機電一體化的設計
前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇機電一體化的設計范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。
機電一體化的設計范文第1篇
機電一體化概念始于70年代，是根據英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協會專家組定義為：“由計算機信息網絡協調控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯系的系統”。
機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業，機械技術面臨著挑戰與變革。在機電一體化產品中，它不再是完成單一的系統聯接，而是在系統結構、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統的要求越來越高。
1機電一體化系統的構成與關鍵技術
1.1機電一體化系統的構成
從構成要素上來看，機電一體化系統由機械系統(機構)、電子信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電機)等五個子系統組成。機電一體化系統的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結構、控制軟件水平較高的系統。
從所要實現功能上來看，因為機電一體化系統(或產品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據不同的使用目的，要求系統能對輸入的物質、能量和信息(即工業三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質、能量和信息。因此，系統必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現哪類“目的”功能的系統(或產品)，其系統內部必須具備如下圖所示的五種內部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構造功能。其中“主功能”是實現系統“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統提供動力、讓系統得以運轉的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行控制，使系統正常運轉，實施“目的功能”。而“構造功能”則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。
既然機電一體化系統(產品)可以分解成一系列要素或子系統構成，那么怎樣使各要素或子系統之間順利地進行物質、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統之間的聯系條件。從系統外部看，機電一體化系統的輸入／輸出是與人、自然及其他系統之間的接口；從系統內部看，機電一體化系統是由許多接口將系統構成要素的輸入／輸出聯系為一體的系統。從這一觀點出發，系統的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統之間的接口性能就成為綜合系統性能好壞的決定性因素。機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統，其構成要素或子系統之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統設計歸根結底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調整的功能。
1.2機電一體化系統的相關關鍵技術
