機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計要點以及未來發(fā)展探討

吳韜

【摘 要】在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展以及計算機技術(shù)不斷突破想象力的大環(huán)境下，傳統(tǒng)行業(yè)都在不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級以謀求新的發(fā)展機遇，高-機電一體化機械系統(tǒng)的出現(xiàn)也為傳統(tǒng)的機電行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。高-機電一體化機械系統(tǒng)通過借助計算機設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)完成機械的設(shè)計與研究，是對傳統(tǒng)的機電行業(yè)的一次重要創(chuàng)新與改革。本文敘述了高-機電一體化的性能特征以及其中涉及到的重要理論，并對高-機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計要點加以概括，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了其未來的發(fā)展，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供一定的參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】機電一體化;設(shè)計要點;未來發(fā)展

引言

計算機技術(shù)的不斷突飛猛進(jìn)，在深刻地影響著社會生活的方方面面，也為各個傳統(tǒng)行業(yè)帶來了重要的改革創(chuàng)新契機。作為國家工業(yè)發(fā)展進(jìn)步的重要支柱，機電系統(tǒng)也迎來了自己改革創(chuàng)新的風(fēng)口。高-機電一體化機械系統(tǒng)的出現(xiàn)將會使傳統(tǒng)的機電行業(yè)重新煥發(fā)生機，彰顯更加強大的生命力，搭乘信息化技術(shù)的快車，實現(xiàn)更高精度，更強穩(wěn)定性的機械制造。高-機電一體化機械系統(tǒng)是機電一體化的重要組成部分，在行業(yè)發(fā)展中充滿朝氣，是未來行業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。基于此，本文闡述了高-機電一體化機械系統(tǒng)的特點及其設(shè)計要點，并對其未來的發(fā)展方向進(jìn)行了探討[1]。

一、高-機電一體化機械系統(tǒng)

高-機電一體化機械設(shè)計系統(tǒng)是在原來傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入了先進(jìn)的微電子與系統(tǒng)控制技術(shù)，將他們有機高效地結(jié)合在一起，進(jìn)一步提高機械系統(tǒng)的功能及使用效率。機電一體化系統(tǒng)主要有多個信息處理系統(tǒng)組成，其核心技術(shù)主要包括機械技術(shù)、機械與信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動控制技術(shù)，傳感器檢測技術(shù)以及最為重要的驅(qū)動技術(shù)[2]。機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)部分，其主要任務(wù)是通過使用高新的技術(shù)和新型材料，將機械實體部分的重量減小，體積縮小，但在這一過程中不應(yīng)犧牲其對精度和剛度的追求。機械與信息技術(shù)是計算機信息處理技術(shù)的一部分，主要作用是實現(xiàn)信息的交換，存取，操作與判斷處理。系統(tǒng)技術(shù)是保證系統(tǒng)各部分實現(xiàn)有機暢通連接的重要一環(huán)，負(fù)責(zé)多個功能單元的連接，其中非常重要的一環(huán)即為接口技術(shù)。自動控制技術(shù)主要通過一定的控制理論實現(xiàn)高精度定位控制，速度控制等。傳感器檢測技術(shù)作為系統(tǒng)的感官，是完成自動控制調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。驅(qū)動技術(shù)可將電氣信號轉(zhuǎn)換成機械的運動，主要動力來源包括電氣、氣動以及電壓等。

高-機電一體化機械系統(tǒng)具有安全性高、生產(chǎn)能力強以及使用價值高的優(yōu)勢，因此，設(shè)計要點及未來發(fā)展將會對機電一體化機械系統(tǒng)在之后的應(yīng)用潛力上施以巨大影響。較高的安全性可以避免人員和設(shè)備的損壞，提升設(shè)備整體運行的安全性;較高的生產(chǎn)能力可以大幅提升其使用價值，創(chuàng)造更高的單位時間財富;更高的使用價值則會可以通過自動控制程序降低工作人員的工作量[3]。

二、高-機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計要點

（一）性能設(shè)計

高-機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計的要求可以主要分為兩點，分別是高精度和高穩(wěn)定性，高精度保證了機械產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而高穩(wěn)定性決定了系統(tǒng)的使用壽命與維護(hù)成本的高低。

高精度是機電系統(tǒng)最基本的設(shè)計原則，只有達(dá)到一定的設(shè)計精度，才能更好地發(fā)揮生產(chǎn)作用，這是因為如果機電一體化的精度達(dá)不到要求，則其產(chǎn)品的合格率就無法得到保證。現(xiàn)階段機電一體化系統(tǒng)的主要發(fā)展方向是生產(chǎn)智能化機電產(chǎn)品以及快速響應(yīng)的實現(xiàn)[4]，機電一體化系統(tǒng)具備一定的能力處理突發(fā)事件并減少反應(yīng)所需時間。當(dāng)系統(tǒng)收到信息指令時，智能系統(tǒng)就會以最快的速度作出響應(yīng)，與其他部分進(jìn)行通信。具有良好穩(wěn)定性和較高性能參數(shù)的機電一體化機械系統(tǒng)能夠保持較高的使用壽命，因此，著眼于機械系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的提高具有非同凡響的意義。機電一體化系統(tǒng)中除了智能系統(tǒng)外，還有非常重要且龐大復(fù)雜的機械系統(tǒng)。為了保證機械系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠，提高機械系統(tǒng)的效率，減少機械振動的頻率以及摩擦系數(shù)，選擇最為合適的零件尺寸是至關(guān)重要的一部分[2]。

