机电一体化的设计
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机电一体化的设计范文第1篇
机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。
1机电一体化系统的构成与关键技术
1.1机电一体化系统的构成
从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。
从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。
既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。
1.2机电一体化系统的相关关键技术
①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。
2 机电一体化的设计过程
机电一体化的机械动力部分由一般电动机演变为控制电动机，里程碑式地引入了电子和计算机等先进技术，代替人完成机器的检测与控制等工作。在知识经济中体现了制造业高科技化，促进了高科技产业和知识经济的发展。它是一种用于机电产品最优设计的方法学。它包括4个基本学科：电气、机械、计算机科学和信息技术。如图1所示。
摘要：本文结合笔者的多年工作经验，对机电一体化系统的构成及关键技术进行了简要的分析，并就机电一体化系统的几种可靠性设计进行了探讨。
关键词：机电一体化；系统设计；构成；过程；方法；可靠性
机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。
1机电一体化系统的构成与关键技术
1.1机电一体化系统的构成
从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。
从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。
既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。
1.2机电一体化系统的相关关键技术
①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。
2 机电一体化的设计过程
机电一体化的设计范文第2篇
介绍。
关键词：机电一体化；可靠性；预计分配
中图分类号：TH239 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0012-02
1 概述
随着我国市场化经济的发展和技术水平的不断提高，机电一体化产品在我国各个行业、各个领域的应用范围越来越广泛，机电一体化的产品结构越来越复杂，其使用条件和应用的环境也更加严格，由此产生的产品可靠性问题必然增多。可靠性是衡量产品质量的一项重要指标，早在20世纪50年代，国外就兴起了对技术可靠性的广泛研究。
可靠性是产品或系统的重要指标属性，要提高系统的使用寿命、应用的稳定、计算的准确，降低长期使用的损耗费用，产品质量的时间起到关键作用。可靠性分析，目前已经成为产品安全性预测、质量保障及维修计划制定等工作不可或缺的手段。尤其是在现代生活中，不论是复杂的飞机，还是日常生活中简单的计算机等，都是应用大量复杂的机电一体化产品与系统的典型代表，与此同时，可靠性工程应用其中，并取得了成功。
2 可靠性
机电一体化产品的可靠性是利用时间作为标准对产品质量指标进行描述，机电产品在规定的条件和时间内完成规定功能的能力。它包含五个要素，分别是：对象、规定的工作时间、规定的工作条件、正常运行的功能以及
概率。
