时间：2023-08-16 17:05:49
序论：在您撰写机电一体化的设计时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
（1）提高机电一体化设备的可靠性。机电一体化设备是保障工业企业生产运行的重要物质基础。目前，随着机电一体化技术研究的不断深入，各类智能化、模块化、现代化的机电设备不断的更新换代，但是作为企业采购设备的管理人员不能够一味的追求机电一体化设备的现代化程度，重要的是应该明确机械设备的使用环境，依据相关的选型设计数据选择合适的机电设备，进而提高企业的生产运行稳定性。由于机电一体化设备的工作环境以及操作者的操作熟练度等原因，同样会导致机电一体化设备的损坏，因此提升操作者技术素质以及责任意识应该作为机电设备维护工作中的重点。（2）实现机电一体化设备的精细化管理。目前，机电一体化设备的现代化程度不断提升，作为设备的管理者只有不断更新管理理念，制定出现代化的管理措施，才能够让机电一体化设备维护工作发挥出实效。机电一体化设备的精细化管理就是要在机械设备管理制度中明确规定出机电一体化设备的维护时间以及维护方法，并需要对维护人员进行设定，同时设定相应的设备维护检查监督部门，确保机电一体化设备能够得以稳定运行。此外，精细化管理体系的建立要以企业全体员工作为载体，即需要全员参与，最终确保机电设备能够得到高效的管理及维护。（3）设备维修日志的制定。为了能够对机电设备维护进行跟踪式管理，设备应用企业应该为每一个正常运行的设备监理管理维修日志。工作人员对机电设备进行定期检查维修后，应认真记录每次检查的结果和保养维修的详细步骤，并将档案输入总数据库。这样不仅可以为以后的管理和维修带来方便，还能针对每台设备的损坏程度制定出相应的运行、保养和维修方案，从而达到延长设备使用寿命、降低维修成本、提高生产效率的目的。
（1）不断总结更新机电设备管理维修中的技术。随着机电一体化设备制造技术的不断更新，其内部结构以及功能也必将趋于完善，设备的管理维修技术也应该发生相应的变化。因此，新时代背景下，企业应该不断对设备管理和维修技术进行总结更新，以满足自身发展所需。企业可定期组织负责机电设备管理与维修的人员进行总结学习，使其相互探讨研究，以更好地解决工作中出现的难题，从而达到提高企业生产效益的目的。（2）实现机电设备管理与维修的绿色化。如今，机电设备的发展已经走上了绿色化的道路。因此，不管是为了适应机电设备发展所需，还是为了满足可持续发展战略所需，企业都应努力实现机电设备管理与维修的绿色化。设备维修的绿色化是指尽最大可能地合理利用资源，在实现企业生产效益最大化的同时，不会对周围环境产生过大不良影响，其具体措施有尽可能地将报废设备的可用零件进行循环利用、将维修废弃物的排放量降至最低等。（3）充分利用现代技术分析法———计算机辅助诊断。计算机辅助诊断是一项现代高科技的技术分析法，它比其他技术分析法具有更多优势。但这同时也是一项技术含量较高的新型分析法，因而掌握起来有一定难度，所以企业应该加强工作人员对该分析法的学习和培训。
对于机电一体化设备的选型设计，是设备选用、改造以及更新的重要环节。对于机电一体化设备的选用，应该明确设备的工作环境以及生产需求，还应该考虑到相关企业的经济条件以及实际情况，进而依据选型的基本理论选定出最适合的机电一体化设备保证所选设备达到最优化和最合理配置。此外，为了更好地发挥机电设备的功用，企业必须加强对机电设备管理与维修的策略选择和技术探讨，以此来保证机电设备的完好率，降低事故的发生率，提高企业的生产效率，最终实现企业经济效益最大化的目标。
本文作者：赵永德工作单位：辽源职业技术学院
关键词:机电一体化技术;汽车设计;应用
