【清華大學】《機械原理》（國家級精品課）下 P14 - 115. 118-15-5第5節 方案評價和決策

執行系統設計完了以後 我們要對執行系統的方案進行評價 包括傳動系統 你設計完以後方案也要進行評價 下面我們就簡要地介紹一下 怎麼樣進行方案評價和決策 這個方案評價就是要通過科學的評價決策 來得到最優的方案 就你有一定的預期的功能要求 然後你又設計出來這樣一個機械系統 這個執行機構它能不能性能優良 價格低廉 給出這樣的一個設計方案 所以你要對你設計的多種方案進行評價 這個評價就涉及到評價指標問題 用什麼指標來評價 這個評價指標對於一個產品來講 它評價指標要有技術方面的 就是技術指標 要有經濟指標 還有安全可靠的指標 你能運行多少年 你壽命是多少 這個要考慮 經濟方面也要考慮 你面向大衆的還是特殊的一些裝備等等 這些你經濟方面是不一樣的 要考慮這方面 這個評價指標從另外一方面可以這樣來分類 就是它有定性的評價指標 定性的評價指標就是你不太好定量 比如說這個結構越簡單越好 你把它設計得越簡單 它可靠性應該越高 這個尺寸越緊湊越好 越小越好 效率越高越好等等 這些都是一個定性的評價指標 但是在我們真正評價的時候 我們採用打分法的時候 還是給它一定的量化 所以定性還是要求最好有個量化來進行比較 還有第二種就是定量的評價指標 定量的評價指標一般是指機構的運動學動學參數 這個你可以計算出來 就是機構設計完了以後 我可以進行運動學分析 動力學分析 這方面有這樣的指標 當然在這個方案設計階段 因爲你還在方案設計階段 結構還沒有出來 還有很多的設計細節需要後面繼續地考慮 所以這一塊評價指標在這個階段就執行系統 方案設計這個階段主要還是技術方面的因素 考慮它的動作 工作能力方面 這方面的指標占的比例比較大 我們來看一看我們經常用到的 對於執行機構評價的幾個指標 一個就是系統功能 這個容易理解 就是能不能實現給定的運動規律和給定的運動軌跡 你能不能實現 這個就判斷你設計機構 設計執行機構就是要實現預期的運動規律或者運動軌跡 走這樣一個軌跡 或者點到點的位置的控制等等 你實沒實現 實現的情況怎麼樣 也就是說動作的準確性等等 或者它的特定功能實沒實現 還有運動性能 就從你的運動的速度來考察 從行程有沒有可調性 就是你運轉速度有沒有可調的 行程有沒有可調 它運動精度怎麼樣 這是從運動的角度 從動力的角度來看你這個機械系統執行機構這個方案 你承載能力 增力特性 傳力特性 振動噪音等等 當然在執行系統這個方案設計階段可能不會考慮這麼全 那能考慮哪些問題 當然承載能力等等這些你要定性或者定量去考慮這個問題 工作性能 就是你現在比如說執行機構 我選擇四杆機構 或者曲面滑塊機構 或者通訊機構 你這個工作性能滿不滿足你對設計這個產品的預期的功能要求 能不能滿足 它工作性能怎麼樣 效率的高低 壽命的長短 以及操作性可靠性等等 這些都要考慮 還有經濟性 經濟性就是你設計這個加工的難易 比如說我們原來談到 我們在設計的時候 能用轉動幅的時候 絕對不用移動幅 爲什麼呢 因爲移動幅加工比較難 加工比較難 很難保證它的精度要求 而轉動幅容易加工 因爲它都是圓面 加工起來比較方便 所以要考慮它的經濟性 結構緊湊性這個大家比較清楚 佔地面積越小越好 尺寸越小越好 使結構越簡單越好等等這樣 這是我們常用的六個評價指標 有了評價指標 我們就可以來定一個評價體系 根據評價指標列寫的具體項目 我們要確定評定方法 並逐項分配評定的分值數值 那就給出一個評價體系 這評價體系是怎麼樣的 這是跟我們評價 比如說我們評價優秀學生等等 