机电一体化产品的可靠性研究对象既包括系统，也包括各种单元、组件、零部件等。“规定的工作条件”一般包括：环境条件、动力条件、负载条件以及使用和维护条件。“规定的工作时间”一般指产品的全寿命周期。正常运行的功能是指机电一体化产品完成任务的各参量。而概率是可靠性的数值表征。
可靠性指标是产品可靠性的量化标尺，是进行可靠性分析的依据。可靠度、失效率、平均寿命、平均维修时间等函数都是机电一体化产品常用的可靠性指标。在不同的工作条件下，对于不同的机电系统，应采用不同的可靠性指标来进行可靠性设计。
3 可靠性设计
机电产品的可靠性是设计出来、生产出来的。可靠性设计是一种预先考虑产品或系统可靠性的设计方法，运用可靠性设计可以实现在完成预定功能的前提下，使性能、重量、成本、寿命等各方面相互平衡，设计出可靠性高的产品的目的。其任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用来保证应有的工作寿命和可靠度，建立最优的方案，实现产品的设计需求。设计人员必须明确可靠性设计的目的并掌握可靠性设计的方法，因为可靠性设计是机电一体化产品设计中最重要的一环，可靠性设计与机电产品的功能设计同步进行也是必要的。可靠性设计主要包括可靠性预计和可靠性分配两
部分。
3.1 可靠性预计
可靠性预计是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性进行的工作，以以往的工程经验、故障数据、当前技术水平、元器件的失效率等为依据，预计产品实际可能达到的可靠度。可靠性预计包括可靠性分析和可靠性预测两个过程。
可靠性分析就是依据机电一体化产品各个组成单元的具体功能特性，绘制反映其物理关系的功能框图。然后根据功能图，进行可靠性建模，分别是绘制能够反映其逻辑关系的可靠性框图和建立可靠性数学模型。机电一体化产品的可靠性与组成它的各个单元的可靠性之间的定量关系是可靠性数学模型反映的内容。产品系统彼此组合起来的形式和各组成单元本身的可靠性是产品系统的可靠性的两个决定性因素，也就是在逻辑图中各个单元之间的连接
方式。
完成可靠性数学建模，把机电系统的可靠性特征量表示成各部分可靠性特征量的函数，再根据已知的各部分的可靠性指标数据计算出系统的可靠性，进行可靠性预测。通过可靠性预测，能实现对机电一体化产品各单元的现有元器件水平和使用条件下能达到的可靠性指标的客观认识，又能找到系统的可靠性薄弱环节，从而提出对设计方案的修改意见，最后再进行实施。在一般情况下，最终形成一个机电一体化系统，需要进行若干次可靠性预测，并且预测越早越好。
3.2 可靠性分配
技术可靠性分配是技术可靠性设计的基础，也是系统可靠性设计的重要任务之一。可靠性分配是为了使复杂问题的处理得以简化并便于检验，把系统的可靠性指标按照一定的方法合理地分配给系统、单元、零部件的全过程。它是一个分解的过程：由一个整体到局部、由大到小、由上到下，也是系统可靠性预计与分配贯穿整个设计的过程，而且系统设计初期的可靠性预计与分配对系统可靠性有着十分重要的影响。
4 结语
社会各个领域越来越广泛地应用机电一体化产品，机电一体化产品的可靠性问题逐渐受到各方的关注。本文以可靠性为出发点，详细介绍了机电一体化产品的可靠性设计过程，为使用者提供参考，起到提高机电产品可靠性和质量的作用，达到增加机电一体化产品的社会效益、经济效益的目的。
参考文献
[1] 王世萍，朱敏波.电子机械可靠性与维修性[M].北
京：清华大学出版社，2000.
[2] 郑和元.关于机电一体化系统中的可靠性分析[J].商
品与质量·焦点关注，2012，（4）.
[3] 秦明，巫世晶，孙旋.机电系统可靠性工作与分析技
术概述及应用[J].机电设备，2006，3：34-38.
[4] 杨鹤年，韩钢.机电一体化系统中的可靠性分析[J].
机电一体化的设计范文第3篇
关键词：机电一体化 互动教学 实践教学 项目教学
