机电一体化设计浅析

机电一体化设计浅析

李强

152626199706233319

摘要：随着科技的进步，各学科之间的相互融合和渗透，引起了工程界的技术变革。在机械工程领域，因为微电子技术和计算机技术的快速发展，以及它们对机械工业的渗透而产生的机电一体化，改变了机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体制，从而使得工业生产从“机械电气化”进入到了以“机电一体化”为特点的发展阶段。在这一背景下，本文对其进行了初步分析。

关键词：机电一体化；关键技术；设计

引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

一、机电一体化的简介

（一）概念

机电一体化是一种将机械技术、信息技术、微电子技术、电工电子技术、信号变换技术与传感器技术等各种技术相结合，并将其综合体运用到现实中的一种新型综合性技术。在1971年，日本期刊《机械设计》增刊首次提出了“机电一体化”的构想。随着科技的进步，机电设计逐渐朝着智能化和人性化的方向发展。北京数系科技是一家集机电一体化设计与开发于一体的龙头企业，在极少数的样机条件下，高效地为用户开发出符合自身需求的机械制造系统，从而快速地占据市场份额。

（二）设计原则

首先要制定一套设计参数，再进行机电一体化系统的设计，即对机电一体化系统要达到的技术参数，再进行设计。机械系统与微电子系统协同组合的原则。在应用新型机电技术理念开展工程应用时，需要对材料与信息进行大范围的融合，以提升其性能与灵活性。在整个机电一体化系统的设计中，要将机械技术和电子技术相融合，创造出一种将机械、电子和软件三者融为一体的新型产品。在进行机电系统的设计时，常常会对其进行重新设计。很多现代的机电一体化工程设计，并不是消极地依赖机会来对机电产品进行革新，而是对其进行了详细规划，并将电子技术和机械技术进行全面整合，从而有目的地创造出最优的新产品，使新的系统比其原有产品更便宜、更简单、更可靠以及更具有工作灵活性。

（三）技术发展

机电一体化发展的主流趋势是向智能化发展，智能化因素让工业机械操作系统具备了决策、推断等多个方面的功能，与传统的机电技术相比较，智能化的机电一体化产品的研发更多地侧重于对其性能的研发，比如说，对早已处于研发创新阶段的自动清洁机展开了智能化的控制和管理。集中化，也就是指集中监控化，将机电一体化产品的功能合一的作用凸显出来，在设备系统的任何一个微小的节点上，一旦发生了问题，都可以被迅速地发现。使用这种技术，就能够确保设备的高效运转和管理，从而提升设备的运行安全性能。从20世纪90年代开始，国内开始在机电一体化的开发中运用计算机网络技术，开发出了机电一体化的遥测系统，对其网络化起到了很好的促进作用。微型化可以将机械与控制有机地结合在一起，而且不需要将二者分开，也不需要将 CPU、传感器等核心部件分开。现在，国内已经有了一种微型机电一体化的产品，并被用于军用和通信等方面。PLC是一种可以编程的逻辑控制器。 PLC技术拥有的是一种在传统的机电系统中所不具备的性能，可以实时地显示有关的数据，对数量进行控制，有助于统计和计算。

二、机电一体化设计的关键技术

（一）信息处理技术

在机电一体化产品的设计过程中，信息处理技术起到了十分关键的作用，它可以对所获得的信息进行访问、计算等处理，为机电一体化产品的设计和决策提供了一个重要的基础。在机电一体化产品中，计算机信息处理设备是最核心的部分，可以通过它来完成对整个机电一体化产品的运作过程的控制与指导，因此，在机电一体化设计中，信息处理技术是十分重要的一项技术，与机电一体化产品的运作品质有着密切的联系。

（二）精密机械技术

在机电一体化的设计中，精密机械技术是其技术的核心，其性能的实现在很大程度上取决于机械技术，因此，在机电一体化的设计中，它起着举足轻重的作用。在将电子技术与机械传动控制技术进行融合的时候，对传动的精度和精度等都有很高的要求，这就使机电一体化产品机械技术相比于传统机械技术具有更大的优势。除此之外，在使用机械技术的时候，还应该对机械系统的新材料、新原理以及新工艺等进行持续的发展和改进，尽量让机电一体化产品在机械系统刚度、体积、重量等方面的需求得到充分的满足，从而提升机电一体化产品的工作性能。

（三）自动控制技术

机电一体化设计与高精度定位、自适应控制、速度控制等密切相关。利用自动控制技术，可以对机电一体化产品在工作过程中产生的问题和故障及时发现并解决，进而减少故障所带来的企业的经济损失。由于自动化技术在机械设备上的广泛运用，机械设备的精密程度和运转效率都得到了很大的提升。将自动控制技术与计算机控制技术相结合，可以使机电一体化产品的运转效率和品质得到大幅提升，然而，这种技术在构建最优控制模型、抗干扰等方面存在着技术上的困难。

三、机电一体化的设计方法

（一）交叉综合设计

机电一体化设计牵扯很多机械设计和电子设计，在产品研发的过程中要运用多学科、跨专业结合的综合设计方法，各个学科之间相互配合，没有什么主次关系。设计者应根据自己的需求，对其进行系统的分析，并进行合理调整，以达到满足用户需求的目的。

（二）产品结构设计

产品结构设计是一项十分繁复的工作，它的优劣直接影响到产品的各种性能的发挥。在建筑设计中，除了要有多方面的全方位和多目标的空间想象力外，还要有多个学科之间相互协作的综合素质。要保证安全耐用，性能好，成本低，制造容易。例如，对于一个环保、节能的冰箱，除了要进行一套相关的零部件设计之外，还必须保证冰箱的外形美观和结构紧凑。在设计过程中，既要以降低材料、能耗为目标，又要以可循环使用为目标，以降低对环境造成的危害为目标。

（三）制造工艺设计

虽然外观与构造的设计很关键，但是如果没有对生产过程的规划，就无法达到所期望的效果。在企业的实际生产过程中，生产过程的规划起着非常重要的作用。如果在生产过程中遇到了一些问题，将会对所生产的产品外观、生产效率、生产费用等产生很大的影响。生产过程的设计应该简单、美观、可操作性好，并尽可能地采用智能操作，以降低人工带来的错误。

结语

在当今社会，由于科技的不断发展，各种机电一体化设备在工业中得到了广泛的使用，这就使得机电一体化设备的设计水平不断提高。在机电一体化设计的过程中，要注意运用各种关键技术，并采取相应的产品设计方法，以保证机电一体化产品在符合市场需求的情况下，具备充分的竞争优势，从而保证机电一体化产品的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]谢云叶.机电一体化系统与产品的可靠性设计分析[J].机电工程技术，2022.

[2]魏娟.机电一体化及其机械系统的设计特点[J].煤矿机械，2021.

[3]万桂平.机电一体化精确定位装置及其控制系统设计与实现[J].低碳世界.2022(09).