产品的总体方案设计范文

导语：如何才能写好一篇产品的总体方案设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：PLC控制系统；钻床；自动化

随着生产力的发展和科学技术的进步，人们对所用控制设备不断地提出新的要求，各种智能化技术与信息化技术的出现为设备设计过程中提供了各种手段与保证前提。人们在生产的过程中要求设备更加通用、灵活、易变、经济、可靠。在台式钻床的改造过程中拟定了液压系统原理图,选择了液压元件,结合当前的先进科学技术与智能化控制基础给出了主轴电动机、液压泵电动机的电气控制图通过自动控制系统和计算机控制操作流程进行自动化钻床的设计施工流程，并对其图标进行严格的审查过程和控制流程，对其顺序控制的过程、功能和特性进行了描述。PLC可编程控制器作为当前社会发展过程中出现的主要的技术，其在社会发展的过程中推动各种设备进行促进与变化，在钻床的改造过程中也有着不可替代的作用，是实现新一代的工业控制装置的前提基础，具有开发柔性好接线简单安装方便抗干扰性强等特点，是实现当前各种机床控制技术智能化设计的突破口。

一、PLC的特点

可编程序逻辑控制器 PLC采用中央处理单元 CPU，不但继承了 PLC 原有的功能，而且具有了顺序控制、算术运算、数据转换和通信等更为强大的功能，指令系统丰富，程序结构灵活，不但可以完成开关量及顺序控制，而且可以用来实现模拟量等复杂的控制。它集中了工业专用机和通用计算机的优点，运行可靠、通用性强和适应性强，发展非常迅速，既可以用来单独构成控制系统，其系统也可作为DCS 系统的主要现场控制系统，是目前工业自动化应用最广的控制设备。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

1.可靠性高。可编程序控制器专门为工业环境而设计，具有很高的可靠性。功能强大。可编程序控制器及相关产品几乎可以实现所有的控制任务，是目前工厂中应用最广的自动化设备。简单方便。

2.PLC 产品应用的简单方便体现在以下几个方面： 接线简单，一般直接接线，不需要用户再进行电路板的设计；2语言方面，所有厂家的 PLC 都支持梯形图，编程简单直观；模块化设计或扩展模块的使用，简化了控制系统的形成；系统设计容易，开发周期短，程序易调试和修改； 利用可编程序控制器网络和通信技术易于实现复杂的或分散的控制任务。

二、设计方法

系统将台式钻床改造为自动钻床并可通过PLC实现自动控制。设计过程按照机床的一般设计步骤先进行总体方案的确定，然后再分别对进给系统、传动系统和控制系统进行具体设计。设计的目标在于通过导入液压进给系统和PLC控制系统，改造后的钻床能实现自动化连续生产、改善产品的加工质量、提高劳动生产效率；降低工作人员劳动强度和工作量；钻床系统能够工作平稳，满足工作要求；经济因素合理。

通台式钻床传动系统的改进、进给系统的设计、进给系统液压缸的设计和PLC控制系统的设计等四个方面。其中重点在于进给系统、进给系统液压缸和PLC控制系统的设计。进给系统设计主要是解决主轴高速旋转与轴向进给两个自由度的实现；进给系统液压缸设计包括液压缸的设计、液压缸与主轴的配合和液压缸油路控制； PLC控制系统的设计主要是通过应用PLC控制程序来实现对液压油路的动作控制及钻床加工过程的动作控制。

我们通过对传统台式钻床的改进及设计要达到的目标在于通过改进钻床能够实现工作自动化，最终能满足以下要求：

（1）能实现自动化连续生产，改善产品加工质量，提高生产效率；

（2）降低工作人员劳动强度和工作量；

（3）钻床系统工作平稳，满足工作要求；

（4）经济因素合理；

三、台式钻床自动化改造方案

1、自动钻床的总体方案设计

总体方案设计的构思和方案拟定关系到产品的功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，因此，我们要确定良好的总体方案设计思想，保证产品的功能、经济效益和实用性能。