科学技术的高速发展和不断进步使机械制造业发生了巨大的变化。以信息技术为代表的高新科技向机械行业的渗透，使得现代机电产品不再是单纯的机械构件，而是机械、电子、计算机等集成的所谓机电一体化产品[1]。社会对机械专业人才的要求越来越趋向于复合型、应用型，因此高校教师在传授专业知识的同时必须注重学生知识的拓展和综合应用。机电一体化系统设计是一门融合了机械、电子、控制等多学科的综合性课程，对培养学生的综合设计能力以及系统工程意识具有重要作用。
1课程理念及体系构建
机电一体化系统设计是机械设计制造及自动化专业的一门重要专业课程。本课程融合了机械技术、电子技术、传感检测技术、自动控制技术、信息处理技术等多种技术于一体，是对基础课、专业基础课等知识的综合应用，也是理论与工程实践相结合的课程[2]。
本课程主要介绍了机电一体化系统的基本构成、执行装置、检测元件、控制系统等内容，各章节结构图如图1所示[3]。第一、二章是机电一体化系统及设计方法的概述。第三、四章介绍各种执行装置和检测元件的构造、原理及使用方法。第五章讲解控制系统及接口的设计。第六章是前面章节知识的综合与应用。
图1 机电一体化系统设计课程章节结构图
由于在本课程开设之前，学生已经学习了机械原理、控制理论、检测技术等相关课程，因此应该着眼于学生综合设计能力和系统工程意识的培养，而不只是各部分知识的简单重复和回顾。此外，由于本课程与生产、生活实际紧密联系，可以结合案例分析、讨论与互动、实践教学等多种方式开展教学活动。
2 教学方法改革
由于受传统教育观念和教学条件的限制，机电一体化系统设计课程过去以教师讲授为主，学生只能被动地接受，学习的主动性和积极性不能有效发挥。本文依据该课程各章节教学重点的不同，采用不同的教学方法对学生进行引导，培养学生学习的兴趣，提高学生的综合能力和素质。
2.1 知识精讲
机电一体化系统设计课程涉及的知识面广、综合型强，但理论课时并不多。因此，需调整与先修课程的关系，删减重复部分，精讲内容要少而精，重点介绍机电一体化系统各组成部分的原理、作用及相互联系。理论知识讲解的同时需结合案例分析，加深学生对相关知识的理解。此外，还可以利用动画、视频等多媒体手段，帮助学生了解最新的研究成果，掌握最新的行业动态，避免教学与生产实际脱离。例如，在讲授执行装置构造及使用方法时，可以略过学生已经重点学习过的电动机工作原理及特性，对液压和气动执行装置也只做简单介绍，而重点比较三种执行装置的性能、适用范围及应用。通过对工件输送系统的分析，学生理解气动执行装置的原理以及在机电一体化设备中的作用。采用视频资料与教师讲解相结合的方式，介绍压电、静电、形状记忆合金等新型执行装置，在开阔学生视野的同时加深其对执行装置的理解。
2.2 讨论与互动式教学
教学过程是教师和学生以信息为载体的互动过程[4]。为了让学生参与到课堂教学中来，体现学生学习的主体性，而不是作为课堂的看客或被灌输的对象，可以在知识精讲的基础上融入讨论与互动式教学方法。教师通过本课程的重点、难点、疑点问题，引导和启发学生思考，激发学生听课的热情和积极性，实现师生互动[5]。例如，在介绍机电一体化系统的基本构成时，安排学生分组了解一种机电一体化设备，掌握其基本工作原理及组成要素，并在课堂上利用PPT、视频资料进行讲解。教师针对该设备的工作原理及过程进行提问，同组同学展开讨论并进行解答。讨论课气氛活跃，学生积极性较高，达到较好的教学效果。
2.3 实践教学
机电一体化系统设计是一门与生产、生活实际紧密结合的课程，因此在课堂教学之外还应当利用已有的教学和实验条件让学生接触实际的机电系统。在检测与传感器技术的授课过程中，笔者利用数控加工中心和工业机器人进行实践教学。学生通过观察两种设备所使用的光电编码器、直线光栅尺和接近开关，对传感器的工作原理有了进一步的认识。在操纵数控机床和工业机器人的过程中，学生可以掌握传感器在各自系统中的作用。此外，通过对数控机床和工业机器人所使用的交、直流电机以及液压和气动系统的介绍可以帮助学生巩固执行装置部分的知识点，起到温故而知新的作用。总之，实践教学可以加深学生对知识的理解，密切知识体系间的联系。
