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前言1

第1章 绪论1

1.1 机电一体化系统设计理论的发展1

1.1.1 机电一体化系统的发展过程1

目录1

1.1.2 机电一体化系统设计理论发展的两个阶段2

1.2 概念设计理论的发展4

1.2.1 概念设计的新含义4

1.2.3 方案设计与概念设计、创新设计及系统设计之间的关系模型6

1.2.2 概念设计过程的两个阶段6

1.2.4 现有的概念设计理论与方法综述7

1.3 机电一体化系统概念设计的研究现状10

1.3.1 国外研究现状11

1.3.2 国内研究现状12

1.4 机电一体化系统创新设计需解决的问题14

1.4.1 创新方案的产生14

1.4.2 创新方案的表达14

1.4.3 创新设计过程的计算机实现15

第2章 机电一体化系统概念设计过程模型的建立16

2.1 机电一体化系统的特征、结构组成与理论基础16

2.1.1 机电一体化系统的内涵16

2.1.2 机电一体化系统的结构组成17

2.2 广义执行机构子系统的基本特性19

2.2.1 广义执行机构子系统19

2.2.2 广义执行机构的种类20

2.2.3 驱动元件的机械特性和基本特点21

2.2.4 驱动元件与执行机构的匹配22

2.2.5 广义执行机构的运动方程式23

2.3 传感检测子系统的基本特性及设计原则24

2.3.1 传感检测子系统的基本特性24

2.3.2 传感器的分类与基本要求24

2.3.3 传感器与微机的接口27

2.3.4 传感检测子系统的设计原则27

2.4 信息处理与控制子系统的基本特性及设计过程27

2.4.1 信息处理与控制子系统的基本特性27

2.4.2 信息处理与控制子系统的基本构成27

2.4.3 信息处理与控制子系统的设计过程28

2.5 三子系统的集成与融合原则30

2.5.1 广义执行机构的集成与融合30

2.5.2 多传感器集成与信息融合系统30

2.5.3 控制器系统设计原理35

2.6 机电一体化系统概念设计的过程模型36

第3章 机电一体化系统原理方案创新方法40

3.1 原理方案设计的含义及研究现状40

3.1.1 原理方案设计的含义40

3.1.2 原理方案设计的研究现状40

3.2 F-P-A-M原理方案求解模型41

3.3 基于功能分析的原理方案创新方法44

3.4 多个原理解模块间的接口匹配策略47

3.4.1 机电一体化系统原理解的特征模型47

3.4.2 机电一体化系统原理求解策略48

3.5 基于实例的原理方案的创新方法54

第4章 广义执行机构的创新设计方法58

4.1 广义执行机构的设计理论和方法58

4.1.1 广义执行机构的运动学58

4.2.2 可控执行机构的分类59

4.2.1 可控执行机构的概念59

4.1.2 广义执行机构的动力学59

4.2 可控执行机构的分类研究59

4.3 驱动元件与执行机构的集成63

4.3.1 驱动元件与执行机构集成系统的数学模型64

4.3.2 驱动元件与执行机构集成系统的稳态分析65

4.4 广义执行机构的方案创新66

4.4.1 工艺动作及其描述67

4.4.2 动作分组69

4.4.3 动作结构变型方案创新法71

第5章 机电一体化系统概念设计的符号表达方法83

5.1 机电一体化系统的方案表达现状83

5.2 机电一体化系统的三个子系统的功能模型83

5.3 广义执行机构子系统的符号表达84

5.3.1 能量流的标准化84

5.3.2 输入输出运动功能及运动关系的符号表达84

5.3.3 广义执行运动功能的符号表达86

5.3.4 广义执行运动功能的特征属性87

5.4 传感检测子系统的符号表达88

5.5 信息处理与控制子系统的符号表达89

5.6 机电一体化系统功能关系的符号表达89

5.6.1 三子系统的集成与融合的符号表达89

5.6.2 功能元之间的相互作用关系的符号表达90

5.6.3 多个功能元之间的逻辑推理关系91

5.6.4 功能元产生的有用效力与有害效力的符号表达92

5.7 机电一体化系统方案符号表达的构思规则92

5.8 机电一体化系统方案表达实例研究93

5.8.1 实例1：多功能缝纫机方案的符号表达93

5.8.2 实例2：数控机床方案的符号表达96

第6章 机电一体化系统方案求解知识库的建立及辅助方案创新99

6.1 机电一体化系统方案求解知识库的研究现状99

6.2 机电一体化系统方案求解知识库的总体设计100

6.2.1 功能元模块求解法100

6.2.2 机电一体化系统方案求解知识库的构成体系100

6.2.3 机电一体化系统方案求解知识库应用程序开发方法的选取100

6.2.4 机电一体化系统方案求解知识库应用程序开发工具的选择102

6.3 驱动元件库的建立103

6.4.1 基本运动功能的分类及其功能特征属性提取104

6.4 基本运动功能载体库的建立104

6.4.2 基本运动功能载体库的模型105

6.4.3 基本运动功能载体库的软件实现106

6.4.4 应用实例研究106

6.4.5 基本运动功能载体库的特点108

6.5 传感检测功能载体库的建立108

6.5.1 传感检测功能载体库的关系结构108

6.5.2 传感检测功能载体库108

6.6 计算机辅助机电一体化系统方案的自动生成109

6.7 机电一体化系统方案求解知识库中关键技术的研究112

第7章 机电一体化系统的仿真116

7.1 机电一体化系统仿真的意义及仿真软件的选择116

7.1.1 仿真在概念设计中的作用116

7.1.2 仿真软件的选择117

7.1.3 机电一体化系统仿真模型的研究118

7.2 机电一体化控制系统的仿真123

7.2.1 机电一体化控制系统的模型特征123

7.2.2 控制器设计原理与设计规则125

7.2.3 控制器的控制方案求解129

7.3 广义执行机构系统的仿真模型133

7.3.1 驱动元件和执行件集成的广义执行机构库133

7.3.2 传感器库134

7.3.3 多功能缝纫机横针机构仿真研究135

7.4 仿真模型的接口技术138

7.4.1 面向对象的接口138

7.4.2 接口类型139

7.4.3 接口向方框图模型的转换140

7.5 仿真实例141

第8章 机电一体化系统方案评价方法145

8.1 概念设计评价方法概述145

8.2 机电一体化系统方案评价指标的层次结构145

8.3 基于图论的AHP方法中的一致性问题的解决147

8.3.1 特征矢量法与有向图的对应关系148

8.3.2 三环路法149

8.3.3 临界不一致指标值150

8.3.4 对判断矩阵的一致性影响最大的项151

8.3.5 不一致度151

8.3.6 实例研究152

8.4 网状图方案评价方法157

8.5 实例研究158

8.5.1 实例1158

8.5.2 实例2162

第9章 方案创新设计应用研究166

9.1 引言166

9.3 新型家用绣花机的系统方案设计167

9.3.1 新型家用绣花机的功能设计及工艺动作过程构思167

9.2 家用多功能缝纫机的常规设计方法及缺陷167

9.3.2 新型家用绣花机系统的方案设计及符号表达168

9.4 新型家用绣花机的新设计方案170

9.4.1 新型家用绣花机设计方案的自动生成170

9.4.2 关键功能模块的方案设计及动态仿真170

9.4.3 新型家用绣花机系统的动态仿真174

9.4.4 实验样机的试制174

参考文献177

附录A186

附录B189