①機械技術：機電一體化的機械產品與傳統的機械產品的區別在于：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。在設計和制造機械系統時除了考慮靜態、動態剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結構及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內容，一是研究如何將各種被測量轉換為與之成比例的電量；二是研究對轉換的電信號的加工處理。機電一體化系統要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術：信息處理的發展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優控制、自適應控制以及模糊控制、神經網絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅動系統主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統總體技術：機電一體化系統是一個技術綜合體，它利用系統總體技術將各有關技術協調配合、綜合運用而達到整體系統的最佳化。
2 機電一體化的設計過程
機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變為控制電動機，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經濟中體現了制造業高科技化，促進了高科技產業和知識經濟的發展。它是一種用于機電產品最優設計的方法學。它包括4個基本學科：電氣、機械、計算機科學和信息技術。如圖1所示。
摘要：本文結合筆者的多年工作經驗，對機電一體化系統的構成及關鍵技術進行了簡要的分析，并就機電一體化系統的幾種可靠性設計進行了探討。
關鍵詞：機電一體化；系統設計；構成；過程；方法；可靠性
機電一體化概念始于70年代，是根據英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協會專家組定義為：“由計算機信息網絡協調控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯系的系統”。
機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業，機械技術面臨著挑戰與變革。在機電一體化產品中，它不再是完成單一的系統聯接，而是在系統結構、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統的要求越來越高。
1機電一體化系統的構成與關鍵技術
1.1機電一體化系統的構成
從構成要素上來看，機電一體化系統由機械系統(機構)、電子信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電機)等五個子系統組成。機電一體化系統的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結構、控制軟件水平較高的系統。
從所要實現功能上來看，因為機電一體化系統(或產品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據不同的使用目的，要求系統能對輸入的物質、能量和信息(即工業三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質、能量和信息。因此，系統必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現哪類“目的”功能的系統(或產品)，其系統內部必須具備如下圖所示的五種內部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構造功能。其中“主功能”是實現系統“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統提供動力、讓系統得以運轉的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行控制，使系統正常運轉，實施“目的功能”。而“構造功能”則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。
既然機電一體化系統(產品)可以分解成一系列要素或子系統構成，那么怎樣使各要素或子系統之間順利地進行物質、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統之間的聯系條件。從系統外部看，機電一體化系統的輸入／輸出是與人、自然及其他系統之間的接口；從系統內部看，機電一體化系統是由許多接口將系統構成要素的輸入／輸出聯系為一體的系統。從這一觀點出發，系統的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統之間的接口性能就成為綜合系統性能好壞的決定性因素。機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統，其構成要素或子系統之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統設計歸根結底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調整的功能。
