机械电子工程概述(6篇)

机械电子工程概述篇1

电子机械设备是指，由集成电路、晶体管以及其他电子管组成的，包含电子应用自动发挥、自动操作的智能型机械。其概念延伸来讲可追溯小至电子机械生产设备、大至各类家电及工业电子机械一体机等。其主要是由于数据码在计算机内编写应用、运作程序，改程序输入电子储存介质内，装入各类配件组成完整机械装备，启动开启键则可进行输入的数据动作进行运作作业。

早先的工业领域中，计算机的控制系统并不完善，作业并不稳定。后采用直接型的数字控制，使得计算机的演算平稳性能加强，效率提高。随着规模大的集成电路的出现，微型计算机产生。随之，代表着电子机械设备的控制系统有了崭新的发展。其规模小、演算过程效率高，为人类解决了复杂，繁琐的演算程序。这一进步，标志着采用便捷、简易的小体积应用程序，输入机械设备，使得其小小的“大脑”操控大大的设备成为可能之举。微型计算机的运用理念装入机械设备情况的浮现，包含着计算机的操作、控制、检测、记录，是趋向于类似人脑的智能自动化。在集成电路大规模发展的情况下，现今的计算机运算法与控制能力技术不但被人们发展、研究、深探，这时，运用它的领域也延伸至更加细微的方面。例如，医疗电子机械设备、智能清洁机械设备。

2电子机械设备的控制系统主要问题

2.1抗外扰性能

在电子机械设备的研发、探索之路中。很多时候，数据计算非常精准，接近完美的数据编写出来的控制程序，在投入实验的过程中，却频发意外。甚至有时会出现，实验装置设置完备，连开启该设备都无法完成。殊不知，这是因为在实验的现场，存在着具有强大干扰能力的外界因素，是肉眼无法预测的。

外界扰乱，既可以是从装置线路的内部实现破坏的，也可能是以其磁场的方式无需媒介直接侵害的。一般来言，外界的扰乱是从接电的线路内通入电子机械设备的。控制系统与接地线的反向电压，导致电路源阻碍其核心职能控制系统。无论从电子机械设备的输入方面，或是供出方面，甚至包含电子机械设备的控制系统自身，都难以躲过外界的纷扰。

2.2硬、软件的抗外扰性能

上述所言，外界的干扰还可以其磁场的方式无需任何的媒介直接介入。这类情况主要是针对着电子机械设备的硬件及软件而言的。因为硬件和软件自身的制作配件，是具有吸收外界频率的性能。因此，在抗拒了电源的扰乱之后，存在于空间内的磁场电波，会以振动频率的模式，进行对设备的硬软件的干扰。通俗来讲，即信息、信号干扰。常见如，我们使用计算机的时候，一通手机来电，会使电脑发出障碍频波反应，并发出接收障碍的声响。

3电子机械设备的未来发展

3.1未来的发展趋向

在数据信息技术狂猛发展的现代，电子网络技术、计算机应用件技术与小型电子科技应用的发挥，使得电子设备的内部控制系统与外部的操作技能完美契合。其性能更加稳定、精准。从其性质上分析可得，上阶段的电子控制是部分的控制。即，在整个的工程作业中，每个阶段都有其不同的控制体统。而在现今电子技术的综合功能及其强大，可以使一个完整的作业，不同的阶段，使用同一个控制中心。以往，在内部控制系统，采用分段控制，而现在，内部的完全控制使得整个作业的操作一键即可。

机械电子工程概述篇2

关键词：电气系统工程机械振动测试可靠性

目前，我国工程制造业的各种测试标准逐步形成了系统化、系列化发展模式，但是我国对于工程机械电气系统以及各种关联元件的检测和管理中未曾形成一套统一、完善、系统的管理规范和标准，这也就使得大多数的工程机械在应用的过程中存在着一定的认识不足和器件的综合性质存在着一定的差异，由于在工作中各种电气故障较为频繁，因此在目前的工作之中都存在着极为明显的欠缺。尤其是在近年来，各种工程机械种类的不断出现和作业环境的频繁导致各种配件系统问题频繁发生，给整个工程机械的完善和应用带来了一定的影响。因此在当前对工程机械电气系统加以完善和优化十分关键，同时对其进行处理和总结也十分必要。

一、工程机械电气系统概述

工程机械电气系统可以说是由电气系统和电子系统两部分组成的，其中工程机械中的电气系统主要包含了蓄电池、调节器、发电机、充电系统、启动系统以及各种辅助设备，而工程机械中的电子系统主要包含了电子控制燃油机、电子控制自动变速器以及电子负荷传感系统等。

