時間：2023-08-24 16:50:37
序論：在您撰寫機(jī)電一體化技術(shù)的概念時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化技術(shù);電驅(qū)動系統(tǒng);應(yīng)用;研究。
Abstract: this paper introduced the concept of the electromechanical integration technology and significance, and summarizes its support to this technology of the electromechanical integration technology development direction. Finally through the electric drive system construction, this paper introduces how to the idea of system, gradually put the electric drive system perfect, so as to realize the mechanical and electrical ¬-body of the application of the technology.
Keywords: mechanical and electrical integration technology; Electric drive system; Application; Research.
中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,推動了不同科學(xué)的相互交叉與滲透,并引發(fā)了幾乎所有工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。而以機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)為主體,多學(xué)科技術(shù)交融滲透、相互結(jié)合的新興學(xué)科――機(jī)電一體化,正逐漸變成了當(dāng)今學(xué)界研究的重點之一。
2 機(jī)電一體化技術(shù)的意義
2.1功能增強(qiáng)
機(jī)電一體化產(chǎn)品具有多種復(fù)合功能,如加工中心可以將多臺普通機(jī)床的多道工序在一次裝夾中完成,并自動檢測工件和刀具精度,顯示刀具運(yùn)動軌跡。
2.2精度提高
機(jī)電一體化技術(shù)簡化了機(jī)構(gòu)鏈,使機(jī)械磨損、配合間隙及受力變形等引起的誤差大大減少。由于采用計算機(jī)檢測與控制技術(shù)補(bǔ)償和校正因各種干擾造成的動態(tài)誤差,從而達(dá)到純機(jī)械技術(shù)手段所無法實現(xiàn)的工作精度。
2.3結(jié)構(gòu)簡化
由于機(jī)電一體化技術(shù)采用微處理器、大規(guī)模集成電路、電力電子器件代替了原來的電器控制柜和傳動裝置,使機(jī)電一體化產(chǎn)品零部件數(shù)量減少、體積變小,結(jié)構(gòu)得到簡化。
2.4可靠性提高
隨著集成電路的集成度越來越高,材料性能越趨穩(wěn)定,機(jī)電一體化產(chǎn)品可靠性不斷增強(qiáng),同時由于具備了安全連鎖控制、過載及失控保護(hù)、斷電保護(hù)的功能,進(jìn)一步提高了機(jī)電一體化產(chǎn)品的安全可靠性。
2.5改善操作
由于機(jī)電一體化產(chǎn)品采用了計算機(jī)技術(shù),從而提升了產(chǎn)品的自動化程度,減少了操作按鈕及手柄,改善了設(shè)備的操作性能,構(gòu)建了良好的人機(jī)界面。
2.6提高柔性
由于軟件技術(shù)的引入,從而實現(xiàn)了機(jī)器工作程序的可修改性,能夠通過軟件的修改來滿足工作情況改變的需要。
3 機(jī)電一體化技術(shù)的構(gòu)成
3.1機(jī)械技術(shù)
機(jī)電產(chǎn)品的功能和作用大部分都是由機(jī)械本體來體現(xiàn)的。本體材料的優(yōu)良、結(jié)構(gòu)的新穎、精密的加工技術(shù),能夠使機(jī)械結(jié)構(gòu)重量減輕、體積變小,改善其快速響應(yīng)特性,提高零部件的精度、剛度和可靠性。
3.2傳感技術(shù)
傳感技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù),它將所測得的各種參數(shù)量如位移、速度、加速度、力等信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的電信號輸入到信息處理系統(tǒng)中,并由此產(chǎn)生出相應(yīng)的控制信號以決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式。
3.3信息處理技術(shù)
信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識別、變換、運(yùn)算、存儲及輸出技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作是受控于信息處理裝置的,因此信息處理是否正確及時,將直接影響到產(chǎn)品工作的質(zhì)量和效率。
3.4自動控制技術(shù)
自動控制技術(shù)就是通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動控制技術(shù)范圍很廣,包括自動控制理論、控制系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試、可靠運(yùn)行等從理論到實踐的整個過程。而機(jī)電一體化系統(tǒng)中自動控制技術(shù)包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。
3.5接口技術(shù)
機(jī)電一體化系統(tǒng)通常由許多要素和子系統(tǒng)構(gòu)成,為了確保各個要素與系統(tǒng)之間能夠順利地進(jìn)行信息、物質(zhì)能量的傳輸和交換,必須在它們之間建立一定的聯(lián)系條件,而這些條件統(tǒng)稱為接口。這些接口既可能是硬件,也可能是軟件,或者是兩者的結(jié)合。
3.6驅(qū)動技術(shù)
驅(qū)動技術(shù)的主要研究對象是執(zhí)行元件及其驅(qū)動裝置。執(zhí)行元件分為電動、氣動、液壓等, 機(jī)電一體化產(chǎn)品中多采用電動式執(zhí)行元件,驅(qū)動裝置主要指各種電動機(jī)的驅(qū)動電源電路,其主要以采用電力電子器件及集成化的功能電路構(gòu)成。
3.7系統(tǒng)總體技術(shù)
系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā),用系統(tǒng)的觀點和方法,將系統(tǒng)分解成若干相互聯(lián)系的功能單元,找到能完成各個功能的技術(shù)方案,并將其進(jìn)行分析、評價和優(yōu)化的綜合應(yīng)用技術(shù)。
4 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用
在人們的日常生活當(dāng)中,自動機(jī)械、信息處理設(shè)備、辦公室設(shè)備、車輛電子設(shè)備、醫(yī)療器械、光學(xué)裝置、智能家電、樓宇安全系統(tǒng)等機(jī)電一體化系統(tǒng)都離不開執(zhí)行元件為其提供動力。而執(zhí)行元件和電子控制裝置之間是無法直接連接的,因此需要一個驅(qū)動部件。該驅(qū)動部件在電子控制裝置的控制下,接收指令,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換,從而得到目標(biāo)輸出。電子控制驅(qū)動系統(tǒng)框架。
對于精密傳動來說,需要在執(zhí)行元件輸出終端進(jìn)行傳動測量,如測量其位置、速度、加速度,同時將所測得的數(shù)據(jù)反饋給電子控制裝置,讓其進(jìn)行比較,進(jìn)行誤差修正控制,最終實現(xiàn)精密傳動。電子閉環(huán)控制驅(qū)動系統(tǒng)框架。
當(dāng)有多個執(zhí)行元件,其輸出動作規(guī)律各不相同時,一方面要根據(jù)各執(zhí)行元件工作情況來考慮其控制的形式,另一方面需要確定它們之間是否存在輸出的聯(lián)系。如果它們之間沒有聯(lián)系,可以讓它們單獨(dú)來工作, 也可以通過構(gòu)建PC機(jī)上位控制來統(tǒng)一管理。圖1為PC機(jī)二級管理的多驅(qū)動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。若工作聯(lián)動內(nèi)容經(jīng)常變化,就應(yīng)該構(gòu)建一個可以直接識別聯(lián)動輸出的軟件,將聯(lián)動輸出寫入軟件當(dāng)中,讓其直接轉(zhuǎn)化為控制程序,這樣就能靈活地應(yīng)對動作輸出的需求。圖2為裝載了位置控制模塊的PC機(jī)二級管理多驅(qū)動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖1PC 機(jī)二級管理的多驅(qū)動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖2帶位置控制模塊的PC 機(jī)二級管理多驅(qū)動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
