本篇文章给大家谈谈工业机械设计中如何处理机械设计的可靠性设计？，以及机械现代设计方法的特征是什么对应的知识点，文章可能有点长，但是希望大家可以阅读完，增长自己的知识，最重要的是希望对各位有所帮助，可以解决了您的问题，不要忘了收藏本站喔。

机电一体化系统的设计都有哪些内容方法

机电一体化系统的设计：

一、机电一体化系统开发的设计思想

机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长并加以综合运用而取得整体优化效果，因此在机电一体化系统开发的过程中，要特别强调技术融合，学科交叉的作用。机电一体化系统开发是一项多级别、多单元组成的系统工程。把系统的各单元有机的结合成系统后，各单元的功能不仅相互叠加，而且相互辅助、相互促进、相互提高，使整体的功能大于各单元功能的简单的和，即“整体大于部分的和”。当然，如果设计不当，由于各单元的差异性，在组成系统后会导致单元间的矛盾和摩擦，出现内耗，内耗过大，则可能出现整体小于部分之和的情况，从而失去了一体化的优势。因此，在开发的过程中，一方面要求设计机械系统时，应选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数；同时也要求设计控制系统时，应根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数。综合应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、相互补充，充分体现机电一体化的优越性。

二、机电一体化系统设计方法

拟定机电一体化系统设计方案的方法有取代法、整体设计法和组合法。

1、取代法

这种方法是用电气控制取代原传统中机械控制机构。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。如用电气调速控制系统取代机械式变速机构，用可编程序控制器或微型计算机来取代机械凸轮控制机构、插销板、步进开关、继电器等，以弥补机械技术的不足，这种方法不但能大大简化机械结构，而且还可以提高系统的性能和质量。这种方法的缺点是跳不出原系统的框架，不利于开拓思路，尤其在开发全新的产品时更具有局限性。

2、整体设计法

这种方法主要用于全新产品和系统的开发。在设计时完全从系统的整体目标考虑各子系统的设计，所以接口简单，甚至可能互融一体。例如，某些激光打印机的激光扫描镜，其转轴就是电动机的转子轴，这是执行元件与运动机构结合的一个例子。在大规模集成电路和微机不断普及的今天，随着精密机械技术的发展，完全能够设计出将执行元件、运动机构、检测传感器、控制与机体等要素有机地融为一体的机电一体化新产品。

3、组合法

这种方法就是选用各种标准模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统。例如，设计数控机床时可以从系统整体的角度选择工业系列产品，诸如数控单元、伺服驱动单元、位置传感检测单元、主轴调速单元以及各种机械标准件或单元等，然后进行接口设计，将各单元有机的结合起来融为一体。在开发机电一体化系统时，利用此方法可以缩短设计与研制周期、节约工装设备费用，有利于生产管理、使用和维修。

三、机电一体化系统设计的内容

在机电一体化系统(产品)中控制系统设计的主要内容可归结为：确定系统整体控制方案、确定控制算法、选择微型计算机、进行系统的硬件和软件设计，以及系统统调。

1、确定系统整体控制方案

(1)确定控制任务

在设计系统以前，必须对控制对象的工作过程进行深入的调查、分析和熟悉，并明确实际应用中的具体要求，按机械与电子功能划分方案确定系统所要完成的任务，然后用控制流程图或其他适当形式描述控制过程和任务，写成设计任务说明书，作为整个控制系统设计的依据。

(2)构思控制系统的整体方案

1)确定系统的控制结构形式是开环还是闭环控制。

2)采用闭环控制时应考虑检测传感器的选择和所要求精度级别，并考虑机构安装、使用环境等问题。

3)选择执行元件是电动、气动还是液压或其他，根据控制对象具体要求，比较方案的优缺点，择优而用。

4)明确微机在系统中的作用：是设定值计算、直接控制还是数据处理和应具备的功能，需要哪些输入／输出通道和配置哪些外围设备等。最后，画出系统组成的原理框图和附加说明，作为进一步设计的基础，并初步估算成本。

2、建立数学模型确定控制方法

建立系统的数学模型是个复杂过程，也是一个试探的过程，需要反复权衡。

1)根据已初步确定的控制系统的物理结构，采用合适的控制理论方法建立和组成各环节以及整个系统的数学模型表达形式。通过静、动特性计算，为计算机进行运算处理提供依据。

2)根据不同的控制对象和不同的控制性能指标要求，选择不同的控制算法。对过程控制设备的直接数字控制系统常用PID调节的控制算法；在位置数字随动系统中常用实现最少拍控制的控制算法；机床数字控制中常使用逐点比较法、数字积分法和数据采样法的控制算法。另外，还有多种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法等供选择。

