什么是黑箱法，黑箱法的原理及應用
什么是黑箱法，黑箱法的原理及應用
機械結構設計實戰經驗：黑箱子法、組織學引流矩陣法、分作用求出，黑箱子法是將完成給出作用的機械結構看做為一個不明內部作用構造和作用媒介的
一、黑箱子法的基本概念
黑箱子法是將完成給出作用的機械結構看做為一個不明內部作用構造和作用媒介的
“黑箱子”，根據對它的輸出量和心輸出量的全方位剖析，逐漸把握鍵入和輸出的本質特征和轉
換關聯，尋找能完成這類基礎特點和變換關聯的原理和作用媒介的行得通計劃方案。這類
從不明到己知，使灰黑色逐漸白色的霧化現象的全過程便是作用媒介的求出全過程。
黑箱子法規定設計師不必最先從機械設備商品實際構造考慮考慮到方案設計，而需從系統軟件的
作用考慮設計構思機械設備商品的行得通計劃方案。這類設計方案觀念方式的變化使黑箱子法有益于把握住難題
實質、擴張構思、解決傳統式構造的舊框框，進而得到具備創造力和高質量的方案設計。
圖3 －7 所顯示用黑箱子法表明待求機械設備商品的鍵入、輸出及其與自然環境的關系狀況。其
中還未求取的機械設備商品用 “黑箱子” 來表明，黑箱子的功能是將鍵入的原材料、動能、數據信號轉
換為輸出的原材料、動能和數據信號。另外隨著著有一定的共生礦鍵入和共生礦輸出。在其中原材料的
變換表明如何把毛胚、半成品加工轉化成制成品。變換有時候也可單純性地挪動部位；動能的變換
表明如何把別的方式動能變為機械動能、或機械動能變為別的方式動能及其運用機械動能進行
挪動、原材料形變等；信息內容的傳送或變換表明標量的精確測量和顯示信息、操縱數據信號的傳送等
等。對黑箱子輸出量、心輸出量表述得愈實際，其求出的概率就愈大。
二、黑箱子法求出方式
黑箱子法求出的全過程便是黑箱子白色的霧化現象的全過程。實際求出流程如圖所示
表明輸出量和心輸出量期待盡量優化、詳細，那樣有益于黑箱子求出。根據創建鍵入
和輸出間關聯能夠尋找適合的案例。由于，大家把設備分成3 類———工作中機、發動機和
信息機。工作中機又可分成鉆削數控車床、紡織器材、輕工機械、包裝設備、輸送機械這些。
對各種設備的原材料流、動能流和信息流廣告都是有他們各有的規律性和特性，因而，不會太難求取合
適的案例。擁有適合的案例與設置輸出量和心輸出量類似，那麼黑箱子的求出也就并不困
難。
第三章中表明3 類設備的實際特點，表述了動能流、原材料流、信息流廣告的本質特征。
這將有益于敘述黑箱子內部構造情況。
輸出量和心輸出量的細化、詳細化也有益于找尋適合的案例或相仿的案例。比如工
作設備能夠分為金屬材料鉆削數控車床、輸送機械、紡織器材、縫紉機械設備、包裝設備這些，他們
內部又可細分化為各種各樣實際的機械設備，了解了他們各有的特性可能有益于黑箱子的求出。
擁有適合的案例，另外還可協助我們去設置所要設計方案的機械設備商品的總作用，從總功
能溶解一直到分作用求出，他會有益于我們去開展黑箱子的求出。
針對高速沖床的黑箱子法描述如圖所示。在其中原材料流表明板材根據沖壓模具使原材料分離出來或產
生塑性形變，表明這類設備的加工工藝姿勢全過程。動能流表明了將電磁能轉換成沖壓模具成型的機
械能 （形變能） 和摩擦等要素的卡路里消耗。使高速沖床的工作中全過程表述得更加清晰。
另外，從黑箱子法描述全過程還可以設想出這類設備的總作用。
組織學引流矩陣法
機械設備商品的總作用轉化成若干分作用后，大家可以用 “可循法” 將各分作用的解全
部列舉，因此就可寫成作用－作用解的組織學引流矩陣。
一、形狀剖析的基礎特性
組織學引流矩陣法是一種系統軟件檢索和類型化求出的分作用組成求出方式。
要素和形狀是組織學引流矩陣法中的2個定義。說白了要素就是指組成機械設備商品總作用的各
個分作用。而相對的完成各分作用的電動執行器和方式方法，則稱作形狀。比如：某機
械商品的分作用為 “間歇性健身運動”，那麼 “棘輪機構”、“槽輪機構”、“間歇性凸輪機構” 等
電動執行器，則為相對要素的主要表現形狀。
組織學引流矩陣法是創建在作用溶解和作用求出的基本上，以便盡量得到各種各樣的
作用解，能夠參照目前的解法文件目錄和機構類型指南。
組織學引流矩陣法是開展機械結構構成和自主創新的基礎方式，獲得多種多樣行得通計劃方案，經篩
選、點評能夠取得最好計劃方案。
二、組織學引流矩陣法的應用流程
（一） 總作用溶解
根據總作用溶解能夠求取若干分作用。這類總作用溶解通常要與機械設備的加工工藝姿勢過
程聯絡起來考慮到，使分作用的姿勢可以用某一類的電動執行器來完成。因而，這類溶解需
要設計方案工作人員有豐富多彩的設計方案工作經驗、全方位的材料累積和極大的自主創新能力。
（二） 形狀設想和作用求出
這就需要從分作用的特性找尋完成的原理，隨后從原理尋找作用媒介。這一
