机电一体化产品控制系统概念设计方法研究
摘要 提出了机电一体化产品控制系统概念设计的一种方法：首先建立机电一体化产品用户需求模型，然后通过分析产品的功能结构图中的信号流，提出控制系统多种控制方案，最后利用目标评价树的方法来选取最佳的控制方案．在全自动滴丸机概念设计阶段，利用该方法对控制系统进行设计．
关键词机电一体化；概念设计；用户需求模型；功能结构图：目标评价树
O 引言
机电一体化系统设计过程中，概念设计是整个设计的关键，因为一旦概念设计被确定，产品设计的60％～70％也就确定了“1．机电一体化系统不同于一般的机械，机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称嘲．它的设计比一般机械产品的设计更为复杂．在机电一体化产品的概念设计过程中，发明问题解决理论(TRIZ)、公理设计、Pahl及Beitz理论和质量功能布置(quality function deployment，QFD)等产品设计理论同样适用，但设计的过程更具复杂性、创新性，多目标性、多解性．机电一体化系统是“机”与“电”的有机融合，如何在概念设计阶段体现出“电”的设计思想，是机电系统概念设计中一个很重要的方面．下面内容将阐述机电产品概念设计中如何进行控制系统的设计．1机电一体化产品控制系统概念设计过程1．1用户需求模型1．1．1用户需求分解概念设计起始于用户需求的获取和需求分析后的阶段，由设计者和用户共同完成嘲．因此，概念设计不仅需要设计人员的设计经验、设计知识，而且要充分反映用户的需求．用户需求可以通过市场调查获得，但是最初的用户需求表达的是用户自己的意愿，对于设计者来说可操作性不强，像“效率高”，“故障率低”这样的用户需求是比较模糊和笼统的，很难使设计者完全把握用户的需求，对此可以将用户需求进行细分．机电一体化系统用户需求可分为机械域、控制域和其他域，控制域又可分为硬件域和软件域．将最初的用户需求(父需求)对应于所设计的产品向各个领域进行分解(图1)，获得最终的用户需求(叶需求)．分解后的需求可以更具体的体现设计目标．用户需求分解后，专家对每一个叶需求进行重要度评估，用【0，5】进行标定，“0”代表重要度最低，“5”代表重要度最高．用户需求可进一步分为希望需求和必须需求，重要度在【0，2】之间的需求为希望的用户需求(希望需求)，重要度在[3，5】之间的用户需求为必须的用户需求(必须需求)．希望需求要进一步用衡量的方法进行分析．1．1．2衡量过程传统的设计过程提倡在早期的'设计阶段区分用户需求的优先次序，比如要选择一些关键的用户需求作为设计中必须满足的，但是需求分解过程会产生大量的叶需求，把所有的用户需求都作为必须满足的需求是非常困难的，这里可以利用衡量方法Ⅲ来获得所有可能的必须满足的用户需求，文献[4]给出了具体方法．衡量方法的原理是：如果一个希望满需求与一定数量的必须需求之间存在相关性，那么这个希望需求也应该“必须”满足，作为额外的必须需求．衡量过程如下：1)建立衡量表格；2)如果希望需求与必须需求之间有很强的相关性，那么这两者之间的关系记为l；3)如果希望需求与必须需求之间没有相关性，那么这两者之间的关系记为0；4)希望需求的综合值在[3，5]之间或更高的作为额外的必须需求．1．2建立功能模型功能是系统输入量和输出量之间的关系．而这些输入量和输出量(或实体)被称为流，通常分为能量流、物料流和信息流．产品的总功能分解成若干功能元，将系统的各个功能元用流有机的组合起来就得到功能结构．功能结构是功能模型或功能分析结果的一种表达形式．使用功能基建立功能结构的步骤如下嘲：
1)确定系统的总功能及输入、