随着我国汽车行业的发展速度不断加快，大大拓展了汽车设计中机电一体化技术的应用范围，同时也大大提高了机电一体化技术的水平。稳定性、经济性和安全性等是机电一体化技术具备的特征，通过对汽车设计中机电一体化的应用进行研究，不但可以将汽车的整体稳定性提升，同时可以为机电一体化技术质量提供保障，从而对我国汽车行业的发展具有重要的推动作用。
1在汽车设计中机电一体化技术存在的问题
1．1陈旧机电一体化技术设备
我国汽车机电一体化设计技术具有较晚的起步时间，这样传统手动汽车控制系统的设计无法使汽车用户的实际需求得以满足［1］。同一汽车厂对不同车型的设计标准和操作流程没有统一的制定，这样无法规范汽车机械零件的设计方法，从而使机电一体化技术出现一些问题，如不够科学和规范以及无法安装等，使人们对现代化汽车设计的基本要求无法满足。这些问题的存在对汽车设计中机电一体化技术的提升和改进产生不利影响。由于汽车设计应用设备的落后性不但对大量的人力、物力和财力造成了浪费，同时使汽车设计中机电一体化技术的成本提升，从而对机电一体化产品的更新和机电一体化设计技术的创新造成阻碍。
1．2汽车设计理念的落后性
由于落后的机电一体化设计理念会大大降低汽车整体运行的性能和工作效率，这对汽车本身的设计方案造成一定的破坏，使汽车发生故障的次数增加，对创新和发展现代化机电一体化汽车设计技术造成影响［2］。另外由于汽车设计理念的落后性，无法有效的推广新型机电一体化技术方法，无法为汽车良好的运转性提供保障。在汽车实际运行中，传统的汽车维修人员对创新汽车设计理念工作并不重视，这样无法进一步推广和使用机电一体化技术，对创新汽车设计方法和提升汽车运行的整体安全性造成影响。
1．3汽车机电一体化技术人员较低的综合素质
由于不断增加汽车需求量，使汽车行业缺乏相应的汽车实际人才，这样在汽车行业中会使用一些非专科毕业的工作人员，从而对机电一体化技术的使用范围无法提供保障。另外汽车设计具有复杂的程序和较高的技术含量，如果汽车汽车人员的专业技术不丰富，会在安全过程中忽视一些小的零部件，这对汽车运行中的稳定性无法保障。而且由于汽车机电一体化技术人员具有较低的综合素质和专业素质，对安装检查汽车机电一体化技术设备造成影响。
2在汽车设计中完善机电一体化技术的措施
2．1将现代化机电一体化技术设备不断更新
在设计汽车过程中，机电一体化技术人员应该对计算机应用软件正确的使用，这样可以对汽车工程领域中机械技术的改善具有重要的作用［3］。技术人员要对机电一体化技术设备不断的改善，从而可以将汽车设计中处理信息的技术提升，而且要将汽车驱动技术和计算机集成技术等合理的应用到汽车的设计系统中。汽车设计中各个方案的执行是通过不断创新机电一体化设计技术设备来完成的，这样可以将汽车运行的整体功能性大大提升，使汽车电子系统与机电运行系统充分融合的目的得以实现。
2．2对传统的汽车设计理论进行创新
在设计汽车过程中关键的技术主要是机电一体化技术，所以在完善汽车性能的过程中机电一体化技术的创新设计的作用是不可代替的，同时创新汽车设计程序和理念可以将汽车的整体性能大大提升。但是在这个过程中要对各个因素阻碍进行克服，造成这种现象的主要原因是人们出行的安全问题，如生命财产安全会受到汽车内部各个零部件运行质量的影响。因此要充分的融合汽车的微电子精算技术和设计机技术，不断提升汽车的整体性能。只有在汽车设计中充分的应用汽车机电一体化技术，才能够将汽车机电一体化的微电子技术水平不断加强，从而可以进一步提升汽车的稳定性和安全性。
2．3将汽车设计人员的综合素质
不断提升智能化和功能化是目前汽车设计中机电一体化技术的主要发展方向，所以引进汽车机电一体化设计的人员不但要掌握较高的专业技术，同时其专业素质要符合要求［4］。同时要对新技术培训和专业考核制度的力度不断加强，这样机电一体化设计人员可以将汽车整体的机构和运行系统的专业规范熟练的掌握，从而可以为汽车的运行质量提供保障。同时汽车设计人员应该将相应的理论和专业技术不断完善，将微电子技术的应用范围不断推广，这样不但可以将技术人员的实践操作能力提升，同时可以将汽车运行的整体水平大大提升。