上述機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用,僅論述了如何將傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)等技術(shù)簡單的融合,各部件都是以模塊形式搭建的,而模塊間的信號傳輸及所涉及到的接口技術(shù)和信息處理技術(shù)是其中的重點。所以,在機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用中,以全局最優(yōu)的觀念去設(shè)計機(jī)電一體化產(chǎn)品,并且解決好每個功能模塊信息處理和傳輸?shù)膯栴},是能夠迅速地利用好機(jī)電一體化技術(shù)的方法。
5 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向
由于機(jī)電一體化技術(shù)是多學(xué)科技術(shù)交融的技術(shù),因此其發(fā)展的程度必然受制于其相應(yīng)支撐技術(shù)的發(fā)展, 同時其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也必然促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。
5.1智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向,而機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是其重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述,是在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新方法,模擬人類智能,使它具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)、思維和決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。
5.2模塊化
機(jī)電一體化產(chǎn)品種類繁多,讓它們自由地交換信息是一項十分復(fù)雜的事,因此有必要研制具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口或電氣動力接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品。如果機(jī)電產(chǎn)品能夠象“搭積木”那樣讓需求者根據(jù)要求自由組合,那么無論是對資源的節(jié)約,還是服務(wù)于各行各界,都有著其巨大的作用。
5.3網(wǎng)絡(luò)一體化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及,推進(jìn)了全球化的進(jìn)程。而基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù),讓家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能。把各種家用電器連接成以計算機(jī)為中心的計算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)(Compu ter Integrated App liance
System,CIAS),使人們無論在家里還是在外面,都能隨時享受各種機(jī)電產(chǎn)品帶來的好處。因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑會朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。
5.4微機(jī)電化
微機(jī)電化指的是機(jī)電系統(tǒng)主要裝置的特征尺寸在亞微米至亞毫米范圍。微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品由于體積小、 耗能少、運(yùn)動靈活,在軍事、生物醫(yī)療、航空、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
5.5綠色化
綠色化主要是指產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求,對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少,而且是低能耗、低材耗、協(xié)調(diào)而可再生的產(chǎn)品。
6 結(jié)束語
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 發(fā)展過程 前景展望
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得單純的單一學(xué)科應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足人類社會的生產(chǎn)生活需要。各學(xué)科相互滲透，相互促進(jìn)，為新的技術(shù)改革，知識創(chuàng)新提供契機(jī)。機(jī)電一體化技術(shù)就是在這樣的背景下發(fā)展而成的。
一、機(jī)電一體化技術(shù)簡介
機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英語稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成的。最早提出這一概念的是1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計》一書的副刊。時至今日，機(jī)電一體化這一概念已經(jīng)廣泛的被接受和應(yīng)用。
機(jī)電一體化技術(shù)并不是單純的機(jī)械學(xué)與電氣或電子學(xué)的結(jié)合，而是在上述兩種技術(shù)的基礎(chǔ)上融合了信息技術(shù)，傳感器技術(shù)，自動控制技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，接口技術(shù)，信號變換技術(shù)以及軟件工程技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，并不斷發(fā)展，廣泛應(yīng)用的一門新興科學(xué)技術(shù)。
二、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
（一）、世界范圍內(nèi)的發(fā)展
20世紀(jì)60年代以前為初級階段。這一時期，人們在生產(chǎn)生活中并沒有刻意的將機(jī)械學(xué)與電子學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，而是不知不覺的利用電子技術(shù)的成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能，這便出現(xiàn)了最早期的機(jī)電一體化技術(shù)。期間發(fā)生的第二次世界大戰(zhàn)，促使了機(jī)械技術(shù)與其他技術(shù)的融合。戰(zhàn)后，這些技術(shù)由軍用逐漸應(yīng)用至民用范圍，但并沒有提出機(jī)電一體化這一概念，沒有將多技術(shù)的結(jié)合推廣。
20世紀(jì)70到80年代是這一技術(shù)蓬勃發(fā)展的時期。由于計算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，大規(guī)模的集成電路和微型計算機(jī)開始出現(xiàn)，這位機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。正是在這一階段，Mechatronics一詞被提出并逐漸被認(rèn)可，機(jī)電產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，世界各國逐漸對這項技術(shù)給予大力支持。
20世紀(jì)90年代開始，機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)入新的階段。這一時期，通信技術(shù)、光學(xué)技術(shù)以及微細(xì)加工技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)逐漸結(jié)合，出現(xiàn)了微機(jī)電一體化和光機(jī)電一體化的分支。同時，機(jī)電一體化技術(shù)本身的研究日益成熟，對機(jī)電一體化技術(shù)的建模研究、分析和集成方法以及機(jī)電一體化的整個科學(xué)體系的研究，使機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)更加完整，理論體系更加完善。
