機電一體化系統(tǒng)概念設計過程模型分析

王緒鑫

摘要：眾所周知，機電一體化是機械電子工程當中是最重要的組成部分，在機電一體化系統(tǒng)當中，將機械工程與現(xiàn)代化技術(shù)完美的融合在了一起，二者在相輔相成當中，發(fā)揮出了自己的作用，把機械工業(yè)當中許多難題有效的解決。因此，本篇文章主要對于機電一體化系統(tǒng)概念設計過程模型進行認真的分析和研究，以做參考。

關鍵詞：機電一體化系統(tǒng);概念設計;過程模型;

伴隨著我國的社會高速的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，大眾對于自己生活的質(zhì)量、產(chǎn)品的性能等各方面都提出了更高的要求與希望，通過對于機電一體化技術(shù)進行認真的分析和研究，因為它是由多種學科共同融合而成，所以產(chǎn)品設計問題與傳統(tǒng)的機械相比較，還比較明顯，設計在產(chǎn)品的生命周期當中的比例越來越重，甚至決定著產(chǎn)品的內(nèi)在和外在的品質(zhì)。概念設計師進行產(chǎn)品設計過程當中，都本著認真負責的態(tài)度?；诖?，本文下面主要對于機電一體化系統(tǒng)概念設計過程模型進行進一步的分析與研究。

一、機電一體化系統(tǒng)的主要特點

機電一體化系統(tǒng)將多個學科、多種技術(shù)全部融為了一身，其系統(tǒng)的發(fā)展對于現(xiàn)代化技術(shù)都產(chǎn)生了極大的影響，同時也在緊緊跟著時代發(fā)展的腳步，適應著現(xiàn)代科學技術(shù)與手段，在智能化與集成化等模式上不斷的發(fā)展著，現(xiàn)階段已經(jīng)有許多的機電一體化系統(tǒng)，能夠適應多種模式，也形成系統(tǒng)的發(fā)展方向與特點，為機械工業(yè)更好是發(fā)展提供了源源不斷的助力。

二、機電一體化系統(tǒng)概念設計的主要特點分析

鑒于機電一體化系統(tǒng)的重要性，為保證系統(tǒng)設計的合理性，除要了解機電一體化系統(tǒng)的特征外，還需對機電一體化系統(tǒng)概念設計進行深入了解和分析，結(jié)合其特征優(yōu)勢展開模型分析和探討，并給出專業(yè)意見和建議，改善機電一體化設計水平，優(yōu)化機電一體化系統(tǒng)的使用功能，為制造生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)支持。