3结论
由此可见，随着在技术设计中机电一体化技术的应用力度不断加强，消费者逐渐用更高的标准要求汽车的安全性和稳定性等。在汽车设计中应用机电一体化技术，对机械领域各个方面的发展都具有重要的推动作用。但是其也存在一些相应的问题，这需求汽车企业采取针对性的措施，将这些问题合理的解决，从而可以在汽车设计中更好的应用机电一体化技术，进而可以大大提升汽车设计水平。
参考文献:
［1］张旭梅．机电一体化技术在汽车设计中的应用分析［J］．低碳世界，2017，20(02):221-222．［2］石开华．浅谈机电一体化技术在汽车设计中的应用［J］．科技视界，2016，15(05):128+144．
［3］袁满祥．浅析机电一体化技术在汽车中的应用［J］．科技创新与应用，2016，23(08):106-107．
关键词：机电一体化、控制系统、设计
中图分类号：U415.521
1. 压路机机电一体化设计的国内外概述
1.1国外压路机机电一体化技术的发展
国外很多公司的自动压实控制系统的新型智能可变振幅的Variomatic振动压路机是用两个相对旋转的偏心轴来振动压实轮，双轴布置使轮子振动力的大小和方向随着被压物料上振动加速度的变化而相应的变化，用液压系统来调整两轴之间的角度，通过电子控制的方式自动地完成从垂直到水平方向的无级变化，用装在轮上的加速度表来不间断的显示物料硬度随压实进程的变化。把通过加速度表获得的数据输送到压路机上的计算机里，并保存到软、硬盘中，计算机把这些数据与预先设置在计算机内的参数进行比较。当反馈达到预定值时计算机发出指令，通过调整两根轴的相对角度来调整振动方向和有效振幅，这样可以对压实力进行优化，既减轻司机操作的工作量又改善压实均匀度。
1.2国内压路机机电一体化技术的发展现状
国内压路机厂家在机电自动调整方面取得了一定的成绩，如湖南江麓机械厂研制的W1102DZ振动压路机配备自动驾驶作业系统，很多压路机也配置了声光报警系统。虽然对关键参数实施了时时监控，并且控制方式独特、自成体系，安装与维护简单直观，抗外界干扰能力强，但由于线束复杂，各功能单元之间的父子控制难以实现，传感器资源利用率不高。
2.智能压路机发动机及其工作原理
电子智能（ EDI） 发动机主要以尖端的电子技术为特征， 其卓越机械特性表现在燃油输送特性、发动机管理功能和诊断等方面。作为高度集成化的系统与其它系统（ 如变速箱和冷却系统） 相互作用， 先进的电子系统提供了不受发动机转速影响的更大的燃油喷射率、燃油正时控制和更高的喷射压力， 同时还提高产品的性价比和环保性。电子智能发动机的核心单元是一个装在发动机上的ECM， 这个是基于微处理器为的控制系统， 它的作用是利用自能发动机上的传感器控制发动机的运行状态及监控发动机主要输入输出参数： 还用智能发动机转速、凸轮轴位置、吸管压力、油温、油压、致冷剂温度等参数。因此， 智能控制系统监控着发动机的主要工作特性并存储了相关信息， 检修时，通过一台工业标准诊断仪，工作人员就可以查看发动机的历史工作性能的， 进而对机器实施故障分析， 实现快速低成本的维修。根据ECM 电子控制模板就可以准确计算燃油喷射压力、喷射速度和喷射时间， 然后通过液压控制的电子系统控制喷射系统HEUI 进行动作。
3.液压控制系统的设计
该液压控制系统是由变量泵、安全阀、压差传感器及其电器控制部分组成。用压差传感器来检测负载压力， 用泵、阀控制器发出控制指令， 按照负载的大小调节液压泵的排量， 使泵输出压力比工作负载压力高出一不大的恒定值， 这样是保证液压泵输出功率与负载相适应， 提高效率。
2. 1 振动系统的双频双幅调节