（二）我國機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展
[1]我國是從20世紀(jì)80年代初才開始這方面技術(shù)的研究。國務(wù)院成立了由杰出科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將這項技術(shù)列入“863”計劃中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的諸多影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，雖然都取得了一定成果，但與日本、歐美等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)大的差距。
三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢
在半個世紀(jì)左右的發(fā)展中，人類生產(chǎn)生活對機(jī)電一體化技術(shù)不斷提出更高的要求，推動機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品的智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、綠色化和微型化程度快速發(fā)展。其中智能化和自動化更是機(jī)電一體化技術(shù)的重中之重。
智能化是目前形勢下大部分技術(shù)所共有的發(fā)展方向，也是機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的重要區(qū)別之一。隨著智能控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和人工智能技術(shù)在生產(chǎn)設(shè)計活動中被越來越重視，機(jī)電一體化技術(shù)的智能化發(fā)展迅速。在更高速的微處理器出現(xiàn)以及運(yùn)籌學(xué)、仿生學(xué)等技術(shù)的輔助下，機(jī)電一體化產(chǎn)品更好的擁有人類的部分智能。
機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展必須標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。必須制定出一系列標(biāo)準(zhǔn)，將各個單元、接口統(tǒng)一化，以便擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)。但由于這項技術(shù)剛剛興起，做到標(biāo)準(zhǔn)化系列化還很難。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)帶來了新的影響。網(wǎng)絡(luò)的普及使得基于網(wǎng)絡(luò)的各種機(jī)電產(chǎn)品遠(yuǎn)程控制得到很大發(fā)展。而總線技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，帶動了家用機(jī)電產(chǎn)品系統(tǒng)化，集成化的發(fā)展。
[2]系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。另一個表現(xiàn)是通信功能的增強(qiáng)。機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是更加注重人格化，機(jī)電一體化的人格化有兩層定義，首先，就是模仿生物生理機(jī)能，設(shè)計各種機(jī)電產(chǎn)品。另外，機(jī)電一體化產(chǎn)品歸根到底是人在使用，賦予機(jī)電產(chǎn)品人的智能、情感、個性愈發(fā)重要，其總重目的便是人機(jī)一體。
在生態(tài)環(huán)境問題愈發(fā)重要的今天，機(jī)電一體化技術(shù)的綠色化成為一個新的重要課題。綠色機(jī)電產(chǎn)品是指產(chǎn)品在設(shè)計、試驗、生產(chǎn)以及回收銷毀等方面對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率高。設(shè)計、使用綠色機(jī)電產(chǎn)品，是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
機(jī)電一體化技術(shù)的微型化指的是機(jī)電產(chǎn)品向微型機(jī)械及微觀領(lǐng)域發(fā)展。這一概念興起于20世紀(jì)80年代末，國外稱其為微電子技術(shù)。微電子產(chǎn)品體積小、耗能低、靈活性高，可廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)療、軍事等方面。而機(jī)電一體化技術(shù)微型化的一個挑戰(zhàn)就是必須采用超精加工技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)制造，如果在這一方面有了較大的發(fā)展，那么機(jī)電一體化技術(shù)的微型化將有質(zhì)的飛躍。
綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是社會勞動力發(fā)展的產(chǎn)物，也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要組成部分。機(jī)電一體化技術(shù)融合多學(xué)科種類，使傳統(tǒng)的機(jī)械預(yù)設(shè)方法和預(yù)設(shè)概念發(fā)生著革命性的變化。伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將愈發(fā)光明。大力發(fā)展這一先進(jìn)技術(shù)，不僅是人類文明發(fā)展的要求，也是創(chuàng)新理念，振興工業(yè)的必經(jīng)之路。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;產(chǎn)品創(chuàng)新;概念設(shè)計
機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計有著極其豐富的內(nèi)容，同時也是產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程內(nèi)最具創(chuàng)造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)者起到關(guān)鍵的引導(dǎo)效用。因此，對機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新性概念設(shè)計進(jìn)行探索，具有十分重要的現(xiàn)實意義。
1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的概述
1.1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的內(nèi)容
機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)電一體化基礎(chǔ)上建立起的包含系統(tǒng)與構(gòu)件、基本元內(nèi)容的集合，而機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的含義則是依據(jù)產(chǎn)品使用周期中各個環(huán)節(jié)所需要求對產(chǎn)品實施功能改造、分析和子功能開發(fā)，進(jìn)而實現(xiàn)其滿足功能結(jié)構(gòu)要求的系統(tǒng)化設(shè)計活動。這種設(shè)計工作的過程包括前期規(guī)劃、設(shè)計概念以及對計劃進(jìn)行詳細(xì)化和豐富化，并加以改進(jìn)補(bǔ)充。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計過程中的程式化內(nèi)容可以通過計算機(jī)技術(shù)代為實現(xiàn)，但除此之外難以被程式化的方面還需產(chǎn)品設(shè)計人員通過人工設(shè)計逐步完成。通過構(gòu)建人機(jī)協(xié)同的概念設(shè)計理念，對其功能與組織開發(fā)的過程按照模塊化思想進(jìn)行劃分，以此實現(xiàn)這一設(shè)計工作的層次性、協(xié)調(diào)性。目前，發(fā)達(dá)國家對機(jī)電一體化概念設(shè)計的深入研究大體集中于其調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計。機(jī)電一體化的理念自1971年被提出以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，內(nèi)容也在逐步豐富，尤其在科技快速發(fā)展的今天，廣闊的市場空間與消費(fèi)需求的升級，更加迫使機(jī)電一體化產(chǎn)品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、傳感技術(shù)、AI技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料技術(shù)、集成技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，都為機(jī)電一體化產(chǎn)品的革新打下了技術(shù)根基，使得機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著更優(yōu)質(zhì)、更高效的方向邁進(jìn)。