总体方案设计的内容主要包括以下几个方面：

（1）执行系统的方案设计 ；

（2）原动机类型的选择和传动系统的方案设计；

（3）控制系统的方案设计；

（4）总体布局设计；

（5）辅助系统的设计；

为了完成普通台式钻床的改造及进给系统的设计，我们依循机床设计的一般步骤，确定自动钻床的总体方案设计。

2、自动专用钻床已知条件和设计要求的概述

本文对普通台式钻床的自动化改造及进给系统设计是以某五金工具厂钢丝钳生产线的自动化改造为背景。

已知：加工对象为钢丝钳加工工序为在钢丝钳上钻削直径为φ12mm（钻床最大钻削直径）的通孔，钢丝钳材料为Q235。

改造后的全自动钻床应满足以下设计要求：

（1）满足自动连续生产，且生产率为3把/分钟；

（2）自动化改造应是机械、电气和液压的有机结合；

（3）传动系统设计应包含切削力计算、电动机选择、传动装置设计、床身结构设计等；

（4）设计重点为钻床液压进给系统之进给油缸设计；

（5）自动控制系统应以PLC与手动相结合的方式实现；

2.2 自动钻床的工艺路线分析与确定

与传统台式钻床的加工工艺路线相比较，改造后的全自动钻床基本动作有很大的调整，这其中主要是导入了自动化加工动作。结合设计及生产要求，确定工艺路线如下：

启动（电源及控制模块）自动送料自动夹紧主轴快进主轴工进主轴停留主轴快退夹具松开出料

自动钻床的设计是在原有传统钻床的基础上进行改造和设计的，改造后的自动钻床是典型的机电一休化产品。设计内容主要涉及到机构学、机械运动学、机械设计学、材料力学、液压传动设计和PLC自动控制理论等多方面的内容。

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1.1价值工程的概念

价值工程（VE）作为经济与技术相结合的现代化管理技术，目前已被广泛应用到建筑工程建设管理领域。价值工程（或者价值分析）是指成本与绩效的优化活动，即依靠组织性的活动来对某项服务或者某类产品的功能予以分析，由此实现该项服务或者产品总成本的最低化以及总价值的最高化。根据上述定义可知，价值工程的目标是提升研究对象的总价值，核心是对功能系统的分析，基础是开发集体性的智力资源以及运用创造性的思维。此外价值工程的原理包括动能变动性原理、价值准则性原理、功能本质性原理、成本变动性原理、行为与代价原理、影响费用三要素原理。价值工程的特点包括普遍性（由建筑工程的多样性决定）、一次性（由建筑工程建设的单件性决定）、系统性（由建筑工程结构的复杂性以及用途的多样性决定）。价值工程的工作程序为：选择对象→组成价值工程工作组→制定工作计划→搜集整理信息资料→功能系统分析→功能评价→方案创新→方案评价→提案编写→审批→实施与检查→成果鉴定。需要注意的是，上述价值工程的工作程序属具备普遍意义的工作程序，而具体行业的价值工程工作程序受到该行业实际特点的影响，因此对建筑工程设计阶段造价控制领域价值工程的应用研究必须考虑到该行业造价控制的具体特征以及实际要求。

1.2建筑工程设计阶段造价控制领域价值工程的应用

由前文可知，价值工程是以实现全寿命周期成本最低化为目标，以对服务或者产品的功能分析为核心的管理技术，因此被广泛应用到建筑工程设计阶段造价控制领域。现结合前文所述的相关理论知识，浅析价值工程在建筑工程设计阶段造价控制领域的应用。

1.2.1总体方案的优化对价值工程的应用

建筑工程建设项目具有投资额高、建设规模大等特点，因此价值工程的应用对总体方案的优化具有重要作用。研究表明，必须从业主以及国民经济角度来分析建筑工程总体方案的功能，同时必须从建设投资、运营成本以及维修费用三方面分析建筑工程总体方案的成本，因此建筑工程总体方案的设计过程运用价值工程来实现设计方案的优化非常必要，即从社会效益、经济效益两方面来反映建筑工程的最终价值。需要注意的是，如何提升建筑工程的整体价值应为总体方案价值分析的核心，此外必须重视建筑工程整体价值提高的途径：功能不变，造价降低；造价不变，功能提高；造价略微提高，功能显著提高。

1.2.2限额分配对价值工程的应用

限额设计的前提是实现建筑工程各部位、各专业造价限额分配的合理性，因此运用价值工程来完成限额分配非常必要，即以功能、成本的动态原理为基础，使建筑工程实际成本与预定功能成正比例关系。限额分配对价值工程的应用流程为：分析、整理、评价建筑工程各部位与各专业的功能→对建筑工程各部位、各专业的功能进行定量化处理（由此确定各部位、各专业的功能及总体功能的百分比）→依据步骤二所计算出的百分比，分配建筑工程各部位及各专业的造价限额。

