基于機電一體化架構的研究與分析

摘 要：當前我國經濟加速發展，各行業之間的合作來往越加頻繁。在各技術融合的過程中，機電一體化就代表了新型的技術發展趨勢，朝向了智能化、尖端化發展的這種技術對生產、生活的影響不言而喻。本文首先分析了機電一體化系統的功能結構，然后研究了機電一體化架構的基本組成和核心組成，通過全面分析機電一體化的架構可以為它的發展提供更加廣闊的應用平臺。

關鍵詞：機電一體化；架構研究；組成結構

1.前言

隨著我國經濟的發展和國家科研實力的提升，人們已廣泛地接受了發展中的機電一體化這一新興。機電一體化技術是將不同領域的專業例如電子信息工程、機械工程、計算機應用工程等學科交叉結合，對這些學科取長補短以期實現整個工作平臺的最優化操作控制。

2.機電一體化功能介紹

機電一體化的主要功能就是將機械制造技術與不同領域的技術交叉互動實現最終應用，這些技術包括了電子技術、信息技術等先進的新興技術。機電一體化系統的顯著特點是根據實際情況，在確定了具有建設性方案的前提下，將機械技術和信息處理技術緊密協同和集成，以實現機械變換，用以滿足用戶多樣化的需求。具體來說，機電一體化功能包括了變換功能、目的功能和狀態變遷3部分。

變換功能主要通過人與機器分工協作相互配合，有目的地將輸入狀態中的過程對象變換為所期望產品的輸出狀態。這樣的變換功能系統可以看做是一個黑匣子，其中輸入已知，輸出也已知，黑匣子里的過程是未知的。在這一過程中，轉換對象的若干性質和特征會由功能中的單一步驟的改變而改變。只有用其他技術操作才能獲得所需要實現的輸出狀態。

目的功能是由機電一體化系統的眾多物理效應組成的，實施者、系統部件共同組成了該物理效應，這樣的物理效應是機電一體化功能變換實現所需的基本能力。對于設計者的思維習慣以及設計者對系統設計功能的理解來說，目的功能可以有效地表示設計意圖，更加貼近設計設。

在一體化連續類型的功能變換過程中，變換過程的輸出具有連續性的特點，輸出狀態由且僅由輸入狀態決定，這種由物質、能量和信息的連續流組成的系統稱為狀態變遷功能。這也是機電一體化系統的一種功能結構。

以上3部分機電一體化系統的功能組成很好的詮釋了機電一體化的復雜結構以及它所具有的特殊的性質，這樣的性質很好的服務于新型機械設計技術的應用與發展。

3.機電一體化架構分析

3.1. 基本架構分析

首先介紹機電一體化架構中的基本構成要素，這些技術是機電一體化發展應用的基礎環節。

3.1.1.系統技術。系統技術首先是以全局角度考慮了機電一體化系統的實現目標，將各種相關的技術組織結合在一起，然后將結合后的一體化系統分解成若干相互功能上相關聯的單元。

3.1.2.自動控制技術。自動控制技術運用于諸如定位的高精度控制設備、速度精確設置的速度控制設備、強大自適應性的控制設備、自我優化技術的自診斷校正、補償等設備。這一技術的應用可見及其范圍廣泛。在一體化系統的設計環節，甚至設計后的仿真調試階段都需要自動控制技術的指導。

3.1.3.機械技術。機械技術是機電一體化的基礎環節，這一技術的使用重點就是如何與機電一體化技術配合運用，利用所述其他新型技術的輔助作用，最終實現在重量上、體積上、精度上的優化即可以滿足重量的減小、體積的縮小、精度的提高、性能的改善等要求。在機電一體化系統的設計中，應在采用人工智能專家系統的同時有效結合先進的計算機輔助技術，以期形成新一代的機械制造技術。

3.1.4.計算機與信息技術。計算機信息技術是新發展的技術體系，它是計算機技術與信息技術的有效結合，包括了信息實時交換、在線存取、人工智能判斷與決策、神經網絡技術等。

3.2. 核心架構分析

其次介紹機電一體化架構中的核心構成要素。這些技術是機電一體化發展應用的關鍵環節。

3.2.1.驅動技術。之前作為驅動元件的電機在設計使用中已被廣泛采用，但是隨著科技的發展，內部裝有編碼器的電機以及三位一體的伺服驅動單元（控制專用組件-傳感器-電機）正在機電一體化的設計中逐漸占據重要的地位。

3.2.2.接口技術。信息數據傳遞格式的標準化、規格化是機電設備與計算機進行通信交換的基礎，為了便于信息的傳遞和維修應使用同一規格的接口技術。目前，先進的接口技術是高速串行接口，由于其開發成本低、還可以解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光耦器的大容量化等問題，故在機電一體化的設計中占據重要的作用。

3.2.3.軟件技術。一體化系統的使用離不開軟件的開發與硬件的設計。為了提高系統的生產效率，應逐步推行統一的軟件技術標準，即標準化的程序設計、模塊化的程序開發、固化的程序應用等。

3.2.4.信息處理技術。為了使機電一體化系統得到進一步的發展，必須運用先進的信息處理技術以提高設備的可靠性，包括了模數、數模轉換設備的可靠性和離線理數據的可靠性，進而提高整體系統的處理速度。

4.總結

機電一體化的應用使得機械生產業發生了史無前例的革新，是對傳統機械加工設計方法的重大改進。新型機電一體化系統的運用，將會推動機械產品更新換代的速度以及提高產品的使用效率。隨著科技水平的提高，各種相關的技術交叉配合已成為發展趨勢，與此同時機電一體化技術也會在經濟發展的同時得到更加廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]梁景凱，蓋玉先.機電一體化技術與系統[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社，2004.

[3]仝永康.淺析機電一體化技術的應用與發展趨勢[J].科技風，2009（10）.

[4]梁俊彥，李玉翔.機電一體化技術的發展及應用[J].科技資訊，2007（9）.

[5]張春利.機電一體化技術在煤礦生產中的應用[J].科技創新導報，2010（13）

作者簡介：

王麗丹（1981.12.14--）女 漢族 籍貫：遼寧省海城市 學歷：大學本科 專業：計算機科學與技術 職稱：助理工程師。