1.2機電一體化系統的相關關鍵技術
①機械技術：機電一體化的機械產品與傳統的機械產品的區別在于：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。在設計和制造機械系統時除了考慮靜態、動態剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結構及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內容，一是研究如何將各種被測量轉換為與之成比例的電量；二是研究對轉換的電信號的加工處理。機電一體化系統要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術：信息處理的發展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優控制、自適應控制以及模糊控制、神經網絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅動系統主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統總體技術：機電一體化系統是一個技術綜合體，它利用系統總體技術將各有關技術協調配合、綜合運用而達到整體系統的最佳化。
2 機電一體化的設計過程
機電一體化的設計范文第2篇
介紹。
關鍵詞：機電一體化；可靠性；預計分配
中圖分類號：TH239 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0012-02
1 概述
隨著我國市場化經濟的發展和技術水平的不斷提高，機電一體化產品在我國各個行業、各個領域的應用范圍越來越廣泛，機電一體化的產品結構越來越復雜，其使用條件和應用的環境也更加嚴格，由此產生的產品可靠性問題必然增多。可靠性是衡量產品質量的一項重要指標，早在20世紀50年代，國外就興起了對技術可靠性的廣泛研究。
可靠性是產品或系統的重要指標屬性，要提高系統的使用壽命、應用的穩定、計算的準確，降低長期使用的損耗費用，產品質量的時間起到關鍵作用。可靠性分析，目前已經成為產品安全性預測、質量保障及維修計劃制定等工作不可或缺的手段。尤其是在現代生活中，不論是復雜的飛機，還是日常生活中簡單的計算機等，都是應用大量復雜的機電一體化產品與系統的典型代表，與此同時，可靠性工程應用其中，并取得了成功。
2 可靠性
機電一體化產品的可靠性是利用時間作為標準對產品質量指標進行描述，機電產品在規定的條件和時間內完成規定功能的能力。它包含五個要素，分別是：對象、規定的工作時間、規定的工作條件、正常運行的功能以及
概率。
機電一體化產品的可靠性研究對象既包括系統，也包括各種單元、組件、零部件等。“規定的工作條件”一般包括：環境條件、動力條件、負載條件以及使用和維護條件。“規定的工作時間”一般指產品的全壽命周期。正常運行的功能是指機電一體化產品完成任務的各參量。而概率是可靠性的數值表征。
可靠性指標是產品可靠性的量化標尺，是進行可靠性分析的依據。可靠度、失效率、平均壽命、平均維修時間等函數都是機電一體化產品常用的可靠性指標。在不同的工作條件下，對于不同的機電系統，應采用不同的可靠性指標來進行可靠性設計。
3 可靠性設計
機電產品的可靠性是設計出來、生產出來的。可靠性設計是一種預先考慮產品或系統可靠性的設計方法，運用可靠性設計可以實現在完成預定功能的前提下，使性能、重量、成本、壽命等各方面相互平衡，設計出可靠性高的產品的目的。其任務就是確定產品質量指標的變化規律，并在其基礎上確定如何以最少的費用來保證應有的工作壽命和可靠度，建立最優的方案，實現產品的設計需求。設計人員必須明確可靠性設計的目的并掌握可靠性設計的方法，因為可靠性設計是機電一體化產品設計中最重要的一環，可靠性設計與機電產品的功能設計同步進行也是必要的。可靠性設計主要包括可靠性預計和可靠性分配兩
部分。
3.1 可靠性預計
可靠性預計是為了估計產品在給定工作條件下的可靠性進行的工作，以以往的工程經驗、故障數據、當前技術水平、元器件的失效率等為依據，預計產品實際可能達到的可靠度。可靠性預計包括可靠性分析和可靠性預測兩個過程。