1.2.3结构方案的优化对价值工程的应用

研究表明，建筑结构的选择既影响到建筑工程的整体造价，又影响到建筑工程的使用年限以及使用质量，例如地基的处理方案、主体结构的类型等均与造价控制相互关联，因此建筑结构的合理选择对控制建筑工程的整体造价非常重要。建筑工程结构方案的优化对价值工程的应用，要求综合考虑到建筑工程的使用要求以及基本功能，即建筑工程建设方案设计过程，组织各专业的设计人员参与设计，以及尝试应用系列先进的新技术。如此设计出多种备选方案，最后再比选，并确定出最终方案。

1.2.4设计方案的选择对价值工程的应用

针对建筑工程设计方案的选择，传统的方法存在经济与技术相互脱节的问题，即对设计方案的技术性、功能性以及经济性进行分别评价，由此确定出造价最低且能够实现预定功能的设计方案，或者功能最强且造价限额合理的设计方案。但就价值工程的观点而言，上述最优设计方案却存在诸多需要改进的方面。价值工程的观点认为，必须始终立足于建筑工程的价值以及功能与费用，对最优设计方案进行选择以确定出具备最高价值的设计方案。价值系数法作为综合评价设计方案的常用方法，具体步骤为：计算出备选方案的成本系数与功能系数→根据上述步骤，计算出备选方案的价值系数。注意最优设计方案的价值系数最大。

1.2.5材料与设备的选择对价值工程的应用

建筑工程建设过程，材料与设备的费用约占建筑工程直接费用的2/3，因此建筑材料与设备的选择必须合理，即满足建筑工程使用质量的同时，切实降低建筑材料与设备的费用。建筑材料与设备的选择对价值工程的应用是指采用提问法来完成建筑材料与设备的选择，而所提问题多涉及到材料的功能、材料的成本、替代材料的成本等。实践表明，运用价值工程来选择建筑材料与设备对降低建筑工程的造价以及提高建筑工程的价值意义重大。

1.2.6图纸审核对价值工程的应用

建筑工程设计阶段，图纸审核的情况直接影响到建筑工程的质量，因此运用价值工程来完成图纸审核非常必要。图纸审核对价值工程的应用包括两方面：一是挑选出价值最高的设计图纸，设计图纸的审核突出重点，即所审核的图纸尽量具备功能性强、造价高、影响大的特点，由此实现经济与技术效果的最大化。二是分析、评价设计图纸的功能，即对设计文件以及设计图纸的合理性进行研究，同时采用科学的分析方法来评审设计方案，由此挑选出经济合理、技术可行的设计方案，进而实现控制造价的目的。

2结束语

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由前文可知，价值工程是以实现全寿命周期成本最低化为目标，以对服务或者产品的功能分析为核心的管理技术，因此被广泛应用到建筑工程设计阶段造价控制领域。现结合前文所述的相关理论知识，浅析价值工程在建筑工程设计阶段造价控制领域的应用。

1.1总体方案的优化对价值工程的应用建筑工程建设项目具有投资额高、建设规模大等特点，因此价值工程的应用对总体方案的优化具有重要作用。研究表明，必须从业主以及国民经济角度来分析建筑工程总体方案的功能，同时必须从建设投资、运营成本以及维修费用三方面分析建筑工程总体方案的成本，因此建筑工程总体方案的设计过程运用价值工程来实现设计方案的优化非常必要，即从社会效益、经济效益两方面来反映建筑工程的最终价值。需要注意的是，如何提升建筑工程的整体价值应为总体方案价值分析的核心，此外必须重视建筑工程整体价值提高的途径：功能不变，造价降低；造价不变，功能提高；造价略微提高，功能显著提高。

1.2限额分配对价值工程的应用限额设计的前提是实现建筑工程各部位、各专业造价限额分配的合理性，因此运用价值工程来完成限额分配非常必要，即以功能、成本的动态原理为基础，使建筑工程实际成本与预定功能成正比例关系。限额分配对价值工程的应用流程为：分析、整理、评价建筑工程各部位与各专业的功能对建筑工程各部位、各专业的功能进行定量化处理（由此确定各部位、各专业的功能及总体功能的百分比）依据步骤二所计算出的百分比，分配建筑工程各部位及各专业的造价限额。

1.3结构方案的优化对价值工程的应用研究表明，建筑结构的选择既影响到建筑工程的整体造价，又影响到建筑工程的使用年限以及使用质量，例如地基的处理方案、主体结构的类型等均与造价控制相互关联，因此建筑结构的合理选择对控制建筑工程的整体造价非常重要。建筑工程结构方案的优化对价值工程的应用，要求综合考虑到建筑工程的使用要求以及基本功能，即建筑工程建设方案设计过程，组织各专业的设计人员参与设计，以及尝试应用系列先进的新技术。如此设计出多种备选方案，最后再比选，并确定出最终方案。