液压控制系统的振动泵是由两个电磁阀控制的， 其中，每个电磁阀对应控制一个高压油流方向， 这两个电阀循环交替通电、断电， 就能可改变高压油流的方向。通过控制定量马达的正反转使振动轴上大小偏心块相分别实现叠加和叠减， 叠加时泵的液压油的排量小， 即出现高幅低频； 叠减时泵的液压油排量大， 即出现低幅高频。
2. 2 对协调行走马达进行功率分配。
该压路机的行走系统由一个行走泵、三个行走马达组成， 通过负荷传感系统和速度传感器完成对行走马达的功率分配。为了摆脱前轮打滑的现象， 就在前轮设置一个小排量马达，这样， 马达的扭矩只能发挥最大排量时的一半； 后轮两马达设置大排量， 其要发挥最大排量输出扭矩驱动压路机。同理，为了摆脱后轮打滑的状况，后轮马达设置小排量， 前轮马达设置为大排量。利用电子控制程序的柔性结合电液伺服技术，最终实现液压泵效率的合理分配。
2. 3 液压控制系统中位软启动功能
该压路机具有一套光电信号传感模块， 发动的机启动是靠行走手柄放在中位来实现的，。这套保护装置是防止压路机带载启动造成对电机的冲击。
2. 4 压路机的自动滑转控制系统
为满足大型工程施工的实际需求（ 要求爬坡能力超过50%） ， 压路机的自动滑转控制系统在无滑转轴和刹车闸的作用下避免单轮快速滑转， 并通过传感器检测振动轮和橡胶驱动轮之间的滑转， 通过调整液压驱动系统液压流量使牵引性能达到最佳状态， 防止振动滚轮和橡胶驱动滚轮同时滑转， 避免机器停顿或下陷。
2. 5 液压控制系统污染检测和主动维护功能
利用液压系统对传感器测出的各种信号进行处理， 用成熟的模糊逻辑原理进行合理的推理与分析，在有多个因素导致故障的情况下， 采用思维模拟技术， 确定故障诱发的因素。因为故障的复杂多样性， 利用BP 神经网络处理诊断信号。 为了设计和谐的人机对话界面， 在设计时采用大量图像分析、液晶显示识别系统来辅助。、
4.目前最迫切的工作
推广与应用机电一体化技术首先改变传统的设计观念，一味的强调低成本竞争会把企业带人死胡同。当然机械产品元件越少其可靠性会越高，但是这种可以牺牲产品多功能换来产品靠性丧失的开发不值得借鉴。国外公司正是看到了故障的存在性，才借助机电液一体化技术来减少故障、迅速发现并解决故障，也正是因为电子元件质优价廉，才使这项技术的广泛应用得到延伸与发展。
再者，要合理利用该技术则离不开同行的之间的合作、引进、吸收和开发。例如英格索兰、卡特彼勒两家公司合作，选用瑞土专业电子仪器公司开发的计算机软件和控制系统，作为连续压实控制的压实数据系统（CDS）以及处理CCC的PC软件程序。把这些压路机制造公司没有能力开发的技术要用有限的资金去引进，在学习、消化和吸收之与国内其它公司联合进行技术开发，利益共享。
小结
在科技高速发展和用户需求日趋主题化、个性化和多样化的时代背景下，产品技术含量的高低和功能的多样性与企业的利润和生存的联系越来越密切。跨国公司为了适应市场降低成本，实施制造本地化及采购全球化战略，促使制造业竞争越来越激烈。本文正是通过对压路机机电一体化设计的研究，来找到提高机械产品的智能化水平，占领市场，让用户满意的有效途径。
参考文献
[1] 刘建强. 土的冲击压实原理及其在高级公路路基压实度控制中的应用效果[J]. 常州工学院学报，2007，20（2）：62-65
[2] 巨永锋. 振动压路机压实智能控制与故障智能诊断的研究[D]. 西安：长安大学，2006
[3] 王霁霞. 压实机械的发展与应用[J]. 科技资讯，2006（1）190-191
[4] 杨璐，冯占强. 智能压实技术发展概况[J]. 工程机械文摘，2011（1）：50-53
[5] 苏丽丹. 智能控制技术在工程机械上的应用[J]. 黑龙江交通科技，2009（3）：115
【关键词】机电一体化；控制技术；设计；应用方法
中图分类号：C35文献标识码： A
