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機電一體化的設(shè)計范文第1篇

關(guān)鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設(shè)計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)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(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)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(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)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(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)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(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、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(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)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(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)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(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)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(shù)：信息處理的發(fā)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(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：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(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

2 機電一體化的設(shè)計過程

機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變?yōu)榭刂齐妱訖C，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術(shù)，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經(jīng)濟中體現(xiàn)了制造業(yè)高科技化，促進了高科技產(chǎn)業(yè)和知識經(jīng)濟的發(fā)展。它是一種用于機電產(chǎn)品最優(yōu)設(shè)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(shù)。如圖1所示。

摘要：本文結(jié)合筆者的多年工作經(jīng)驗，對機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)進行了簡要的分析，并就機電一體化系統(tǒng)的幾種可靠性設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設(shè)計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)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(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)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(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)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(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)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(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、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(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)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(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)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(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)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(shù)：信息處理的發(fā)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(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：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(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

2 機電一體化的設(shè)計過程

機電一體化的設(shè)計范文第2篇

介紹。

關(guān)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(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，機電一體化產(chǎn)品在我國各個行業(yè)、各個領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣泛，機電一體化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越復雜，其使用條件和應(yīng)用的環(huán)境也更加嚴格，由此產(chǎn)生的產(chǎn)品可靠性問題必然增多?？煽啃允呛饬慨a(chǎn)品質(zhì)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(shù)可靠性的廣泛研究。

可靠性是產(chǎn)品或系統(tǒng)的重要指標屬性，要提高系統(tǒng)的使用壽命、應(yīng)用的穩(wěn)定、計算的準確，降低長期使用的損耗費用，產(chǎn)品質(zhì)量的時間起到關(guān)鍵作用。可靠性分析，目前已經(jīng)成為產(chǎn)品安全性預測、質(zhì)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(xiàn)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(yīng)用大量復雜的機電一體化產(chǎn)品與系統(tǒng)的典型代表，與此同時，可靠性工程應(yīng)用其中，并取得了成功。

2 可靠性

機電一體化產(chǎn)品的可靠性是利用時間作為標準對產(chǎn)品質(zhì)量指標進行描述，機電產(chǎn)品在規(guī)定的條件和時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它包含五個要素，分別是：對象、規(guī)定的工作時間、規(guī)定的工作條件、正常運行的功能以及

概率。

機電一體化產(chǎn)品的可靠性研究對象既包括系統(tǒng)，也包括各種單元、組件、零部件等?！耙?guī)定的工作條件”一般包括：環(huán)境條件、動力條件、負載條件以及使用和維護條件?！耙?guī)定的工作時間”一般指產(chǎn)品的全壽命周期。正常運行的功能是指機電一體化產(chǎn)品完成任務(wù)的各參量。而概率是可靠性的數(shù)值表征。

可靠性指標是產(chǎn)品可靠性的量化標尺，是進行可靠性分析的依據(jù)。可靠度、失效率、平均壽命、平均維修時間等函數(shù)都是機電一體化產(chǎn)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(tǒng)，應(yīng)采用不同的可靠性指標來進行可靠性設(shè)計。