可靠性分析就是依據機電一體化產品各個組成單元的具體功能特性，繪制反映其物理關系的功能框圖。然后根據功能圖，進行可靠性建模，分別是繪制能夠反映其邏輯關系的可靠性框圖和建立可靠性數學模型。機電一體化產品的可靠性與組成它的各個單元的可靠性之間的定量關系是可靠性數學模型反映的內容。產品系統彼此組合起來的形式和各組成單元本身的可靠性是產品系統的可靠性的兩個決定性因素，也就是在邏輯圖中各個單元之間的連接
方式。
完成可靠性數學建模，把機電系統的可靠性特征量表示成各部分可靠性特征量的函數，再根據已知的各部分的可靠性指標數據計算出系統的可靠性，進行可靠性預測。通過可靠性預測，能實現對機電一體化產品各單元的現有元器件水平和使用條件下能達到的可靠性指標的客觀認識，又能找到系統的可靠性薄弱環節，從而提出對設計方案的修改意見，最后再進行實施。在一般情況下，最終形成一個機電一體化系統，需要進行若干次可靠性預測，并且預測越早越好。
3.2 可靠性分配
技術可靠性分配是技術可靠性設計的基礎，也是系統可靠性設計的重要任務之一。可靠性分配是為了使復雜問題的處理得以簡化并便于檢驗，把系統的可靠性指標按照一定的方法合理地分配給系統、單元、零部件的全過程。它是一個分解的過程：由一個整體到局部、由大到小、由上到下，也是系統可靠性預計與分配貫穿整個設計的過程，而且系統設計初期的可靠性預計與分配對系統可靠性有著十分重要的影響。
4 結語
社會各個領域越來越廣泛地應用機電一體化產品，機電一體化產品的可靠性問題逐漸受到各方的關注。本文以可靠性為出發點，詳細介紹了機電一體化產品的可靠性設計過程，為使用者提供參考，起到提高機電產品可靠性和質量的作用，達到增加機電一體化產品的社會效益、經濟效益的目的。
參考文獻
[1] 王世萍，朱敏波.電子機械可靠性與維修性[M].北
京：清華大學出版社，2000.
[2] 鄭和元.關于機電一體化系統中的可靠性分析[J].商
品與質量·焦點關注，2012，（4）.
[3] 秦明，巫世晶，孫旋.機電系統可靠性工作與分析技
術概述及應用[J].機電設備，2006，3：34-38.
[4] 楊鶴年，韓鋼.機電一體化系統中的可靠性分析[J].
機電一體化的設計范文第3篇
關鍵詞：機電一體化 互動教學 實踐教學 項目教學
科學技術的高速發展和不斷進步使機械制造業發生了巨大的變化。以信息技術為代表的高新科技向機械行業的滲透，使得現代機電產品不再是單純的機械構件，而是機械、電子、計算機等集成的所謂機電一體化產品[1]。社會對機械專業人才的要求越來越趨向于復合型、應用型，因此高校教師在傳授專業知識的同時必須注重學生知識的拓展和綜合應用。機電一體化系統設計是一門融合了機械、電子、控制等多學科的綜合性課程，對培養學生的綜合設計能力以及系統工程意識具有重要作用。
1課程理念及體系構建
機電一體化系統設計是機械設計制造及自動化專業的一門重要專業課程。本課程融合了機械技術、電子技術、傳感檢測技術、自動控制技術、信息處理技術等多種技術于一體，是對基礎課、專業基礎課等知識的綜合應用，也是理論與工程實踐相結合的課程[2]。
本課程主要介紹了機電一體化系統的基本構成、執行裝置、檢測元件、控制系統等內容，各章節結構圖如圖1所示[3]。第一、二章是機電一體化系統及設計方法的概述。第三、四章介紹各種執行裝置和檢測元件的構造、原理及使用方法。第五章講解控制系統及接口的設計。第六章是前面章節知識的綜合與應用。
圖1 機電一體化系統設計課程章節結構圖
由于在本課程開設之前，學生已經學習了機械原理、控制理論、檢測技術等相關課程，因此應該著眼于學生綜合設計能力和系統工程意識的培養，而不只是各部分知識的簡單重復和回顧。此外，由于本課程與生產、生活實際緊密聯系，可以結合案例分析、討論與互動、實踐教學等多種方式開展教學活動。
2 教學方法改革
由于受傳統教育觀念和教學條件的限制，機電一體化系統設計課程過去以教師講授為主，學生只能被動地接受，學習的主動性和積極性不能有效發揮。本文依據該課程各章節教學重點的不同，采用不同的教學方法對學生進行引導，培養學生學習的興趣，提高學生的綜合能力和素質。
2.1 知識精講
機電一體化系統設計課程涉及的知識面廣、綜合型強，但理論課時并不多。因此，需調整與先修課程的關系，刪減重復部分，精講內容要少而精，重點介紹機電一體化系統各組成部分的原理、作用及相互聯系。理論知識講解的同時需結合案例分析，加深學生對相關知識的理解。此外，還可以利用動畫、視頻等多媒體手段，幫助學生了解最新的研究成果，掌握最新的行業動態，避免教學與生產實際脫離。例如，在講授執行裝置構造及使用方法時，可以略過學生已經重點學習過的電動機工作原理及特性，對液壓和氣動執行裝置也只做簡單介紹，而重點比較三種執行裝置的性能、適用范圍及應用。通過對工件輸送系統的分析，學生理解氣動執行裝置的原理以及在機電一體化設備中的作用。采用視頻資料與教師講解相結合的方式，介紹壓電、靜電、形狀記憶合金等新型執行裝置，在開闊學生視野的同時加深其對執行裝置的理解。