工业一直以来都是国民经济的主导产业，其不仅关系着国家经济的发展进程，也影响了整个社会科技的发展水平。新经济体制下，我国工业科技取得了新的研究成果，改变了过去单一的技术应用方案。机电一体化控制系统是工业经济中的先进模式，由于多种技术融入而提高技术的实用性，这些都能为企业发展创造有利的条件。
一、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。
二、机电一体化控制系统的设计要点
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化、智能化。从企业角度分析，开辟新工业生产模式是行业科技的创新要求，也是实现经济收益最大化的必要条件。笔者认为，机电一体化控制系统设计应注重几大模块的控制：
（1）结构模块。机械本体是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等，这是机电系统控制的主要对象。设计一体化系统要考虑设备本身的结构设置，使机电、机械等设备发挥出预期的功效，这样才可以加快控制系统的功能发挥。
（2）动力模块。动力驱动部分依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。无论是哪一种类型的机械设备，都要借助动力系统才能正常地运转，这是机电一体化设计的主要内容。动力模块设计可选用变频调节技术，根据主电机传输能量的大小，由变频器自动控制电传动速率，进而对设备动力供应系统进行调节，这样能够方便机电系统的自动化运转。
（3）感知模块。测试传感部分对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。传感器是信息传递的主要设备，用其作为信号感应与自处理装置，对机电设备调度具有指导作用。无线传感技术的普及应用，能够帮助控制系统快速地分析数据信息，避免其他信号传递造成的干扰。
（4）指令模块。控制及信息处理部分将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。机电一体化控制系统设计应考虑指令的控制，尤其是自然语言与计算机语言之间的转换，更应该朝着一体化方向转变，这是保证机电信号稳定传输的重点条件。
三、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。
四、机电一体化控制系统是工业生产调度的主要趋势，也是基于信息科技的自动化控制平台，用其作为工业生产控制模块，有助于加强生产设施的工作性能，带动了生产效率的全面提升。同时，借助控制及信息处理部分发出的指令，可快速完成规定的动作和功能。除此之外，新型机电控制系统应用还表现在其它方面：
（1）人机智能化。从未来科学技术的发展角度考虑，我国机电一体化控制系统也将朝着智能方向改进，这种智能性特点是在原控制模式上的升级，应用了多功能控制技术作为辅助方案。随着计算机应用技术的不断推广，机电一体化作业模式的智能系数更高，大部分人工操作均可通过计算机控制平台处理，这些改变了传统工业生产模式的不足。
（2）数字一体化。数字一体化是对机电一体化控制的延伸，其选用高科技数字系统作为支撑，对机电设备动作指令进行合理地调度，帮助工业系统解决实际生产中的问题。数字一体化以微型计算机为控制平台，这种小型计算机具备了常规计算机的数据处理功能，因其外形轻巧而适合安装于机电设备。利用数字传感器对控制系统实时感应，发现异常信号后及时调整指令，加快了数字系统的自处理效率。
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.2009，20（12）：19～21
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
【关键词】机电一体化；控制系统；原理；分类；应用；分析
0.引言
