機械系統設計的任務是什么,有哪些內容?

機械系統設計的任務是為市場提供優質、高效、價廉物美的產品，在市場競爭中取得優勢，贏得用戶，并取得良好的經濟效益。產品質量和經濟效益取決于設計、制造、管理的綜合水平，而產品設計是關鍵，沒有高質量的設計，就不可能有高質量的產品；沒有經濟觀點的設計人員，絕不可能設計出經濟性好的產品。據統計，產品的質量事故中約有一半是設計不當造成的；產品成本中的60％-70％取決于設計。同時，從國民經濟支出的角度看，設計通常是產品研制的所有階段中花費最少的一個階段。但從后果看，這個階段可能是最昂貴的。例如，在科學研究中出現了及時更正只需要1元的錯誤，那么在試驗設計時更正它的代價就會是10元，在試制階段可能增加到100元，最后在生產階段就會增加到1000元。機械系統設計時，特別強調和重視要從系統的觀點出發，合理地確定系統功能，增強可靠性，提高經濟性，保證安全性。
1、合理確定系統功能
一項產品的推出總是以社會需求為前提，沒有需求就沒有市場，也就失去了產品存在的價值和依據。而社會需求是變化的，不同時期、不同地點、不同社會環境就會有不同的市場行情和要求。所以，設計師必須確立市場觀念，以社會需求和為用戶服務作為最基本的出發點。
所謂需求，就是對功能的需求。用戶購買產品實際就是購買產品的功能。
按功能的性質可分為基本功能和輔助功能?；竟δ苁怯脩糁苯右蟮墓δ?，體現了產品存在的基本價值。輔助功能是為了實現基本功能而附加在產品上的功能，是實現基本功能的手段。而無論實現哪種功能都需要成本投入。價值工程中常用價值來評價功能與成本的統一程度，即產品的價廉物美程度。價值V(value)可用功能F(function)與成本C(cost)的比來表示：
V=F/C
從式中可以看出，為了提高產品的價值礦，可以采取下述五種措施：①增加功能F，而成本C不變；②功能F不變，降低成本C；③增加一些成本C以換取更多的功能F，即F的增加比C的增加多。④降低一些功能F以使成本C更多地降低，即F的減少小于C的減少；⑤增加功能F，降低成本C。顯然，最后一種是最理想的，但也是最困難的，這就要求我們采用一些特別的手段，如高科技手段。
因此，確定系統功能時應遵循保證基本功能、滿足使用功能、增添新穎功能、剔除多余功能，恰到好處地利用外觀功能的原則，降低現實成本，提高功能價值，力求使產品達到更加物美價廉的境界。
2、增強可靠性
按照GB／T2900、13―2008的規定，可靠性可定義為：“產品在給定的條件下和在給定的時間區間內能完成要求的功能的能力?！?br>①產品是泛指的，包括零件、部件、設備、系統。
②要求的功能是指產品所應實現的使用任務的預期功能。例如，汽車的規定功能是運輸，機床的規定功能是加工零件。產品喪失要求的功能稱為失效，對可修復的產品也稱為故障。
③給定的條件是指使用條件與環境條件，含運輸、保管條件。
④給定的時間：產品的功能只有同使用時間相聯系才有實際意義，不同的產品應有不同的規定時間，如海底電纜要求使用長達三四十年，火箭只要求保證一次工作。給定的時間有的要求的是應力循環次數、轉數等相當于時間的量。
增強系統可靠性的最有效方法是進行可靠性設計，也稱概率設計。
3、提高經濟性
機械系統的經濟性表現在設計、制造、使用、維修，乃至回收的全過程中。
(1)提高設計和制造的經濟性
產品的經濟性決定于其成本，而成本是由設計和制造兩方面的因素決定的。因此，設計師應該了解影響產品成本的設計因素和制造因素，在保證產品功能的前提下努力降低產品的成本。
提高設計和制造的經濟性，從設計角度來說主要有以下幾個方面：
1)合理地確定可靠性要求和安全系數
可靠性要求和安全系數分別是可靠性設計及傳統設計方法中描述系統工作而不失效的程度指標，但它們的含義及應用有所不同。