1、特点

在目前的社会发展中，工程机械电子系统的应用越来越广泛，其设备也日益完善和增多，成为整个社会发展中最值得我们关注和研究的重点话题。其中我们常见的电气系统设备主要是由电源、用电设备以及电气控制设备等综合组成的，其中具有着低压、直流以及单线制的控制要求和控制流程。工程机械电气设备上的电路属性通常都是一种模拟电路和回流电路模式，也是一种具有着多样性、全面化的工作模式。因此在信号的连接过程中存在着一定的连续性差、稳定性地等特点，这就使得其在诊断方面变得十分的复杂和繁琐，也容易形成其他各种意料之外的变动与变动，进而导致了整个系统工程出现了一定的影响和欠缺。由于在目前的机械电气系统中还未形成一套完善、科学的管理指标和管理标准，因此我们在管理工作中还是一种被动的管理模式和监测体系。

2.工程机械电子系统的特点

工程机械电子系统也采用低压、直流、单线制，一般由传感器、微机控制器和执行装置等组成。电子控制系统总体上采用的是数字电路，采用高度集成模块化结构。数字电路仅有两种状态，即0和1。列出其输入、输出关系真值表，可以很方便地找出原因一结果对应关系。数字电路的故障诊断具有规范性、逻辑性和可监测性的特点，故障诊断理论发展迅速，并日趋成熟。目前已经有相当多的诊断程序和诊断设备投入了实际使用。

二、工程机械电气系统振动测试概述

工程机械电气设备故障率较高，同时引起电气设备发生故障的因素也很多，但归纳起来也不外乎是电器件损坏或调整不当、电路断路或短路、电源设备损坏等。为了较准确迅速地查找出故障部位，可采用以下检测与诊断法。

1.电气系统振动测试的必要性

工程机械作业环境恶劣、作业工况多变，其电气系统故障比较频繁。以全液压振动压路机故障统计为例，与振动有直接联系的电气元器件故障概率10%左右。所以在进行工程机械电气系统设计和电气配件选型时，必须通过振动可靠性试验来优化电气系统设计，以提高整机的操纵性、可靠性和安全性。

2.电气系统振动测试平台的选型

目前振动试验设备按其激振方式可分为3类：即机械式、电液式和电动式振动台。

（1）机械式振动台

机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，其结构简单，成本低，但只能在5-100Hz频率范围内工作，最大位移为6mm，最大加速度约10g，且不能进行随机振动。凸轮式振动台的工作频率仅限于低频，上限频率为20Hz左右，最大加速度为3g左右，加速度波形失真很大。总体来看，机械式振动台整体复杂，价格较贵，随机振动困难。

（2）电液式振动台

电液式振动台是用小电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。这种振动台产生的激振力可高达104kN，位移可达25m，工作频率在0.1-200Hz，而且在很低的频率下可得到很大的激振力。其局限性在于高频性能较差，上限工作频率低，波形失真较大。电液式振动台结构和组成更加复杂，对场地也有一定的要求，价格十分昂贵，适合于大型结构件以及整机振动测试。

（3）电动式振动台

电动式振动台是以激振器为原型开发出来的一种现代振动设备，也是我国目前使用最广泛的一种振动测试设备。它的频率范围宽，小型振动台频范围为0-10kHz，大型振动台频率范围为2kHz动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度形良好，适合产生随机波，可得到很大的加速度价格适中，应用范围广。

根据工程机械振动响应特性，选用电动振动作为电气系统振动测试平台，下面主要介绍电动振动测试平台的选型和测试方法。

3.电动式振动台的结构和工作原理

电动式振动台主要由控制仪、功率放大装置振动台体、冷却系统、信号反馈系统以及其他辅助设备等组成。0在各种工况下，测试员用数据采集仪采集工程机械上待测部件（例如控柜）的路谱数据，将路谱数据经过傅立叶变换转化成相应的能量谱数据，再通过等效加速试验处理方法，将处理过的数据转化为控制仪可以识别的试验参考谱，直接导人控制仪；控制仪根据参考谱生成相应的控制电流信号，经过功率放大器放大后直接驱动振动台动作；反馈系统采集振动台的运动信号反馈给控制仪，控制仪对控制电流进行修正，使振动台的运动参数与参考谱基本一致，使待测部件始终按照参考谱的要求进行振动测试。

4、常见诊断方法

4.1.感觉诊断法

电气设备发生故障多表现为发热异常，有时还冒烟、产生火花、工程机械工况突变等。这些现象通过人的眼看、耳听、手摸或鼻嗅，就可直观地发现故障所在部位。

4.2.试灯检查法或刮火检查法

试灯检查法或刮火检查法，用来检查电路的断路故障。试灯检查法是指用一试灯检查某电路的断路情况。用试灯的一根导线搭接电源接点，若试灯亮，表示由此至电源线路良好，否则表明由此至电源断路。

