荀曉晶

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淺述機(jī)電一體化設(shè)計(jì)

荀曉晶

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機(jī)電一體化技術(shù)是集機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛?！皺C(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)電；一體化；設(shè)計(jì)

1 機(jī)電一體化的概述

“二戰(zhàn)”結(jié)束后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。各個技術(shù)相互交叉，相互融合，機(jī)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(jì)、科技、社會等領(lǐng)域。機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造業(yè)乃至國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。面臨著我國人口紅利減少的嚴(yán)峻形勢，減少勞動力的使用，提高機(jī)電一體化水平已迫在眉睫。

機(jī)電一體化作為一門新的技術(shù)， 它融合了機(jī)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(jìn)技術(shù)， 并在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級，并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。機(jī)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(jī)電一體化跟機(jī)械電氣化在含義上有著本質(zhì)的區(qū)別。機(jī)電一體化技術(shù)包括： 機(jī)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(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的研究可以得知，機(jī)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(jī)電一體化設(shè)備。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

近年來，在計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展和廣泛的傳播的背景下，機(jī)電一體化技術(shù)迎來了一個新的發(fā)展契機(jī)，并獲得了非常好的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用為機(jī)器注入了“靈魂”，現(xiàn)代化機(jī)器并不是之前的冷冰冰機(jī)器，通過將機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使機(jī)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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)的最大化。

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

機(jī)械機(jī)構(gòu)自身就是整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有功能要素的結(jié)構(gòu)支持，其主要包含有機(jī)身、支撐、框架、聯(lián)接等一些部件和結(jié)構(gòu)，這些都是機(jī)械體系所能控制的內(nèi)容，機(jī)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(jī)電以及機(jī)械等系統(tǒng)設(shè)備可以達(dá)到其預(yù)想的效果。

2.2 機(jī)電一體化的動力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

動力模塊的設(shè)計(jì)選擇是根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，來為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供生產(chǎn)所需要的能量和動力來實(shí)現(xiàn)正常的生產(chǎn)。任何機(jī)械設(shè)備在脫離了動力的支持都是無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此動力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中非常重要的組成模塊。動力模塊的設(shè)計(jì)和選擇可以使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，再結(jié)合主電機(jī)可以傳輸?shù)哪芰看笮?，然后通過變頻器自動的控制其所傳動的速率，從而實(shí)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(jì)的特點(diǎn)

機(jī)電一體化系統(tǒng)中測試傳感部分對其整個系統(tǒng)運(yùn)行過程中本身以及其外部環(huán)境中的一些參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)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(dāng)中，經(jīng)過合理的處理之后就可以實(shí)現(xiàn)所要求的控制信號。傳感器在信息傳達(dá)過程中占據(jù)重要地位，采用傳感器技術(shù)來進(jìn)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(jī)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(jìn)控制系統(tǒng)迅速準(zhǔn)確的對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而有效的避免外來信號的干擾。

2.4 機(jī)電一體化系統(tǒng)中指令模塊的設(shè)計(jì)

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(jìn)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(jī)械系統(tǒng)有條理有目的運(yùn)行。

3 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法

3.1 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)流程

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

3.2 交叉綜合設(shè)計(jì)

交叉綜合設(shè)計(jì)就是在設(shè)計(jì)的過程中要應(yīng)用多學(xué)科和跨專業(yè)綜合設(shè)計(jì)方法。由于機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程中機(jī)會涉及到很多學(xué)科的知識，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮機(jī)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(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的服務(wù)和功能。

3.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械部分設(shè)計(jì)和產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個部分。產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量會直接影響到機(jī)電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量，所以對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)

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

機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)是我國今后研發(fā)的重點(diǎn)方向，機(jī)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(jī)電產(chǎn)業(yè)和其他制造業(yè)領(lǐng)域。今后對機(jī)電一體化產(chǎn)品會有更高的要求，但主要還是集中在對機(jī)電一體化系統(tǒng)的高要求，將機(jī)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(jī)電一體化設(shè)計(jì)不僅注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要重視制造工藝設(shè)計(jì)，使機(jī)電一體化設(shè)計(jì)更科學(xué)、更有效。

[1]韓小東. 機(jī)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.

[2]李政，王述洋. 淺析機(jī)電一體化家具的人性化設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，05：28-30.