2.4项目教学
为了提高学生系统设计能力和工程意识，将所学知识融会贯通，在本课程的授课过程中采用了项目任务教学的方法。项目教学是以工程实践为导向，通过完成一个完整的“项目”工作而进行的实践教学活动[6]。将本课程所涉及的知识点通过一个明确的“项目任务”布置给学生，学生根据任务要求，进行资料整理―系统方案设计―子系统设计及实现―系统方案优化。
全方位移动机器人设计就是适合本课程的一个较好的“项目任务”。该项目集硬件与软件设计于一体，所涉及知识包括执行装置、传感器、控制系统及接口电路等，对于巩固知识、培养综合设计能力具有重要作用。学生选定题目后：（1）查找相关资料了解全方位移动机器人的基本技术。此过程培养了学生检索科技文献的能力，为随后的毕业设计奠定了良好的基础。（2）确定全方位移动方案，并将机器人分为移动机构、控制系统、传感器模块、通讯模块等，绘制基本的硬件结构框图和总体的软件流程图。在这部分主要培养学生的系统观念，使其能够从宏观上把握全局，制订合理且可行的方案。（3）各子系统的硬件、软件设计及实现。子系统的设计过程也是知识的掌握和应用过程，明确的学习目的能够有效提高学生的学习效率。（4）机器人各子系统的联合调试及方案优化。子系统联调过程必然会出现冲突和矛盾，如何从系统角度出发解决出现的问题并进行方案的优化，同样是对学生综合能力的培养和锻炼。
通过全方位移动机器人设计这一项目，学生明确了学习的目标和任务，积极性和主动性有较大提高。在完成项目任务过程中，学生加深了机电一体化相关知识的理解，并将各部分知识融会贯通，有效培养了学生的系统观念和工程意识。此外，以团队形式来完成任务有利于学生协作意识的培养及综合素质的提高。
3 结束语
在机电一体化系统设计课程中采用知识精讲、讨论与互动式教学、实践教学、项目教学等多种方法相结合的方式进行教学改革和探索。教学实践表明几种教学方法相结合的方式可以让学生参与到教学活动中来，提高学生学习的积极性和主动性，对于培养学生的综合设计能力和工程应用能力具有积极作用。
参考文献
[1]杨叔子，张福润.面向21世纪改革机械工程教学[J].高等教育研究，2000（4）：73-77.
[2]丁文政，王娟，汪木兰.机电一体化系统设计课程教学改革探索[J].中国现代教育装备，2012（3）：80-81.
[3]高森年. 机电一体化[M].北京：科学出版社，2001.
[4]姚蓉.谈如何搞好大学教学中的课堂互动[J].中国大学教育，2008（7）：71-74.
机电一体化的设计范文第4篇
【关键词】机电一体化；产品；设计方法
引言
机电一体化的概念起始于上世纪70年代，发展到今天已经有40多年的历史了，其技术也在不断的发展和丰富。尤其是近年来，科学技术日新月异，人们对于机电一体化的设计有了更高的要求，要求柔性设计，工作可靠， 性能好等。传感技术、网络技术、控制技术等为机电一体化的发展提供了技术支出，各种技术交叉运用于机电一体化中，使其成为了一门新型的学科技术，涉及到：机械设计、机械制造、信息处理、伺服和接口技术等等。
1 机电一体化产品特点
分析机电一体化产品的特点，主要有以下几点：
（1）机械系统。在机电一体化中，机械系统的组成包括：机身、框架、机械传动以及联接等。它是产品功能实现的基础，因此对机械结构具有较高的要求；其结构、材料以及工艺加工等都必须满足产品高效、可靠、节能等的要求。
（2）动力系统。该系统的主要功能是提供能量和功能给机电一体化产品，驱动相应的执行机构工作，从而完成主功能。动力系统的动力源包括：电动力源、液动力源以及气动力源等。
