机电一体化系统设计

王克

摘要：科学技术的发展，推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。基于此，本文从机电一体化设计展开浅析。

关键词：机电一体化;关键技术;设计

引言

随着机械电子科技的不断创新，机电一体化技术获得了跨越式的发展，逐渐实现了机械制造与计算机技术的有机结合，将工业生产中所用到的机械设备发展为有着分析能力、控制能力的智能设备。对机电一体化控制系统的设计展开研究能够提高机械的自动化水平，改进其自动分析能力，提升其运转性能。

1、机电一体化的简介

1.1概念

所谓机电一体化，是指结合机械技术、信息技术、微电子技术、电工电子技术、信号变换技术与传感器技术等各项技术，并将综合体应用于实际领域的一项新兴综合性技术。1971年，日本杂志《机械设计》副刊上最先提到机电一体化这个概念。随着现代科学技术的发展，机电一体化设计逐渐走向智能化、人性化设计的道路。北京数系科技的一款机电一体化设计研发全流程的旗艦品牌CAMELVIEW，能够用很少的原型，为客户有效地研发出自己所需要的一体化产品，以便更快占领市场。

1.2设计原则

首先确定一系列的设计指标，在进行机电一体化系统的设计，也就是说，对所设计的系统提出必须满足的技术要求，然后才能着手具体系统的设计。机械系统与微电子系统协同组合的原则。在采用机电一体化技术新概念进行工程设计时，为了提高系统的性能和柔性，要求广泛的物质和信息的集成。在整个机电一体化系统的设计过程中，都必须考虑机械技术与电子控制技术的集成，创造出机械、电子以及软件等有机结合的新产品。机电一体化系统设计往往伴随着机械系统的再设计，而且机械系统的再设计还不是全部。许多现代的机电一体化工程设计不是被动的依靠机遇来革新机电产品，而是预先精心计划应用，并充分集成电子技术和机械技术，有目的地创造出最优的新产品，以达到新的系统比它们的原有产品更便宜、更简单、更可靠以及更具有工作柔性。

1.3技术发展

智能化发展是机电一体化发展的主要方向，智能化元素使得工业机械操作系统具有决策、推断等多方面能力，相比传统的机电技术，开发智能化机电一体化产品主要集中在性能开发上，如对早就进入研究创新阶段的自动清洁机进行智能化控制管理。集中化，即集中监控化，突显机电一体化产品功能合一作用，设备系统一个细小环节出现故障都能被及时发现，运用该技术可以保证设备有效运行和管理，提高设备运行安全性能。20世纪90年代，我国已经将网络技术应用于机电一体化研发过程中，远程控制技术的发展，有效推动了机电一体化产品的网络化。微型化能够有效融合机械和控制，并且无需对两者进行区分，不需分离CPU、传感器等核心部分。目前，我国已出现微机电一体化的产品，还在军事与通讯等领域有应用。PLC，即可编程逻辑控制器，PLC技术具有传统的机电系统所没有的功能，其能实时显示相关数据，保证数量控制，有助于统计和计算设备数据。

2、机电一体化设计的关键技术

2.1信息处理技术

信息处理技术在机电一体化产品的设计中有着非常重要的作用，信息处理技术通过对所获取的信息进行存取和计算等处理工作，能够为机电一体化产品的设计和决策提供重要依据。计算机信息处理装置是机电一体化产品的核心部位，它能够实现对整个机电一体化产品运行过程的控制和指挥，所以信息处理技术是机电一体化设计中非常关键的技术，直接关系到机电一体化产品的运行质量。

2.2精密机械技术

精密机械技术是机电一体化产品的技术基础，机电一体化产品功能的实现主要依赖于机械技术，因而在机电一体化设计过程中，精密机械技术发挥着非常重要的作用。在电子技术与机械传动控制技术相结合的过程中，对传动的精密度以及精确度等要求都较高，使得机电一体化产品机械技术比传统机械技术更具优势。另外，在机械技术的应用过程中，还应不断发展和完善机械系统的新材料、新原理以及新工艺等，尽可能满足机电一体化产品在机械系统刚度、体积、重量等方面的要求，提高机电一体化产品的工作性能。

2.3自动控制技术

机电一体化设计离不开自动控制技术的运用，具体表现为高精度定位、自适应控制以及速度控制等。通过自动控制技术的应用，能够及时发现和处理机电一体化产品工作过程中出现的问题和故障，从而降低故障给企业造成的经济损失。随着自动控制技术在机电一体化产品的应用不断扩大，机电一体化产品的精度和运行效率也能获得极大提高。自动控制技术与计算机控制技术的结合，能够极大地提高机电一体化产品运行的效率和质量，但是该技术在建立优化控制模型以及抗干扰等方面有一定技术难度。

2.4检测与传感器技术

传感器能够接收机电一体化产品工作过程中的各种相关信息，并通过检测技术对这些信息进行检测，将这些信息反馈给机电一体化产品的控制装置，从而实现对机电一体化产品的自动控制。传感器在获取信息的过程中必须保障不受外部环境和外部工作条件的影响，保障信息的准确性。

2.5系统总体技术

该技术就是从整体目标的角度对机电一体化产品的功能进行分解，用系统的方法和观点来寻找各功能适合的技术方案，并对这些技术方案进行综合分析和评价，从而选择最优技术方案。系统总体技术是保障机电一体化产品工作性能的重要技术。

3、机电一体化的设计方法

3.1交叉综合设计

机电一体化设计会涉及到大量的机械设计和电子设计，产品研发过程中要应用多学科、跨专业结合的综合设计方法，各学科协同作用，无主次之分。设计人员要在设计定位和市场调研基础上考虑机械结构和电子电路等因素，并协调各因素，实现产品的功能和服务。

3.2产品结构设计

产品结构设计是一个复杂的过程，一个产品的结构设计好坏决定着该产品能否实现其各项功能。结构设计师要具备全方位、多目标的空间想象能力，还应具备跨领域协调的整合能力素养。设计出安全耐用、性能强，且低成本、易于制造的产品。以绿色节能冷藏箱结构设计为例，设计者不仅要设计一系列相关联的零件来实现其各项功能，又要考虑该冷藏箱外形美观、结构紧凑。在设计中不仅要考虑物质和能源消耗的减少，还要考虑产品零部件的回收利用价值，尽量减少有害的物质排放。

3.3制造工艺设计

产品美观设计和结构设计固然重要，但若不对制造工艺进行设计，产品设计将达不到预期效果。产品的制造工艺设计在工业生产中占举足轻重的地位。模具制造过程中出现问题会直接影响到产品的美观以及产品制造的效率和成本。制造工艺设计应简洁大方，操作性强，尽量使用智能化操作，减少手工出现的误差。

结束语

随着现代科学技术的进步，机电一体化产品的应用也越来越普遍，因而对机电一体化产品的设计也提出了更高的要求。在机电一体化设计的过程中，应注重对各项关键技术的应用，采用一定的产品设计方法，使机电一体化产品在满足市场需要的前提下，能够具有足够的竞争力，保障机电一体化产品的社会效益和经济效益。

参考文献

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