淺述機電一體化設計

荀曉晶

開灤(集團)有限責任公司唐山社區服務中心

淺述機電一體化設計

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機電一體化技術是集機械技術和電子技術于一體的現代科學技術，隨著現代科學技術和計算機技術的發展進步，機電一體化技術的應用也越來越廣泛。“機電一體化技術”這一概念起源于日本，發展至今已經有四十多年的歷史。隨著科技的發展，人們對機電一體化產品的工作性能、工作可靠性等方面也提出了更高的要求，為傳感技術、計算機技術以及網絡技術等的發展提供了更為廣闊的空間。

機電；一體化；設計

1 機電一體化的概述

“二戰”結束后，隨著世界經濟的恢復和科學技術的發展，促進了機械制造技術、微電子技術、信息技術、自動控制等先進技術的發展。各個技術相互交叉，相互融合，機電一體化作為一門新的技術出現，并深刻影響著各個國家的經濟、科技、社會等領域。機電一體化技術已經成為機械制造業乃至國家工業發展水平的重要標志。面臨著我國人口紅利減少的嚴峻形勢，減少勞動力的使用，提高機電一體化水平已迫在眉睫。

機電一體化作為一門新的技術， 它融合了機械制造技術、電工電子技術、微電子技術、傳感器與檢測技術、信號變換與接口技術、信息通訊等先進技術， 并在上述技術的基礎上進行升級，并應用到工業生產當中。機電一體化技術是對原有技術的改良和升級， 而不是簡單的拼湊， 機電一體化跟機械電氣化在含義上有著本質的區別。機電一體化技術包括： 機械本體部分、伺服驅動部分、傳感器與檢測部分、控制及信息處理部分。通過對機電一體化技術應用的研究可以得知，機電一體化主要包括產品和技術兩個方面。從某種程度上來說，現代自動化設備都是機電一體化設備。

2 機電一體化系統設計的要點

近年來，在計算機技術獲得了飛速的發展和廣泛的傳播的背景下，機電一體化技術迎來了一個新的發展契機，并獲得了非常好的發展。機電一體化技術的應用為機器注入了“靈魂”，現代化機器并不是之前的冷冰冰機器，通過將機械技術和微電子技術的有機結合，使機器逐漸向著智能化和人性化的方向發展。從企業發展的角度分析，它為企業創新發展提供了可能，其開辟了一條新型的生產模式，進一步實現了企業經濟的最大化。

2.1 機電一體化系統的設計要包括結構模塊的設計

機械機構自身就是整個系統實現所有功能要素的結構支持，其主要包含有機身、支撐、框架、聯接等一些部件和結構，這些都是機械體系所能控制的內容，機電一體化系統需要將系統本身的設置結構考慮在內，從而保證機電以及機械等系統設備可以達到其預想的效果。

2.2 機電一體化的動力系統的設計

動力模塊的設計選擇是根據系統的控制要求，來為系統正常運行提供生產所需要的能量和動力來實現正常的生產。任何機械設備在脫離了動力的支持都是無法正常運轉的，因此動力系統的設計屬于機電一體化系統的設計中非常重要的組成模塊。動力模塊的設計和選擇可以使用變頻調節技術，再結合主電機可以傳輸的能量大小，然后通過變頻器自動的控制其所傳動的速率，從而實現對設備動力供應的調節。

2.3 感知模塊設計的特點

機電一體化系統中測試傳感部分對其整個系統運行過程中本身以及其外部環境中的一些參數進行嚴格的檢測，并將檢測到的信息通過某種程序轉變成系統識別出的信號，再經傳輸系統傳給信息處理的單元當中，經過合理的處理之后就可以實現所要求的控制信號。傳感器在信息傳達過程中占據重要地位，采用傳感器技術來進行系統信號的感應并對其作出相應反映的模塊，這對機電一體化系統的調度具有指導性的作用。目前出現無線傳感器的傳播和使用將會促進控制系統迅速準確的對得到的數據進行分析處理，從而有效的避免外來信號的干擾。

2.4 機電一體化系統中指令模塊的設計

控制模塊以及信息處理的部分對傳感器所得到的信息或者直接是對系統輸入的指令都進行合理的分析、處理，然后再根據其處理的結果以及相關規定在發出相應的指令，使得整個機械系統有條理有目的運行。

3 機電一體化設計方法

3.1 機電一體化設計流程

近些年來，隨著機械、電子等行業的高速發展，機電一體化設計方法越來越得到重視，機電一體化設計方法是在多學科基礎上的交叉設計方法，其適用性越來越強。機電一體化設計有其特殊的方法與準則，并有其固定的流程。通常，機電一體化設計有開發設計、適應性設計兩個階段。開發設計是指在滿足功能和審美要求的前提下，開發設計出具有市場需求的產品。機電一體化的設計通常要經過開發設計階段和適應性設計階段等。適應性設計，簡單的說，就是修改已有的設計，完善現有設計，提高其性能和功能。設計過程中要充分考慮到產品質地、結構等各項因素，最大可能設計出經濟適用、技術新等產品。

3.2 交叉綜合設計

交叉綜合設計就是在設計的過程中要應用多學科和跨專業綜合設計方法。由于機電一體化設計過程中機會涉及到很多學科的知識，設計人員應綜合考慮機電一體化產品的各因素，結合和協調其他學科知識進行產品設計，從而實現產品的服務和功能。

3.3 產品結構設計

機電一體化產品的結構設計主要包括機械部分設計和產品內部結構設計兩個部分。產品內部結構設計的質量會直接影響到機電一體化產品的質量，所以對結構設計師的空間想象能力和跨領域協調能力要求較高，盡量使產品具有低成本、高性能以及容易制度等優勢。

3.4 制造工藝設計

雖然產品結構設計和美觀設計非常重要，但制造工藝設計同樣不可忽視，制造工藝設計在機電一體化產品的設計和生產中占據重要地位，如果不對產品制造工藝進行設計，機電一體化設計也很難達到預期的要求。

機電一體化產品的研發是我國今后研發的重點方向，機電一體化技術是現代制造業的核心技術，并被廣泛應用于機電產業和其他制造業領域。今后對機電一體化產品會有更高的要求，但主要還是集中在對機電一體化系統的高要求，將機械技術、信息技術、傳感技術等融合在一起，使整個系統處于最優化，機電一體化設計不僅注重結構設計還要重視制造工藝設計，使機電一體化設計更科學、更有效。

[1]韓小東. 機電一體化新技術發展現狀及趨勢[J]. 山東工業技術，2016，18：164.

[2]李政，王述洋. 淺析機電一體化家具的人性化設計[J]. 機電產品開發與創新，2008，05：28-30.