1.4设计方案的选择对价值工程的应用针对建筑工程设计方案的选择，传统的方法存在经济与技术相互脱节的问题，即对设计方案的技术性、功能性以及经济性进行分别评价，由此确定出造价最低且能够实现预定功能的设计方案，或者功能最强且造价限额合理的设计方案。但就价值工程的观点而言，上述最优设计方案却存在诸多需要改进的方面。价值工程的观点认为，必须始终立足于建筑工程的价值以及功能与费用，对最优设计方案进行选择以确定出具备最高价值的设计方案。价值系数法作为综合评价设计方案的常用方法，具体步骤为：计算出备选方案的成本系数与功能系数根据上述步骤，计算出备选方案的价值系数。注意最优设计方案的价值系数最大。

1.5材料与设备的选择对价值工程的应用建筑工程建设过程，材料与设备的费用约占建筑工程直接费用的2/3，因此建筑材料与设备的选择必须合理，即满足建筑工程使用质量的同时，切实降低建筑材料与设备的费用。建筑材料与设备的选择对价值工程的应用是指采用提问法来完成建筑材料与设备的选择，而所提问题多涉及到材料的功能、材料的成本、替代材料的成本等。实践表明，运用价值工程来选择建筑材料与设备对降低建筑工程的造价以及提高建筑工程的价值意义重大。

1.6图纸审核对价值工程的应用建筑工程设计阶段，图纸审核的情况直接影响到建筑工程的质量，因此运用价值工程来完成图纸审核非常必要。图纸审核对价值工程的应用包括两方面：一是挑选出价值最高的设计图纸，设计图纸的审核突出重点，即所审核的图纸尽量具备功能性强、造价高、影响大的特点，由此实现经济与技术效果的最大化。二是分析、评价设计图纸的功能，即对设计文件以及设计图纸的合理性进行研究，同时采用科学的分析方法来评审设计方案，由此挑选出经济合理、技术可行的设计方案，进而实现控制造价的目的。

2结束语

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机械产品的总体设计对于产品从设计、制造到使用阶段都有着至关重要的影响，都关系着机械产品的质量、性能和安全可靠性。在这个阶段产生的设计问题其影响是巨大的，是难以通过后续工作来弥补的。同样，这一阶段的设计也是创意设计的阶段，也是提高产品市场竞争力的阶段，如果设计人员能够打开思维，开启智慧，剔除繁琐技术上的约束，那么将会设计出具有强大市场竞争力的产品。本文从机械产品总体设计的一般过程出发，分析了机械产品设计的原则，并且结合当前市场经济对产品总体设计的要求，将经济性、创新性和技术性贯穿于整个设计的始终。试图通过本文的分析为当前机械设计领域的研究提供一定的理论借鉴。

关键词：机械产品；设计；研究；发展趋势

引 言

改革开放以来，我国的机械设计已经不再是过去的单纯提高生产力水平，提供工业机械，以及致力于工业化建设而发展了，而是将大量的机械产品投入市场，创造利润，机械设计正式进入了市场竞争的时代。目前，机械企业面临的是来自于全球的竞争，所以产品设计的竞争能力、产品设计的周期、设计成本以及产品的质量、舒适度和售后服务都至关重要。总体设计阶段在产品具体设计、生产制造和销售以及维护的前期，对于产品的整个生产过程有着重大的影响。这个阶段是机械产品设计的一个重要部分，也是最为关键的阶段，设计质量的优劣直接决定了产品的性能、成本及其在市场上的竞争力和企业的效益。

1、系统化设计方法

系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

（1）将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

（2）将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

（3）将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分（单元）及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。

由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。

2、结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解（如通用零件部件等）描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，（1）产品（2）功能组成（3）主要功能组件（4）功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。

认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。

提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口（联接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

3、基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。

机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

3.1 编码法

根据“运动转换”功能（简称功能元）将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

3.2 知识的混合型表达法

针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。

在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法（规则、框架和过程），按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。

3.3 利用基于知识的开发工具

在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

4、各类设计方法评述及发展趋势

综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体（由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构）进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。

机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。

机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效，我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性，及其应当采取的措施。