3 可靠性設(shè)計

機電產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計出來、生產(chǎn)出來的?？煽啃栽O(shè)計是一種預先考慮產(chǎn)品或系統(tǒng)可靠性的設(shè)計方法，運用可靠性設(shè)計可以實現(xiàn)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(shè)計出可靠性高的產(chǎn)品的目的。其任務(wù)就是確定產(chǎn)品質(zhì)量指標的變化規(guī)律，并在其基礎(chǔ)上確定如何以最少的費用來保證應(yīng)有的工作壽命和可靠度，建立最優(yōu)的方案，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計需求。設(shè)計人員必須明確可靠性設(shè)計的目的并掌握可靠性設(shè)計的方法，因為可靠性設(shè)計是機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中最重要的一環(huán)，可靠性設(shè)計與機電產(chǎn)品的功能設(shè)計同步進行也是必要的?？煽啃栽O(shè)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(chǎn)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(jīng)驗、故障數(shù)據(jù)、當前技術(shù)水平、元器件的失效率等為依據(jù)，預計產(chǎn)品實際可能達到的可靠度?？煽啃灶A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(jù)機電一體化產(chǎn)品各個組成單元的具體功能特性，繪制反映其物理關(guān)系的功能框圖。然后根據(jù)功能圖，進行可靠性建模，分別是繪制能夠反映其邏輯關(guān)系的可靠性框圖和建立可靠性數(shù)學模型。機電一體化產(chǎn)品的可靠性與組成它的各個單元的可靠性之間的定量關(guān)系是可靠性數(shù)學模型反映的內(nèi)容。產(chǎn)品系統(tǒng)彼此組合起來的形式和各組成單元本身的可靠性是產(chǎn)品系統(tǒng)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(shù)學建模，把機電系統(tǒng)的可靠性特征量表示成各部分可靠性特征量的函數(shù)，再根據(jù)已知的各部分的可靠性指標數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)的可靠性，進行可靠性預測。通過可靠性預測，能實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品各單元的現(xiàn)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(tǒng)的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，從而提出對設(shè)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(tǒng)，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(shù)可靠性分配是技術(shù)可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)可靠性設(shè)計的重要任務(wù)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(tǒng)的可靠性指標按照一定的方法合理地分配給系統(tǒng)、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(tǒng)可靠性預計與分配貫穿整個設(shè)計的過程，而且系統(tǒng)設(shè)計初期的可靠性預計與分配對系統(tǒng)可靠性有著十分重要的影響。

4 結(jié)語

社會各個領(lǐng)域越來越廣泛地應(yīng)用機電一體化產(chǎn)品，機電一體化產(chǎn)品的可靠性問題逐漸受到各方的關(guān)注。本文以可靠性為出發(fā)點，詳細介紹了機電一體化產(chǎn)品的可靠性設(shè)計過程，為使用者提供參考，起到提高機電產(chǎn)品可靠性和質(zhì)量的作用，達到增加機電一體化產(chǎn)品的社會效益、經(jīng)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(guān)于機電一體化系統(tǒng)中的可靠性分析[J].商

品與質(zhì)量·焦點關(guān)注，2012，（4）.

[3] 秦明，巫世晶，孫旋.機電系統(tǒng)可靠性工作與分析技

術(shù)概述及應(yīng)用[J].機電設(shè)備，2006，3：34-38.

[4] 楊鶴年，韓鋼.機電一體化系統(tǒng)中的可靠性分析[J].

機電一體化的設(shè)計范文第3篇

關(guān)鍵詞：機電一體化 互動教學 實踐教學 項目教學

科學技術(shù)的高速發(fā)展和不斷進步使機械制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化。以信息技術(shù)為代表的高新科技向機械行業(yè)的滲透，使得現(xiàn)代機電產(chǎn)品不再是單純的機械構(gòu)件，而是機械、電子、計算機等集成的所謂機電一體化產(chǎn)品[1]。社會對機械專業(yè)人才的要求越來越趨向于復合型、應(yīng)用型，因此高校教師在傳授專業(yè)知識的同時必須注重學生知識的拓展和綜合應(yīng)用。機電一體化系統(tǒng)設(shè)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(yǎng)學生的綜合設(shè)計能力以及系統(tǒng)工程意識具有重要作用。

1課程理念及體系構(gòu)建

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。本課程融合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種技術(shù)于一體，是對基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課等知識的綜合應(yīng)用，也是理論與工程實踐相結(jié)合的課程[2]。

本課程主要介紹了機電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成、執(zhí)行裝置、檢測元件、控制系統(tǒng)等內(nèi)容，各章節(jié)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[3]。第一、二章是機電一體化系統(tǒng)及設(shè)計方法的概述。第三、四章介紹各種執(zhí)行裝置和檢測元件的構(gòu)造、原理及使用方法。第五章講解控制系統(tǒng)及接口的設(shè)計。第六章是前面章節(jié)知識的綜合與應(yīng)用。