你都有一個評價指標 評價指標 你評價方法是什麼 你評價方法這裏邊 一般我們都希望有一個量化的這樣一個評價體系 這樣的話就是少產生矛盾 這樣就是根據評價指標 然後確定評價方法 然後逐項分配評價的分值數值 這樣建立一個評價體系 當然我們說起來很容易 但是建立一個科學的評價體系 要經過一定的摸索 要有經驗 要專家來做這件事情 下面我們就來看評價方法 因爲你有評價指標了以後 就要確定評價的方法 評價的方法有很多種 其中有一種就是要有經驗的專家來對這個方案進行評價 比如說我們完成一個項目 或者咱們研究生的答辯 都請專家來進行評價 這些專家就是說是你研究這方面領域的專家來評價你做的研究成果 同樣我們對一個執行系統的方案就可以採用這種方法 這叫經驗性的概略評價方法 就是請專家來進行評價 因爲他有經驗 第二大類方法就是採用數學分析的評價方法 就是計算性的數學分析的評價方法 這裏邊比較常用的一種方法就叫評分法 就是我評分 就是建立有評價體系的以後 我採用這種評分法 當然有評分的標準 對每個項目每一個逐個的分項 就是評價指標的分項進行評分 然後把它加起來計算總分 看哪一個最高 這個就排第一 就是優選這個方案 我們經常用這種方法評價教師 學生 評價人 也是這樣 那就採用這種評分法 評分法這裏邊有直接評分 就每一項評分都加起來就完了 還有加權的係數法 就是要有一個係數乘上再加起來 這樣的評分 加權係數這一塊實際上它反映了你這個評價指標 某個評價指標它重要程度 比如某個評價指標它很重要 這個就加的權重比較大 評分的標準 我們前面說了 我們評價指標裏邊有定性的 有定量的 定量的好說了 我這個評價分值很好確定 定性也把它分成區段 也給它一定的分值 比如說優劣程度這麼樣一個 我給它不能用這個方案 那就是零分 可以 基本上可以用 但是一分 比較好兩分 良好三分 理想非常好 四分 你可以給它一定的分值來進行評價 最後要用分來覈算 我們每一項指標得了分以後 得了分以後要算一個總分 總分的算法有多種方式 有很多方式 這裏邊我列寫了有相加法 就是把每一項指標的得分都加起來 這最簡單 直接加 有連乘法 每一項得分連乘 還有均值法 把都加起來的分值再除上這幾個指標的數 相對值法等等 這些有很多種方法 有效值法 有很多種方法 具體採用哪一種方法 根據實際情況確定 一般我們採用相加法比較多 當然這裏邊可以乘以全值 用全值來做 還有一種方式 在整個用計算分析這種方法裏邊 就是技術經濟評價法 就是綜合考慮技術指標 經濟指標這樣來考慮 這叫技術經濟評價法 這個我們不展開來說了 大家知道 如果以後工作中間需要的時候 去查相關的方法 還有這個抹窩評價法 就是用一個區間 就0 1的區間 連續數值來代表評分法的離散數值 來表達評價值 我們評分法不都離散的嗎 這些離散的評分 它現在抹窩評價法它不離散 用連續0 1這個區間 來表達評價指標的評價值 這個大家知道就行了 我們不展開來談這個問題 第三大類就是實踐性的評價法 實踐性是什麼呢 比如說我設計一個產品了 我對它進行實驗 看看它的實驗結果 進行實驗室的實驗 還要拿到實際中間進行實驗 當然也可以用計算機模擬實驗來進行評價 也就是我們的虛擬設計 現在很多的大中型企業 在生產產品之前 都採用虛擬設計手段把這個機器設計出來 在計算機裏頭運行 看看它有什麼問題 這是現代的設計手段 我們前段課在講總體方案設計的時候 我們也談到了這一點 這個就是實踐性的實驗評價法 但最終你這個產品能不能應用到實際 還要經過實際的檢驗 要進行真正的物理實驗 實物的實驗 這是我們講的評價方法 