参考文献

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【关键词】机械玩具马;结构设计;仿生

0 引言

随着人们消费水平的提高，动物玩具已成为儿童消费者玩具中的一个必须品。四足动物骑行玩具，以其独有的逼真动作和外观，再加上能够满足儿童骑行等一系列体验娱乐功能，成为了如游乐园、公园、超市等公共娱乐场所必有的娱乐玩具。自古以来，马便是能力、圣贤、有作为的象征，因而也成为玩具设计者和玩具企业首选的灵感来源。市面上众多骑行玩具都以马作为模仿对象而设计研发出来的。目前市场上现有儿童玩具马主要存在以下不足：多动力输入，协调控制要求高;马蹄着地时间短，不能有效地前进;多以前后腿轮滑为主，仿生效果不明显等。为此，本文提出一款具有四叉迈步功能的仿生机械玩具马，可供儿童乘骑娱乐。

1 休闲机械玩具马的总体方案设计

针对现有玩具马所存在的不足，基于仿生设计的思想，对休闲机械玩具马展开了深入的设计研究工作。为解决多动力输入的问题，该休闲机械玩具马采用充电电池驱动单电机为整个系统提供动力，主动力通过前后两个双曲柄机构和齿轮变速机构分成四个分动力，分别为玩具马的四条腿提供动力，并由钢丝闸线充当连杆的柔性曲柄摇杆机构巧妙的实现了马腿的曲伸迈步与着地走路功能。该玩具马主要由动力传输单元、行走执行单元、质心调节单元、马体等几部分构成。机械玩具马的总体方案如图1所示。

图1 玩具马总体方案示意图

2 休闲机械玩具马的结构设计

该休闲机械玩具马的结构设计主要包括动力传输单元结构设计、行走执行单元结构设计、质心调节单元结构设计等。

2.1 动力传输单元结构设计

休闲机械玩具马的动力传输单元主要由电机、V型带轮、V型带、曲轴、前曲轴、后曲轴、连杆、双联不完全齿轮、链轮、链等组成。通过V型带传动将电机的动力传递给曲轴，曲轴通过连杆将动力传递给前后两曲轴，分别安装在前后两曲轴上的两对双联不完全齿轮将运动传递给行走执行单元;同时后曲轴通过链传动将运动传递给质心调节单元。动力传输单元的结构如图2所示。

2.2 行走执行单元的的结构设计

休闲机械玩具马的行走执行单元主要由腿杆、小腿马蹄、肌肉块、连杆、钢丝闸线、柔性曲柄齿轮、迈步曲柄齿轮、上轴、下轴、曲轴等组成。行走执行单元的结构如图3所示。休闲机械玩具马的协调行走功能主要是通过由大腿杆1、2等构成的四杆机构、无急回特性曲柄摇杆机构和以钢丝绳充当连杆的柔性曲柄摇杆机构等实现的。

图2 动力传输单元的三维结构图

图3 行走执行单元三维结构图

2.3 质心调节单元的结构设计

休闲机械玩具马在行走过程中四叉迈步呈N形顺序，为提高其行走时的平稳性和安全性，因此以电池作为质心配重块进行质心调节，通过后曲轴、链轮、链、凸轮、摆杆等机构使其达到质心调节的目的。质心调节单元的结构设计如图4所示。