机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术，是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
控制系统在机电一体化系统中处于核心地位，主要用于信息处理和动作控制，通过计算机接口与外部设备和相应驱动设备相连接，协调机电一体化系统各部位的运转。
1.控制系统的组成及工作原理
控制系统由控制装置、执行机构、被控对象和传感与检测装置组成，各设备之间通过标准接口连接，形成控制回路。主要工作方式为：首先输入指定信号，设置控制参数，并通过传感与检测装置接收外界信号，然后传递至控制器进行信息处理，将分析结构传递至执行机构，执行机构进行动作运转，将指定作用于被控对象，使得被控对象处于控制器设计状态，最终通过被控对象输出被控参数，进而实现机电一体化系统控制的目的。
2.控制系统分类
2.1按照控制系统所依据的判断原则中是否存在被控对象的运行函数，可以将控制系统分为顺序控制系统和反馈控制系统
2.1.1顺序控制系统
其运行原理是：通过对时间、运行逻辑、外部条件等参数进行分析，输出具体的被控对象运行步骤，属于开环控制系统。优势在于操作简单、运行成本低、维护成本低，但是其操作精度过低，并且对外界环境的不利因素和干扰过于敏感。
2.1.2反馈控制系统
其运行原理是：通过传感器接收被控对象的运行状态参数，实时反馈给控制器，然后进行运行状态调整，属于闭环控制系统。虽然该结构的运行成本高且维修复杂，但是该系统的运行精度高、且动态调整性能好，对外界干扰的抵抗能力也较强。
2.2按照控制系统输出信号的变化规律可将控制系统分为镇定控制系统、随动控制系统和程序控制系统
（1）镇定控制系统的特点在于不受外界干扰，输出信号维持系统设定参数，主要用于恒温系统、恒定速度系统等机电一体化系统的控制。
（2）随动系统即跟踪系统，特点在于系统的输出信号可以在一定范围内进行任意变化，不需遵循一定的规律，因此信号输出不存在固定函数，设备的动作需要无间断的进行精确指令发送，对系统的运行和分析能力要求极高，常用于瞄准设备、无定向探测设备等。
（3）程序控制系统即过程控制系统，特点在于按照提前设定的函数进行输出信号的变化，信号的输出属于预先设定信号，但是信号的变化按照固定函数进行，常用于车床等预先已知动作变化规律的机电一体化设备中。
3.机电一体化控制系统原则
机电一体化控制系统的种类繁多，但是其控制基本特点及原则都是一致的。主要有以下三方面：
3.1准确性
在进行系统调控过程中，输出制定与设计指令之间的偏差不能超出允许范围内，并且在不影响控制稳定性的基础上不断减小误差。准确度决定着加工产品的精度，也关系着控制系统的最终效果。
3.2稳定性
保持系统稳定的意义在于保障产品质量与预期设计相同，并且在外界存在干扰的情况下，不会引起产品质量降低。尤其是闭环控制系统的反馈机制，容易受到参数不匹配的影响，导致系统震荡进而影响工作能力。
3.3快速性
快速性的含义是系统消除偏差值的速度以及处理异常信号的速度必须快，因为当系统存在偏差值时会导致系统无法运行或产品质量降低，因此必须在短时间内快速消除系统偏差，保障系统稳定性。
4.机电一体化设计应用及发展方向
4.1机电一体化控制系统设计应用
机电一体化控制系统在机械制造业中应用广泛，典型的设计应用有以下几点：
（1）挖掘机的制造过程中，通过模拟控制理论及控制系统，检测液压系统中泵的输油压力、控制压力和其它参数，进而将运行参数输入到控制系统中，调整挖掘机控制器工作方式，实现控制系统的设计应用。
（2）压缩机的制造过程中，通过控制系统检测震动轮内部偏心块震动曲线，进而分析震动轮加速度，通过傅里叶变换等方式，求解地面压实数据，最终实现压缩机工作模式调整的目的。
（3）在国外的大型起重机械制造领域，已经开始使用控制系统的模糊控制功能，将实践经验和理论操作参数项结合，通过微处理技术使得控制系统可以像人工操作一样自如，效率和安全性能更高。