机械电子工程概述篇3

论文摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景，综述国内外机电一体化技术的现状，分析机电一体化技术的发展趋势。

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。

1机电一体化概述

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：（1）20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。（2）20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。（3）20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。

我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。

3机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：

3．1智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、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思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。转贴于

3．2模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。

3．3网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3．4微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

3．5环保化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。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产品，具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

3．6系统化

未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。

参考文献

机械电子工程概述篇4

关键词机械电子学ANSYS有限元仿真课程教学

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.058

ApplicationofANSYSFiniteElementSimulation

inMechatronicsCurriculumTeaching

QIXinglin，SHANTiqiang，FANZhifeng，CUILiang

（AmmunitionEngineeringDepartment，OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang，Hebei050003）

AbstractForthemechatronicscoursecontentabstract，mathematicalbasis，learningandteachingdifficultyandothercharacteristics，inordertoovercomethedeficienciesofconventionalteachingmethodstoimproveteachingeffectiveness，proposedANSYSFEMappliedtocoursesinteachingmechatronics，anditssecondaryteachingmethodswerestudied，teachingcasesbasedonANSYSfiniteelementsimulationanalyzes.Practiceshowsthatinthecourseoftheteachingprocess，ANSYSfiniteelementsimulationallowsstudentstointuitivelyunderstandtheprocessofoperationandcharacteristicsofelectromechanicalsystems，deepenthecurriculumofbasictheoreticalknowledgeandunderstandingoftheconcepttoimprovetheteachingquality.

Keywordsmechatronics;ANSYS;finiteelementsimulation;courseteaching

0前言

机械电子学课程的知识面非常广，并且机电融合，对实践要求较高。因此，在课程学习过程中，要求学生不仅能够掌握各个专业知识点及其关键技术，还应理解机械电子学的概念与精髓，掌握机电一体化的设计理论与实践方法，从而达到在工作中灵活运用这些技术的目的。笔者将ANSYS有限元仿真引入到教学中，模拟各种机电系统的实际工作过程，以加深学生对抽象的机电系统原理及其工程应用的理解，提高了学生分析和解决实际工程问题的能力。

1ANSYS有限元仿真基础

有限元法是一种非常有效的数值计算方法，在工程分析领域获得了非常广泛的应用。有限元仿真能够分析系统结构参数对系统性能的影响，能够帮助设计人员对系统的制造工艺及试验方案进改进，从而实现对系统性能的全面优化。

ANSYS有限元仿真软件是由美国著名力学专家JohnSwanson博士创建发展起来的，其目的在于通过系统物理模型的建立与仿真，给出实际系统的行为特征。ANSYS有限元仿真的基本思想是结构离散化、单元分析和整体分析，将实际结构离散为有限数目的简单单元组合，并采用单元的集合逼近原有实际结构，从而实现整体性的分析，最终得到能够满足实际工程精度需求的分析结果。

2ANSYS在机械电子学课程教学中的优势分析

在机械电子学课程中，含有许多对复杂机械结构进行分析的教学内容。对于这些内容，单纯讲解和板书绘图的传统教学方法导致学生普遍感到课程理论枯燥、难懂。特别是诸如模态分析等机电系统动力学分析的教学内容，由于理论抽象，一直是机械电子学课程中的教学难点。ANSYS有限元仿真能够紧密结合机电工程专业的工程实际问题，从而加强机械电子学课程教学与工程实际的结合。而且，ANSYS有限元仿真具有直观形象的图形显示功能，能够将抽象的应力、应变、位移等数据转化为形象生动的图形。在教学过程中借助于ANSYS有限元仿真软件，将原本抽象的理论和概念直观化、形象化，通过图形形式展现在学生面前，有助于提高学生的思维能力和结构分析能力，弥补了由于实际条件限制而导致的某些实验缺少的不足。

著名教育家杜威认为一种良好的教学方式就是将教材与实际经验相结合，使学生习惯于寻找这两个方面的接触点及相互之间的联系。①从该角度出发可以看出，通过ANSYS有限元仿真软件实现案例教学是将理论与实践有效结合的教学模式。②通过引导学生分析和讨论工程案例，帮助学生运用专业知识和创造性思维有效解决实际工程问题，并能够引导学生追本溯源，加深其对相关基础理论知识与概念的理解和掌握。