图4 质心调节单元整体三维结构图

3 休闲机械玩具马的结构设计总结

基于仿生设计的思想，对休闲机械玩具马进行（下转第352页）（上接第120页）了详细的设计，突出的优点在于：

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1 前言 5

2 摘要 7

3 系统详细需求分析 8

3.1 详细功能需求分析 8

3.1.1 MIS分系统的功能需求 8

3.1.2 EDM分系统的功能需求 8

3.1.3 CAD/CAPP分系统的功能需求 9

3.1.4 MFS分系统的功能需求 9

3.1.5 SES分系统的功能需求 10

3.2 信息需求分析 10

3.3 性能需求分析 10

3.4 接口需求分析 11

4 系统总体方案设计 13

4.1 系统组成及逻辑结构 13

4.2 应用系统结构 14

4.3 支撑系统结构 18

4.4 系统集成 20

4.5 系统工作流程 22

5 MIS分系统详细设计 24

5.1 前言 24

5.2 MIS分系详细需求分析 24

5.2.1 功能需求 25

5.2.2 信息需求 27

5.3 MIS分系统总体设计 28

5.3.1 MIS分系统结构设计及子系统划分 28

5.3.2 MIS分系统技术方案 33

5.4 MIS分系统中各子系统详细功能设计 36

5.4.1 经营管理子系统详细功能描述 36

5.4.2 物资管理子系统详细功能描述 36

5.4.3 生产管理子系统详细功能描述 37

5.4.4 质量管理子系统详细功能描述 45

5.4.5 财务管理子系统详细功能描述 46

5.4.6 办公自动化（OA）与人力资源子系统详细功能描述 48

5.4.7 设施管理子系统详细功能描述 49

5.5 MIS分系统界面设计 50

5.5.1 MIS分系统外部的信息界面划分 50

5.5.2 MIS分系统内部的信息界面划分 51

5.5.3 MIS分系统用户界面设计 53

6 CAD/CAPP及EDM分系统详细设计 56

6.1 分系统详细需求分析 56

6.2 分系统结构设计及子系统划分 57

6.2.1 分系统的逻辑体系结构 57

6.2.2 分系统的子系统划分 58

6.3 分系统功能详细设计 58

6.3.1 工程和产品设计子系统 58

6.3.2 零部件设计子系统 59

6.3.3 工艺设计子系统 59

6.3.4 产品技术图档管理子系统 59

6.3.5 项目和任务管理子系统 61

6.3.6 产品结构及零部件装配子系统 63

6.4 分系统界面设计 64

6.4.1 外部界面设计 64

6.4.2 内部界面设计 65

6.4.3 用户界面设计 65

7 MFS分系统详细设计 67

7.1 分系统详细需求分析 67

7.2 分系统结构设计及子系统划分 67

7.3 分系统功能详细设计 68

7.4 分系统界面设计 70

8 信息编码设计 72

8.1 编码原则 72

8.2 信息分类 72

8.3 编码规则 73

8.3.1 单据与文件编码规则 73

8.3.2 人员机构编码规则 73

8.3.3 自制件编码规则 75

8.3.4 原材料编码规则 76

8.3.5 标准件编码规则 76

8.3.6 设备器材编码规则 76

9 数据库系统设计 78

9.1 需求分析 78

9.2 信息模型 78

9.3 数据库设计 79

9.3.1 数据库选型 79

9.3.2 逻辑结构与共享方式设计 79

9.3.3 安全和保密性设计 80

10 网络通信系统设计 81

10.1 FIBOW-CIMS网络设计要求 81

10.2 网络结构设计 81

10.2.1 网络结构选型 81

10.2.2 网络互连设计 82

10.2.3 网络信息载体及硬件配置 83

10.3 网络布局设计 84

10.3.1 网络的物理布局设计 84

10.3.2 光缆敷设 84

10.3.3 验收技术指标 85

10.3.4 其他注意事项 85

10.4 网络操作系统 85

11 关键技术及解决方案 87

11.1 SFCAD等CAD软件与EDM的数据接口 87

11.2 基础数据的采集和信息的分类编码 88

11.3 “面向企业决策者”的综合查询与辅助决策支持功能开发 88

11.4 企业INTRANET的建立及B/S应用模式的开发 89

11.5 EDM工程数据库中BOM到MIS数据库的转换 90

12 系统配置 91

13 工程实施与测试计划 93

14 投资预算 95

15 附录 98

：39000多字

400元

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篇7

关键词：机械；产品；方案设计；

Abstract: According to the current domestic and foreign scholars mainly thinking design features of mechanical product design, product design method of the program are summarized as systematic, modular structure, product features four types based on the knowledge and intelligence. Points out that the organic connection between the features of the four methods and the interaction between them, the direction of product design computer.

Keywords: mechanical; products; design

中图分类号：F407.4 文献标识码：文章编号:

1 系统化设计方法

系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：①将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。②将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。③将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。

1.1设计元素法

用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

1.2 图形建模法

研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。

1.3 “构思”―“设计”法

将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。

1.4 矩阵设计法

在方案设计过程中采用“要求―功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求―功能”逻辑树建立“要求―功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示;在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

1.5 键合图法

将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。

2 结构模块化设计方法

将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。 认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。

提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：①元件间直接定位，并具有自调整性的部件;②结构上具有共性的组合件;③具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接;④具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。

2.3 基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

2.3.1 编码法

根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

2.3.2 知识的混合型表达法

针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合。在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。

2.3.3 利用基于知识的开发工具

在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

2.3.4 设计目录法

构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

2.3.5 基于实例的方法

在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。

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关键词：TMS320DM642 图像采集

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0157-01

1 引言

目前，图像采集处理技术已经被广泛的应用于智能交通、安防监控、产品检测、医学图像诊断、消防等行业。传统的基于计算机的图像采集系统由于体积大，携带不方便，且功耗大等缺点阻碍了图像采集处理系统的进一步普及和推广。DSP凭着其特有的灵活性、精确性、稳定性、可重复性、体积小、功耗小、易于大规模集成，特别是可编程和易于实现自适应处理等特点，给数字信号处理带来了巨大的发展机遇，并使得信号处理手段更为灵活、功能更复杂、其应用领域也在不断扩展。针对现代图像采集系统的功耗低、实时性强等更高的要求，本文提出一种基于TMS320DM642的图像采集系统方案，以便实现图像的实时采集、二值化、边缘检测等处理。