有這麼三大類 評價完了以後我們對這個結果怎麼處理呢 對於設計一個執行系統 包括設計一個產品 我們設計並不是一個簡單的過程 你設計了一個方案 你這方案可不可行 要進行評價 評價它即使可行 但它性能不好 有問題我們要進行再設計 然後進行再評價 實際上我們設計一個產品 或者設計我們的執行系統的方案 就是方案設計 這個過程是我們反覆地設計評價 再設計再評價的這樣一個過程 大家後續進行咱們後面的課程環節 機械綜合實踐 大家會體會到這一點 你初始的方案可能後面被推翻 然後反覆地去進行設計 是這樣一個對評價結果的處理 我們可以看一下 比如說我們現在要設計一個推紙機構 要把一張紙一張紙地推出 這樣一個機構我們來對它的方案進行評價 我們可以有幾種方案來實現這一個推紙機構 我可以採用這種圖倫白杆機構來實現推紙 也可以採用徐秉白杆機構來實現推紙 也可以採用斯蒂芬森機構來實現推紙 這幾個機構都能實現你這個功能 它性能怎麼樣 你要對它進行評價 比如說我們採用評分法 也就來進行評價 具體的我們不詳細地展開了 比如說我們對系統功能 第一項代表的每一個機構的系統功能的得分值 第二項運動性能的得分值 然後第三項動力性能的得分值 然後下面是工作性能結構緊湊性 第一次 有一個得分值我們進行比較分析 當然不像我們這麼列得這麼簡單 大家要進行相關的分析 才能得到每一個評價指標的分值 我們這五個評價指標要評價這三個機構哪一個好 最後我們可以看出來誰得分高 圖倫白杆機構得分比較高 這樣的話我們就可以選用圖倫白杆機構來做推址機構的最終的執行系統方案 這就是我們介紹的評價的方法 這一章就給大家介紹完了 機械執行方案設計 這一章是非常重要的 因爲它是咱們總體方案設計的核心 這裏邊我們要進行功能原理的設計 運動規律的設計 機構形式的設計 這三個設計都充滿了創造性 也就是說你在總體方案設計的時候 前面講的這三個過程 三個階段 就是說你能夠創新設計出很多機構來 我們用功能原理設計 有很多方法 比如說還原創新 擴展思維等等這些方法 仿真法等等這些都可以設計出新穎的機構 或者新穎的功能原理去實現你這個功能要求 包括形式設計 我們可以新穎選型 也可以進行構型 沒有了現有的機構不能夠實現我給定的運動規律和軌跡或者軌跡 我可以進行構型設計新機構 這樣來去實現 因此這裏邊我們要求大家能夠掌握給你一定的預期功能要求 你能夠構思多種設計方案 能夠構思出來 能夠對方案進行初步的評價和決策 能夠初步地分析 要掌握機構的形式設計和協調設計的方法 協調設計有哪些 這個大家回去以後再進一步地把這個鞏固複習一下 這裏邊給大家留了幾個思考題 大家結合練習題來看一看這些思考題 比如說機械運動循環圖 拿幾種形式 這些形式都有什麼特點 能不能給你一個執行系統 有幾個執行機構 你能夠把運動循環圖正確地給它畫出來 這個大家可以看 還有就是大家看一看 就是說要有一個給你一個功能要求 讓你能給出多種的執行系統的方案 能設計多種方案 設計出來能對它進行評價和分析等等這些 要了解這個選行和構行它們之間有什麼關係 有什麼區別和聯繫 選行的方法有哪些 構行的方法有哪些 這個我們都學習過 大家結合前述章節 前面我們學的內容可以進一步地去分析 當然我們限於學識的關係 這執行機構執行系統的設計講的還是簡略的 大家有興趣的同學 學有餘力的同學 可以看一些我列的參考文件 比如曹唯幸教授撰寫的機構設計 孟憲元教授的主編的《現代機械機構手冊》 還有周慧君教授的《機械系統設計》 這個大家可以去看一看 深化一下 擴展一下這個學習內容 執行機構我們就介紹到這 好 我們先休息五分鐘