3)当控制系统较复杂时，控制算法也比较复杂，为设计、调试方便，可忽略小的非线性、小延时等因素的影响，将控制算法作某些合理的简化。利用计算机系统仿真技术，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。

总之，控制算法的确定是一个反复修正与试验的渐进过程。

3、选择微型计算机

对于微机所承担的任务给定以后，完成同一任务的微机方案有多种。一般以既能完成给定任务(应包括处理确定的控制算法)、又能充分发挥选用微机的功能、再留有一定功能余量为原则来选择。

从控制生产机械或生产过程要求出发，微型机应满足以下要求：

(1)有较完善的中断系统

对于控制用计算机，实时控制功能是一大特点。它包含系统正常运行时的实时控制能力和发生故障时紧急处理的能力。这种处理和控制一般都采用中断控制方式，即CPU及时接收终端请求、暂停原来执行程序，转而执行相应的中断服务程序，待中断处理完毕，再返回继续执行原程序。

在选用与CPU相应的接口芯片时也应有中断工作方式，以保证控制系统能满足生产中提出的各种要求。对于比较复杂的控制，要考虑采用实时操作系统。

(2)足够的存储容量

由于微型机内存容量有限，当内存容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存，或配备适当的外存储器(如硬磁盘等)。

(3)完备的输入／输出通道

输入输出通道是系统外部过程和微机交换信息的通道。根据实际需要有开关量输入／输出通道、模拟量输入／输出通道、数字量输入／输出通道和实现快速、批量交换信息的直接数据通道。通道的操作方式有串行、并行以及随机选择与按某种预订顺序进行工作等。

(4)微处理器芯片的选择

这一选择的实质就是确定能满足控制功能要求的微处理器的字长、速度和指令系统。这三者是相互依存的。一般选择：

1)对通常的顺序控制、程序控制可选用1位微处理器；

2)对计算量小、计算精度和速度要求不高的系统可选用4位微处理器，如计算器、家用电器控制及简易控制等；

3)对计算精度要求较高、处理速度较快的系统可选用8位微处理器，如经济型的线切割机床、普通机床的控制和温度控制等；

4)对要求计算精度高、处理速度快的系统统可选用16位或32位微处理器，甚至采用精简指令集运算的芯片RIRC或多CPU，如控制算法复杂的生产过程控制，要求高速运行的机床控制，特别是大量的数据处理等。

(5)系统总线的选择

微型计算机主要由若干块印制电路板(按功能模块设计、制造)构成。各块板之间的连接，当然是通过印制板的插座之间的连线来实现的。通常，为了给使用和维护带来方便，希望插座之间的连线具有通用性——一个系统中的各块印制板可插在任一插座上。同时，也是为了各厂家生产的电路板具有通用性、互换性，就要对插座及连线订个标准。这就是系统总线选择的由来。

目前支持微型计算机系统机构的总线有：STDBus支持8位和16位字长；MultiBus工型可支持16位字长，Ⅱ型可支持32位字长；S-100Bus可支持16位字长；VERSABus可支持32位字长，以及VMEbus可支持32位字长等。生产厂家为这类总线提供各种型号规格的OEM(初始设备制造)产品，包括主模块和从模块，由用户任意选配。

4、系统总体设计

系统设计主要是依据上述控制方案、设计所要求和选用的微机类型，对系统进行具体的设计。其设计可分为硬件的接口设计和软件设计两大类型。

在对系统总体设计时，一个最重要的问题是如何解决微机、被控对象和操作者这三者之间可靠地适时进行信息交换的通道和分时控制的时序安排。也就是综合考虑用硬件配置和软件措施解决系统运行的次序安排，以保证系统有条不紊地运行。

(1)接口设计

对于一种产品(或系统)，其各部件之间，各子系统之间往往需要传递动力、运动、命令或信息，这都是通过各种接口来实现的。机械本体各部件之间、执行元件与执行机构之间、检测传感元件与执行机构之间通常是机械接口；电子电路模块相互之间的信号传送接口、控制器与检测传感元件之问的转换接口、控制器与执行元件之间的转换接口通常是电气接口。

