| 单词 | 系统科学和机械设计 |
| 释义 | 【系统科学和机械设计】 系统科学在机械设计中的应用可以归纳为两个基本问题：(1)将要设计的机器当作一个系统来处理，最佳地确定它的组成部分(单元)及其相互关系，实现机械系统的最佳组态；应用优化技术，综合、协调、优化各部分的功能，实现机器总体的最优设计。(2)将机器设计过程当作一个系统来处理，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的工作阶段，按照各种工作的需要组建设计队伍，协调各个方面的工作和步骤，使设计组织能够紧张而有秩序地工作，从而提高工作效率和经济效益，使设计目标能够最优地完成或实现。在设计过程中，技术队伍的素质(指总体素质)是设计的基础，但是，只有在强有力的组织管理工作的支持下，技术队伍才能发挥出应有的水平。 系统方法是指按照系统方法去研究、处理一个事物时，把所处理的事物看成一个系统，分析它应该包含的组成部分(元素、要素、子系统等)和这些部分之间、系统内部和环境之间的关联作用，以及系统在更大范围系统中的地位和作用，并从总体角度把系统中的人、物、能量和信息加以协调和处理。将系统方法应用于机械设计中主要应做好的工作1．系统结构有序化。根据系统第二定律，系统有序化的重要标志是系统各组成部分的分工和协作。一方面是系统总体的某一功能由某一部分(子系统)专职，另一方面是各组成部分形成一个有机整体，存在某种非线性联系。系统组成部分通过分工协作，使系统对空间、时间、物质、能量、信息的利用率达到最高。因此，机构有序化就是从系统内部结构上来开发系统的价值。在技术上，机器本身的结构有序化，长期以来已为工程界所重视，并在实践中形成了许多可资遵循的准则或惯例。但结构有序化问题仍然重要：第一，要提高应用结构有序化概念的自觉性；第二，要提高应用有序化概念的深度和广度，要从结构有序化的角度上提高机械设计人员的创造能力。在组织管理工作中，把整个设计过程当做一个系统来处理，分解总任务，由此构成系统各个组成部分，可以合理地分配人力、物力、财力，正确建立各种工作之间的关系。2．战略、策略全局性和价值观念长远性。战略观点要求系统工作者从更高、更远的角度上开发系统的价值。首先必须正确认识本系统在更大系统的功能和目标的需要。在机械设计中，一个部件的设计人员不能以该部件本身作为他们创造性思维的基点，而应以整个机器的性能作为他们的出发点。战略是和价值观念联系在一起的。一个机械系统在较大范围内、较长时间内所起的作用越大，其价值就越高，战略意义也就越大，越值得开发。这就是价值的全局性和时代性。因此，战略观点在机器设计之初，方案论证阶段尤为重要，因为最初确定的战略思想对设计全过程有着决定性的影响。3．系统的创造力在于综合。根据系统第一定律，系统总体属性总是多于组成系统的各部分单独存在时的属性之和。在数量上，系统对某一属性(可累加属性或不可累加属性)可起放大、缩小作用或既不放大也不缩小。究竟起什么作用，取决于该属性的本质、系统结构和系统内协同作用的强弱。系统分析的主要任务是从系统的组织结构、系统内外关系的协调上，最大可能地开发系统的价值，使系统产生各部分所没有而为设计目标所需要的属性，或使对系统功能有利的某一属性尽可能放大，使对系统功能不利的某一属性尽可能缩小，以满足最优设计指标的需求。从(机械)系统设计的全过程来说，主要是3个方面的综合：(1)多种学科、多种技术的综合。它是建立设计方案最重要的创造能力。现代机器设备都是综合各种技术解决具体工程问题的技术综合体。综合各种技术，要从系统的实际需要出发，在综合考虑资源情况、性能要求、设计制造费用、维修保养要求、研制时间要求的基础上来确定。(2)多种机构的综合。单纯从机械学的角度来看，机械系统也是许多机构的综合体。一方面，不满足现有机构的应用和结合，发展、创造、吸收机械设计理论和方法的新成果(摆线针轮传动、谐波传动、锥蜗杆传动、共轭曲面理论、射流技术等)；另一方面，要关注机构之间非线性综合产生的常用机构所没有的机械性能。