機電一體化中接口技術淺談

【摘要】科技的快速發展，機電一體化技術也越來越完善，已經實現了多種技術的結合，成為新興的技術學科。但是機電一體化技術的發展離不開接口技術的更新。本文首先分析了機電一體化的系統模型，然后提出了接口技術的類別和功能，最后總結了接口技術在機電一體化中的主要應用和發展方向，通過本文的簡單介紹，希望能給機電系統的研究工作提供一些參考價值。

【關鍵詞】機電系統；控制系統；接口技術；機電一體化

機電一體化技術的發展，給接口技術提出了更高的要求。機電一體化技術是一種新興的技術學科，可以實現計算機技術、微電子技術、傳感技術、網絡技術、信息技術、自動化技術的結合。現階段，智能化、標準化、微型化、人格化是機電一體化發展的方向，各種技術的結合也越來越成熟。但是，為了讓機電系統的功能更多，性能更佳，就要進一步優化系統。所以，國內學者在多年的研究下，提出了新的融合理論。例如：鄒慧君的三子論；亢金月的系統集成論等。總之，機電系統要根據多種技術的特點進行技術融合，讓各個技術都能發揮其優勢，實現系統整體性能的提高，而接口就是有效連接系統各部分的有效硬件，提高接口技術的性能就是提高機電一體化系統性能的關鍵。

1機電系統模型的簡述

機電一體化系統（簡稱機電系統）設計是近幾年研發的重點內容，是提高機電一體化產品性能的關鍵。但是，機電系統在設計中有很大的難度，其主要原因就是無法整合多種多樣的機電系統。而接口技術的應用很好解決了這一難題，它可以實現各個組成部分的連接。接口技術作為一種新的設計方法，有著獨特之處，我們要想進一步了解它，就要先認識機電系統模型。對此，國內外學者根據接口技術的規律，提出了不同的設計理論。丹麥理工的JacobBanr就研究出三環論，德國亞琛工大就研究出五塊論，上海交大就研究出三子論，挪威科大就研究出兩個系統。

我們從以上幾種技術理論中可看出：機電系統在設計中還是以整體和部分關系為規律，實現多種技術的結合和滲透，最后讓各種技術的優勢發揮出來，提高系統整體的功能。這種結構的組合并不只是各部分功能的總和，而是遠遠地大于各部分功能的總和，這就是所謂的層次結構理論。其特點就是具有雙向因果作用規律。即：高層系統在底層原因的影響下產生某個結果；底層系統在高層原因的影響下也會產生另外的結果。而機械技術是屬于底層系統，機電一體化系統就是屬于高層系統，機械系統同信息、電子技術等低級系統整合后，就形成了機電一體化系統。但是，機電一體化也不等同于機械、信息、電子技術的結合，而是采用一定的限制手段對進入高層系統進行控制。

從模型結構出發，我們可以分析出它的特點如下：第一，機電系統分五部分，主要包括：控制系統、執行系統、傳感系統、動力系統和驅動系統等。第二，機電系統按高低層次關系又可分為控制層、反饋層和執行層，其中控制層就是控制系統，負責發布指令；反饋層包括動力系統、傳感系統和驅動系統，用來接受信息和傳遞信息；執行層就是執行機構，就是根據所傳遞的信息來執行操作。第三，機電系統是個整體，可以實現內部各層間的信息互換，而且所有的傳遞過程都是根據接口技術來完成的。第四，機電系統是需要人進行操作，也是實現了人與機械的交流，這種溝通關系也是根據人機接口來完成的。

機電系統就是一個有機整體，是多個系統的結合，每個子系統都可以和總系統實現連接，而且每個系統間可以實現信息和能量的交換，接口技術不僅實現了子系統間的連接，而且還讓每個子系統都發揮了自身的優勢，從而讓整個機電系統實現了性能的強化，這就是機電一體化系統的特點，所以，整個系統功能是否強大也是由接口性能決定的，要想提高整個機電系統的能力，就要在設計接口技術上下功夫，提高機電接口的性能。

2接口技術的具體內容

機電系統是多個系統的集合，只有保證子系統間的連接通暢，才能實現子系統間可以進行信息和能量的互換，才能實現機電一體化。其實，機電系統所涉及的各個領域，如機械、信息、微電子等技術都已經比較成熟和完善，主要的難點就是如何連接這些部分，從而讓機電系統具備多種功能，下面，我介紹一下機電接口技術的具體內容。

（1）接口技術的定義

接口技術就是為了實現機電各子系統間的連接，從而保證子系統間信息和能量的交換，這種技術可以讓整個機電系統的設計更加完善，功能更加強大。

（2）機電接口的基本功能

機電接口是連接系統的主要硬件，可以實現信息及能量的傳遞和互換。其基本功能可分為硬件連接和軟件連接兩部分，硬件連接指的是可以實現人—機電系統—子系統間的連接，是系統的輸入和輸出通道；而軟件連接指的是信息和能量交換的方法，還包括子系統整合后新功能的實現。

（3）接口的類別

機電接口包括四類：人機接口、機電接口、智能接口、動力接口等。下面，我們逐一開始介紹：第一，人機接口，這是連接機電系統和人之間的溝通接口，操作者可以通過這個接口觀看系統運作情況并控制系統。人機接口實際上就是實現了設備信息的輸入和輸出過程，其控制設備包括顯示器、控制界面和鍵盤。第二，機電接口，這是驅動器、傳感器和執行器的連接接口，可以實現驅動系統和執行系統的連接，執行系統和傳感系統的連接。第三，智能接口，這是個復雜接口，承擔著控制系統—驅動系統—傳感系統間的信息交換，可以根據不同的技術要求來改變信息，是保證系統的智能功能。第四，動力接口，這是個連接動力源和執行系統的連接接口，可以根據系統需要來提供不同的動力類型，如交流電、直流電、液壓等，其接口的特性就是可以讓功率發揮最大。

3接口技術的發展

隨著機電一體化的發展，對接口技術的要求也是越來越高。從機械技術和電子技術的結合向多技術結合方向發展，從而讓機電系統更加復雜，功能也越來越多。所以，機電一體化是技術進步的體現。下面，我介紹一下其發展方向：

（1）人格化。這是機電一體化繼續發展的方向。機電系統就是為了給人提供方便，讓操作者更便于操作，這不僅是機械進步的需要，也是人們內心的需要，機電接口要實現人和系統的溝通，讓機械操作更加人性化，功能更加合理化。

（2）微型化。這是機電一體化的發展特點之一，可以實現機械技術和電子技術的結合，讓機電系統的各部分連接更便捷，讓信息傳遞速度更快，信息反饋也更準確，也是機電接口發展的主要方向。

（3）標準化。這是機電一體化功能的完善，讓整個機電系統程序更加標準，操作者可以根據機電系統的模板來實現信息和能量的轉換，保證了機電接口可以組合靈活。

（4）智能化。這是機電一體化區別于機械自動化的一項功能，是接口技術進步的體現，讓機電接口實現了信息采集、能量控制，這是機電一體化的重要發展方向。

總之，機電一體化技術的發展讓機械產品的功能和性能得到了大幅度的提高。但是，我們也要認識到人才是操作設備的主體，所以，接口技術作為人機的連接通道，要向人格化、標準化、智能化方向發展，讓操作者更容易進行操作，實現機電一體化系統操作性能的整體提高。

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