Page 75 - 机械技术运用及理论研究

第二章 机械设计要点及技术应用研究 63

二、产品的功能、结构和环境变更分析

相较于其他传统机械，可变功能机械在总体设计过程中对工作环境的适应性
设计研究更为必要和迫切。如果变更后的产品不能适应新环境，将会影响到产品
的正常使用性能和可靠性，最终导致变更设计的失败。例如在粉碎机向榨汁机的

功能变更在设计中，其工作环境从干燥转变为潮湿，如果其动力系统部分没有进
行防潮密封的适应性设计，产品极有可能在执行榨汁功能时造成部分电子器件短
路，造成产品故障和严重的安全隐患。

（一）功能、结构变更分析
功能是设计人员对设计目的或设计意图的抽象描述。可变功能机械产品的总
功能可逐级分为若干子功能，这些子功能间存在一定的逻辑关系，各子功能相互

协调配合实现产品的总功能。若子功能发生故障可能导致功能链的不完整，最终
导致产品失效。在对现有产品进行变更再设计时，由于客户需求的改变，产品的
总功能也随之改变，故产品的子功能以及子功能间的相互关系也需要进行相应的

变更和重组。从功能角度出发，在总功能的变更过程中，针对子功能的变更操作
主要有增添、删减和替换子功能 3 种方法。在进行变更再设计时，通常需要混合
使用这 3 种方法，以最终满足目标功能要求的功能链。由于不同子功能又对应多
个不同的结构，产品功能的变更必须通过结构的变更才能实现。因此，可以根据

功能结构的映射关系，建立功能结构变更图来描述变更前后的结构关系变化。
（二）内、外环境因子
任何机械产品在使用过程中都有其工作环境，可以通过一系列背景环境加以

表达。产品在进行功能变更再设计后，由于目标功能发生了改变，往往意味着产
品使用时的工作环境也会发生改变，从而可能面临新的有害环境。如果变更后的
产品结构体不能适应这种新环境，将对产品的功能造成影响，并最终影响产品的
正常使用。有害环境一般通过两种作用对产品的功能产生影响：第一，直接作用，

即环境因子直接施加在产品构件上，对产品的结构产生影响，进而影响到产品的
功能，最后影响产品的正常使用。第二，间接作用，即环境因子通过与产品间的
相互物理作用，向系统内部输入有害的动作，由此对系统内部的行为和结构产生

影响，使系统产生副作用输出，进而影响产品的功能，这种关系可能包括一切作
用，可以是力、力矩、移动等。基于不同环境因子对产品功能产生影响的不同作