由于設計時使用的載荷、材料強度等數據都屬于統計量，因而可靠性要求更符合客觀實際。所以，采用可靠性設計可以使系統的設計更合理、更經濟。系統越復雜，其優越性也就越明顯，經濟性和可靠性也就越統一。
采用傳統設計方法，以安全系數作為判據時，將設計中的統計量當作確定量來處理，顯然不符合客觀實際，當安全系數大于1時，并不能排除失效的可能性。
2)貫徹標準化
標準化是組織現代化大生產的重要手段，它大大提高了產品的通用性和互換性，可以使生產技術活動獲得必要的統一協調和良好的經濟效果。它創造的經濟性體現在很多方面，如加快了產品開發速度，縮短了生產技術準備時間，節約了原材料，提高了產品質量、可靠性和勞動生產率，改善了維修性等。
標準化通常包括產品標準化、系列化和通用化。機械工業的技術標準有以下三大類：
①物品標準
它又稱為產品標準，是以產品及其生產過程中使用的物質器材為對象制定的標準，如機械設備、儀器儀表、工裝、包裝容器、原材料等標準。
②方法標準
它是以生產技術活動中的重要程序、規劃、方法為對象制定的標準，如設計計算、工藝、測試、檢驗等標準。
③基礎標準
它是以機械工業各領域的標準化工作中具有共性的一些基本要求或前提條件為對象制定的標準，如計量單位、優先數系、極限與配合、圖形符號、名詞術語等標準。
我國標準分國家標準、部頒標準(專業標準)、企業標準三級。
鑒于目前我國標準化工作的現狀和需要，積極采用國際標準和國外先進標準也是一項重要的技術經濟政策。國際標準主要是指國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC兩個國際性的標準化機構公布的標準。我國是ISO和IEC的成員國。
3)采用新技術
隨著科學技術的發展，各種新技術(包括新工藝、新結構和新材料等)不斷問世，在設計中采用新技術可以使產品具有更好的性能和經濟性，因而具有更強的市場競爭力。
4)改善零部件的結構工藝性
零部件的結構工藝性包括鑄造工藝性、鍛造工藝性、沖壓工藝性、焊接工藝性、熱處理工藝性、切削加工工藝性和裝配工藝性等，深入研究結構工藝性，對新產品的設計，對簡化設計、縮短生產周期、提高勞動生產率、降低成本有重大的經濟意義。良好的結構工藝性也是實現設計目標、減少差錯、減少廢品率、提高產品質量的基本保證。
影響結構工藝性的因素很多，如生產規模、設備和工藝條件、原材料的供應等。當生產條件改變時，零部件結構工藝性是否良好的評價也會隨之變化。因此，結構工藝性既有原則性和規律性，又有一定的靈活性和相對性。設計時應根據不同的情況進行具體分析后確定。
改善結構工藝性的具體措施、原則和規范可參閱有關的設計手冊和資料。
(2)提高使用和維修的經濟性
使用和維修的經濟性就是考慮使用者的經濟效益，主要可從以下幾個方面加以考慮。
1)提高產品的效率
用戶總是希望購買的產品效率高，能源消耗低，省電、省煤、省油等。機械設備的效率主要取決于傳動系統和執行系統的效率。設計人員應在方案設計和結構設計時，充分考慮提高效率的措施。
對屬于生產資料的機械設備，提高其生產率，提高原材料的利用率，降低物耗等，也是提高其效率的重要途徑。
2)合理地確定經濟壽命
一般都希望產品有長的使用壽命，但在設計中單純追求長壽命是不恰當的。
系統正常運行壽命的延長必須以相應的維修為代價。使用壽命的延長，往往伴隨著系統性能的下降，效率降低，使用費用(包括運行、維修、保養、操作、材料及能源消耗等費用)增加，使用經濟性降低，因此在適當的時候應考慮設備更新。另外，由于科學技術的進步，不斷有一些技術更先進、性能價格比更高的新設備出現，加上企業生產規模的發展、產品品種的擴大或改變等，都是要求更新設備的原因。