1.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計的意義
機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新型概念設(shè)計本身有著重要作用，其既是產(chǎn)品品質(zhì)的深層內(nèi)容，又是其功能屬性得以發(fā)揮的保障，對其本身質(zhì)量的影響也約占60%～70%。因此，建成機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內(nèi)容。第一，創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計是保障機(jī)電一體化產(chǎn)品品質(zhì)的必要性要求。機(jī)電一體化體系具有多種學(xué)科互相交叉、集成融合的特點，本身具有著復(fù)雜內(nèi)涵。因此，現(xiàn)今許多的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計并不適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)本身的特色，難以做到根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)特征隨之作出應(yīng)對。第二，機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新促使其理論體系得到發(fā)展。要創(chuàng)新這一概念設(shè)計，必將建立新的方式、理論基礎(chǔ)。只有在合理、可靠的概念設(shè)計基礎(chǔ)上，才能使之收獲具有優(yōu)異性能的機(jī)電一化體產(chǎn)品。再加之如今概念設(shè)計的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關(guān)注與認(rèn)同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設(shè)計理論的建立，對于推動創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)的概念設(shè)計發(fā)展起到了不可忽略的效用，進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)體系的建立和機(jī)電一體化技術(shù)的完善。第三，機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計對于生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量的提高起到切實的幫助作用。許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都帶有自動處理、調(diào)節(jié)的功效，通過這些能力的實現(xiàn)，能夠保證工作質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。例如，在數(shù)控機(jī)床的使用過程中，其生產(chǎn)效率要高出普通基礎(chǔ)5～6倍，并能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床數(shù)量減少50%，節(jié)省50%操作人員的效能，生產(chǎn)周期也能縮短40%，進(jìn)而使得生產(chǎn)成本降低50%左右。
2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計理論
2.1機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用到的系統(tǒng)原理
機(jī)電一體化系統(tǒng)是該類產(chǎn)品中最為重要的基礎(chǔ)。就其本質(zhì)來說。它算是一種復(fù)雜機(jī)械，但與普通的機(jī)械相比還有著顯著區(qū)分。機(jī)電一體化體系是通過在機(jī)構(gòu)的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進(jìn)的電子技術(shù)，并使之與軟件相互聯(lián)合形成的一類新型機(jī)械系統(tǒng)。就其功能來說，機(jī)電一體化系統(tǒng)包含機(jī)械力、能量流、運(yùn)動力等多種動力學(xué)有關(guān)的特殊機(jī)械，以及一些機(jī)電部件互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。其中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心又在于集成協(xié)調(diào)各種技術(shù)，通過對機(jī)械工程、控制系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電工技術(shù)等多項技術(shù)的聯(lián)合利用，實現(xiàn)其運(yùn)動行為可控的目標(biāo)，而不僅簡單對各項技術(shù)進(jìn)行拼湊堆積。這也是利用計算機(jī)的調(diào)節(jié)和處理能力，實現(xiàn)驅(qū)動元件可控特征的現(xiàn)代化機(jī)械系統(tǒng)。有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)化原理的研究主要包含三方面內(nèi)容。第一，三環(huán)論。研究者認(rèn)為，機(jī)電一體化產(chǎn)品可以劃分為電子、機(jī)械、軟件三項功能模塊。第二，五塊論。通常視機(jī)電一體化產(chǎn)品是由動力功能、控制功能、構(gòu)造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統(tǒng)理論。研究人員認(rèn)為，機(jī)電一體化系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩項分支系統(tǒng)共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機(jī)械主體加以強(qiáng)調(diào)，也并未對處理好機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計中出現(xiàn)的復(fù)雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產(chǎn)品的概念設(shè)計不能起到重要作用。在概念設(shè)計實際工作中，機(jī)電一體化系統(tǒng)往往會被劃分為傳感檢測、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息控制處理三個子系統(tǒng)。通過這三個子系統(tǒng)的系統(tǒng)分工，各自完成信息檢測、機(jī)械運(yùn)動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實現(xiàn)該系統(tǒng)中各項功能的優(yōu)化和最佳效果的發(fā)揮，并以此獲得機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計合理的相關(guān)方案。
2.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計方法