（1）組成特點首先，通過對于機電一體化系統(tǒng)進行認真的分析和研究，其主要的內(nèi)容是將計算機作為的基礎，之后進行信息處理與控制，最終的目的是為了讓機器運動和動作真正的實現(xiàn)。其次，通過將完成工藝動作過程作為出發(fā)點，對其進行認真的分析和研究，機電一體化系統(tǒng)可細致的分為執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)等。最后，機電一體化系統(tǒng)當中的機構(gòu)子系統(tǒng)，它有著特殊性，同時它又是一個可以把驅(qū)動元件和執(zhí)行件融為一體的機構(gòu)，由此可以看出，它的包含性，而且這種機構(gòu)最大的優(yōu)勢與特點就是可控性。（2）機電一體化系統(tǒng)概念設計通過對于概念設計進行認真的分析和研究，發(fā)現(xiàn)其非常的復雜，而且富有內(nèi)涵，它會嚴格按照產(chǎn)品的生命周期當中所提出的各個要求，不斷地對于產(chǎn)品的功能進行革新以及對于產(chǎn)品的子功能結(jié)構(gòu)進行科學的設計。機電一體化系統(tǒng)概念設計作為概念設計當中的一個部分，緊緊跟隨概念設計的總體思路，是因為機電一體化系統(tǒng)是機電一體化技術(shù)，同樣也是現(xiàn)代控制理論和傳感檢測技術(shù)融為一體的結(jié)果，所以機電一體化系統(tǒng)設計的概念與傳統(tǒng)特點的機電設計概念之間有著很大的不同與差異，例如，其一：創(chuàng)新性。創(chuàng)新可以說是概念設計當中的重點與核心內(nèi)容，這里所說的創(chuàng)新并不是簡單的內(nèi)容，而是具有多層次特點的創(chuàng)新，例如：對于結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新、工作原理進行創(chuàng)新等等;其二：多目標性。在進行設計的過程當中，會受到許多因素的影響和束縛，其中主要包括專業(yè)技術(shù)、科學水平等各方面，同時也包含著生產(chǎn)廠家所提出來的不同要求與條件，影響與限制共同構(gòu)成了一組邊界條件，對于專業(yè)設計師的構(gòu)想產(chǎn)生了束縛，所以只有將這些不同的要求全部滿足之后，才能夠得到進一步的設計;其三：多解性。通過對于概念設計進行認真的分析，發(fā)現(xiàn)其還應具有多樣性的特點，不同的功能定義和功能分解會產(chǎn)生完全不同的設計方法與思路，之后在功能載體的設計上面，出現(xiàn)不同的解決方案;其四：層次性特點。概念設計是會從傳統(tǒng)的抽象型慢慢的向著信息計劃在轉(zhuǎn)變的主要過程，概念設計在功能層和載體結(jié)構(gòu)層都可以完成由功能層向著結(jié)構(gòu)層所映射。

3.機電一體化的系統(tǒng)原理

機電一體化本是一個較為復雜的機械制造過程，需要將電子技術(shù)引入到系統(tǒng)的動力、控制功能等系統(tǒng)中來，通過多方的有機融合，構(gòu)建新的機械系統(tǒng)，實現(xiàn)全面化、科學化的管理和控制。目前機電一體化系統(tǒng)可劃分為八個組成部分，即能量供應、信息控制、信息處理及控制、元件驅(qū)動、元件執(zhí)行、機械本體及元件檢測等，各部門之間需要應用先進技術(shù)實現(xiàn)科學協(xié)調(diào)和處理，以加大控制力度，促進系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。在機電一體化系統(tǒng)運行中，還會應用到控制、計算機、電子等多項先進技術(shù)手段，借助這些技術(shù)的融合運用，做到高效率管控，更好的發(fā)揮機電一體化系統(tǒng)的作用，對整個生產(chǎn)制作環(huán)節(jié)實行全面監(jiān)督和把控。由此可知，機電一體化系統(tǒng)不是簡單的技術(shù)堆積，而是通過先進技術(shù)的應用實現(xiàn)高效能協(xié)調(diào)控制的有效技術(shù)設備。

機電一體化系統(tǒng)原理可分為三部分內(nèi)容，即三環(huán)輪、五塊輪和兩個子系統(tǒng)理論。其中三環(huán)輪指的是在機電一體化系統(tǒng)構(gòu)建上主要由三個功能模塊組成，分別是電子、機械和軟件;五塊輪則指機電一體化系統(tǒng)是由五個功能模塊構(gòu)成的，即動力功能、控制功能、構(gòu)造功能、操作功能及傳感檢測功能;而兩個子系統(tǒng)理論則說明機電一體化系統(tǒng)內(nèi)部是由兩個分支系統(tǒng)共同構(gòu)成完成控制的，這兩個系統(tǒng)分別為控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)。雖然三個理論對于機電一體化系統(tǒng)運行來說有著顯著效果，但因為理論自身具有的獨立性，使得其在應用中會存在一定的局限性。如三重理論在機械主題強調(diào)上缺失嚴重，對概念設計掌握不充分，處理中存在模糊等現(xiàn)象。所以該理論對于機電一體化概念設計的影響并不明顯。在實際應用中，還是需要結(jié)合具體情況展開分析，保證設計質(zhì)量。為此，現(xiàn)階段在機電一體化設計中，會借助創(chuàng)新檢測、執(zhí)行機構(gòu)、信息控制這三個系統(tǒng)的構(gòu)建及功能劃分來實現(xiàn)系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)，減少突發(fā)問題的出現(xiàn)。