圖1 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程章節(jié)結(jié)構(gòu)圖

由于在本課程開設(shè)之前，學生已經(jīng)學習了機械原理、控制理論、檢測技術(shù)等相關(guān)課程，因此應(yīng)該著眼于學生綜合設(shè)計能力和系統(tǒng)工程意識的培養(yǎng)，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(chǎn)、生活實際緊密聯(lián)系，可以結(jié)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(tǒng)教育觀念和教學條件的限制，機電一體化系統(tǒng)設(shè)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(fā)揮。本文依據(jù)該課程各章節(jié)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(yǎng)學生學習的興趣，提高學生的綜合能力和素質(zhì)。

2.1 知識精講

機電一體化系統(tǒng)設(shè)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(diào)整與先修課程的關(guān)系，刪減重復部分，精講內(nèi)容要少而精，重點介紹機電一體化系統(tǒng)各組成部分的原理、作用及相互聯(lián)系。理論知識講解的同時需結(jié)合案例分析，加深學生對相關(guān)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(yè)動態(tài)，避免教學與生產(chǎn)實際脫離。例如，在講授執(zhí)行裝置構(gòu)造及使用方法時，可以略過學生已經(jīng)重點學習過的電動機工作原理及特性，對液壓和氣動執(zhí)行裝置也只做簡單介紹，而重點比較三種執(zhí)行裝置的性能、適用范圍及應(yīng)用。通過對工件輸送系統(tǒng)的分析，學生理解氣動執(zhí)行裝置的原理以及在機電一體化設(shè)備中的作用。采用視頻資料與教師講解相結(jié)合的方式，介紹壓電、靜電、形狀記憶合金等新型執(zhí)行裝置，在開闊學生視野的同時加深其對執(zhí)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(xiàn)學生學習的主體性，而不是作為課堂的看客或被灌輸?shù)膶ο?，可以在知識精講的基礎(chǔ)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(fā)學生思考，激發(fā)學生聽課的熱情和積極性，實現(xiàn)師生互動[5]。例如，在介紹機電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成時，安排學生分組了解一種機電一體化設(shè)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(shè)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(tǒng)設(shè)計是一門與生產(chǎn)、生活實際緊密結(jié)合的課程，因此在課堂教學之外還應(yīng)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(tǒng)。在檢測與傳感器技術(shù)的授課過程中，筆者利用數(shù)控加工中心和工業(yè)機器人進行實踐教學。學生通過觀察兩種設(shè)備所使用的光電編碼器、直線光柵尺和接近開關(guān)，對傳感器的工作原理有了進一步的認識。在操縱數(shù)控機床和工業(yè)機器人的過程中，學生可以掌握傳感器在各自系統(tǒng)中的作用。此外，通過對數(shù)控機床和工業(yè)機器人所使用的交、直流電機以及液壓和氣動系統(tǒng)的介紹可以幫助學生鞏固執(zhí)行裝置部分的知識點，起到溫故而知新的作用?？傊?，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(lián)系。

2.4項目教學

為了提高學生系統(tǒng)設(shè)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(wù)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(wù)”布置給學生，學生根據(jù)任務(wù)要求，進行資料整理―系統(tǒng)方案設(shè)計―子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)―系統(tǒng)方案優(yōu)化。

全方位移動機器人設(shè)計就是適合本課程的一個較好的“項目任務(wù)”。該項目集硬件與軟件設(shè)計于一體，所涉及知識包括執(zhí)行裝置、傳感器、控制系統(tǒng)及接口電路等，對于鞏固知識、培養(yǎng)綜合設(shè)計能力具有重要作用。學生選定題目后：（1）查找相關(guān)資料了解全方位移動機器人的基本技術(shù)。此過程培養(yǎng)了學生檢索科技文獻的能力，為隨后的畢業(yè)設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。（2）確定全方位移動方案，并將機器人分為移動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感器模塊、通訊模塊等，繪制基本的硬件結(jié)構(gòu)框圖和總體的軟件流程圖。在這部分主要培養(yǎng)學生的系統(tǒng)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(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計及實現(xiàn)。子系統(tǒng)的設(shè)計過程也是知識的掌握和應(yīng)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(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試及方案優(yōu)化。子系統(tǒng)聯(lián)調(diào)過程必然會出現(xiàn)沖突和矛盾，如何從系統(tǒng)角度出發(fā)解決出現(xiàn)的問題并進行方案的優(yōu)化，同樣是對學生綜合能力的培養(yǎng)和鍛煉。

