3.2 功能概念在线视频

各位同学大家好

今天我们来开始学习现代设计方法

第三章概念设计当中的

第一个问题 关于功能的概念

功能是系统设计当中

一个非常重要的概念

它是对某一产品的特定的

工作能力的抽象化的描述

功能这个词呢

在我们日常生活当中也经常会用到

那功能

功用

用途

性能

能力

那么这些指标呢

经常出现在我们日常的对话当中

那么在系统设计当中的功能的概念

和功用

用途

性能和能力有什么区别呢

那接下来呢

我们以电动机为例

我们来看一下

对电动机来说它的功用是

做机械的原动机

也就说电动机可以用来

作为机械的原动机

它的用途呢是可以驱动机械的运转

对于它的性能来说呢

我们通常会通过一些

性能指标来衡量

比如电机的效率

它的振动的情况

它的耐用性等等

那对于电动机的能力的描述来说呢

我们通常呢

会通过电动机的功率

它的转速的大小来进行表示

所以大家可以看到

那么具体到功能这个概念上

它和我们日常生活当中

出现的功用

用途

性能和能力还是有一些区别的

那接下来我们来看一下

从系统工程学角度下

我们如何来看待功能的概念

对于一个待设计的机械系统来说

也就是经过了产品的需求分析之后

我们知道了用户的实际需求之后

我们接下来要对这样一个

用户提出来的

待设计的机械系统

来进行相关的设计方案的拟定

那么

我们如何来对

这样一个待设计的机械系统

来进行相关的分析呢

那从这个地方大家可以看到

它是一个待设计的机械系统

对于此机械系统的内部结构

我们是不知道的

所以在这种情况下

我们知道的是

它的输入

我们也知道用户期望

这个机器所得到的输出是什么

所以我们接下来来看一下

对于我们现在

这样一个待设计的机械系统来说

它的输入我们如何来描述

它的输出我们又如何来表达呢

从系统工程学的这一角度上来说

对于设计过程当中的

它的输入来说

我们通常以流的形式来表示

这个流呢

我们把它定义为功能当中的

输入和输出量

它所反应的是

产品结构当中的

物理信息

所以呢

我们通常呢

用这三个流来表示

一个机械系统的输入和输出

这三个流分别为能量流

物料流和信息流

对于能量流来说呢 大家很好理解

它包括了我们常见到的

比如说机械能

热能

电能

也就是说通过能量流的输入

输出的变化

我们可以看到它是否是一种

能量的转换的机器

那第二种流呢

我们把它称之为物料流

那么物料流呢

可以是材料

可以是毛坯

可以是物件

可以是气体

或者说可以是颗粒

通过物料流的输入输出的变化

我们也同样可以分析出来

某些特定机械系统的它的功能情况

比如说我们大家所熟悉的机床

对机床来说

我们输入的是毛坯

以及我们在切削过程当中

所需要用到的切削液

或者说我们的冷却液

那它输出的是我们的零件

也就是我们已经加工好的工件

所以通过把毛坯转变为工件

那么我们就能知道这个机床

它的功能是什么

那第三类流呢

我们称之为信息流

信息流呢

我们通常呢会以这样一些信号

当然信号我们大家知道

还包括了控制信号

包括我们一些测量的信号

还有一些数据以及情报等等

所以通过这样的三个流

进行机械系统输入和输出的变化

我们就能够分析出来

这个机械系统的功能情况

大家可以看到在这个屏幕上

给大家展示出了一个缝纫机的

它的物料流的转变关系

它的输入我们可以看到是

它的面料和缝线

输出是缝制好的这样一个成品

所以通过这样的一些物料流的变化

我们可以看到缝纫机这样的一个产品

它的功能转换的这样一个关系

那么这里面呢

大家可能会有一个疑问

就是我在什么情况下

我需要分析能量流

在什么情况下我又需要

分析物料流以及信息流呢

那么在这里给大家一个建议

对于我们机器的类型来说呢

它是划分为这样的两大类

一类呢叫工艺类的机器

还有一类呢是非工艺类的机器

这里的工艺两个字指的是

以完成对对象物的加工为目的的

这样的一类机器

我们称之为工艺类型的机器

所以像我们在这里看到的缝纫机

还有我们刚才提到的机床

它都属于工艺类型的机器