對機(jī)電一體化產(chǎn)品而言，其概念設(shè)計是許多領(lǐng)域內(nèi)知識、技術(shù)之間的交織融合，具有新穎復(fù)雜、反復(fù)迭代、目標(biāo)多解、結(jié)構(gòu)不良等特點。滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新，關(guān)鍵在于發(fā)揮設(shè)計者的主觀能動性，通過展現(xiàn)設(shè)計智慧，滿足創(chuàng)新性的要求。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，主要在于實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)配合。計算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計這類任務(wù)，主要還得依靠人類的智能實現(xiàn)。機(jī)電一體系統(tǒng)也是人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)，通過對設(shè)計者與計算機(jī)的分工，來達(dá)到創(chuàng)新概念設(shè)計的目的。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計創(chuàng)新主要方法包括三方面內(nèi)容。第一，落實人才戰(zhàn)略，培養(yǎng)專業(yè)性人才?？萍几偁幾罱K都會落實在人才競爭上。要實現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新，人才供應(yīng)是重要保障。機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)人才在制造行業(yè)占據(jù)就業(yè)滿意度第三位的好名次，就業(yè)率更是高達(dá)100%。因此，加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)更有著多方面的積極意義，國家以及機(jī)電行業(yè)要在培養(yǎng)、優(yōu)化道路中貢獻(xiàn)出更多力量，從多方面對學(xué)生展開培訓(xùn)工作，以此實現(xiàn)增強(qiáng)研究者、開發(fā)者、設(shè)計者以及其他相關(guān)從業(yè)人員素質(zhì)的目的。第二，努力拓寬供應(yīng)市場，嚴(yán)守質(zhì)量關(guān)。市場是檢驗產(chǎn)品的試金石，將機(jī)電一體化產(chǎn)品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠?qū)崿F(xiàn)，另一方面通過買方對產(chǎn)品性能體驗所作反饋也對產(chǎn)品研發(fā)起到反作用力的效果，使其優(yōu)點得以保存、延續(xù)，缺點得到改良、進(jìn)化，從而不斷促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品性能的整體提升。第三，將環(huán)保技術(shù)納入機(jī)電一體化的發(fā)展策略中。機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電力技術(shù)等多種技術(shù)的應(yīng)用，往往會伴隨著電子、機(jī)械污染的問題。在機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，無可避免也會產(chǎn)生一些污染物。因此，設(shè)計者在設(shè)計研發(fā)過程中要考慮到環(huán)保問題，讓機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，以施行環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展策略為其提供方法指引。通過一些環(huán)保設(shè)施和環(huán)?？萍嫉膶嵭校行Ф糁瀑Y源浪費(fèi)、污染物增多的問題。當(dāng)實際運(yùn)行過程中出現(xiàn)技術(shù)故障時，也可以反復(fù)利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關(guān)生產(chǎn)負(fù)責(zé)人還應(yīng)主動淘汰一些產(chǎn)能落后的設(shè)備、產(chǎn)品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)，使人們擁有健康的生存環(huán)境。
2.3機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計的發(fā)展展望
機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計主要發(fā)展在于理論的進(jìn)步。雖然機(jī)電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強(qiáng)分析、研究，但其發(fā)展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內(nèi)容：第一，根據(jù)被測物理量，建立傳感器特點和類型的知識庫；第二，構(gòu)建與機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計相關(guān)的推理方法庫；第三，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)運(yùn)動與動作進(jìn)行分類，構(gòu)建執(zhí)行機(jī)構(gòu)庫和驅(qū)動元件庫，以促進(jìn)驅(qū)動元件、執(zhí)行、傳動機(jī)構(gòu)和兩者的集成選擇實行；第四，實現(xiàn)對該類產(chǎn)品概念設(shè)計在各個環(huán)節(jié)評價體系的建立，尤其在概念設(shè)計初期中構(gòu)建對功能原理設(shè)計環(huán)節(jié)的評價體系；第五，構(gòu)建調(diào)節(jié)和控制信息的資料庫，以促進(jìn)挑選硬件和編制軟件中對機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)高效管控的實現(xiàn)。隨著機(jī)電技術(shù)與各項科技的快速進(jìn)步以及機(jī)電一體化研究的逐步深入，促使機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的理論體系更加豐富，并具有更為強(qiáng)大的實用功能和操作功能，從而順利實現(xiàn)對機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)。
3結(jié)束語
機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究雖然已經(jīng)取得了較為矚目的成績，但關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關(guān)從業(yè)者不斷加強(qiáng)探索、創(chuàng)新，通過大量細(xì)致的實踐研究工作，促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計的完善和成熟，并最終實現(xiàn)其優(yōu)異的實用價值。
作者:王中元 單位:內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
參考文獻(xiàn):
隨著我國信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)等的發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展成為一種必然的發(fā)展結(jié)果，而信息技術(shù)支持下的機(jī)電一體化，促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)品朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化等生產(chǎn)方向發(fā)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品是機(jī)電一體化技術(shù)的承載者，同時也是機(jī)電一體化信息技術(shù)的體現(xiàn)者，在產(chǎn)品概念設(shè)計中，MCD機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，有重要的意義。產(chǎn)品概念設(shè)計的設(shè)計方法，對產(chǎn)品設(shè)計非常重要，概念設(shè)計也是產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵，將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在產(chǎn)品概念設(shè)計中，可以提高產(chǎn)品設(shè)計的理論化、規(guī)范化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等。在產(chǎn)品概念設(shè)計中，因為機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計具有復(fù)雜性，很多產(chǎn)品設(shè)計理論雖然可以對產(chǎn)品概念設(shè)計起到一定的作用，但是這些設(shè)計理論也為產(chǎn)品概念設(shè)計的機(jī)電一體化進(jìn)行了限制。