通過全方位移動機器人設(shè)計這一項目，學生明確了學習的目標和任務(wù)，積極性和主動性有較大提高。在完成項目任務(wù)過程中，學生加深了機電一體化相關(guān)知識的理解，并將各部分知識融會貫通，有效培養(yǎng)了學生的系統(tǒng)觀念和工程意識。此外，以團隊形式來完成任務(wù)有利于學生協(xié)作意識的培養(yǎng)及綜合素質(zhì)的提高。

3 結(jié)束語

在機電一體化系統(tǒng)設(shè)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(jié)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(jié)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(yǎng)學生的綜合設(shè)計能力和工程應(yīng)用能力具有積極作用。

參考文獻

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機電一體化的設(shè)計范文第4篇

【關(guān)鍵詞】機電一體化；產(chǎn)品；設(shè)計方法

引言

機電一體化的概念起始于上世紀70年代，發(fā)展到今天已經(jīng)有40多年的歷史了，其技術(shù)也在不斷的發(fā)展和豐富。尤其是近年來，科學技術(shù)日新月異，人們對于機電一體化的設(shè)計有了更高的要求，要求柔性設(shè)計，工作可靠， 性能好等。傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)等為機電一體化的發(fā)展提供了技術(shù)支出，各種技術(shù)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(shù)，涉及到：機械設(shè)計、機械制造、信息處理、伺服和接口技術(shù)等等。

1 機電一體化產(chǎn)品特點

分析機電一體化產(chǎn)品的特點，主要有以下幾點：

（1）機械系統(tǒng)。在機電一體化中，機械系統(tǒng)的組成包括：機身、框架、機械傳動以及聯(lián)接等。它是產(chǎn)品功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，因此對機械結(jié)構(gòu)具有較高的要求；其結(jié)構(gòu)、材料以及工藝加工等都必須滿足產(chǎn)品高效、可靠、節(jié)能等的要求。

（2）動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能是提供能量和功能給機電一體化產(chǎn)品，驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)工作，從而完成主功能。動力系統(tǒng)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(tǒng)。在該系統(tǒng)中，傳感器的主要作用是將外部或自身的參數(shù)轉(zhuǎn)換為能夠進行測定的物理量，通過相應(yīng)的檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對這些物理量的測定，從而提供各類信息給機電一體化產(chǎn)品。通常情況下，傳感器和檢測系統(tǒng)的主要功能是由測量儀器來實現(xiàn)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(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于接收傳感和檢測系統(tǒng)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(xiàn)控制功能。信息處理和控制系統(tǒng)的組成主要包括：計算機軟件、計算機硬件以及接口等。

（5）執(zhí)行機構(gòu)。在控制信息的作用下，執(zhí)行機構(gòu)可以完成相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)主功能。執(zhí)行機構(gòu)中的運動部件通常采用的是機械、電液以及氣動等機構(gòu)。在實現(xiàn)產(chǎn)品餓目的功能中，執(zhí)行機構(gòu)是最直接的執(zhí)行者，它是最為重要的組成部分。

2 機電一體化設(shè)計概述

圖1 三維系統(tǒng)圖示

從現(xiàn)代設(shè)計方法的角度入手分析機電一體化設(shè)計，所謂“設(shè)計”，它是指一個信息系統(tǒng)，將需求設(shè)計為輸入，設(shè)計結(jié)果則為輸出；在工程設(shè)計中，根據(jù)相關(guān)的科學技術(shù)原理，內(nèi)存能夠創(chuàng)造性的將人們的需求轉(zhuǎn)為具有相應(yīng)功能的具體產(chǎn)品；并且，還提出了具體的實現(xiàn)方案。從系統(tǒng)工程的角度來看，設(shè)計屬于一個三位系統(tǒng)，由：時間、邏輯以及方法組成，圖1給出了三維系統(tǒng)圖示。其中，時間維描述的是設(shè)計目標流程，它是按照時間進行排列的；邏輯維是指相應(yīng)的邏輯步驟，它主用于解決問題；在設(shè)計工作流程中，邏輯維需要在每一個階段之內(nèi)完成工作內(nèi)容以及思維程序；最后是方法維，它主要是指在設(shè)計過程中，思維方法、工作方法及其相關(guān)的領(lǐng)域知識。