所以对工艺类型的机器来说

我们重点分析的是它的物料流的转变

那么对于我们的一些测量仪器

那么很显然我们看到的是它的测量值

以及它的输出的变化

所以对于测量仪器来说

我们重点应该关注的是信息流

那么对于我们这些动力机械来说

它实现的是能的转变

所以我们应该重点去分析

能量流的输入和输出的

这样一个转变关系

那么因此呢

我们可以得到

系统工程学定义下的功能含义

一个技术系统

在以实现某种任务为目标时

其输入量和输出量之间

相互转化的关系

我们称之为系统工程学意义下的

功能的定义

那么为了表示系统工程学

意义下的功能的概念

我们引入黑箱法

这个黑箱法呢

从它的字面上我们就可以看出来

它是一个黑箱

既然是一个黑箱

也就是它的内部结构我们是不知道的

所以呢我们在黑箱法当中

我们表示

这个未知的机械系统的时候

我们是通过一个方框来表示的

大家可以看到我们

现在屏幕上的这个图

也就是

我们在做黑箱图的时候

我们先画一个框

在框当中写入我们要设计的机械系统

比如说我们的机床或者我们的缝纫机

然后呢 我们再通过

它的输入和输出的转变

输入我们知道是三个流

能量 信息和物料

它的输出对应的也是三类流

所以通过三类流的输入

输出的转变

我们就能够分析出来

这个机械系统的功能情况

那在这里面呢

大家需要注意的是我们

功能呢

它是抽象的描述了这些产品

输入量和输出量之间的因果关系

黑箱呢它只是描述了

或者说它只是从外部描述了

它的功能转换关系

对于

它的内部结构来说呢

它没有做具体的这样一个探讨

好 那接下来呢

我们通过一个金属切削机床为例

我们来看一下这个黑箱的示意图

黑箱示意图呢这样的一种方法是

机械系统它的总功能确定的一种

非常有效的这样一种方法

那么也就是

从系统工程学意义下的

功能概念我们可以看出

我们通过分析一个机械系统的

它的输入和输出的转变关系

我们就能够确定这个

机械系统

它要实现的功能是什么

它的特定的工作能力是什么样

好

那我们来看一下一个黑箱的示意图

我们如何来绘制

在这个地方呢 大家可以看到我们

在中间的这一部分

我们可以看到呢 是一个框

在框里面呢

我们写到了金属切削机床

所以呢大家在黑箱示意图当中

首先呢 我们先画一个框

这个框呢代表的是一个黑箱

因为在目前这样一个阶段呢

我们对于待设计的机械系统来说

它的内部结构我们是未知的

因此呢 它是一个黑箱

那么

把黑箱画出来了之后

那接下来我们要表达

它的三类输入和三类输出

三类输入

我们知道是能量流 物料流和信息流

对于能量流来说

我们通常用单线

加箭头的方式来进行表达

也就说像我们在这里

大家可以看到的驱动能

驱动能

在后边我们可以看到我们用到的符号

是单线加一个箭头

当然这里的单线是一个单实线

那么对于信息流

我们可以看到在这个地方的启动信号

它属于一个信息流的范畴

那么对于信息流的表达

我们用到的符号是虚线加一个箭头

那么在金属切削机床当中它的输入

我们可以看到有毛坯

有冷却剂 有润滑剂

所以我们可以看到

这三个属于物料流的范畴

那么对于物料流来说

我们用到的符号

是双线加箭头的这样一种方式

对应它的输入

我们可以看到是有三个物料流

一个能量流两个信息流

对于它的输出我们用同样的符号

物料流我们仍然是用双线加一个箭头

能量流用单实线加一个箭头

信息流

我们用虚线加箭头的方式来进行表达

对于金属的切削机床而言

我们可以看到毛坯经过了机床之后

我们变成了零件

对于我们所加入的冷却剂和润滑剂

那么我们可以看到都已耗散掉

对于我们的这个启动信号来说

那么它的输出对应的是

自动开启

另外一个我们可以看到

在这个黑箱当中 在上下的两侧

还有对应的内容

上下两侧分别指的是

技术系统对外界的影响

以及外界对技术系统的影响

对于金属切削机床的这个黑箱示意图

我们可以看到

对于工艺类型的机器来说

我们

通过对比物料流的

输入和输出之间的转变关系

我们就很容易能够确定

金属切削机床它的总功能