概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計中最為重要的環(huán)節(jié)，影響著產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量，為了提高設(shè)計質(zhì)量，需要建立產(chǎn)品概念設(shè)計機(jī)電一體化設(shè)計理論，在良好的產(chǎn)品概念設(shè)計方案下，完成產(chǎn)品的機(jī)電一體化概念設(shè)計。公理化設(shè)計理論、PFD理論等，在產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計中，發(fā)揮著巨大的作用，從MCD機(jī)電一體化自身的特性進(jìn)行分析，在產(chǎn)品概念設(shè)計中，建立完成的、系統(tǒng)的產(chǎn)品概念設(shè)計的理念、方法、方案，可以促進(jìn)產(chǎn)品概念設(shè)計的進(jìn)行，實行產(chǎn)品的機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計。在產(chǎn)品概念設(shè)計中，MCD機(jī)電一體化設(shè)計，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計提供理論、方案等，促進(jìn)產(chǎn)品概念設(shè)計創(chuàng)新等。
2基于MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的可操作性
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了機(jī)電一體化的進(jìn)行，也為工程信息技術(shù)行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。在機(jī)械生產(chǎn)、加工、制造等行業(yè)中，機(jī)電一體化的形成和應(yīng)用，使其發(fā)生了翻天覆地的變化，機(jī)電一體化主要是將主功能、動力功能、處理功能等有效的結(jié)合在一起，并引入電子信息技術(shù)，實現(xiàn)電子設(shè)計、軟件、設(shè)備等的結(jié)合。當(dāng)前的機(jī)電一體化并沒有形成一個統(tǒng)一的定義，這主要是因為機(jī)電一體化自身具有復(fù)雜性，涉及到很多領(lǐng)域的知識、技術(shù)等，MCD機(jī)電一體化，主要是機(jī)電一體化方案，在產(chǎn)品的設(shè)計中，應(yīng)用MCD機(jī)電一體化系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)械工程、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等，形成科學(xué)性、復(fù)雜性、融合性等特點為一體的產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)，充分的利用它的功能，完成產(chǎn)品概念設(shè)計。為了研究基于MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的可操作性，我們針對產(chǎn)品的MCD機(jī)電一體化概念設(shè)計的內(nèi)涵進(jìn)行分析。概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計中最復(fù)雜、重要的部分，是實現(xiàn)從無到有、從模糊到清晰的一個過程，在信息技術(shù)、智能技術(shù)等的支持和應(yīng)用下，概念設(shè)計取得了新的發(fā)展成果。應(yīng)用MCD機(jī)電一體化進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計，主要分為產(chǎn)品概念設(shè)計的規(guī)劃、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、改進(jìn)設(shè)計等，不同的環(huán)節(jié)中，有不同的子模塊組成部分，例如在概念設(shè)計中，分為功能設(shè)計、原理設(shè)計、功能分析等等。將MCD機(jī)電一體化應(yīng)用于產(chǎn)品概念設(shè)計中，需要借助各種信息庫確定MCD機(jī)電一體化方案，然后進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計。MCD機(jī)電一體化系統(tǒng)的交換頻率非常高，抗干擾能力強(qiáng)，在進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計中，系統(tǒng)誤差小，結(jié)構(gòu)功能非常強(qiáng)，將其應(yīng)用在產(chǎn)品概念設(shè)計中，可以保證產(chǎn)品設(shè)計的實用性、可靠性、穩(wěn)定性、規(guī)范性、經(jīng)濟(jì)性，同時也有安全性和可操作性。為了研究研究MCD機(jī)電一體化在產(chǎn)品概念設(shè)計中的可操作性，我們以其在傳感器概念設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行分析。在進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計時，先進(jìn)行系統(tǒng)的劃分，對傳感器的功能、性能等進(jìn)行分析，然后檢驗傳感器子系統(tǒng)的傳感器的功能載體，了解傳感器的類型和用途，最后采用MCD機(jī)電一體化中的信息處理系統(tǒng)，對傳感器設(shè)計中的相關(guān)信息進(jìn)行處理和控制，完成信息的分析、處理之后，進(jìn)行MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計?；ジ衅鞯犬a(chǎn)品的MCD機(jī)電一體化設(shè)計制造，是一個復(fù)雜的過程，其中包含了很多的子系統(tǒng)和子環(huán)節(jié)，每一個過程都比較的繁瑣，稍有差錯和偏差，就會造成設(shè)計制造的失敗，而且產(chǎn)品的設(shè)計需要很長的時間，設(shè)計制造中使用的材料價格很高，所以在產(chǎn)品的概念設(shè)計中，如果出現(xiàn)差錯，就會造成嚴(yán)重的損失。在使用MCD機(jī)電一體化進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計中，一定要對產(chǎn)品的概念設(shè)計理論、方法、方案等進(jìn)行仔細(xì)的審核。概念設(shè)計是中最為重要的是方案設(shè)計，要確定MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品方案，需要將前面的各項工作的理論等加入其中形成一個邏輯思維，在計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的支持下，基于MCD機(jī)電一體化的產(chǎn)品概念設(shè)計，具有可行性。
3小結(jié)
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；基本概念；核心技術(shù)；發(fā)展進(jìn)程；發(fā)展方向
中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段?！皺C(jī)電一體化”意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認(rèn)，我國的工程技術(shù)人員習(xí)慣上把它譯為機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機(jī)械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果。今天機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機(jī)電一體化產(chǎn)品更日新月異。
一、機(jī)電一體化技術(shù)基本概念
機(jī)電一體化技術(shù)是在微型計算機(jī)為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動傳遞，物質(zhì)運(yùn)動，能量變換進(jìn)行研究，使得整個系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運(yùn)動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。
二、機(jī)電一體化的核心技術(shù)
1、機(jī)械技術(shù)：是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
2、計算機(jī)與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機(jī)信息處理技術(shù)。