4.2机电一体化控制系统应用方向
机电一体化控制系统实现了机电设备的智能化发展，随着光学、通信、微电子以及机械等技术的发展，控制系统的发展方向也不断细化，此外，人工智能、光纤和神经网络技术的出现，也大幅提升了机电一体化控制系统的性能。当前，机电一体化控制系统的应用发展方向主要有以下几个方面：
4.2.1模块化
模块化系统设备的模块化属于机电一体化发展的重要进步，由于当前整个一体化系统设备来自于不同的生产厂家和设备制造商，因而需要对信号接口、转换接口、电气接口等连接部位进行标准设定，而模块化使得单独控制设备得以通用于任何一个机电一体化系统中，为行业发展和交流扫除了设备参数不同的障碍。
4.2.2智能化
智能化的发展得益于人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新技术的发展，赋予机电一体化控制系统自主分析和控制能力，极大的解放了生产力，降低了操作繁琐程度。但是，这一目标的实现需要高标准的硬件设备和高速运转的计算机技术来支撑。
4.2.3网络化
网络的发展使得科技的传播范围不断扩展，对于机电一体化控制系统而言，只要机电一体化控制系统的性能足够优越，便能够迅速的被国际市场所认可，因此，不断扩张的市场规模有利于刺激行业的进步和科研的深入探索，进而实现机电一体化控制系统性能的快速提升。
4.2.4环境化
环保化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化控制产品，符合当前的环保要求。机电一体化产品的绿色化主要是指设备在使用时不会对环境产生污染，设备报废后能够回收利用。
5.结束语
当前机电一体化控制系统已经在机械设备制造行业广泛使用，其优越的性能和便捷的操作使得用户在进行机电设备选择是更倾向于此类设备。虽然机电一体化控制系统的发展已经非常完备，各类辅助设备和控制软件也非常的完善，但是应该看到当前实际应用中的不足与缺陷，从最优化角度出发，将机电一体化控制系统继续的细分和具体化，面向各具体领域，开发针对性强、实用性高的一体化设备控制系统。对机电一体化控制系统的研究也应立足当前，不断提升计算机技术与机械制造技术，为我国机电一体化控制系统的发展贡献应有的力量。
【参考文献】
[1]胡玉琴.机电一体化控制系统设计方案研究[J].科技与生活，2011（9）：203-203.
关键词: 机电一体化;设计方法;步骤
机电一体化系统设计是多个学科的交叉和综合,涉及的学科和技术非常广泛,其技术发展迅速,水平越来越高。由于机电一体化产品覆盖面很广,在系统的构成上,有着不同的层次,但在系统设计方面有着相同的规律。机电一体化系统设计是根据系统论的观点,运用现代设计的方法构造产品结构、赋予产品性能并进行产品设计的过程。
整个开发设计过程按步骤可划分为四个阶段:
1 设计筹划阶段
1)在筹划阶段中要对设计目标进行机理分析,对客户的要求进行理论性抽象,以确定产品的性能、规格、参数。在这个阶段,因为用户需求往往是面向产品的使用目的,并不全是设计的技术参数,所以需要对用户的需求进行抽象,要在分析对象工作原理的基础上,澄清用户需求的目地、原因和具体内容,经过理论分析和逻辑推理,提炼出问题的本质和解决问题的途径,并用工程语言描述设计要求,最终形成产品的规格和参数。对于加工机械而言,它包括如下几个方面:
① 运动参数:表征机器工作部件的运动轨迹和行程、速度和加速度。
② 动力参数:表征机器为完成加工动作应输出的力(或力矩)和功率。
③ 品质参数:表征机器工作的运动精度、动力精度、稳定性、灵敏度和可靠性。
④ 环境参数:表征机器工作的环境,如温度、湿度、输入电源。
⑤ 结构参数:表征机器空间几何尺寸、结构、外观造型。
⑥ 界面参数:表征机器的人机对话方式和功能。