2 系统总体方案设计

本文提出的图像采集系统由TMS320DM642构成， TMS320DM642采用第二代高性能、先进的超长指令字veloci T1.2结构的DSP核及增强的并行机制，当工作在720M赫兹的时钟频率下，其处理性能最高可达5760MI/s，使得该款DSP成为数字媒体解决方案的首选产品，它不仅拥有高速控制器的操作灵活性，而且具有阵列处理器的数字处理能力，TMS320DM642的集成了非常完整的音频、视频和网络通信接口。系统的硬件设计方案如图1所示。

2.1 系统核心处理器

TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP中最新的定点DSP，其核心是C6416型高性能数字信号处理器，具有极强的处理性能，高度的灵活性和可编程性，同时集成了非常完整的音频、视频和网络通信等设备及接口，特别适用于机器视觉、医学成像、网络视频监控、数字广播以及基于数字视频/图像处理的消费类电子产品等高速DSP应用领域[1]。

2.2 存储空间的具体配置

在视频处理板上，通过EMIF扩展的外部存储资源如下：FLASH，最大4M*8位，8位异步静态存储器接口；SDRAM，最大4M*64位，64位同步动态存储器接口。

2.3 IIC总线的设计

DM642为TMS320DM642上集成IIC总线的主设备[2]，图像处理板上还连接了下列从设备，如图2所示。

2.4 视频解码器

TVP5150系列是一颗使用简易，超低功耗，封装极小的数字视频解码器，可将NTSC、PAL视频信号转换成数字色差信号。

2.5 视频编码器

视频编码器SAA7121H支持PAL与NTSC格式的视频编码，有1路复合视频输出和1路超级视频输出。

3 图像采集测试

图像采集的测试，主要包括了IIC总线的配置、TVP5150的配置、VP口的配置以及EDMA的使用等。

由于第一路的TVP5150与SAA7121H共用一个VP口，所以实现不了同步的采集与播放。因而我们将利用CCS的VIEW功能来进行测试静态的图像。

测试过程如下：将图像处理板的音频与视频转接线与J1接好，将摄像头的输出接入到Vin0上，将S端子J7接入到电视的S端子上，接好仿真器，加载目录，执行程序，设置参数，等待DSP传送数据，约需1分钟，在CCS中即可看到一帧图形（图3）。

4 结语

本文设计实现了一种基于TMS320DM642的车辆图像采集系统， 通过实验表明，该采集系统能够准确地采集到需要的车辆图片信息，可以实现图像的实时采集、二值化、边缘检测等处理。

参考文献

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事物都是发展变化的，传统的机械设计的发展经历了一个比较长的时期，它是由直观的经验设计开始，逐步到直接经验，形成理论指导，最后达到的实践和理论相结合的设计过程。它是由直观设计、经验总结、经验反馈再改进的一个过程，可以充分发挥前人的研究成果和设计理论，利用已有的设计公式、图表、经验公式等并结合自己的思想进行设计。传统的机械设计方法主要体现在细节的设计和分析上，它的基本思路由以下几个部分组成：首先决定设计方案，然后进行实际分析，最后是落实设计方案。它基本上是停留在静态、经验、手工的设计状态，而在设计时的着重点是经验、数据的计算和校核，但是简单实用，因此，传统设计成为所有机械设计的基础。在设计的过程中，传统的机械设计为工业大生产的顺利进行奠定了坚实的基础，这种方法操作简单、目标明确、并且具有比较成熟的理论依据和可执行的工艺，而且一旦设计成功，它的可靠性比较高。但是随着电子技术的发展，计算机理论在传统机械设计中的应用，传统机械设计的一些缺陷也日益突出，严重影响着机械设计在实际中的应用。它的局限性体现在以下方面：首先是设计方案过早确定，而且完全是凭借设计者的直接经验和间接经验来进行，设计创新性不强，得到的方案不是最优方案；第二是零部件的设计很多只作类比设计，与实际工况相差较大；最后采用手工计算、绘图、设计的准确性差、工作周期长、效率低。

