機電一體化產品創新的概念設計解析核心探尋

趙旭東， 孔 琳， 吳超平， 趙靜宜

（中機生產力促進中心， 北京 10044）

0 引言

在運行機電設備的過程中， 其實在進行概念設計時就已經策劃好制造方案、生產形式、產品應用途徑、功能等方面的數據與參數。 所以創新概念設計能夠為機電一體化產品未來發展提供正確的方向指導， 但是因為其設計內容廣泛、 設計形式多樣并且還需要涉及多個領域， 所以在設計過程中需要設計人員擁有豐富的知識與經驗。 同時在新時代下，機電一體化產品更新換代速度非常快，如果不加快產品設計速度、提高創新設計進程，不僅會降低產品質量，還會讓產品喪失競爭優勢。 所以不僅要強化創新設計意識，還要運用多種現代化設備。

1 機電一體化產品概念設計概述

1.1 主要內容

機電一體化產品以機電一體化為重要基礎，其主要內容是集合基本元、系統和構建。 而機電一體化產品設計的主要內容是在產品開發過程中，根據各個項目環節的內容多元化發展產品功能、開發子功能等，從而實現功能、結構需求的具有系統性和全面性的設計活動。此種工作程序非常綜合，從初期規劃、概念設計到落實計劃內容與細節，并且根據實際情況與要求進行完善。 其實在進行產品概念設計時可以通過計算機技術進行， 但是非程序化的設計內容還需要相關設計人員按照步驟完成。 在人機共同完成概念設計的基礎上， 將其所有設計與開發的過程中分為不同模塊，這樣可以提高設計工作的層次性與清晰性。目前，大部分國家將概念設計的重點放在調控系統上[1]。

此理念初期提出是20 世紀70 年代， 在多年的發展歷程中，其內容逐漸豐富化。 如今科學技術發展速度非常快，面對逐漸提高的市場需求以及消費升級現狀，必須促進機電一體化產品提高其功能以及可靠性。而互聯網時代下，信息技術、微電子技術以及集成技術等，可以為其發展奠定非常優秀的技術基礎，同時還能提高其產品的質量[2]。

1.2 創新概念設計的重要意義

機電一體化產品創新概念設計的意義非常深層，不僅是對產品品質提出新要求，而且對產品功能、性質提供新保障。 其意義主要分為三方面：

首先能夠直接提高產品質量， 因為機電一體化體系具有學科交互性與融合性等特點，所以其內涵非常復雜。所以可知， 其實很多機電一體化產品設計與其自身特色并不匹配，很難充分發揮其技術優勢和特征。 其次就是完善與發展其理論體系，想要增強概念設計的創新性必須建設新形式、理論基礎。 只有提高概念設計的科學性、穩定性與合理性，才能升級、優化其產品。同時在機電一體化發展過程中，其理論的重要性愈發顯著，如QFD 理論應用廣泛并且非常具有權威性， 其對創新概念設計起著非常關鍵推動作用，同時還進一步建設了完善、 先進的機電一體化技術體系。最后就是能夠提高生產速率與工作效率，大部分機電一體化產品在設計過程中具備自動處理、調控等功能，能夠穩定提高工作效率。 如在應用數控機床過程中可以發現，和傳統機床相比，其效率高出五到六倍，并且在此過程中不僅能夠減少機床數量，還能降低人工成本，提高經濟效益[3]。

2 機電一體化產品創新概念設計理論探析

2.1 創新概念設計的系統原理

此類產品中最重要的就是機電一體化系統， 從其本質分析，相比于傳統機械，其具有非常強的復雜屬性。 機電一體化體系主要利用機構動力、 信息與控制功效引導電子技術， 然后再通過加強其與軟件的聯合性而打造出一種新型機械系統。從功能分析，機電一體化系統主要包括運動力、機械力等與動力學息息相關的特殊機械，同時還有和機電部件有著密切關系的系統。 其實此系統的關鍵之處在于集成多種技術，如在聯合應用控制系統、信息技術以及電工技術的基礎上，控制其運動，這種行為并非是技術拼湊， 而是通過計算機調控能力來實現元件控制與驅動目標的先進機械系統。

其原理研究主要分為三個方面：首先是三環論，專家認為其實機電一體化產品可以主要分為軟件、 電子與機械三部分；其次是五塊論，其產品功能被分為控制、操作、動力、構造與傳感檢測五個部分；最后是子系統理論，專家認為機電一體化體系主要分為控制與物理系統。 其實以上三種理論既有深遠意義，也有其限制性。這三種理論非常重視控制和電力，但是忽視了機械主體，同時也沒有深入研究關于機電一體化系統中概念設計中模糊與繁瑣部分，因此無法充分發揮概念設計作用。所以在概念設計時，應該將其系統主要劃分為信息控制、傳感檢測、執行機構等下屬系統，這樣可以充分發揮其功能優勢[4]。

2.2 創新概念設計方法

我國機電一體化發展雖然時間比較短， 但是成績卻非常顯著。無論在數控技術、工人機器還是計算機集成制造系統領域都頗有成就， 所以在對其產品進行創新概念設計時，必須加強各領域知識的融和，要求其具有創新、目標多解等特征。同時還要重視設計者的主觀智慧，要加強人機協調[5]。

首先要加強人才培養， 科技與經濟競爭的實質其實就是人才競爭， 所以想要對其產品進行創新概念設計必須重視人才的專業性與綜合素質， 既要從學科專業中培養，要從行業實踐中培養。 其次要不斷開拓市場，提高產品質量，只有通過市場檢驗才能知道產品的真實效果，才能通過反饋提高產品性能，及時調整其結構。最后就是加強環保技術與概念設計的融合性，不僅要將機械技術、電子技術等技術融入到設計中， 還應該看到生產過程中的污染性，所以應該提高材料的利用率，要創新環保技術，改變高產、高污染生產模式。

2.3 創新概念設計的未來發展展望

首先機電一體化產品創新概念設計方向為在掌握被測物理量的基礎上， 建設明確傳感器特征與種類的數據知識庫；其次要根據概念設計方法建設推理庫；最后要建立評級體系，評估其功能、使用效果等[6]。

3 結束語

雖然如今我國對機電一體化的研究與發展已經取得了一定成就，但是其仍處于發展的初級階段，需要專家與行業研究人員通過產品創新概念設計不斷提高其質量、生產效率以及功能，實現其應用價值。其實從屬性出發可知，其實機電一體化是具有交叉性和綜合性的技術，所以其概念設計不僅不可替代， 還對其發展產生重要指導作用，只有提高其創新性與競爭性，才能持續發展。