（3）传感与检测系统。在该系统中，传感器的主要作用是将外部或自身的参数转换为能够进行测定的物理量，通过相应的检测系统，实现对这些物理量的测定，从而提供各类信息给机电一体化产品。通常情况下，传感器和检测系统的主要功能是由测量仪器来实现的，要求其具有体积小、安装方便、具有较高检测精度等特点。
（4）信息处理及控制系统。该系统主要用于接收传感和检测系统所反馈的信息；同时对这些信息进行处理、运算以及决策等，最终实现控制功能。信息处理和控制系统的组成主要包括：计算机软件、计算机硬件以及接口等。
（5）执行机构。在控制信息的作用下，执行机构可以完成相应的动作，从而实现主功能。执行机构中的运动部件通常采用的是机械、电液以及气动等机构。在实现产品饿目的功能中，执行机构是最直接的执行者，它是最为重要的组成部分。
2 机电一体化设计概述
图1 三维系统图示
从现代设计方法的角度入手分析机电一体化设计，所谓“设计”，它是指一个信息系统，将需求设计为输入，设计结果则为输出；在工程设计中，根据相关的科学技术原理，内存能够创造性的将人们的需求转为具有相应功能的具体产品；并且，还提出了具体的实现方案。从系统工程的角度来看，设计属于一个三位系统，由：时间、逻辑以及方法组成，图1给出了三维系统图示。其中，时间维描述的是设计目标流程，它是按照时间进行排列的；逻辑维是指相应的逻辑步骤，它主用于解决问题；在设计工作流程中，逻辑维需要在每一个阶段之内完成工作内容以及思维程序；最后是方法维，它主要是指在设计过程中，思维方法、工作方法及其相关的领域知识。
3 机电一体化设计方法
3.1 设计可行性研究
在机电一体化产品的可行性研究中，是通过实际的调查与研究，对市场需求进行分析，掌握最新信息，进行可行性论证，初步规划产品设计的基本方案，主要内容包括：投资总额的预测、各组成部件的价格预测、产品性能的价格预测以及经济评价等等。
3.2 基本设计
在基本设计阶段，首先需要提出相应的技术，其内容包括：硬件技术、软件技术等；前者又包括：产品的结构元件、产品的控制元件等；后者又包括：操作系统、控制系统等。在设计整个系统的过程中，尽可能的多给出几种方案，从中找到一种最优的方案。
3.3 详细设计
完成基本设计之后，需要进行详细的设计，在此过程中包括以下主要内容：业务分工、程序设计、工艺设计、操作系统设计、总体设计、设备设计、控制系统设计以及安全保护设计等。在设计开发性的产品过程中，要对产品的性能指标参数进行拟定，进行必要的计算，找到所用的设备，实现对机构设计和运行性能等的设计。
3.4 实际运行试验
最后是实际运行试验阶段，在此阶段中，主要的工作包括：检验产品的工作性能，进行产品性能的评价以及改进。进行产品工作性能检验的主要目的是测定生产周期以及生产率，分析故障，对故障的时间、原因等进行考察；改进的主要目的是进行产品问题的改进，提高产品的性能。对产品性能进行评价主要是从两个方面进行的：技术评价、经济评价。
总之，在进行机电一体化产品的设计中，要注意质量、成本、市场与可行性之间的关系，要把握好长期与短期发展之间的关系。
4 结语
作为一种复合技术，机电一体化的设计需要多个部门的相互配合和支持，共同设计才能得到较好的结果。在具体设计过程中，不仅需要深入了解机电一体化中各项技术，还应该重视系统工程的概念。本文以机电一体化的技术发展为背景，对其在实践中的设计进行了分析。在未来，应该注重技术融合和结合，共同实现机电一体化系统的发展。
参考文献：
[1]丁子华.新时期多功能通信网络的设计与应用[J].工业科技研究，2009（12）.
[2]林仁宝.机电一体化控制系统的设计与应用[J].中国科技信息，2011（11）.
[3]陈周峰.基于微型计算机控制系统的机电作业模式[J].机电一体化，2011（12）.