二、现代机械设计的发展状况

1.现代机械设计已成为一门新的知识体系

随着计算机技术和信息技术的发展和应用，给机械产品的设计和制造带来了一系列的变革。现代机械设计虽然有了计算机的辅助，但是现代机械设计还是以传统的机械设计为基础的，是在传统机械设计基础上的发展和提高，是对传统机械设计不足的改进与改良。现代机械设计更注重了产品的设计理念的更新，只有创新思维，才能有新的设计方法和技术。在进行机械设计时，不仅要考虑产品自身的性能，还要充分考虑系统和环境的影响。而且在计算机上实现数字化技术能为机械设计提供全新的感觉，可以在计算机上模拟设计产品的特点、性能和进行改进；还可以完成各种试验和测试，极大地方便了设计的检测。使设计成为一门新的知识体系。

2.现代机械设计的特征

现代机械设计并不是一个单纯的机械设计的概念，它是各学科知识的交叉渗透，由于学科理论的交叉整合，使它的基础理论知识更加深化、扩展；它由传统机械设计的静态设计转变为机械系统的动态设计；设计的技术也已有最初的人工的手段发展到由计算机辅助设计（CAD），而设计的产品本身也出现了重大的变化，由传统的机械特性发展到机电一体化、智能化的特点。现代机械设计实现了人—机—环境的和谐统一发展，在进行设计时，现代机械设计必须全面考虑、综合平衡、妥善处理系统的各种问题。可以采用基于功能原理的机械系统设计、人机工程学、产品造型设计和基于环保理念的绿色产品设计等方法。机械学理论和方法及计算机辅助分析的不断发展，对产品的方案设计、运动设计、动力设计和工作能力的设计等关键性的问题能做出很好的处理，一系列新型的设计方法和工艺正在形成。

3.可靠性和优化设计在现代机械设计中的应用

在现代机械设计过程中，用来提高产品市场竞争力的关键性指标是设计产品的可靠性。可靠性设计也称概率设计，它是将常规设计中视为常量的设计参数如实地作为随机变量来看待，把数学中的概率统计理论应用于机械设计中来，按照机械系统应用的定量的可靠程度来设计它们。可靠性设计是综合多种学科的新兴设计方法，它通过研究全寿命周期内质量指标的变化规律，对零部件和整个系统进行可靠性的设计。全寿命周期包括产品的规划、制造、使用、甚至报废、回收等各个环节的技术领域，这一设计理念从根本上颠覆了传统的设计思路。现代机械设计由于采用了计算机辅助设计，提高了设计的质量和效果，与之相配套的出现了产品的优化理论，而优化理论和方法已由最初地凭借人的直觉和逻辑思维的人类智能优化阶段发展到了面向产品的全系统、全过程、全性能的优化设计阶段。这种设计综合了各种设计信息，能清晰地了解设计的意图，实现了极高的设计效率。那如何充分利用这个系统，设计出更符合时代要求的机械产品，提高其国际竞争力是对设计工作者提出的新的挑战。机械产品设计的过程就是一个优化的过程。产品的优化设计涉及的内容非常广泛，它由一个从宏观到微观，从全部到局部，从总体方案到零部件设计的优化过程，具体地说可分为参数优化、结构优化和总体方案优化三个层次。机械设计者只有依据这三个层次，对机械产品进行设计，才能取得较好的设计效果。

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本系统根据交通运输部的国家标准和运营客户的实际需求，在GPS通用产品基础上，集成汽车行驶记录仪功能，使GPS定位产品具备汽车行驶记录仪的功能；利用管理软件G IS轨迹回放功能实现运营车辆运营路线监督；C A N接口功能与发动机动力总线相连接，实现车身实时通信，可进一步进行其他扩展应用。本系统的实现，为商用车运营公司监控运营车辆提供了一种有效手段，可实现运营车辆安全监督和运营管理的有机结合。有利于约束驾驶员的不良行为，预防交通事故，保证车辆安全行驶，提高交通运输管理水平，而且还为道路交通事故鉴定和分析提供原始数据。

总体方案设计

GPS记录仪一体机涵盖GPS功能和汽车行驶记录仪功能。以一个A R M 32位C ortex- M3内核作为控制处理中心，包含数据采集模块、C A N模块、GPS、GSM模块、存储以及人机界面等模块，系统总体框图如图1所示。

控制处理中心采用S T公司A R M32 位系列的ST M32F205Z C T6芯片，它是以C ortex- M3为内核且资源丰富的产品，其中USB HOST和隔离R T C功能很好地满足了汽车GPS记录仪一体机的设计需求，自动 C A N控制器和F S M C并行总线，使CA N模块和L CD驱动不需要增加系统额外的软硬件资源。该芯片能够高集成度的完成GPS记录仪一体机的所有功能，有很好的性价比。

产品形式