机电一体化产品的内外接口实际上就是一种进行物质、能量和信息交换的界面，它具有存储、转换和服务功能。按功能可以将接口划分为以下3种：

1)零接口。不需进行任何转换，把具有结合关系的两部分直接连接起来称为零接口，如连接管、电缆、接线柱和刚性联轴节等。

2)普通转换接口。在具有结合关系的两部分之间存在能量或信息的转换，但不含微处理器的接口为普通转换接口。如减速器、变压器、电磁离合器、放大器、光电耦合器、A／D转换器、D／A转换器等。

3)智能转换接口。它是一种含有微处理器的转换接口，具有可编程的特点，因而能够自动改变接口条件，如由微处理器编程的8255A，8279，PIO等。

目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化。对于硬件接口，在设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。

(2)操作控制台设计

微机控制系统必须便于人机联系，通常都要设计一个现场操作人员使用的控制台。这个控制台一般不能用微机所带的键盘代替。原因是现场操作人员需要的是简单、明了、安全的操作面板，以实现对机器的操作。所以，要求操作控制台应有以下功能：

1)有一组或几组数据输入键(数字键或拨码开关等)，用于输入或更新给定值、修改控制器参数或其他必要的数据。

2)有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，启动、停止系统或完成某种指定功能。

3)有一个显示装置或显示屏，用于显示各种运行状态、参数及故障指示等。控制台上应该有一个“紧急停止”按钮，用于有紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。

应当明确指出，控制台上每一种信号都与系统的运行状态密切相关。设计时，必须明确这些转换开关、按钮、键盘、显示器和故障指示灯的作用和意义，仔细设计控制台的硬件及其相应的管理程序，使设计的操作控制台既能方便操作又保证安全可靠，即使操作失误也不会引起严重后果。

(3)微型计算机控制系统的电源设计

微机控制系统中的电源，根据需要可以有不同的类型(直流和交流)和规格(电压和功率)。按照使用情况，对性能的要求也不尽相同，在设计过程中应按实际要求合理选用调试，并控制电压变动。电源本身要具有过压、短路、过载保护和热保护，否则将会造成不可弥补的损失。

(4)整机的安装、联接设计

这是一种整体结构设计。微机控制系统安装既包括了与被控对象的联接安排，也考虑了主机本身的安装联接问题。其设计原则应该是安装、联接的可靠性和使用、装配、维护的方便性。

1)安装、联接结构具有防震性，即印制电路板、接插件和元器件包括电缆等应牢固地安装在同一个机壳上，不因振动而松动。

2)采用标准或专用、制造质量好的防松接插件，以保证接触可靠而又使用、维护方便。

3)布线结构要合理，能防止相互间的电磁耦合干扰。一定要使信号线和功率线进行隔离，分别走线。对模拟信号更要注意走线的长短和屏蔽，如走线太长，需要考虑进行信号增强等措施。

4)正确安装安全地线、信号地线、屏蔽地线以及功率地线和强电地线，最终要进行地线连接。地线要采用一点接地型，即把信号地线、功率地线、被控对象地线(安全地)等连接到公共接地点。而总的公共接地点必须与大地接触良好，一般接地电阻要小于(4～7)Ω。

(5)软件设计

对于选定的微机控制系统，其微机本身已有一定的软件支持，一般这些软件要求用户了解其使用方法和基本原理。如果把微型计算机专门为某一控制领域而设计成专用的控制计算机，用户就需要利用计算机的指令系统和相应的开发系统来设计系统软件，即控制软件、管理软件、诊断软件等。这些系统软件的设计要求更有专用性和针对性。

在微机控制中，其软件任务大体可以分为数据处理和过程控制两大基本类型。数据处理主要包括数据的采集、数字滤波、标度变换，以及数值计算等等。过程控制主要是使微机按照一定控制算法进行计算，然后进行输出去控制生产。

5、系统联调

微机控制系统设计完成后，硬件电路要进行制作、安装及试验，并进行连续烤机运行。软件各模块要在微机上分别进行调试，使其正确无误，然后存盘。上述工作完成后，就可将硬件与软件组合起来进行系统联调的模拟试验，正确无误后，进行现场实验，直到正式运行。在这个阶段，最重要的是仔细设计模拟调试的方法与步骤，以及所用的测试手段。

此外，在现场试验前，要仔细检查接线，无误后才能进行现场调试。现场调试的步骤根据不同对象要仔细考虑。首先要把涉及的自动保护项目进行实验，确认有效后才可进入功能、参数等项目的试验。