(3)各种设计工作、设计方法的综合。机械设计过程包括多方面的工作和各个不同的工作阶段，本身就是一个组织管理系统。综合和协调各种工作和各个工作阶段的关系，使组织管理系统对空间、时间、物质、能量、信息的利用率达到最高，最大限度地提高工作效率和减少设计成本。随着科学进步和技术发展，人们对机构设计提出更多、更高的要求，同时提出许多新设计方法，以取代人工或补充传统的设计方法。此外，适应机器自动化要求而发展的程序控制、自动控制系统设计，以及设计自动化要求的计算机辅助设计方法等，还要涉及其它学科的理论和方法。根据系统科学和耗散结构理论，处于无序状态的物质，由于从外界不断吸收信息(负熵)，逐渐形成稳定有序的结构，最终达到五率最高的境界。随着时间的推移，由于熵的增加或信息的蜕化、淘汰，也会从有序走向无序。在机械设计过程中，设计人员通过不断地搜集、筛选、吸收有效信息，将处于无序状态的各个组成部分综合为有序的机械系统，这就是机器方案的拟定、改进，产品的试制、改型和定型过程。应用系统方法进行机械设计，首先要根据调查研究和市场预测确定整体目标，再将整体目标分解为若干子目标和功能团，形成多层次、有关联的目标集，然后根据目标集构造机器的组成部分及其结构方式，合理地安排部署各项设计工作。系统方法的科学性即在于使设计工程师的创造性思维活动模式化和程序化，避免盲目性，提高设计效率和水平。在机械设计中系统分析的主要内容1．目标(功能)分析。就是把系统的总目标分解为具有层次性的目标集。目标树的建立，为系统设计提出了有层次的具体要求，便于确定系统的组成部分、结构方式和管理措施，直接为系统的结构分析和设计提供了必须遵循的准则。2．结构分析。就是根据系统的目标集确定系统的组成部分及其相互关系。系统的结构和系统的功能是相关的。结构分析的任务是寻求满足总体目标的系统的最佳组态，即最好的组成部分和最好的结构方式。在机械设计中，结构分析体现为总体方案的拟定。在进行步骤上总是根据系统功能和工作原理把系统分为若干的相应的部分，进而根据各部分的工作要求将其划为若干更小的部分，一直到确定具体参数和尺寸。在运动设计阶段，以车床为例，根据需要首先将传动系统分为主运动系统和进给运动系统，进给运动系统又分为纵向进给和横向进给，然后根据每个运动系统的实际需要，确定该运动系统的总传动比、传动机构的类型和传动链的长短、传动比的分配、齿轮齿数、蜗杆头数等。最后以运动简图的形式描述和确定各运动系统、各运动环节、各运动构件及其联系方式。同样，在图纸设计阶段，则通过总装图和装配图确定机械系统的组成部分(零件或部件)及其联系方式。同一个设计目标，可能存在若干可供选择的设计方案(即系统的结构方案)，应该草拟多种方案，以便进行优选。3．设计工作中的目标管理。现代高效率的管理必须在整体规划下明确分工，在分工的基础上进行有效的合作，这就是整分合原理。所谓目标管理，就是应用整分合原理，把整个设计工作分解成若干不同的工作和不同的工作阶段，按照整体目标和各种工作的具体要求选择设计人员、协调各种工作和各工作阶段。分解的目的在于职责明确，便于对每一个设计人员的工作从数量上、质量上和时间上提出明确要求；协调的目的是为了使各种工作和各个工作阶段相互匹配，步调一致，增强系统内部的协同作用。机械设计中分工形式主要有：(1)按学科划分若干专业组，每专业组专职系统设计中某一学科范围内的问题和工作，主要用于较大型设计的目标论证阶段。(2)按子系统的性质进行分工，主要用于设计方案的拟定阶段。(3)按机器的结构进行分工，即把机器按其结构状况分成几大部分，每部分由某一个专业组分工负责，主要用于图纸设计阶段。但在上述3种情况下，都应该有一个总体组负责检查、督促、协调各组的工作，避免脱节和冲突，增强协同作用，以真正实现高效率的管理。(武警技术学院吴琦副教授、张东荣撰) |
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