設備從開始使用至其主要功能喪失而報廢所經歷的時間稱為功能壽命；設備從開始使用至因技術落后而被淘汰所經歷的時間稱為技術壽命。對設備進行適時的技術改造可延長其技術壽命，在延長其技術壽命的同時，再以良好的維修為保證，可延長其經濟壽命。在科技高速發展的時代，設備的技術壽命、經濟壽命常大大短于功能壽命。按成本最低原則，設備更新的最佳時間應由其經濟壽命確定。
3)提高維修保養的經濟性
維修能延長設備的使用壽命，是保持設備良好的技術狀況及正常運行的技術措施，但必須以付出一定的維修費為代價，以盡可能少的維修費用換取盡可能多的使用經濟效益，是機械設備進行維修的原則。
目前，在機械設備中應用比較多的是定期維修方式。這種維修方式因無法準確估計影響故障的因素及故障發生的時間，因而難免出現設備失修或維修次數過多的現象。有的零件未到維修期就已經失效，而有的零件雖未失效，但因已到維修期，而不得不提前更換。因此，定期維修方式的總維修費較高。但由于能夠盡量安排在非正常生產時間進行，從而使因停機停產造成的損失減少，而且便于安排維修前的準備工作，有利于縮短維修時間，保證維修質量。
隨著故障診斷技術的不斷進步，維修技術也得到了飛速發展。按需維修的方式就是采用了故障診斷技術。它不斷地對系統中的主要零部件進行特性值的測定，當發現某種故障征兆時就進行維修或更換。這種維修方式既能提高系統有效的運行時間，充分發揮零部件的功能潛力。又能減少維修次數，尤其是盲目維修，因而其總的經濟效益較高。但因需配備十分可靠的監控和測試裝置，所以只在重要的和價值很高的系統中采用。
對于不太重要的或價值不太高的產品，有時可設計成免修產品。它在使用期內不必維修，功能壽命終止時即行報廢。
4、保證安全性
機械系統的安全性包括機械系統執行預期功能的安全性和人―機―環境系統的安全性。
(1)機械系統執行預期功能的安全性
機械系統執行預期功能的安全性是指機械運行時系統本身的安全性，如滿足必要的強度、剛度、穩定性、耐磨性、耐腐蝕性等要求。為此，應根據機械的工作載荷特性及機械本身的要求，按有關規范和標準進行設計和計算。為了避免機械系統由于意外原因造成故障或失效，常需配置過載保護、安全互鎖等裝置。
(2)人―機―環境的安全性
在人―機―環境的關系中，包括三個要素，即人、機與環境。這三者之間形成了三種子關系，即人與機關系、機與環境關系以及人與環境的關系。從機械系統設計的角度討論安全性問題就是要考察以下這兩個方面的內容：人―機安全與環境保護。
1)人―機安全
人―機安全首先指的是人員的勞動安全。改善勞動條件，防止環境污染，保護勞動者在生產活動中的安全和健康，是工業技術發展的重要法規，也是企業管理的基本原則之一。
為了保障操作人員的安全，應特別注意機械系統運行時可能對人體造成傷害的危險區，并進行切實有效的保護。
人―機安全另一方面的內容是人對機器運行安全性的影響，即由于人的操作錯誤(或稱人為差錯)造成系統的功能失靈，甚至危及人的生命安全，這往往不被人們所認識，或不能引起人們的足夠重視。實踐表明，隨著科學技術的發展，人工操縱或控制的各類機器也日趨復雜，對操作人員的要求愈來愈高，如要有準確、熟練地分析、判斷、決策和對復雜情況迅速做出反應的能力。然而，人的能力是有限的，不可能隨著機器的發展而無限提高。如果先進的機器對人的操作要求過高，超出人的能力范圍，就容易發生操作錯誤，這不僅使系統性能得不到發揮，甚至使整個系統失靈或發生重大事故。如美國的AV―8A垂直起落飛機裝備部隊后，從1973年到1977年的五年中，發生16起事故，其中有11起是由飛行員的操作錯誤引起的，占68％。因此，如何從總體設計上盡量減少系統的不安全因素，是確?！鞍踩毙缘囊粋€非常重要的方面。
2)環境保護
環境保護的內容非常廣泛，如工業三廢(廢氣、廢水、廢渣)的治理，除塵，防毒，防暑降溫，采光，采暖與通風，放射保護，噪聲和振動的控制等。