机械现代设计方法的特征是什么

1）信息论方法,如信息分析法、技术预测法等。它是现代设计方法的前提。

2）系统论方法,如系统分析法、人机工程以及面向产品生命周期的设计。

3）控制论方法,如动态分析法等。

4）优化论方法,它是现代设计方法的目标。

5）对应论方法,如相似设计、反求工程设计等。

6）智能论方法,如CAE、并行工程、人工智能等是现代设计方法的核心。

7）寿命论方法,如可靠性设计、价值工程和稳健性设计等。

8）离散论方法,如有限元和边界元方法。

9）模糊论方法,如模糊评价和决策等。

10）突变论方法,如创造性设计等。它是现代设计方法的基础。

11）艺术论方法,如艺术造型等。

工业设计产品设计以及机械设计的区别

工业设计跟产品设计和机械设计其实差别巨大，是完全不同的几波人在干，鲜有人能够精通这几种不同的工作。

工业设计：其实也没必要理解得太高大上，实质上就是外观设计，对工业类产品的外形、特征之间的位置关系、材质、色彩、表面处理方式等方面的设计和表达，主要是美感方面的表达，广泛应用于工业用品、工艺品、日用品等各行各业。一名真正优秀的工业设计师，除了具有美感方面的创作功底之外，还应了解和熟悉所设计的产品的工作原理、功能实现方式、内部构造、产品实现的工艺、制造方式、模具实现方式等等，只有这样，所设计出来的外观才是“靠谱”的，才是可产品实现的，否则只能是个笑话，只能是废纸一张。

产品设计：一般指产品内部构造设计、零件之间的支撑、连接、位置关系的设计，还有整机功能的实现，一般应用于非传动件的构造设计。也有特殊的情况，有一小部分的产品设计还包含外观设计在内，然后连同结构设计包干到底。产品设计，同样需要掌握很全面的知识，否则，同样只能是纸上谈兵，要么产品无法实现，要么产品设计笨拙、要么成本居高不下、要么可靠性过低等种种缺陷，总之，一个优秀的产品和一个差的产品，在同行人眼中差别巨大。

机械设计：一般在非标自动化设备、工程机械、机器人等行业较多，主要应用于运动部件较多的产品上，技术含量相对较高，但生产批量一般不大，难以大规模复制产品。该岗位需要对机械传动原理、力学分析、运动仿真等相当熟悉，才能胜任该项工作。

以上三种工作，是既有关联也有明显区别，没有人能够精通全部，其中任何一种都够你学一辈子，切忌“贪杯”！

互联网设计和机械设计有什么区别

互联网设计的特色在于，把设计的理念用互联网工具呈现出来。

机械设计的特色在于，以机械的功能为基础，把设计的理念和作品呈现出来，例如，在3D打印时代，任何想呈现的设计作品都可通过3D打印出来。

机械设计和机械加工哪个有前途

首先，我们来思考几个问题：

1.市场上现在都是哪些人在干机械设计，哪些人在干机械加工？

2.干机械设计混的好的人都是什么样的人？他们成功的背后有我们可以借鉴的经验吗？

3.干机械加工混的好的人都是什么样的人？他们成功的背后有我们可以可以借鉴的经验吗？

然后，我来抛出我的观点：

观点一：机械设计和机械加工两个职位所需的学历层次一般不同。

特别说明：这里没有任何歧视机械加工技师的意思，事实上我国非常缺高级技师，非常缺工匠精神，我本人非常尊重车间师傅，是他们的默默付出撑起了中国的制造业！

观点二：机械设计和机械加工两个职位都有可能实现美好的“前途”和“钱途”，关键在于你干的活是否技术含量高，别人很难替代你。

最后，我认为：

行行出状元，处处出状元，根据你自身的情况，你可以自己判断你是更有可能干机械设计，还是更有可能干机械加工，不管是干机械设计还是机械加工，只要不断提高自己的能力，干那些技术含量高的活，你的日子就会很有前途和钱途。

我是机械设计师，专门“吐槽”机械行业那些事儿，欢迎您的关注！

可靠性计算原理与方法

可靠性计算的原理与方法：

在跟踪可靠性研究前沿的基础上，以航空、航天与民航为背景，结合数理统计与工程设计原理，系统地阐述了可靠性理论与工程应用方法。全书包括可靠性基本概念、可靠性统计基础、可靠性建模方法、复杂系统可靠性分析方法、关联系统可靠性原理、面向过程的系统可靠性、可靠性预计与分配、机械可靠性设计、可靠性试验与评定、可靠性物理与失效分析、安全风险评估与管理等，给出了近年来在航空、航天与民航领域成功应用的典型可靠性工程案例。

到底什么是机械设计

机械设计（machinedesign），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。

机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。

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