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机电一体化的设计范文第5篇
机电一体化的发展现状
(1)第一阶段。机械一体化技术大致经过了三个发展阶段,第一阶段起于上世纪的60年代,人们逐步的将电子技术应用到机械产品的生产过程中,机械产品性能得以提升。二战以后,机械产品和电子技术的合作进一步加深,机电技术的结合对战后经济恢复和繁荣起到了重要的作用。但是这期间的电子技术发展水平比较低,电子技术和机械技术还没有真正的结合,机电产品也没有得到大范围的推广。(2)机电一体化蓬勃发展的阶段。上世纪七八十年代是机电一体化发展的第二阶段,通信技术、计算机技术和控制技术在此期间发展迅速,为机电一体化技术的发展提供了技术保障和支持。在此期间,微型计算机以及集成电路发展的规模日益壮大,机电一体化技术的发展有了物质基础。各国都加大了对机电一体化技术的重视程度,机电一体化技术得到了快速的发展,机电一体化产品逐渐增多。(3)机电一体化新时期的发展。智能化、自动化和模块化是机电一体化的典型特征,机电一体化技术在上世纪90年代以后得到了更大程度的进步,通信技术以及光学技术逐渐进入机电一体化,有关机电一体化的研究逐渐增多,机电系统的分析、集成方法和建模设计逐渐增多。在人工智能技术以及光纤技术的影响下,机电一体化的发展前景更为广阔。我国对机电一体化的研究始于上世纪80年代,近年来也获得了较大的进展,但是目前我国机电一体化技术还存在产品水平较低、科技基础较为薄弱、发展潜力不足以及高水平产品较少的问题,机电一体化技术还需要进一步的发展,增强技术发展对我国经济发展的促进作用。
机电一体化技术的发展与思考探析
经济的发展带动科技的进步,科技的进步也会反过来促进经济的发展,两者之间是相辅相成的关系。机电一体化技术经过长达半个世纪的发展,已经是集电子、机械、控制、计算机技术以及光学和信息技术于一体的综合学科。在新时期,机电一体化技术也会朝着更加智能化、绿色化、数字化和微型化的方向发展。(1)智能化。智能化是技术的发展方向,机电一体化技术和产品在信息技术、模糊技术的帮助下,会朝着智能化的方向逐渐发展。未来的机电一体化产品不再是层次结构较为简单的产品,技术产品需要向着有冗余度和复杂的双向联系发展,人工智能在机电一体化技术中的应用将进一步加大,提高该技术在数控机床和机器人中的应用力度。此外,机电一体化技术的研究和发展要加大对运筹学、人工智能、计算机技术、动力学、模糊数学和心理学的研究,通过新技术和新方法来提高机械的模拟能力,使生产机械具有人类的逻辑思维能力、判断能力以及自主决策能力,整体上提升机电一体化的智能化。机电一体化技术和产品虽然不能达到人脑的智能化程度,但是机电一体化产品微处理器的高速和高性能还是可以实现的,智能化是机电一体化的发展方向。(2)柔性化。柔性化是对突发事件应对能力的提高,机电一体化的控制和执行将会有更高程度的冗余度,系统之间能够按照任务的分配来实现独立的工作,增强自身的自律性。柔性化的典型特点是机电一体化技术的子系统可以产生附加信息,在完成总工作任务的前提下要实现信息的产生和附加,提高系统的处理能力和反应能力,减少故障对机电一体化技术的影响,整体上提升机电一体化技术的发展水平。(3)网络化。计算机信息技术改变了人们的生活,人们工作的效率逐渐提高,生产领域、教育领域以及政治军事领域都进行着重大的变革。计算机网络实现了生产部门之间的连接,质量可靠、功能良好的机电产品会在计算机网络的帮助下进一步的发展和完善起来。与此同时,机电一体化技术的网络化还会简化生产的流程,减轻工作人员的任务量,实现机电产品技术新的发展。(4)模块化。未来的机电一体化产品虽然具有智能化和柔性化的特点,但是产品不同系统之间的分工将会更加精细,机电产品的模块化将是未来发展的方向。机电产品的模块化是系统而复杂的工作,研制人员需要对机械接口、环境接口、动力接口以及电器接口进行整体的研究和分类,使机电一体化产品成为具有识别功能、视觉和图像处理功能的新型产品,实现电器产品的系列化和标准化。结语随着经济的发展和科技的进步,机电一体化技术在众多领域得到了广泛的应用,提高了生产效率,增强了信息处理的精度和准度。机电一体化技术是集机械、电气、信息处理等于一体的综合技术,机电产品和技术会向着智能化、自动化、网络化和模块化的方向进一步发展,扩大机电产品和技术的应用范围。
本文作者：雷耀军工作单位：银川佳通轮胎有限公司