（二）部件設(shè)計

機械系統(tǒng)的性能可以從動靜兩個方面入手進(jìn)行分析，而且可以通過數(shù)學(xué)建模將其進(jìn)行可視化表達(dá)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，各部件的運動參數(shù)、關(guān)系結(jié)構(gòu)、零件精度以及材料結(jié)構(gòu)都會影響到機械系統(tǒng)的性能，而系統(tǒng)的性能將會最終決定產(chǎn)品的質(zhì)量高低。具有較高靈敏度以及良好機械耐磨性的產(chǎn)品，可以使用較長時間，為之后的使用減少不必要的麻煩。

動力元件的主要功能是在計算機信息網(wǎng)絡(luò)的控制下為各種機械傳動部件提供動力供應(yīng)與支持，目前發(fā)電機仍是主要的動力來源。驅(qū)動元件能夠?qū)⒂嬎銠C的信號命令轉(zhuǎn)化為可被機器讀取的語言，機器讀取到這些語言之后，將會施行具體的機械行為。變速器、轉(zhuǎn)矩和速度轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動元件的重要組成部分，需要滿足高精度、小體積、輕重量和低噪音等的要求，還應(yīng)滿足機械系統(tǒng)的伺服性能[5]。

三、高-機電一體化機械系統(tǒng)的未來發(fā)展

隨著時代的發(fā)展與科技的進(jìn)步，高-機電一體化機械系統(tǒng)的不斷深入推進(jìn)是社會生產(chǎn)力的必然要求。系統(tǒng)的智能化是一個可以預(yù)見的發(fā)展趨勢，這需要相關(guān)學(xué)科理論知識的支撐，包括動力學(xué)、人工化以及自主決策等相關(guān)領(lǐng)域的知識。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展已在多個傳統(tǒng)行業(yè)掀起了改革的浪潮，所以機電一體化機械系統(tǒng)的可以逐步加強網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，比如通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全監(jiān)控等功能，進(jìn)一步減少人力成本。

在“機械”與“電子”之間大力推行自動化，可能達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，并減少寶貴的人力資源的浪費。而高-機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計理念將會極大地影響機電一體化的未來發(fā)展及其應(yīng)用。基于表層分析，實現(xiàn)機電一體化需要投入大量的資金和科學(xué)技術(shù)，但是機電一體化的實現(xiàn)在未來能夠大量節(jié)約有限資源的投入，這將會對為社會帶來巨大的額外收益。所以在機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計時，需要加大科研經(jīng)費以及后期調(diào)試費用的支出，以保證機電一體化機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在投入使用后，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)作為決定著高-機電一體化機械系統(tǒng)能否實現(xiàn)的關(guān)鍵因素，需要投入大量的人力物力進(jìn)行研究優(yōu)化，特別是衛(wèi)星計算機和微處理器的應(yīng)用。

隨著新材料技術(shù)不斷刷新材料使用理念的情況下，機電一體化機械系統(tǒng)在未來實現(xiàn)微型化將指日可待。目前高強度的新型材料、納米材料從實驗室的研究階段逐漸步入了商用階段，會使得包括電機在內(nèi)的其他設(shè)備的體積進(jìn)一步縮小，從而大幅縮減整個系統(tǒng)的體積。

四、結(jié)論語

在科技文明飛速進(jìn)步的當(dāng)下，機械的自動化將是這個行業(yè)未來穩(wěn)定發(fā)展的主要趨勢。高-機電一體化機械系統(tǒng)作為機械實現(xiàn)自動化的一種模式，在機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計制造中，相關(guān)研究人員需在滿足機械高可靠性和高精度的基礎(chǔ)上，不斷掀起頭腦風(fēng)波對其設(shè)計加以優(yōu)化升級，以提高機械產(chǎn)品的運行質(zhì)量，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備運行效益的最大化。為了有效保障機電一體化機械系統(tǒng)在生產(chǎn)活動中的快速投入使用以及使用的便捷性，還需要大力培養(yǎng)相關(guān)人才以熟練使用系統(tǒng)，從而真正使得機電一體化機械系統(tǒng)在實際中發(fā)揮它應(yīng)用的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉勇.機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計與探討[J].南方農(nóng)機，2017（22）：90.

[2]陳克勤.淺談機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計要點以及未來發(fā)展[J].科技風(fēng)，2017：145.

[3]傅成維.淺析機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J].科技資訊，2015，13（11）：29-29.

[4]周軍.論機電一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及走向[J].中國化工貿(mào)易，2014（1）：333-333.

[5]廖劍貴，王勰，黃承勇.機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計分析[J].南方農(nóng)機，2018.

（作者單位：通山縣人力資源和社會保障局）