2)在这个阶段中要根据设计参数的需求,开展技术性分析,制定系统整体设计方案,划分出构成系统的各功能要素和功能模块,然后对各类方案进行可行性研究对比,核定最佳总体设计方案、各个模块设计的目标与相关人员的配备。系统设计方案文件的内容包括:
① 系统的主要功能、技术指标、原理图及文字说明。
② 控制策略及方案。
③ 各功能模块的性能要求,模块实现的初步方案及输出输入逻辑关系的参数指标。
④ 方案比较和选择的初步确定。
⑤ 为保证系统性能指标所采取的技术措施。
⑥ 抗干扰及可靠性设计策略。
⑦ 外观造型方案及机械主体方案。
⑧ 经费和进度计划的安排。
2 理论设计阶段
首先,根据系统的主功能要求和构成系统的功能要素进行系统要素进行主功能分解,划分出功能模块,画出机器工作时序图和机器传动原理简图;对于有过程控制要求的系统应建立各要素的数学模型,确定控制算法;计算出各功能模块之间接口的输入、输出参数,确定接口设计的任务分配。应当说明的是,系统设计过程中的接口设计是对接口输入输出参数或机械结构参数的设计,而功能模块设计中的接口设计则是遵照系统设计制定的接口参数进行细部设计,实现接口的技术物理效应,两者在设计内容和设计分工上是不同的。不同类型的接口,其设计要求有所不同。传感器是机电一体化系统的感觉器官,它从待测对象那里获得反映待测对象特征与状态的信息,监视监测整个设备的工作过程,传感器接口要求传感器与被测对象机械量信号源应有直接关系,保证标度转换及数学建模快速、准确、可靠,传感器与机械本体之间联接简洁、牢固,灵敏度高、动态性能好,抗机械谐波干扰性强,正确反映待测对象的被测参数。变送接口要满足传感器模块的输出信号与微机前向通道电气参数的匹配及远距离信号传输的要求,接口信号的传输要精确,可靠性强,抗干扰能力强,噪音容限较低;传感器的输出阻抗要与接口的输入阻抗相配合;接口输出的电平要与微机的电平一致;为方便微机进行信号处理,接口输入信号和输出信号之间的关系须是线性关系。驱动接口要能满足接口的输入端与微机系统的后向通道在电平上保持一致,接口的输出端与功率驱动模块的输入端之间电平匹配的同时,阻抗也要匹配。其次,为防止功率设备的强电回路反窜入微机系统,接口必须采取有效的抵抗干扰措施。传动接口是一个机械接口,要求它的联接结构紧凑、轻巧,具有较高的传动精度和定位精度,安装、维修、调整简单方便,传动效率高,刚度好,相应快。
其次,以功能模块为单元,依据以上接口设计参数的要求对信号检测与转换、机械传动与工作机构、控制微机、功率驱动及执行元件等进行各个功能模块的选型、组配、设计。在此阶段的设计工作量较大,既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计,又包括总装图、零件图的具体模块选型、组配。一方面不仅要求在机械系统设计时选择的机械系统参数要与控制系统的电气参数相匹配,同时也要求在进行控制系统设计时,要根据机械系统的固有结构参数来选择及确定相关电气参数,综合应用微电子技术与机械技术,让两项技术互相结合、互相协调、互相补充,把机电一体化的优越性充分体现出来。为提高工效,应该尽量应用各种cad、PRO/E等辅助工具;整个设计应尽量采用通用的模块和接口,以利于整体匹配,利于后期进行产品的更新换代。
最后,以技术文件的方式对完整的系统设计采取整体技术经济指标分析,设计目标考核与系统优化,择优选择出综合性能指标最优的方案。
其中,系统功能分解应综合运用机械技术和电子技术各自的优势,努力使系统构成简单化、模块化。经常用到的设计策略有如下几种:
① 用电子装置替代机械传动,缩减机械传动装置,简化机械结构,减小尺寸,减轻重量,增强系统运动精度和控制灵活性。
② 在选择功能模块时要选用标准模块,通用模块,防止重复设计低水平的功能模块,采用可靠的高水平模块,以利于减少设计与开发的周期。
