機(jī)電一體化在制造中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討

摘要：本文提出機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要方法，包括優(yōu)化設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)等，力求通過并行設(shè)計(jì)應(yīng)用、優(yōu)化動力設(shè)計(jì)、完善傳感器設(shè)計(jì)等方式，在機(jī)電一體化技術(shù)的支持下，使機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量和效率得到極大提升。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造;機(jī)電一體化;應(yīng)用方法

引言：在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，工業(yè)占據(jù)重要位置，機(jī)電一體化作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，是多項(xiàng)新興技術(shù)的融合體現(xiàn)，如傳動技術(shù)、信息技術(shù)、微電子、編程技術(shù)等等，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電路與系統(tǒng)功能集成，對傳統(tǒng)工業(yè)的促進(jìn)與發(fā)展起到大力推動作用，同時(shí)也使機(jī)械設(shè)計(jì)、制造效率得到顯著提升。

1機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要方法

1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)

此種方法是以數(shù)學(xué)規(guī)劃與計(jì)算機(jī)程序?yàn)榛A(chǔ)，在最優(yōu)化原理的指導(dǎo)下進(jìn)行自動或者半自動設(shè)計(jì)，從而選出現(xiàn)有工程條件下的最佳設(shè)計(jì)方案。以航空機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用可使產(chǎn)品性能更加優(yōu)良、產(chǎn)品質(zhì)量減輕、體積縮小、節(jié)約更多成本。例如，對某型電動活門進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，在符合性能參數(shù)、制造工藝的前提下，尋找最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，使產(chǎn)品泄漏量最低，重量最輕，加工效率最高。

1.2模塊設(shè)計(jì)

此種方法是采用一組特定模塊，在特定范圍內(nèi)形成多種功能不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法，有助于縮短設(shè)計(jì)周期、加速更新?lián)Q代，便于后期維修。例如，在某無人機(jī)油門電動機(jī)構(gòu)組件設(shè)計(jì)時(shí)，以基型產(chǎn)品為基礎(chǔ)，將油門電動機(jī)構(gòu)組件分為電機(jī)、減速器、控制盒四個(gè)組件級模塊，組件級下方又可分為部件級模塊，如控制盒按照設(shè)控制版、機(jī)箱、插件與分離元器件四個(gè)部件級模塊，由此可減少大量專用件的應(yīng)用，有效減少集成工作中出現(xiàn)的失誤，提高設(shè)計(jì)成功率，同時(shí)可大大提高生產(chǎn)效率。

1.3模糊設(shè)計(jì)

此種方法是將模糊理論應(yīng)用到設(shè)計(jì)領(lǐng)域，根據(jù)模糊性實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定。例如，在發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對元件失效模糊性進(jìn)行分析，構(gòu)建失效模糊函數(shù)，借助模糊設(shè)計(jì)的方式，不但使設(shè)計(jì)要求得到滿足，還可減少材料的利用，使設(shè)計(jì)成本限度降低。通常情況下，此種設(shè)計(jì)方法與其他方法結(jié)合使用，使不確定因素得以排除，設(shè)計(jì)效果更加完善、理想。

2機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

2.1并行設(shè)計(jì)應(yīng)用

在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，并行設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初便對整個(gè)設(shè)計(jì)周期的元素進(jìn)行綜合考慮，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、采購、加工制造等多個(gè)環(huán)節(jié)同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)集成開發(fā)，以此提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能與市場競爭力。當(dāng)前，許多航空設(shè)備安裝了故障監(jiān)測裝置，但許多裝置是后來設(shè)計(jì)安裝的，與原設(shè)備之間難免存在不協(xié)調(diào)問題，且功能方面也無法充分滿足需求。對此，可采用并行設(shè)計(jì)法，將故障監(jiān)測裝置當(dāng)作產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一部分，在設(shè)計(jì)階段便考慮到故障監(jiān)測問題，則會使設(shè)備功能更加豐富，協(xié)調(diào)性也得到顯著提升。在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置與設(shè)備相關(guān)的本體構(gòu)造，對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備在運(yùn)行過程中，可將各個(gè)元件的當(dāng)前情況傳遞給信息系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)則負(fù)責(zé)監(jiān)督和控制，并與設(shè)定參數(shù)相對比，如若出現(xiàn)較大差異，將及時(shí)發(fā)出警報(bào)，避免故障蔓延。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用使工作效率顯著提升，設(shè)備故障概率得以降低，使用性能得到進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.2優(yōu)化動力設(shè)計(jì)

