機電一體化機械系統的設計要點以及未來發展探討

吳韜

【摘 要】在科學技術飛速發展以及計算機技術不斷突破想象力的大環境下，傳統行業都在不斷進行轉型升級以謀求新的發展機遇，高-機電一體化機械系統的出現也為傳統的機電行業帶來了新的發展機遇。高-機電一體化機械系統通過借助計算機設備和網絡信息技術完成機械的設計與研究，是對傳統的機電行業的一次重要創新與改革。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的設計要點加以概括，在此基礎上，進一步探討了其未來的發展，以期為相關領域的研究人員提供一定的參考借鑒。

【關鍵詞】機電一體化;設計要點;未來發展

引言

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

一、高-機電一體化機械系統

高-機電一體化機械設計系統是在原來傳統機械系統的基礎上，引入了先進的微電子與系統控制技術，將他們有機高效地結合在一起，進一步提高機械系統的功能及使用效率。機電一體化系統主要有多個信息處理系統組成，其核心技術主要包括機械技術、機械與信息技術、系統技術、自動控制技術，傳感器檢測技術以及最為重要的驅動技術[2]。機械技術是機電一體化的基礎部分，其主要任務是通過使用高新的技術和新型材料，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犧牲其對精度和剛度的追求。機械與信息技術是計算機信息處理技術的一部分，主要作用是實現信息的交換，存取，操作與判斷處理。系統技術是保證系統各部分實現有機暢通連接的重要一環，負責多個功能單元的連接，其中非常重要的一環即為接口技術。自動控制技術主要通過一定的控制理論實現高精度定位控制，速度控制等。傳感器檢測技術作為系統的感官，是完成自動控制調節的關鍵。驅動技術可將電氣信號轉換成機械的運動，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具有安全性高、生產能力強以及使用價值高的優勢，因此，設計要點及未來發展將會對機電一體化機械系統在之后的應用潛力上施以巨大影響。較高的安全性可以避免人員和設備的損壞，提升設備整體運行的安全性;較高的生產能力可以大幅提升其使用價值，創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的設計要點

（一）性能設計

高-機電一體化機械系統設計的要求可以主要分為兩點，分別是高精度和高穩定性，高精度保證了機械產品的質量標準，而高穩定性決定了系統的使用壽命與維護成本的高低。

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

（二）部件設計

機械系統的性能可以從動靜兩個方面入手進行分析，而且可以通過數學建模將其進行可視化表達。在進行系統設計時，各部件的運動參數、關系結構、零件精度以及材料結構都會影響到機械系統的性能，而系統的性能將會最終決定產品的質量高低。具有較高靈敏度以及良好機械耐磨性的產品，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絡的控制下為各種機械傳動部件提供動力供應與支持，目前發電機仍是主要的動力來源。驅動元件能夠將計算機的信號命令轉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、轉矩和速度轉換器作為驅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，還應滿足機械系統的伺服性能[5]。

三、高-機電一體化機械系統的未來發展

隨著時代的發展與科技的進步，高-機電一體化機械系統的不斷深入推進是社會生產力的必然要求。系統的智能化是一個可以預見的發展趨勢，這需要相關學科理論知識的支撐，包括動力學、人工化以及自主決策等相關領域的知識。

互聯網技術的發展已在多個傳統行業掀起了改革的浪潮，所以機電一體化機械系統的可以逐步加強網絡技術的應用，比如通過網絡實現遠程監控、安全監控等功能，進一步減少人力成本。

在“機械”與“電子”之間大力推行自動化，可能達到最大的經濟效應，并減少寶貴的人力資源的浪費。而高-機電一體化機械系統的設計理念將會極大地影響機電一體化的未來發展及其應用。基于表層分析，實現機電一體化需要投入大量的資金和科學技術，但是機電一體化的實現在未來能夠大量節約有限資源的投入，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設計時，需要加大科研經費以及后期調試費用的支出，以保證機電一體化機械系統的穩定性，在投入使用后，實現經濟效益的最大化。

微電子技術、電力電子技術作為決定著高-機電一體化機械系統能否實現的關鍵因素，需要投入大量的人力物力進行研究優化，特別是衛星計算機和微處理器的應用。

隨著新材料技術不斷刷新材料使用理念的情況下，機電一體化機械系統在未來實現微型化將指日可待。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的其他設備的體積進一步縮小，從而大幅縮減整個系統的體積。

四、結論語

在科技文明飛速進步的當下，機械的自動化將是這個行業未來穩定發展的主要趨勢。高-機電一體化機械系統作為機械實現自動化的一種模式，在機電一體化機械系統的設計制造中，相關研究人員需在滿足機械高可靠性和高精度的基礎上，不斷掀起頭腦風波對其設計加以優化升級，以提高機械產品的運行質量，進而實現設備運行效益的最大化。為了有效保障機電一體化機械系統在生產活動中的快速投入使用以及使用的便捷性，還需要大力培養相關人才以熟練使用系統，從而真正使得機電一體化機械系統在實際中發揮它應用的作用。

參考文獻：

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

[2]陳克勤.淺談機電一體化機械系統的設計要點以及未來發展[J].科技風，2017：145.

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

[4]周軍.論機電一體化技術發展現狀及走向[J].中國化工貿易，2014（1）：333-333.

[5]廖劍貴，王勰，黃承勇.機電一體化系統的設計分析[J].南方農機，2018.

（作者單位：通山縣人力資源和社會保障局）