淺述機電一體化設(shè)計

荀曉晶

開灤(集團)有限責(zé)任公司唐山社區(qū)服務(wù)中心

淺述機電一體化設(shè)計

荀曉晶

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機電一體化技術(shù)是集機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展進步，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。“機電一體化技術(shù)”這一概念起源于日本，發(fā)展至今已經(jīng)有四十多年的歷史。隨著科技的發(fā)展，人們對機電一體化產(chǎn)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(shù)、計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展提供了更為廣闊的空間。

機電；一體化；設(shè)計

1 機電一體化的概述

“二戰(zhàn)”結(jié)束后，隨著世界經(jīng)濟的恢復(fù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促進了機械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制等先進技術(shù)的發(fā)展。各個技術(shù)相互交叉，相互融合，機電一體化作為一門新的技術(shù)出現(xiàn)，并深刻影響著各個國家的經(jīng)濟、科技、社會等領(lǐng)域。機電一體化技術(shù)已經(jīng)成為機械制造業(yè)乃至國家工業(yè)發(fā)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(shù)， 它融合了機械制造技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)、信號變換與接口技術(shù)、信息通訊等先進技術(shù)， 并在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上進行升級，并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當中。機電一體化技術(shù)是對原有技術(shù)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(zhì)的區(qū)別。機電一體化技術(shù)包括： 機械本體部分、伺服驅(qū)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(shù)應(yīng)用的研究可以得知，機電一體化主要包括產(chǎn)品和技術(shù)兩個方面。從某種程度上來說，現(xiàn)代自動化設(shè)備都是機電一體化設(shè)備。

2 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的要點

近年來，在計算機技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展和廣泛的傳播的背景下，機電一體化技術(shù)迎來了一個新的發(fā)展契機，并獲得了非常好的發(fā)展。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用為機器注入了“靈魂”，現(xiàn)代化機器并不是之前的冷冰冰機器，通過將機械技術(shù)和微電子技術(shù)的有機結(jié)合，使機器逐漸向著智能化和人性化的方向發(fā)展。從企業(yè)發(fā)展的角度分析，它為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供了可能，其開辟了一條新型的生產(chǎn)模式，進一步實現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟的最大化。

2.1 機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計要包括結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計

機械機構(gòu)自身就是整個系統(tǒng)實現(xiàn)所有功能要素的結(jié)構(gòu)支持，其主要包含有機身、支撐、框架、聯(lián)接等一些部件和結(jié)構(gòu)，這些都是機械體系所能控制的內(nèi)容，機電一體化系統(tǒng)需要將系統(tǒng)本身的設(shè)置結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)，從而保證機電以及機械等系統(tǒng)設(shè)備可以達到其預(yù)想的效果。

2.2 機電一體化的動力系統(tǒng)的設(shè)計

動力模塊的設(shè)計選擇是根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，來為系統(tǒng)正常運行提供生產(chǎn)所需要的能量和動力來實現(xiàn)正常的生產(chǎn)。任何機械設(shè)備在脫離了動力的支持都是無法正常運轉(zhuǎn)的，因此動力系統(tǒng)的設(shè)計屬于機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計中非常重要的組成模塊。動力模塊的設(shè)計和選擇可以使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，再結(jié)合主電機可以傳輸?shù)哪芰看笮。缓笸ㄟ^變頻器自動的控制其所傳動的速率，從而實現(xiàn)對設(shè)備動力供應(yīng)的調(diào)節(jié)。

2.3 感知模塊設(shè)計的特點

機電一體化系統(tǒng)中測試傳感部分對其整個系統(tǒng)運行過程中本身以及其外部環(huán)境中的一些參數(shù)進行嚴格的檢測，并將檢測到的信息通過某種程序轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)識別出的信號，再經(jīng)傳輸系統(tǒng)傳給信息處理的單元當中，經(jīng)過合理的處理之后就可以實現(xiàn)所要求的控制信號。傳感器在信息傳達過程中占據(jù)重要地位，采用傳感器技術(shù)來進行系統(tǒng)信號的感應(yīng)并對其作出相應(yīng)反映的模塊，這對機電一體化系統(tǒng)的調(diào)度具有指導(dǎo)性的作用。目前出現(xiàn)無線傳感器的傳播和使用將會促進控制系統(tǒng)迅速準確的對得到的數(shù)據(jù)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(tǒng)中指令模塊的設(shè)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(tǒng)輸入的指令都進行合理的分析、處理，然后再根據(jù)其處理的結(jié)果以及相關(guān)規(guī)定在發(fā)出相應(yīng)的指令，使得整個機械系統(tǒng)有條理有目的運行。

3 機電一體化設(shè)計方法

3.1 機電一體化設(shè)計流程

近些年來，隨著機械、電子等行業(yè)的高速發(fā)展，機電一體化設(shè)計方法越來越得到重視，機電一體化設(shè)計方法是在多學(xué)科基礎(chǔ)上的交叉設(shè)計方法，其適用性越來越強。機電一體化設(shè)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(shè)計有開發(fā)設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計兩個階段。開發(fā)設(shè)計是指在滿足功能和審美要求的前提下，開發(fā)設(shè)計出具有市場需求的產(chǎn)品。機電一體化的設(shè)計通常要經(jīng)過開發(fā)設(shè)計階段和適應(yīng)性設(shè)計階段等。適應(yīng)性設(shè)計，簡單的說，就是修改已有的設(shè)計，完善現(xiàn)有設(shè)計，提高其性能和功能。設(shè)計過程中要充分考慮到產(chǎn)品質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等各項因素，最大可能設(shè)計出經(jīng)濟適用、技術(shù)新等產(chǎn)品。

3.2 交叉綜合設(shè)計

交叉綜合設(shè)計就是在設(shè)計的過程中要應(yīng)用多學(xué)科和跨專業(yè)綜合設(shè)計方法。由于機電一體化設(shè)計過程中機會涉及到很多學(xué)科的知識，設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮機電一體化產(chǎn)品的各因素，結(jié)合和協(xié)調(diào)其他學(xué)科知識進行產(chǎn)品設(shè)計，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的服務(wù)和功能。

3.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

機電一體化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括機械部分設(shè)計和產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個部分。產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量會直接影響到機電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量，所以對結(jié)構(gòu)設(shè)計師的空間想象能力和跨領(lǐng)域協(xié)調(diào)能力要求較高，盡量使產(chǎn)品具有低成本、高性能以及容易制度等優(yōu)勢。

3.4 制造工藝設(shè)計

雖然產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和美觀設(shè)計非常重要，但制造工藝設(shè)計同樣不可忽視，制造工藝設(shè)計在機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，如果不對產(chǎn)品制造工藝進行設(shè)計，機電一體化設(shè)計也很難達到預(yù)期的要求。

機電一體化產(chǎn)品的研發(fā)是我國今后研發(fā)的重點方向，機電一體化技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術(shù)，并被廣泛應(yīng)用于機電產(chǎn)業(yè)和其他制造業(yè)領(lǐng)域。今后對機電一體化產(chǎn)品會有更高的要求，但主要還是集中在對機電一體化系統(tǒng)的高要求，將機械技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)等融合在一起，使整個系統(tǒng)處于最優(yōu)化，機電一體化設(shè)計不僅注重結(jié)構(gòu)設(shè)計還要重視制造工藝設(shè)計，使機電一體化設(shè)計更科學(xué)、更有效。

[1]韓小東. 機電一體化新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2016，18：164.

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