3、機電一體化系統(tǒng)概念設計的過程模型分析

概念設計對于提高機電一體化產(chǎn)品設計水平有著重要作用。概念設計是產(chǎn)品設計的先決條件，對質(zhì)量的影響可達到7成以上。所以若想提升機電一體化產(chǎn)品設計水平，就需要對概念設計實行細致分析，明確設計目標，科學選擇設計方法，保證方案的可行性、科學性。

在機電一體化系統(tǒng)概念設計的過程當中，需要嚴格的執(zhí)行機構(gòu)的運動方案設計，并且需要對于信息檢測和信息處理進行關注與重視，因為這兩項是完成主功能的保證和基礎。首先，在機電一體化系統(tǒng)概念設計過程，會從功能層面向著結(jié)構(gòu)層面所發(fā)展，進行上層設計的過程，最終的目的是為了確保此商品能夠達到某種功能。對于機電一體化系統(tǒng)來說，實際的功能就是一定的工藝動作要求，通過工藝動作的分解和有序的執(zhí)行，能夠?qū)⒐δ茌d體得到，最后通過系統(tǒng)的匯集、集成、建模、仿真等各項程序，最終完成概念設計的整個過程。其次，因為功能具有多義性，所以功能到結(jié)構(gòu)的映射過程當中非常的困難，這時二者之間需要加入行為層。同時，在模型設計過程當中，因為具有程式化的特點，所以無論是功能還是行為等，皆有程序化，在任何一個層面上進行修改，都對應著不同層次的創(chuàng)新，這樣的情況與設計的真實過程是相同的，也非常適合于計算機的實現(xiàn)。最后，機電一體化系統(tǒng)是機與電完美融合的成果，但是在結(jié)合的過程當中，又具有復雜性的特點，系統(tǒng)集成成為了模型當中最重要的組成部分之一，所以將計算機輔助作為了基礎，機電一體化概念設計與一般的CAD系統(tǒng)之間有著很大的不同與差異，它主要是將許許多多的知識作為了基礎和依托，是基于知識的設計推理主要過程，所以在設計模型的過程當中，需要將功能知識庫工作、工藝動作構(gòu)思、知識庫完美的融入進去。圖1是機電一體化系統(tǒng)概念設計過程模型。

結(jié)束語：

綜上所述，通過對于機電一體化系統(tǒng)概念設計過程模型進行認真的分析和研究，發(fā)現(xiàn)它是對概念設計進行了深入的表達和理解，同時它可也可以對于機電一體化系統(tǒng)的產(chǎn)生打下良好的基礎，科學、合理的利用計算機，對于機電一體化系統(tǒng)的概念設計進行有效的幫助與支持，讓機電一體化系統(tǒng)的概念設計不斷的進行升級。

參考文獻

[1]姚海.廣義執(zhí)行機構(gòu)概念設計中的計算機輔助分析方法與技術(shù)研究[D].上海交通大學，2009.

[2]鄒慧君，張青，田志斌.機電一體化系統(tǒng)概念設計過程模型的研究[J].機械設計與研究，2002（05）：11-13+6.

[3]張青，鄒慧君，廖武.廣義機構(gòu)及其概念設計[J].機械設計與研究，2002（06）：21-23+6-7.

[4]劉小院.機電伺服系統(tǒng)概念設計及其驅(qū)動裝置的研究[D].西安電子科技大學，2006.

[5]張帆.關于機電一體化系統(tǒng)概念設計過程和模型的研究[J].時代農(nóng)機，2019，46（01）：108-110.