3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
4、自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
5、傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程
1、數(shù)控機(jī)床問世：自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。
2、微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
3、激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料科學(xué)、微細(xì)加工和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合與擴(kuò)展、具有強(qiáng)烈應(yīng)用背景的新興交叉學(xué)科，對于國家經(jīng)濟(jì)、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。
四、機(jī)電一體化的發(fā)展方向
20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。未來機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向有：
1、智能化：是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。
2、網(wǎng)絡(luò)化：20世紀(jì)90年代，計算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3、自動化：所謂自動化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實預(yù)期的目標(biāo)、功能。一個自動化系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實現(xiàn)自動運(yùn)行目標(biāo)。
4、綠色化：機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。
[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化 概念設(shè)計 理論研究
中圖分類號：T9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）10-0047-01
機(jī)電一體化技術(shù)是以其產(chǎn)品為載體而體現(xiàn)出來，是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展至今的技術(shù)水平體現(xiàn)。機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員，要使產(chǎn)品設(shè)計符合機(jī)電一體化技術(shù)要求，并富于時代感，就要對于產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)以掌握，并具備多種技術(shù)融合的技術(shù)能力。面對機(jī)電一體化產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性和復(fù)雜性，就要將符合當(dāng)代機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)品設(shè)計理論建立起來。
一、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論構(gòu)建的意義
在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計中，概念設(shè)計對于產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。作為產(chǎn)品設(shè)計中的重要階段，對于產(chǎn)品質(zhì)量的決定程度可以達(dá)到70%以上。要獲得性能優(yōu)異的機(jī)電一體化產(chǎn)品，就要將機(jī)電一體化產(chǎn)品概念確定下來，制定出相應(yīng)的設(shè)計方案和設(shè)計技術(shù)方法。概念設(shè)計理論首先是基于概念設(shè)計思想而建立起來的，在其基礎(chǔ)上還先后出現(xiàn)了多種階段性設(shè)計理論，如TRIZ設(shè)計、公理化設(shè)計QFD設(shè)計理論等等，對于機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中所獲得的創(chuàng)新設(shè)計成果發(fā)揮了重要的推動作用。
在機(jī)械工程研究領(lǐng)域中，這些理論被運(yùn)用于其中，進(jìn)行組合設(shè)計而形成了技術(shù)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計產(chǎn)品，由此而促進(jìn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的多種學(xué)科交叉。系統(tǒng)的繼承性決定了其設(shè)計的復(fù)雜性，多門科學(xué)技術(shù)的融合，使得原有的單一化設(shè)計理論不再適應(yīng)目前的科技發(fā)展需求。那么，在機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論研究中，就要從機(jī)電一體化系統(tǒng)自身的性能出發(fā)，結(jié)合設(shè)計目標(biāo)而建立起完整的概念設(shè)計理論，以對創(chuàng)新設(shè)計的機(jī)電一體化產(chǎn)品以指導(dǎo)。與此同時，還要在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計概念理論建立起來之后，結(jié)合相關(guān)學(xué)科，以使理論研究逐漸擴(kuò)展。
二、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論研究現(xiàn)狀
按照現(xiàn)代機(jī)構(gòu)角度對機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行分類，可以劃分為三個子系統(tǒng)，即廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息處理及控制系統(tǒng)和傳感檢測系統(tǒng)。將三個子系統(tǒng)相銜接，建立起框架體系，不僅有效實現(xiàn)機(jī)電一體化運(yùn)動功能，而且還促進(jìn)了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中，廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)是核心部分，其概念設(shè)計理論研究關(guān)乎到機(jī)構(gòu)運(yùn)動的總功能。特別是在基本工藝動作設(shè)計過程中，要基于廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計理論對基本的工藝動作進(jìn)行構(gòu)思，以使其具有動作的獨(dú)立執(zhí)行能力。當(dāng)執(zhí)行動作的創(chuàng)新技術(shù)確定下來之后，就可以結(jié)合機(jī)構(gòu)系統(tǒng)建立框架模型，以使系統(tǒng)設(shè)計更具有可操作性，而且采用這種方式更能夠結(jié)合計算機(jī)輔助進(jìn)行產(chǎn)概念設(shè)計。
對于機(jī)電一體化產(chǎn)品的框架模型而言，仿真問題是最為重要的。作為設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，機(jī)電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)動態(tài)性能的同時，更要注重系統(tǒng)仿真性嫩的驗證。那么，在機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計階段，就要確立功能實現(xiàn)的約束條件，將各種相關(guān)的仿真軟件技術(shù)納入到框架模型當(dāng)中，運(yùn)用各種通用建模技術(shù)，使用仿真軟件將諸如原理圖、鍵合圖、信號流圖以及方框圖等等參數(shù)化。運(yùn)用Simulink仿真軟件將系統(tǒng)仿真平臺建立起來，以為機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。
三、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論的發(fā)展展望