2.2 討論與互動式教學
教學過程是教師和學生以信息為載體的互動過程[4]。為了讓學生參與到課堂教學中來，體現學生學習的主體性，而不是作為課堂的看客或被灌輸的對象，可以在知識精講的基礎上融入討論與互動式教學方法。教師通過本課程的重點、難點、疑點問題，引導和啟發學生思考，激發學生聽課的熱情和積極性，實現師生互動[5]。例如，在介紹機電一體化系統的基本構成時，安排學生分組了解一種機電一體化設備，掌握其基本工作原理及組成要素，并在課堂上利用PPT、視頻資料進行講解。教師針對該設備的工作原理及過程進行提問，同組同學展開討論并進行解答。討論課氣氛活躍，學生積極性較高，達到較好的教學效果。
2.3 實踐教學
機電一體化系統設計是一門與生產、生活實際緊密結合的課程，因此在課堂教學之外還應當利用已有的教學和實驗條件讓學生接觸實際的機電系統。在檢測與傳感器技術的授課過程中，筆者利用數控加工中心和工業機器人進行實踐教學。學生通過觀察兩種設備所使用的光電編碼器、直線光柵尺和接近開關，對傳感器的工作原理有了進一步的認識。在操縱數控機床和工業機器人的過程中，學生可以掌握傳感器在各自系統中的作用。此外，通過對數控機床和工業機器人所使用的交、直流電機以及液壓和氣動系統的介紹可以幫助學生鞏固執行裝置部分的知識點，起到溫故而知新的作用。總之，實踐教學可以加深學生對知識的理解，密切知識體系間的聯系。
2.4項目教學
為了提高學生系統設計能力和工程意識，將所學知識融會貫通，在本課程的授課過程中采用了項目任務教學的方法。項目教學是以工程實踐為導向，通過完成一個完整的“項目”工作而進行的實踐教學活動[6]。將本課程所涉及的知識點通過一個明確的“項目任務”布置給學生，學生根據任務要求，進行資料整理―系統方案設計―子系統設計及實現―系統方案優化。
全方位移動機器人設計就是適合本課程的一個較好的“項目任務”。該項目集硬件與軟件設計于一體，所涉及知識包括執行裝置、傳感器、控制系統及接口電路等，對于鞏固知識、培養綜合設計能力具有重要作用。學生選定題目后：（1）查找相關資料了解全方位移動機器人的基本技術。此過程培養了學生檢索科技文獻的能力，為隨后的畢業設計奠定了良好的基礎。（2）確定全方位移動方案，并將機器人分為移動機構、控制系統、傳感器模塊、通訊模塊等，繪制基本的硬件結構框圖和總體的軟件流程圖。在這部分主要培養學生的系統觀念，使其能夠從宏觀上把握全局，制訂合理且可行的方案。（3）各子系統的硬件、軟件設計及實現。子系統的設計過程也是知識的掌握和應用過程，明確的學習目的能夠有效提高學生的學習效率。（4）機器人各子系統的聯合調試及方案優化。子系統聯調過程必然會出現沖突和矛盾，如何從系統角度出發解決出現的問題并進行方案的優化，同樣是對學生綜合能力的培養和鍛煉。
通過全方位移動機器人設計這一項目，學生明確了學習的目標和任務，積極性和主動性有較大提高。在完成項目任務過程中，學生加深了機電一體化相關知識的理解，并將各部分知識融會貫通，有效培養了學生的系統觀念和工程意識。此外，以團隊形式來完成任務有利于學生協作意識的培養及綜合素質的提高。
3 結束語
在機電一體化系統設計課程中采用知識精講、討論與互動式教學、實踐教學、項目教學等多種方法相結合的方式進行教學改革和探索。教學實踐表明幾種教學方法相結合的方式可以讓學生參與到教學活動中來，提高學生學習的積極性和主動性，對于培養學生的綜合設計能力和工程應用能力具有積極作用。
參考文獻
[1]楊叔子，張福潤.面向21世紀改革機械工程教學[J].高等教育研究，2000（4）：73-77.
[2]丁文政，王娟，汪木蘭.機電一體化系統設計課程教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2012（3）：80-81.
[3]高森年. 機電一體化[M].北京：科學出版社，2001.
[4]姚蓉.談如何搞好大學教學中的課堂互動[J].中國大學教育，2008（7）：71-74.
機電一體化的設計范文第4篇
【關鍵詞】機電一體化；產品；設計方法
引言
