機電一體化系統設計

王克

摘要：科學技術的發展，推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。基于此，本文從機電一體化設計展開淺析。

關鍵詞：機電一體化;關鍵技術;設計

引言

隨著機械電子科技的不斷創新，機電一體化技術獲得了跨越式的發展，逐漸實現了機械制造與計算機技術的有機結合，將工業生產中所用到的機械設備發展為有著分析能力、控制能力的智能設備。對機電一體化控制系統的設計展開研究能夠提高機械的自動化水平，改進其自動分析能力，提升其運轉性能。

1、機電一體化的簡介

1.1概念

所謂機電一體化，是指結合機械技術、信息技術、微電子技術、電工電子技術、信號變換技術與傳感器技術等各項技術，并將綜合體應用于實際領域的一項新興綜合性技術。1971年，日本雜志《機械設計》副刊上最先提到機電一體化這個概念。隨著現代科學技術的發展，機電一體化設計逐漸走向智能化、人性化設計的道路。北京數系科技的一款機電一體化設計研發全流程的旗艦品牌CAMELVIEW，能夠用很少的原型，為客戶有效地研發出自己所需要的一體化產品，以便更快占領市場。

1.2設計原則

首先確定一系列的設計指標，在進行機電一體化系統的設計，也就是說，對所設計的系統提出必須滿足的技術要求，然后才能著手具體系統的設計。機械系統與微電子系統協同組合的原則。在采用機電一體化技術新概念進行工程設計時，為了提高系統的性能和柔性，要求廣泛的物質和信息的集成。在整個機電一體化系統的設計過程中，都必須考慮機械技術與電子控制技術的集成，創造出機械、電子以及軟件等有機結合的新產品。機電一體化系統設計往往伴隨著機械系統的再設計，而且機械系統的再設計還不是全部。許多現代的機電一體化工程設計不是被動的依靠機遇來革新機電產品，而是預先精心計劃應用，并充分集成電子技術和機械技術，有目的地創造出最優的新產品，以達到新的系統比它們的原有產品更便宜、更簡單、更可靠以及更具有工作柔性。

1.3技術發展

智能化發展是機電一體化發展的主要方向，智能化元素使得工業機械操作系統具有決策、推斷等多方面能力，相比傳統的機電技術，開發智能化機電一體化產品主要集中在性能開發上，如對早就進入研究創新階段的自動清潔機進行智能化控制管理。集中化，即集中監控化，突顯機電一體化產品功能合一作用，設備系統一個細小環節出現故障都能被及時發現，運用該技術可以保證設備有效運行和管理，提高設備運行安全性能。20世紀90年代，我國已經將網絡技術應用于機電一體化研發過程中，遠程控制技術的發展，有效推動了機電一體化產品的網絡化。微型化能夠有效融合機械和控制，并且無需對兩者進行區分，不需分離CPU、傳感器等核心部分。目前，我國已出現微機電一體化的產品，還在軍事與通訊等領域有應用。PLC，即可編程邏輯控制器，PLC技術具有傳統的機電系統所沒有的功能，其能實時顯示相關數據，保證數量控制，有助于統計和計算設備數據。

2、機電一體化設計的關鍵技術

2.1信息處理技術

信息處理技術在機電一體化產品的設計中有著非常重要的作用，信息處理技術通過對所獲取的信息進行存取和計算等處理工作，能夠為機電一體化產品的設計和決策提供重要依據。計算機信息處理裝置是機電一體化產品的核心部位，它能夠實現對整個機電一體化產品運行過程的控制和指揮，所以信息處理技術是機電一體化設計中非常關鍵的技術，直接關系到機電一體化產品的運行質量。

2.2精密機械技術

精密機械技術是機電一體化產品的技術基礎，機電一體化產品功能的實現主要依賴于機械技術，因而在機電一體化設計過程中，精密機械技術發揮著非常重要的作用。在電子技術與機械傳動控制技術相結合的過程中，對傳動的精密度以及精確度等要求都較高，使得機電一體化產品機械技術比傳統機械技術更具優勢。另外，在機械技術的應用過程中，還應不斷發展和完善機械系統的新材料、新原理以及新工藝等，盡可能滿足機電一體化產品在機械系統剛度、體積、重量等方面的要求，提高機電一體化產品的工作性能。

2.3自動控制技術

機電一體化設計離不開自動控制技術的運用，具體表現為高精度定位、自適應控制以及速度控制等。通過自動控制技術的應用，能夠及時發現和處理機電一體化產品工作過程中出現的問題和故障，從而降低故障給企業造成的經濟損失。隨著自動控制技術在機電一體化產品的應用不斷擴大，機電一體化產品的精度和運行效率也能獲得極大提高。自動控制技術與計算機控制技術的結合，能夠極大地提高機電一體化產品運行的效率和質量，但是該技術在建立優化控制模型以及抗干擾等方面有一定技術難度。

2.4檢測與傳感器技術

傳感器能夠接收機電一體化產品工作過程中的各種相關信息，并通過檢測技術對這些信息進行檢測，將這些信息反饋給機電一體化產品的控制裝置，從而實現對機電一體化產品的自動控制。傳感器在獲取信息的過程中必須保障不受外部環境和外部工作條件的影響，保障信息的準確性。

2.5系統總體技術

該技術就是從整體目標的角度對機電一體化產品的功能進行分解，用系統的方法和觀點來尋找各功能適合的技術方案，并對這些技術方案進行綜合分析和評價，從而選擇最優技術方案。系統總體技術是保障機電一體化產品工作性能的重要技術。

3、機電一體化的設計方法

3.1交叉綜合設計

機電一體化設計會涉及到大量的機械設計和電子設計，產品研發過程中要應用多學科、跨專業結合的綜合設計方法，各學科協同作用，無主次之分。設計人員要在設計定位和市場調研基礎上考慮機械結構和電子電路等因素，并協調各因素，實現產品的功能和服務。

3.2產品結構設計

產品結構設計是一個復雜的過程，一個產品的結構設計好壞決定著該產品能否實現其各項功能。結構設計師要具備全方位、多目標的空間想象能力，還應具備跨領域協調的整合能力素養。設計出安全耐用、性能強，且低成本、易于制造的產品。以綠色節能冷藏箱結構設計為例，設計者不僅要設計一系列相關聯的零件來實現其各項功能，又要考慮該冷藏箱外形美觀、結構緊湊。在設計中不僅要考慮物質和能源消耗的減少，還要考慮產品零部件的回收利用價值，盡量減少有害的物質排放。

3.3制造工藝設計

產品美觀設計和結構設計固然重要，但若不對制造工藝進行設計，產品設計將達不到預期效果。產品的制造工藝設計在工業生產中占舉足輕重的地位。模具制造過程中出現問題會直接影響到產品的美觀以及產品制造的效率和成本。制造工藝設計應簡潔大方，操作性強，盡量使用智能化操作，減少手工出現的誤差。

結束語

隨著現代科學技術的進步，機電一體化產品的應用也越來越普遍，因而對機電一體化產品的設計也提出了更高的要求。在機電一體化設計的過程中，應注重對各項關鍵技術的應用，采用一定的產品設計方法，使機電一體化產品在滿足市場需要的前提下，能夠具有足夠的競爭力，保障機電一體化產品的社會效益和經濟效益。

參考文獻

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