在產品形體的上部會產生輕巧感;明度高的色彩的效果恰巧相反。電子技術論壇電子發(fā)燒友4.對比與調和在產品造型設計中,一般以調和為主調,在調和的基礎上采用對比的手法。常用的手法有以下幾方面:(1)線型的對比與調和(2)體量的對比與調和(3)方向的對比與調和(4)虛實的對比與調和(5)質感的對比與調和(6)色彩的對比與調和電子技術論壇電子發(fā)燒友5.過渡與呼應過渡是指在兩個相鄰的形體、面或色彩之間,采用逐漸演變的形式把二者聯(lián)系起來,以取得和諧造型效果。呼應是指造型設計時,在前后、上下或左右對應部位,利用“形”、“色”、“質”的某些相同或相似的

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