對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員而言，產(chǎn)品概念設(shè)計理論具有重要的指導(dǎo)作用。國外研究機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論所獲得的成果，是建立在研究電子控制理論的基礎(chǔ)上的。國內(nèi)的研究學(xué)者則著重于機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)動結(jié)構(gòu)研究。機(jī)電一體化系統(tǒng)是基于多種學(xué)科而建立起來的，這就需要產(chǎn)品設(shè)計者對于產(chǎn)品從多種學(xué)科角度進(jìn)行研究，并趨向于產(chǎn)品概念理論的使用操作性。雖然國內(nèi)外對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計理論的研究方向有所不同，但研究目標(biāo)是相同的，且對于新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。
關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論，從研究趨勢上來看，還要面臨諸多問題有待解決。比如，在進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論時，還要將推理方法建立起來；對于機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，為了對驅(qū)動元件以及傳動機(jī)構(gòu)等等進(jìn)行選擇，還要將驅(qū)動元件庫以及機(jī)構(gòu)執(zhí)行庫建立起來；對于傳感器的選擇，有賴于測物理量的參數(shù)定量化，以確定傳感器類型。此外，還要將信息處理、控制方法庫建立起來，以提高系統(tǒng)軟件和硬件的可控性。機(jī)電一體化產(chǎn)品在不同的設(shè)計階段，都會產(chǎn)生不同的概念設(shè)計理論，將產(chǎn)品概念設(shè)計評價體系建立起來，以利于產(chǎn)品不同階段設(shè)計有效銜接。
總結(jié)
綜上所述，對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員而言，概念理論設(shè)計所發(fā)揮的指導(dǎo)作用是不容忽視的。中國目前對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計的研究主要是基于運(yùn)動功能為主產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。作為多種學(xué)科集合的機(jī)電一體化技術(shù)，其復(fù)雜性決定了機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論的重要性。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；概念；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢
一、機(jī)電一體化的概念與由來
人類進(jìn)入了一個新的世紀(jì)──21世紀(jì)?；仡欉^去的20世紀(jì)，人類的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果超過了過去所有世紀(jì)的總和。傳統(tǒng)的學(xué)科正在脫胎換骨，新的學(xué)科不斷問世，技術(shù)的融合程度比任何一次技術(shù)革命都高。機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生于這一背景之下，自然符合科技發(fā)展的規(guī)律，也是機(jī)械學(xué)科發(fā)展的必然結(jié)果?！皺C(jī)電一體化”這一技術(shù)術(shù)語最初來源于日本學(xué)術(shù)界，他們根據(jù)英文的Mechanics（機(jī)械學(xué)）和Electronics（電子學(xué)）兩詞，組合出Mechantronics一詞，日文諧音記作“夕力卜口二少又”，其表意漢字為“機(jī)電一體化”,Mechantronics一詞從學(xué)科角度可以翻譯為“機(jī)械電子學(xué)”，我國科技界也經(jīng)常直接使用“機(jī)電一體化”作為漢語的表達(dá)詞匯。
一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。其次，機(jī)電一體化是一個發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。
二、機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
與其它科學(xué)技術(shù)一樣，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一個較長期的過程。有學(xué)者將這一過程劃分為萌芽階段、快速發(fā)展階段和智能化階段三個階段，這種劃分方法真實客觀地反映了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程。
“萌芽階段”指20世紀(jì)60年代以前的時期。在這一時期，人們在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中總是自覺或不自覺地應(yīng)用電子技術(shù)的初步成果來改善機(jī)械產(chǎn)品的性能，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的軍事用途的機(jī)電產(chǎn)品。這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
20世紀(jì)70年代到80年代為第二階段，稱之為“快速發(fā)展階段”。在這一時期，人們自覺地、主動地利用3C技術(shù)的成果創(chuàng)造新的機(jī)電一體化產(chǎn)品，3C技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是：①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；②機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；③各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。
從20世紀(jì)90年代開始的第三階段，稱之為“智能化階段”。在這一階段，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)，其主要標(biāo)志是光學(xué)、通信技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)入機(jī)電一體化，同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)差距。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機(jī)與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機(jī)電一體化技術(shù)（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣。
機(jī)電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：
（1）機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計算機(jī)輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。
（2）計算機(jī)與信息技術(shù)
其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機(jī)信息處理技術(shù)。
（3）系統(tǒng)技術(shù)
系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
（4）自動控制技術(shù)
其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
（5）傳感檢測技術(shù)
傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。
（6）伺服傳動技術(shù)包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
四、結(jié)語
綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻(xiàn)：
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