3 機電一體化設(shè)計方法

3.1 設(shè)計可行性研究

在機電一體化產(chǎn)品的可行性研究中，是通過實際的調(diào)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(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計的基本方案，主要內(nèi)容包括：投資總額的預測、各組成部件的價格預測、產(chǎn)品性能的價格預測以及經(jīng)濟評價等等。

3.2 基本設(shè)計

在基本設(shè)計階段，首先需要提出相應(yīng)的技術(shù)，其內(nèi)容包括：硬件技術(shù)、軟件技術(shù)等；前者又包括：產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)元件、產(chǎn)品的控制元件等；后者又包括：操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。在設(shè)計整個系統(tǒng)的過程中，盡可能的多給出幾種方案，從中找到一種最優(yōu)的方案。

3.3 詳細設(shè)計

完成基本設(shè)計之后，需要進行詳細的設(shè)計，在此過程中包括以下主要內(nèi)容：業(yè)務(wù)分工、程序設(shè)計、工藝設(shè)計、操作系統(tǒng)設(shè)計、總體設(shè)計、設(shè)備設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計以及安全保護設(shè)計等。在設(shè)計開發(fā)性的產(chǎn)品過程中，要對產(chǎn)品的性能指標參數(shù)進行擬定，進行必要的計算，找到所用的設(shè)備，實現(xiàn)對機構(gòu)設(shè)計和運行性能等的設(shè)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(chǎn)品的工作性能，進行產(chǎn)品性能的評價以及改進。進行產(chǎn)品工作性能檢驗的主要目的是測定生產(chǎn)周期以及生產(chǎn)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(chǎn)品問題的改進，提高產(chǎn)品的性能。對產(chǎn)品性能進行評價主要是從兩個方面進行的：技術(shù)評價、經(jīng)濟評價。

總之，在進行機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計中，要注意質(zhì)量、成本、市場與可行性之間的關(guān)系，要把握好長期與短期發(fā)展之間的關(guān)系。

4 結(jié)語

作為一種復合技術(shù)，機電一體化的設(shè)計需要多個部門的相互配合和支持，共同設(shè)計才能得到較好的結(jié)果。在具體設(shè)計過程中，不僅需要深入了解機電一體化中各項技術(shù)，還應(yīng)該重視系統(tǒng)工程的概念。本文以機電一體化的技術(shù)發(fā)展為背景，對其在實踐中的設(shè)計進行了分析。在未來，應(yīng)該注重技術(shù)融合和結(jié)合，共同實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展。

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機電一體化的設(shè)計范文第5篇

機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

(1)第一階段。機械一體化技術(shù)大致經(jīng)過了三個發(fā)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(shù)應(yīng)用到機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,機械產(chǎn)品性能得以提升。二戰(zhàn)以后,機械產(chǎn)品和電子技術(shù)的合作進一步加深,機電技術(shù)的結(jié)合對戰(zhàn)后經(jīng)濟恢復和繁榮起到了重要的作用。但是這期間的電子技術(shù)發(fā)展水平比較低,電子技術(shù)和機械技術(shù)還沒有真正的結(jié)合,機電產(chǎn)品也沒有得到大范圍的推廣。(2)機電一體化蓬勃發(fā)展的階段。上世紀七八十年代是機電一體化發(fā)展的第二階段,通信技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)在此期間發(fā)展迅速,為機電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)保障和支持。在此期間,微型計算機以及集成電路發(fā)展的規(guī)模日益壯大,機電一體化技術(shù)的發(fā)展有了物質(zhì)基礎(chǔ)。各國都加大了對機電一體化技術(shù)的重視程度,機電一體化技術(shù)得到了快速的發(fā)展,機電一體化產(chǎn)品逐漸增多。(3)機電一體化新時期的發(fā)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(shù)在上世紀90年代以后得到了更大程度的進步,通信技術(shù)以及光學技術(shù)逐漸進入機電一體化,有關(guān)機電一體化的研究逐漸增多,機電系統(tǒng)的分析、集成方法和建模設(shè)計逐漸增多。在人工智能技術(shù)以及光纖技術(shù)的影響下,機電一體化的發(fā)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(shù)還存在產(chǎn)品水平較低、科技基礎(chǔ)較為薄弱、發(fā)展?jié)摿Σ蛔阋约案咚疆a(chǎn)品較少的問題,機電一體化技術(shù)還需要進一步的發(fā)展,增強技術(shù)發(fā)展對我國經(jīng)濟發(fā)展的促進作用。