全過程規定設計師把握多學科專業知識和相對的情報資料，求取各式各樣作用媒介，確保
行得通計劃方案有充足的總數。
（三） 計劃方案構成
在作用溶解和作用求出的基本上，我們可以列舉下表所顯示的組織學引流矩陣。
若機械結構的分作用有3 個，各自為 A 、B 、C ，他們相匹配的作用媒介數量為3 、5 、4 個。
從理論上講能夠組成出的計劃方案數：
在全體人員計劃方案中，大家還務必考慮到相溶性標準，聯接標準等，因而一些計劃方案并無存有
使用價值或使用價值并不大，能夠在基本挑選時除去。
（四） 計劃方案點評和挑選
因為依據組織學引流矩陣法個人所得行得通計劃方案數量通常非常大，必不可少先開展評審。評審的規范
能夠列入獨創性、創新性和應用性，把一些三性不太好的先多方面篩出。隨后用合適此類機
械系統軟件的技術性經濟數據開展考核評價，挑選出綜合性最佳的計劃方案。
（五） 舉例說明
應用組織學引流矩陣法來設計構思雙缸全自動洗衣機的行得通計劃方案。
（1） 總作用溶解
雙缸全自動洗衣機的總作用包含 “盛放衣服”、“分離出來臟污” 和 “操縱清洗”3 個分作用。
（2） 分作用求出
盛放衣服的作用媒介有鉛桶、塑料罐、玻璃鋼防腐桶、瓷器桶等4 種；分離出來臟污的作用
媒介有機械設備磨擦、電磁振蕩、超音波等3 種；操縱清洗的作用媒介有人力手控、機械設備定
時、系統自動操縱等3 種。
（3） 列舉組織學引流矩陣
列舉組織學引流矩陣，如表3 －3
因而，理論上可組成出4 ×3 ×3 ＝36 種計劃方案。
4） 計劃方案點評和挑選
從獨創性、創新性和應用性看來，一般采用
因而關鍵有8 個
計劃方案：
依據技術性經濟數據來開展考核評價，并按評分高矮來開展計劃方案挑選。點評評價指標體系
最終由技術專業技術工程師們來明確，沒有這兒多方面進行。
分作用求出
根據功能設計能夠獲得機械設備商品的一些分作用，將這種分作用求出，能夠求取機械設備
商品功能原理計劃方案。
分作用求出的目地是以便尋找分作用媒介。分作用求出全過程是先對完成分作用的動
作個人行為開展敘述，隨后尋找完成姿勢個人行為的行得通的電動執行器。我們可以將完成分作用的
電動執行器稱作分作用媒介。
一、分作用的姿勢個人行為敘述
分作用是機械設備商品的子目標，是所需完成的分功能。在機械設備商品中一切分作用都可以
以用姿勢個人行為來完成。因而姿勢個人行為的敘述是求出分作用的重要。
比如 “外螺紋成型” 的作用，它是在產品工件上產生外螺紋。它的姿勢個人行為能夠敘述為
1） 銑削：產品工件持續旋轉；成型車床車刀選擇產品工件并沿產品工件中心線作勻速挪動，隨后撤出，
如圖所示3 －5 （a） 所顯示。
2） 切削：產品工件持續旋轉；成型車刀旋轉選擇產品工件并沿產品工件中心線作勻速挪動，隨后
撤出，如圖所示3 －5 （b） 所顯示。
3） 扳絲：產品工件固定不動；將扳絲扳子作勻速旋轉和勻速挪動選擇產品工件，隨后再反方向旋
轉和挪動撤出，如圖所示3 －5 （c） 所顯示。
4） 搓絲：將產品工件持續送進定搓絲板和動搓絲板內，進而持續搓出外螺紋，如圖16 －5
（d） 所顯示。
又如，“分紙” 的作用，規定在一疊紙上分離出來一張紙。它的姿勢個人行為能夠敘述為
1） 削紙：運用削紙桿的切向力將紙分離出來，如圖所示3 －6a 所顯示。
2） 滾紙：運用滾軸的滑動摩擦力將紙送出去，如圖所示3 －6b 所顯示。
3） 吸紙：運用空氣壓力吸附力將紙吸上來，如圖所示3 －7c 所顯示。
4） 抓紙：運用空氣壓力將紙刮起再用前爪爬取打印紙張，如圖16 －6 （d） 所顯示。
不難看出分作用的姿勢個人行為敘述可按以下流程：
1） 深入分析分作用功能、有關標準，深層次了解分作用實際內函。
2） 運用發散性思維找尋運用各種各樣原理完成分作用的實際姿勢個人行為。
二、尋找進行個人行為姿勢的行得通電動執行器
在機械設備商品中進行個人行為姿勢的媒介是各種各樣相對的電動執行器。電動執行器按其能進行的
個人行為姿勢分成完成勻速旋轉、調速旋轉、往復式挪動、往復式晃動、間歇性旋轉、間歇性挪動、
給出運動軌跡健身運動這些。
比如，圖3 －5 （a） 銑削的個人行為姿勢，包含產品工件的勻速旋轉，成型車床車刀的下刀、退
刀挪動 （歸屬于往復式挪動） 和刀臺的勻速挪動。所述3 種個人行為姿勢能夠由3 個電動執行器來
進行。
又如，圖3 －6 （a） 削紙的個人行為姿勢便是削紙桿的往復式挪動，可以用一種完成往復式
挪動的電動執行器來完成。
進行分作用的個人行為姿勢的電動執行器便是作用媒介。
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