機電一體化的概念起始于上世紀70年代，發展到今天已經有40多年的歷史了，其技術也在不斷的發展和豐富。尤其是近年來，科學技術日新月異，人們對于機電一體化的設計有了更高的要求，要求柔性設計，工作可靠， 性能好等。傳感技術、網絡技術、控制技術等為機電一體化的發展提供了技術支出，各種技術交叉運用于機電一體化中，使其成為了一門新型的學科技術，涉及到：機械設計、機械制造、信息處理、伺服和接口技術等等。
1 機電一體化產品特點
分析機電一體化產品的特點，主要有以下幾點：
（1）機械系統。在機電一體化中，機械系統的組成包括：機身、框架、機械傳動以及聯接等。它是產品功能實現的基礎，因此對機械結構具有較高的要求；其結構、材料以及工藝加工等都必須滿足產品高效、可靠、節能等的要求。
（2）動力系統。該系統的主要功能是提供能量和功能給機電一體化產品，驅動相應的執行機構工作，從而完成主功能。動力系統的動力源包括：電動力源、液動力源以及氣動力源等。
（3）傳感與檢測系統。在該系統中，傳感器的主要作用是將外部或自身的參數轉換為能夠進行測定的物理量，通過相應的檢測系統，實現對這些物理量的測定，從而提供各類信息給機電一體化產品。通常情況下，傳感器和檢測系統的主要功能是由測量儀器來實現的，要求其具有體積小、安裝方便、具有較高檢測精度等特點。
（4）信息處理及控制系統。該系統主要用于接收傳感和檢測系統所反饋的信息；同時對這些信息進行處理、運算以及決策等，最終實現控制功能。信息處理和控制系統的組成主要包括：計算機軟件、計算機硬件以及接口等。
（5）執行機構。在控制信息的作用下，執行機構可以完成相應的動作，從而實現主功能。執行機構中的運動部件通常采用的是機械、電液以及氣動等機構。在實現產品餓目的功能中，執行機構是最直接的執行者，它是最為重要的組成部分。
2 機電一體化設計概述
圖1 三維系統圖示
從現代設計方法的角度入手分析機電一體化設計，所謂“設計”，它是指一個信息系統，將需求設計為輸入，設計結果則為輸出；在工程設計中，根據相關的科學技術原理，內存能夠創造性的將人們的需求轉為具有相應功能的具體產品；并且，還提出了具體的實現方案。從系統工程的角度來看，設計屬于一個三位系統，由：時間、邏輯以及方法組成，圖1給出了三維系統圖示。其中，時間維描述的是設計目標流程，它是按照時間進行排列的；邏輯維是指相應的邏輯步驟，它主用于解決問題；在設計工作流程中，邏輯維需要在每一個階段之內完成工作內容以及思維程序；最后是方法維，它主要是指在設計過程中，思維方法、工作方法及其相關的領域知識。
3 機電一體化設計方法
3.1 設計可行性研究
在機電一體化產品的可行性研究中，是通過實際的調查與研究，對市場需求進行分析，掌握最新信息，進行可行性論證，初步規劃產品設計的基本方案，主要內容包括：投資總額的預測、各組成部件的價格預測、產品性能的價格預測以及經濟評價等等。
3.2 基本設計
在基本設計階段，首先需要提出相應的技術，其內容包括：硬件技術、軟件技術等；前者又包括：產品的結構元件、產品的控制元件等；后者又包括：操作系統、控制系統等。在設計整個系統的過程中，盡可能的多給出幾種方案，從中找到一種最優的方案。
3.3 詳細設計
完成基本設計之后，需要進行詳細的設計，在此過程中包括以下主要內容：業務分工、程序設計、工藝設計、操作系統設計、總體設計、設備設計、控制系統設計以及安全保護設計等。在設計開發性的產品過程中，要對產品的性能指標參數進行擬定，進行必要的計算，找到所用的設備，實現對機構設計和運行性能等的設計。
3.4 實際運行試驗
最后是實際運行試驗階段，在此階段中，主要的工作包括：檢驗產品的工作性能，進行產品性能的評價以及改進。進行產品工作性能檢驗的主要目的是測定生產周期以及生產率，分析故障，對故障的時間、原因等進行考察；改進的主要目的是進行產品問題的改進，提高產品的性能。對產品性能進行評價主要是從兩個方面進行的：技術評價、經濟評價。
總之，在進行機電一體化產品的設計中，要注意質量、成本、市場與可行性之間的關系，要把握好長期與短期發展之間的關系。
4 結語
作為一種復合技術，機電一體化的設計需要多個部門的相互配合和支持，共同設計才能得到較好的結果。在具體設計過程中，不僅需要深入了解機電一體化中各項技術，還應該重視系統工程的概念。本文以機電一體化的技術發展為背景，對其在實踐中的設計進行了分析。在未來，應該注重技術融合和結合，共同實現機電一體化系統的發展。
參考文獻：
[1]丁子華.新時期多功能通信網絡的設計與應用[J].工業科技研究，2009（12）.
[2]林仁寶.機電一體化控制系統的設計與應用[J].中國科技信息，2011（11）.
[3]陳周峰.基于微型計算機控制系統的機電作業模式[J].機電一體化，2011（12）.
[4]趙松年.機電一體化系統設計[M].北京：機械工業出版社，2004.
