Page 141 - 机械设计制造与自动化技术研究

第五章 机电一体化系统设计

描述任务。不涉及具体解决办法。但是在具体设计时要根据设计任务的具体情况
对上述步骤做适当删减。
（2）黑箱法。对于要解决的问题，设计人员难以立即认识，犹如对待一个

不透明、不知其内部结构的“黑箱”。利用对未知系统的外部观测，分析该系统
与环境之间的输入和输出关系，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特
性，进一步寻求能实现该功能、特性所需具备的工作原理与内部结构。这种方法
称为黑箱法。

三、系统总功能的分解

系统的总功能可以分解为分功能（如一级分功能、二级分功能……），分功
能可再分解为功能元（最小单位）。所以，功能是有层次的，是能逐层分解的。

（1）功能元。功能元是功能基本单位。在机电一体化产品设计中常用的基
本功能元有：物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
其一，物理功能元：它反映系统中能量、物料、信号变化的物理基本动作，
常用的有：变换—复原、放大—缩小、连接—分离、传导—绝缘、存贮—提取。

“变换—复原”功能元，主要包括各种类型能量之间的转变、运动形式的转
变、材料性质的转变、物态的转变及信号种类的转变等。
“放大—缩小”功能元，是指各种能量、信号向量（力、速度等）或物理量
的放大及缩小，以及物料性质的缩放（压敏材料电阻随外压力的变化而变化）。

“连接—分离”功能元，包括能量、物料、信号同质或不同质数量上的结合。
除物料之间的合并、分离外。流体与能量结合成压力流体（泵）的功能也属此范围。
“传导—绝缘”功能元，反映能量、物料、信号的位置变化。传导包括单向
传导、变向传导，绝缘包括离合器、开关、阀门等。

“存贮—提取”功能元。体现一定时间范围内保存的功能。如飞轮、弹簧、
电池、电容器、录音带、磁鼓等分别反映了能量、声音、信号的贮存。
其二，数学功能元：它反映数学的原理，如加和减、乘和除、乘方和开方、
积分和微分。数学功能元主要用于机械式的加减机构和除法机构，如差动轮系、

计算机、求积仪等。
其三，逻辑功能元。包括“与”“或”“非”三元的逻辑动作，主要用于控
制功能。

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