工程设计导论塔吊项目学生指导书.doc

工程设计导论塔吊项目学生指导书 目录 总体规划与设计 对于大一新生来说，设计并建造一个塔吊是一个复杂的工程问题。问题的复杂性并不来自于技术知识和动手能力的缺乏，而是来自于缺乏对整个工程系统的理解和分析建模的能力。建造一个系统总是从具体原件一步一步自下而上形成的，而设计这个系统却要从系统的整体构思开始自上而下最后才确定每个具体元素的设计、选型和制作。 当一个问题足够简单时，我们就可以将注意力集中于这个问题，并通过学习新知识或采用创新技术来解决它。例如，如果我们面临的问题是“如何采用一台电动机使吊钩产生上下运动”，这个问题对绝大多数人来说都是可以理解而且能够解决的：将吊绳绕在一根轴上，由电机带动轴的正反转动来实现连接在吊绳端点上吊钩的上下运动。更进一步，这个方案的内部还有一系列需要解决的子问题，如安装问题、传动问题、性能问题等等，我们就又可以分别考虑每个具体的子问题的解决方案，直到所有问题都得到解决。因此，解决问题的一个重要能力是将复杂问题分解成子问题的能力，将复杂系统逐步分解成一系列容易理解和解决的子问题的集合，分别考虑各个子问题，然后将每个子问题的解决方案整合，使复杂问题得到解决。 系统建模的方法可以有效地理清设计思路、明确设计程序、合理分解任务并实现稳健优化设计。系统建模从系统的目标功能出发，将问题进行逐步分解，直到每一个问题都可以得到明确的定义，然后选择适当的技术手段来解决这些问题。 对于本问题，可先从工作流程的要求理解整个系统的结构，建立系统工作模型，从而明确每个不同专业之间的配合方式和接口： M0就是这个吊装系统。再进一步： M11将吊装任务通过自己开发的通讯技术发送给计算机旁的吊车操作人员，吊车操作人员由计算机界面操作完成指定的吊装任务。再进一步： M121 将人机界面的操作转换为数码信号，由数码信号控制塔吊的运行。再进一步： M1221 将数码信号转换为电机的电压、开关和转向信号，控制吊车的运行操作。M1222 则为吊车所有内部机构和结构。 这样的建模过程将各模块间的相互关系梳理清晰，每个黑框内的工作都有明确的输入和输出，只要满足输入输出的参数要求，其内部的结构和工作相对与整个系统可以是独立的黑箱。因此，每个黑框内的工作就可以分配给一个子团队来做。除了关心本模块的输入和输出界面上的参数要求外，这个团队不需要关心其他团队的内部工作。由此，多子系统（或多学科）团队的工作就可以得到健康的协调。 对于本项目，M11 关心的是如何将由竞赛组织者下达的吊装命令通过非语言、非图像的方式传达给计算机前吊车的操作者，这是通讯工程所需要解决的问题。需要选取适当的传播媒介，采用适当的通讯技术来实现信息的传递。通讯工程需要尽可能提高传播速度、还要保证信息传播的准确性。 M121 是一个编程工作，即计算机专业的工作。本项目指定使用USB-1208FS数据采集卡，卡的库函数已经包含了所有的软硬件接口，只需要调用这些函数就可以实现输出数码信号。因此，编程者只需要将主要精力放在理解电子系统对输出数码信号的要求和设计人机界面上。本模块需要从M1221 模块得到数码信号的要求，理解每一种信号所代表的吊车工作模式，通过程序建立人机界面，控制吊车的运行。 M1221 将由计算机传过来的数码信号和由电源过来的电能转换为对电机的开关、速度、加速度和方向的控制，从而使吊装工作能够得到实现。本模块需要理解M1222对开关、速度、加速度的需要，需要理解如何使电机满足这样的需要。还要从M1222 得到每一种信号所代表的吊车操作模式，并将此转达给M121。 M1222 才是吊车本身，它包括吊车的基本设计概念、功能设计、机构设计、安装设计和结构设计。结构设计与制造可以划归于结构工程（土木工程）专业的工作范围，其余的工作都属于机械工程专业的工作范围。本模块还需要进一步细分、并且可能需要重复设计才能最终完成设计工作。因为本系统实际上是一个机械系统，所以主要的设计概念和协调工作需要机械工程专业进行主导。 系统建模将不同专业进行了明确的分工，便于专业间的相互合作。对于每个模块本身还需要继续通过建模进行分解，以便明确定义问题，协助寻找解决方案，并制定全团队的工作进度计划。 每个专业则需要明确现在的分工，知道本专业需要设计和制作出来的产品和相关要求。然后根据这些要求和相应的限制条件讨论、查资料、寻求帮助、做出初步设计。按照此初步设计将任务按分解成子任务，根据全团队的时间表和本专业的子任务安排工作进度。 专业介绍及本项目相关的专业设计 机械工程 确定设计参数： （1）设计一台机器时，需要明确此机器的工作性能参数：最大吊重、吊重物最大尺寸、最大工作范围、最大起重高度、最大起重加速度、最大旋转加速度、安全系数，等。 （2）根据基本机构设计和工作性能参数，确定各配合专业的设计参数