浅述机电一体化设计

荀晓晶

开滦(集团)有限责任公司唐山社区服务中心

浅述机电一体化设计

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机电一体化技术是集机械技术和电子技术于一体的现代科学技术，随着现代科学技术和计算机技术的发展进步，机电一体化技术的应用也越来越广泛。“机电一体化技术”这一概念起源于日本，发展至今已经有四十多年的历史。随着科技的发展，人们对机电一体化产品的工作性能、工作可靠性等方面也提出了更高的要求，为传感技术、计算机技术以及网络技术等的发展提供了更为广阔的空间。

机电；一体化；设计

1 机电一体化的概述

“二战”结束后，随着世界经济的恢复和科学技术的发展，促进了机械制造技术、微电子技术、信息技术、自动控制等先进技术的发展。各个技术相互交叉，相互融合，机电一体化作为一门新的技术出现，并深刻影响着各个国家的经济、科技、社会等领域。机电一体化技术已经成为机械制造业乃至国家工业发展水平的重要标志。面临着我国人口红利减少的严峻形势，减少劳动力的使用，提高机电一体化水平已迫在眉睫。

机电一体化作为一门新的技术， 它融合了机械制造技术、电工电子技术、微电子技术、传感器与检测技术、信号变换与接口技术、信息通讯等先进技术， 并在上述技术的基础上进行升级，并应用到工业生产当中。机电一体化技术是对原有技术的改良和升级， 而不是简单的拼凑， 机电一体化跟机械电气化在含义上有着本质的区别。机电一体化技术包括： 机械本体部分、伺服驱动部分、传感器与检测部分、控制及信息处理部分。通过对机电一体化技术应用的研究可以得知，机电一体化主要包括产品和技术两个方面。从某种程度上来说，现代自动化设备都是机电一体化设备。

2 机电一体化系统设计的要点

近年来，在计算机技术获得了飞速的发展和广泛的传播的背景下，机电一体化技术迎来了一个新的发展契机，并获得了非常好的发展。机电一体化技术的应用为机器注入了“灵魂”，现代化机器并不是之前的冷冰冰机器，通过将机械技术和微电子技术的有机结合，使机器逐渐向着智能化和人性化的方向发展。从企业发展的角度分析，它为企业创新发展提供了可能，其开辟了一条新型的生产模式，进一步实现了企业经济的最大化。

2.1 机电一体化系统的设计要包括结构模块的设计

机械机构自身就是整个系统实现所有功能要素的结构支持，其主要包含有机身、支撑、框架、联接等一些部件和结构，这些都是机械体系所能控制的内容，机电一体化系统需要将系统本身的设置结构考虑在内，从而保证机电以及机械等系统设备可以达到其预想的效果。

2.2 机电一体化的动力系统的设计

动力模块的设计选择是根据系统的控制要求，来为系统正常运行提供生产所需要的能量和动力来实现正常的生产。任何机械设备在脱离了动力的支持都是无法正常运转的，因此动力系统的设计属于机电一体化系统的设计中非常重要的组成模块。动力模块的设计和选择可以使用变频调节技术，再结合主电机可以传输的能量大小，然后通过变频器自动的控制其所传动的速率，从而实现对设备动力供应的调节。

2.3 感知模块设计的特点

机电一体化系统中测试传感部分对其整个系统运行过程中本身以及其外部环境中的一些参数进行严格的检测，并将检测到的信息通过某种程序转变成系统识别出的信号，再经传输系统传给信息处理的单元当中，经过合理的处理之后就可以实现所要求的控制信号。传感器在信息传达过程中占据重要地位，采用传感器技术来进行系统信号的感应并对其作出相应反映的模块，这对机电一体化系统的调度具有指导性的作用。目前出现无线传感器的传播和使用将会促进控制系统迅速准确的对得到的数据进行分析处理，从而有效的避免外来信号的干扰。

2.4 机电一体化系统中指令模块的设计

控制模块以及信息处理的部分对传感器所得到的信息或者直接是对系统输入的指令都进行合理的分析、处理，然后再根据其处理的结果以及相关规定在发出相应的指令，使得整个机械系统有条理有目的运行。

3 机电一体化设计方法

3.1 机电一体化设计流程

近些年来，随着机械、电子等行业的高速发展，机电一体化设计方法越来越得到重视，机电一体化设计方法是在多学科基础上的交叉设计方法，其适用性越来越强。机电一体化设计有其特殊的方法与准则，并有其固定的流程。通常，机电一体化设计有开发设计、适应性设计两个阶段。开发设计是指在满足功能和审美要求的前提下，开发设计出具有市场需求的产品。机电一体化的设计通常要经过开发设计阶段和适应性设计阶段等。适应性设计，简单的说，就是修改已有的设计，完善现有设计，提高其性能和功能。设计过程中要充分考虑到产品质地、结构等各项因素，最大可能设计出经济适用、技术新等产品。

3.2 交叉综合设计

交叉综合设计就是在设计的过程中要应用多学科和跨专业综合设计方法。由于机电一体化设计过程中机会涉及到很多学科的知识，设计人员应综合考虑机电一体化产品的各因素，结合和协调其他学科知识进行产品设计，从而实现产品的服务和功能。

3.3 产品结构设计

机电一体化产品的结构设计主要包括机械部分设计和产品内部结构设计两个部分。产品内部结构设计的质量会直接影响到机电一体化产品的质量，所以对结构设计师的空间想象能力和跨领域协调能力要求较高，尽量使产品具有低成本、高性能以及容易制度等优势。

3.4 制造工艺设计

虽然产品结构设计和美观设计非常重要，但制造工艺设计同样不可忽视，制造工艺设计在机电一体化产品的设计和生产中占据重要地位，如果不对产品制造工艺进行设计，机电一体化设计也很难达到预期的要求。

机电一体化产品的研发是我国今后研发的重点方向，机电一体化技术是现代制造业的核心技术，并被广泛应用于机电产业和其他制造业领域。今后对机电一体化产品会有更高的要求，但主要还是集中在对机电一体化系统的高要求，将机械技术、信息技术、传感技术等融合在一起，使整个系统处于最优化，机电一体化设计不仅注重结构设计还要重视制造工艺设计，使机电一体化设计更科学、更有效。

[1]韩小东. 机电一体化新技术发展现状及趋势[J]. 山东工业技术，2016，18：164.

[2]李政，王述洋. 浅析机电一体化家具的人性化设计[J]. 机电产品开发与创新，2008，05：28-30.