一、性能指標(biāo)分析
1、黑箱法的基本原理：
將所要實(shí)現(xiàn)給定功能的機(jī)電系統(tǒng)看作為一個未知內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)、功能載體的“黑箱”，通過對輸入量和輸出量的分析，逐步掌握輸入和輸出的基本特征和轉(zhuǎn)換關(guān)系，尋求能實(shí)現(xiàn)這種基本特征和轉(zhuǎn)換關(guān)系的工作原理和功能載體。
物料：固體、液體、氣體等任何物體；
能量：機(jī)械能、電能、熱能、化學(xué)能、光能等；
信息：數(shù)據(jù)、指示值、測量值、控制信號、波形等。
物料的轉(zhuǎn)換指如何將毛坯、半成品轉(zhuǎn)換成成品；
能量的轉(zhuǎn)換指如何將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或機(jī)械能變成其它形式能量；
信息的傳輸或轉(zhuǎn)換指將物理量的測量和顯示、控制信號的傳遞等。
功能元實(shí)施原理方案的選擇
各種功能實(shí)施的基礎(chǔ)：以自然科學(xué)原理為基礎(chǔ)的技術(shù)效應(yīng)，例如以物理學(xué)為主要技術(shù)基礎(chǔ)的力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等原理廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，即所謂的物理效應(yīng)。
實(shí)施的要點(diǎn)：同一種功能可以用不同的技術(shù)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，選出最佳的功能元實(shí)施原理方案，有以下途徑可以參考：
參考資料、專利、產(chǎn)品；
利用創(chuàng)造性思維；
利用設(shè)計(jì)目錄。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)是原理設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)化，而且實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和創(chuàng)新。主要包括兩個方面：
機(jī)械結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)考慮和設(shè)計(jì)
電氣結(jié)構(gòu) 主要是選型，考慮安裝問題
結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的工作任務(wù)、內(nèi)容及步驟
（1）、任務(wù)：將原理方案結(jié)構(gòu)化，確定機(jī)器(或系統(tǒng))各個零部件的材料、形狀、尺寸、加工和裝配等；
（2）、內(nèi)容：設(shè)計(jì)零部件形狀、數(shù)量、相互空間位置，選擇材料、確定尺寸，進(jìn)行各種計(jì)算校核，按比例繪制結(jié)構(gòu)方案總圖，在計(jì)算時，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。
結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)原理與原則
①、運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)原則
空間物體有六個自由度，自由度s與約束q關(guān)系是：s = 6-q
應(yīng)該合理施加約束，滿足物體所所需要的運(yùn)動方式。
要求約束： ⅰ、點(diǎn)約束
ⅱ、約束點(diǎn)離開遠(yuǎn)些
ⅲ、自由度限制方向應(yīng)垂直于被約束平面
②、基準(zhǔn)面合一原則
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量滿足：定位基準(zhǔn)面與使用或加工基準(zhǔn)面統(tǒng)一原則，可以減小由于基準(zhǔn)不一致帶來的誤差。
③、傳動鏈最短原則
驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最短傳動
好處：傳動性能穩(wěn)定性愈好，傳動精度愈高
④、“三化”原則
零件標(biāo)準(zhǔn)化
部件通用化
產(chǎn)品系列化
“三化”原則是國家一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，優(yōu)點(diǎn)在于：互換性好；縮短制造周期；維護(hù)方便。
如：課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)的齒輪、滾珠絲杠、液壓缸尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)公稱系列；選用材料牌號、規(guī)格符合國家標(biāo)準(zhǔn)等。
⑤、阿貝原則（提高精度原理）
德國人阿貝1890年提出對精密量儀有指導(dǎo)意義的原則：若使測量儀測量結(jié)果準(zhǔn)確，必須將測量儀的讀數(shù)線尺安放在被測尺寸的延長線上。原因是這樣做避免了一階誤差。
此外還有一些原則，如：合力流原則、變形協(xié)調(diào)原則、變形最小原則、平均效應(yīng)原則、穩(wěn)定性原則等。
二、功能及性能指標(biāo)分配
1、性能指標(biāo)影響
（1） 性能指標(biāo)對設(shè)計(jì)方法的影響
不同的性能指標(biāo)，對產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)的限定作用也不同。
產(chǎn)品的使用要求包括功能性要求、經(jīng)濟(jì)性要求和安全性要求等，產(chǎn)品的性能指標(biāo)應(yīng)根據(jù)這些要求及生產(chǎn)者的設(shè)計(jì)和制造能力、市場需求等來確定。
1) 功能性要求 產(chǎn)品的功能性要求是要求產(chǎn)品在預(yù)定的壽命期間內(nèi)有效地實(shí)現(xiàn)其預(yù)期的全部功能和性能。
2) 經(jīng)濟(jì)性要求 產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性要求是指用戶對獲得具有所需功能和性能的產(chǎn)品所需付出的費(fèi)用方面的要求。
3) 安全性要求 安全性要求包括對人身安全的要求和對產(chǎn)品安全的要求。人身安全的要求是指在產(chǎn)品運(yùn)行過程中，不因各種原因（如誤操作等）而危及操作者或周圍其他人的人身安全。
按設(shè)計(jì)要求：特征指標(biāo)、優(yōu)化指標(biāo)、尋常指標(biāo)
（2） 性能指標(biāo)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響
對于初步方案中具有互補(bǔ)性的環(huán)節(jié)，還需要進(jìn)一步確定其具體的實(shí)現(xiàn)形式。在完成這些工作后，各環(huán)節(jié)才才可采用常規(guī)方法進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
2、功能及性能指標(biāo)的分配
（1）功能分配 原則：等效性功能
（2）性能指標(biāo)分配
1）列出影響作用范圍
2）變換量綱
3）優(yōu)化處理
三、總體設(shè)計(jì)的方法和步驟
機(jī)電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的過程
機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）（以工作機(jī)為例）的設(shè)計(jì)步驟如下：
(1)根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)
工作機(jī)的目的功能是用來改變物質(zhì)的形狀、狀態(tài)，位置尺寸或特性，歸根到底必須實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動，并提供必要的動力。
(2)系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分
工作機(jī)必須具備適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)才能滿足所需性能。要形成具體結(jié)構(gòu)，要以各組成要素及要素之間的接口為基礎(chǔ)來劃分功能部件或功能子系統(tǒng)。
(3)接口設(shè)計(jì)
接口問題是各組成要素間的匹配問題，有機(jī)械接口、電子硬件接口和軟件接口。
(4)綜合評價（或整機(jī)評價）
對機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）的綜合評價主要是對其實(shí)現(xiàn)目的功能的性能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價。
(5)可靠性復(fù)查
機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）既可能產(chǎn)生電子故障、軟件故障，又可能產(chǎn)生機(jī)械故障。
(6)試制與調(diào)試
樣機(jī)試制上檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的制造可行性的重要階段，并通過樣機(jī)調(diào)試來印證各項(xiàng)性能指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求。