在動力優(yōu)化設(shè)計(jì)中，以數(shù)學(xué)規(guī)劃與計(jì)算機(jī)程序?yàn)榛A(chǔ)，在最優(yōu)化原理的指導(dǎo)下進(jìn)行自動或者半自動設(shè)計(jì)，從而選出現(xiàn)有工程條件下的最佳設(shè)計(jì)方案。在設(shè)備動力設(shè)計(jì)方面，機(jī)電一體化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，可減少能源投入，使生產(chǎn)效率極大提升。在傳統(tǒng)的設(shè)備生產(chǎn)中，需要較多的能源消耗，生產(chǎn)效率卻始終難以顯著增強(qiáng)，在很大程度上制約了企業(yè)發(fā)展。對此，應(yīng)加強(qiáng)對設(shè)備設(shè)計(jì)與制造時(shí)能耗的控制，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用后，可使上述問題得到有效的緩解和解決，設(shè)備的動力水平也隨之提升。例如，液壓器作為主要的工業(yè)設(shè)備之一，在以往的運(yùn)行中需要諸多能源支持，利用率不高，低于1/3，但在機(jī)械制造領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用后，將電子調(diào)速裝置安裝在液壓器內(nèi)部，可使設(shè)備根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求自動調(diào)節(jié)壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以此降低能源消耗，提高能源利用率。

2.3完善傳感器設(shè)計(jì)

在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，傳感器作為信息傳輸?shù)闹匾獌?nèi)容，擁有較高的地位。對于不同的機(jī)械設(shè)計(jì)來說，采用的傳感器型號也不盡相同，集中體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量與速度要求方面。在以往的工業(yè)生產(chǎn)中，因傳感器技術(shù)水平不高，在設(shè)備檢測時(shí)與數(shù)據(jù)傳輸與反饋的要求不符，在很大程度上影響了機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定性，甚至造成較大的結(jié)果誤差。在機(jī)電一體化技術(shù)引入后，將模糊理論應(yīng)用到設(shè)計(jì)領(lǐng)域，根據(jù)模糊性實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定，構(gòu)建模糊函數(shù)，借助模糊設(shè)計(jì)的方式，使傳感器得到優(yōu)化設(shè)計(jì)，傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量也得到全面提升。值得注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中計(jì)算機(jī)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將各項(xiàng)參數(shù)代入軟件公式中，為設(shè)計(jì)技術(shù)水平提高提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也使得各項(xiàng)部件精度更高，提高設(shè)備運(yùn)作效率，延長設(shè)備使用壽命，創(chuàng)造出良好的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

結(jié)束語：綜上所述，在機(jī)電一體化技術(shù)的成熟與發(fā)展下，使傳統(tǒng)工業(yè)中的技術(shù)缺陷得以彌補(bǔ)，促進(jìn)機(jī)械制造領(lǐng)域生產(chǎn)水平的提升，通過并行設(shè)計(jì)應(yīng)用、優(yōu)化動力設(shè)計(jì)、完善傳感器設(shè)計(jì)等方式，提高機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，生產(chǎn)出更多性能豐富、技術(shù)先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，為工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供技術(shù)支持。

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肖高忠，（1969.01.10）性別：男。籍貫：湖南祁陽縣。學(xué)歷：本科?，F(xiàn)有職稱：高級工程師。研究方向：航空機(jī)載機(jī)電類（電動活門，電動機(jī)構(gòu)）產(chǎn)品研發(fā)，運(yùn)用。