機電一體化的設計范文第5篇
機電一體化的發展現狀
(1)第一階段。機械一體化技術大致經過了三個發展階段,第一階段起于上世紀的60年代,人們逐步的將電子技術應用到機械產品的生產過程中,機械產品性能得以提升。二戰以后,機械產品和電子技術的合作進一步加深,機電技術的結合對戰后經濟恢復和繁榮起到了重要的作用。但是這期間的電子技術發展水平比較低,電子技術和機械技術還沒有真正的結合,機電產品也沒有得到大范圍的推廣。(2)機電一體化蓬勃發展的階段。上世紀七八十年代是機電一體化發展的第二階段,通信技術、計算機技術和控制技術在此期間發展迅速,為機電一體化技術的發展提供了技術保障和支持。在此期間,微型計算機以及集成電路發展的規模日益壯大,機電一體化技術的發展有了物質基礎。各國都加大了對機電一體化技術的重視程度,機電一體化技術得到了快速的發展,機電一體化產品逐漸增多。(3)機電一體化新時期的發展。智能化、自動化和模塊化是機電一體化的典型特征,機電一體化技術在上世紀90年代以后得到了更大程度的進步,通信技術以及光學技術逐漸進入機電一體化,有關機電一體化的研究逐漸增多,機電系統的分析、集成方法和建模設計逐漸增多。在人工智能技術以及光纖技術的影響下,機電一體化的發展前景更為廣闊。我國對機電一體化的研究始于上世紀80年代,近年來也獲得了較大的進展,但是目前我國機電一體化技術還存在產品水平較低、科技基礎較為薄弱、發展潛力不足以及高水平產品較少的問題,機電一體化技術還需要進一步的發展,增強技術發展對我國經濟發展的促進作用。
機電一體化技術的發展與思考探析
經濟的發展帶動科技的進步,科技的進步也會反過來促進經濟的發展,兩者之間是相輔相成的關系。機電一體化技術經過長達半個世紀的發展,已經是集電子、機械、控制、計算機技術以及光學和信息技術于一體的綜合學科。在新時期,機電一體化技術也會朝著更加智能化、綠色化、數字化和微型化的方向發展。(1)智能化。智能化是技術的發展方向,機電一體化技術和產品在信息技術、模糊技術的幫助下,會朝著智能化的方向逐漸發展。未來的機電一體化產品不再是層次結構較為簡單的產品,技術產品需要向著有冗余度和復雜的雙向聯系發展,人工智能在機電一體化技術中的應用將進一步加大,提高該技術在數控機床和機器人中的應用力度。此外,機電一體化技術的研究和發展要加大對運籌學、人工智能、計算機技術、動力學、模糊數學和心理學的研究,通過新技術和新方法來提高機械的模擬能力,使生產機械具有人類的邏輯思維能力、判斷能力以及自主決策能力,整體上提升機電一體化的智能化。機電一體化技術和產品雖然不能達到人腦的智能化程度,但是機電一體化產品微處理器的高速和高性能還是可以實現的,智能化是機電一體化的發展方向。(2)柔性化。柔性化是對突發事件應對能力的提高,機電一體化的控制和執行將會有更高程度的冗余度,系統之間能夠按照任務的分配來實現獨立的工作,增強自身的自律性。柔性化的典型特點是機電一體化技術的子系統可以產生附加信息,在完成總工作任務的前提下要實現信息的產生和附加,提高系統的處理能力和反應能力,減少故障對機電一體化技術的影響,整體上提升機電一體化技術的發展水平。(3)網絡化。計算機信息技術改變了人們的生活,人們工作的效率逐漸提高,生產領域、教育領域以及政治軍事領域都進行著重大的變革。計算機網絡實現了生產部門之間的連接,質量可靠、功能良好的機電產品會在計算機網絡的幫助下進一步的發展和完善起來。與此同時,機電一體化技術的網絡化還會簡化生產的流程,減輕工作人員的任務量,實現機電產品技術新的發展。(4)模塊化。未來的機電一體化產品雖然具有智能化和柔性化的特點,但是產品不同系統之間的分工將會更加精細,機電產品的模塊化將是未來發展的方向。機電產品的模塊化是系統而復雜的工作,研制人員需要對機械接口、環境接口、動力接口以及電器接口進行整體的研究和分類,使機電一體化產品成為具有識別功能、視覺和圖像處理功能的新型產品,實現電器產品的系列化和標準化。結語隨著經濟的發展和科技的進步,機電一體化技術在眾多領域得到了廣泛的應用,提高了生產效率,增強了信息處理的精度和準度。機電一體化技術是集機械、電氣、信息處理等于一體的綜合技術,機電產品和技術會向著智能化、自動化、網絡化和模塊化的方向進一步發展,擴大機電產品和技術的應用范圍。
本文作者：雷耀軍工作單位：銀川佳通輪胎有限公司