機電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考探析

經(jīng)濟的發(fā)展帶動科技的進步,科技的進步也會反過來促進經(jīng)濟的發(fā)展,兩者之間是相輔相成的關(guān)系。機電一體化技術(shù)經(jīng)過長達半個世紀的發(fā)展,已經(jīng)是集電子、機械、控制、計算機技術(shù)以及光學和信息技術(shù)于一體的綜合學科。在新時期,機電一體化技術(shù)也會朝著更加智能化、綠色化、數(shù)字化和微型化的方向發(fā)展。(1)智能化。智能化是技術(shù)的發(fā)展方向,機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品在信息技術(shù)、模糊技術(shù)的幫助下,會朝著智能化的方向逐漸發(fā)展。未來的機電一體化產(chǎn)品不再是層次結(jié)構(gòu)較為簡單的產(chǎn)品,技術(shù)產(chǎn)品需要向著有冗余度和復雜的雙向聯(lián)系發(fā)展,人工智能在機電一體化技術(shù)中的應(yīng)用將進一步加大,提高該技術(shù)在數(shù)控機床和機器人中的應(yīng)用力度。此外,機電一體化技術(shù)的研究和發(fā)展要加大對運籌學、人工智能、計算機技術(shù)、動力學、模糊數(shù)學和心理學的研究,通過新技術(shù)和新方法來提高機械的模擬能力,使生產(chǎn)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(shù)和產(chǎn)品雖然不能達到人腦的智能化程度,但是機電一體化產(chǎn)品微處理器的高速和高性能還是可以實現(xiàn)的,智能化是機電一體化的發(fā)展方向。(2)柔性化。柔性化是對突發(fā)事件應(yīng)對能力的提高,機電一體化的控制和執(zhí)行將會有更高程度的冗余度,系統(tǒng)之間能夠按照任務(wù)的分配來實現(xiàn)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(shù)的子系統(tǒng)可以產(chǎn)生附加信息,在完成總工作任務(wù)的前提下要實現(xiàn)信息的產(chǎn)生和附加,提高系統(tǒng)的處理能力和反應(yīng)能力,減少故障對機電一體化技術(shù)的影響,整體上提升機電一體化技術(shù)的發(fā)展水平。(3)網(wǎng)絡(luò)化。計算機信息技術(shù)改變了人們的生活,人們工作的效率逐漸提高,生產(chǎn)領(lǐng)域、教育領(lǐng)域以及政治軍事領(lǐng)域都進行著重大的變革。計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了生產(chǎn)部門之間的連接,質(zhì)量可靠、功能良好的機電產(chǎn)品會在計算機網(wǎng)絡(luò)的幫助下進一步的發(fā)展和完善起來。與此同時,機電一體化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化還會簡化生產(chǎn)的流程,減輕工作人員的任務(wù)量,實現(xiàn)機電產(chǎn)品技術(shù)新的發(fā)展。(4)模塊化。未來的機電一體化產(chǎn)品雖然具有智能化和柔性化的特點,但是產(chǎn)品不同系統(tǒng)之間的分工將會更加精細,機電產(chǎn)品的模塊化將是未來發(fā)展的方向。機電產(chǎn)品的模塊化是系統(tǒng)而復雜的工作,研制人員需要對機械接口、環(huán)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(chǎn)品成為具有識別功能、視覺和圖像處理功能的新型產(chǎn)品,實現(xiàn)電器產(chǎn)品的系列化和標準化。結(jié)語隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步,機電一體化技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,提高了生產(chǎn)效率,增強了信息處理的精度和準度。機電一體化技術(shù)是集機械、電氣、信息處理等于一體的綜合技術(shù),機電產(chǎn)品和技術(shù)會向著智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化和模塊化的方向進一步發(fā)展,擴大機電產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用范圍。

本文作者：雷耀軍工作單位：銀川佳通輪胎有限公司