3教学案例研究

模态分析能够确定机电系统结构的振动特性，即系统结构的固有频率与振型，这是进行瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析等其它动力学分析的基础。通过模态分析，在机电系统结构设计时可以有意识地避免共振现象的发生。本节采用ANSYS有限元法建立典型微机电系统――电热微驱动器模型，并进行系统模态分析。

3.1模态分析理论基础

3.1.1模态分析理论基础

系统结构的动力学基本方程为：

（1）

对于模态分析，通常（）=0，[]一般不计，因此模态分析的表达式为：

（2）

其中，[]为结构的质量矩阵，[]为结构的阻尼度矩阵，[]为结构的刚度矩阵，（）为节点的载荷向量，为结构的节点加速度向量，为结构的节点速度向量，{}为结构的节点位移向量。

在微振动的情况下，可设上述方程组的解为：

{}={}（+）（3）

其中，为节点位移幅值，为节点相位。

将式（3）代入式（2），得出

[]{}=[]{}（4）

上式行列式为频率行列式，系统的固有频率可以通过求解上述方程的广义特征值得到。③

3.1.2模态分析方法

具体的机电系统结构可认为是多自由度的振动系统，具有多个固有频率，而对应该固有频率的振动形状就是该阶的主振型。固有频率和主振型与外界因素无关，只与系统结构的刚度特性与质量分布相关。硅基电热微驱动器的结构尺寸参数为：材料密度为2330kg/m3，杨氏模量为130GPa，泊松比为0.22，驱动臂长200%em，宽15%em，高2%em。由于低阶固有频率对系统结构的性能影响较大，本节采用ANSYS有限元仿真提取了硅基电热微驱动器模态分析的前三阶低阶固有频率，并给出了相应的主振型图，如图1、图2和图3所示。仿真结果对提高电热微驱动器的设计质量和正确使用提供了理论依据。

从对教学案例的分析可以看出，采用ANSYS有限元仿真进行机电系统结构的模态分析，能够以云图的形式显示出系统结构应力、应变的分布情况，系统结构的变形情况等。通过ANSYS有限元仿真，可以计算出系统结构的固有频率和振型，从而通过观察系统在固有频率下的振动状态，直观了解系统结构振型。

4总结

在机械电子学课程教学中运用ANSYS有限元仿真软件，能通过真实再现各种机电系统工作的过程原理，使许多抽象的概念和公式形象化。实践表明，引入ANSYS进行辅助教学，可以帮助学生理解课程上的难点，使学生能够对机电系统的工作过程和特征有直观的了解，加深其对基本理论知识和概念的理解，有效提高了机械电子学课程教学的效果和质量。

注释

①单中惠.杜威的反思性思维与教学理论浅析[J].清华大学教育研究，2002（1）：55-62.

机械电子工程概述篇5

1.1机电系统的内涵机电系统,也是机电一体化系统,它一般是指几厘米以下,甚至更加小尺寸的小型装置,主要由传感顺、执行器,以及微能源等组成,实际上是一个相对独立的智能系统,在电子和机械等各个领域有着非常广泛的应用。对于机电系统的具体内涵,其实有很多不同版本的理解,有的认为,机电系统是一种将机械设备、电子装置和各种软件等有机结合而组成的应用系统;有的认为,机电系统是一种主要由计算机信息网络协调并控制的,以此来实现机械力、运动和能量流等多动力学任务,同时,将机械和机电的各个部件相联系的系统;有的认为,机电系统是一种将多种不同技术,比如,机械电工、电子光学等组合而成的系统。而在我国普遍将机电系统定义为是机电一体化技术(包括精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术,以及系统总体技术)与机电一体化产品的合称。

1.2概念设计的内涵众所周知,产品设计是一项非常复杂的工作,就其具体的过程而言,虽然国际上有诸多论述,众说纷纭,但是无论是哪一种说法,得出的总结就是产品设计涉及到两个重要的设计阶段,也就是概念设计与详细设计。而概念设计的内涵主要包括这样几个方面:首先,功能创新;其次,功能分析和功能结构图设计;再者,工作原理解的搜索和确定;最后,功能载体方案构思和决策。因此,概念设计在产品设计的整个过程中占据着重要地位,发挥着不可替代的作用,如果概念设计做好了,产品设计的整体水平才能达到一定的高度。此外,机电系统的概念设计运用到多个学科范畴的知识,其体现了设计的高度艺术性、创新性,以及综合性。

2机电系统概念设计技术的应用特点

2.1创新性我国一直致力于建设创新型国家,培养创新型高新技术人才,对于“创新”一词的高度重视是当今社会的必然要求,而对于机电系统概念设计技术而言,创新性更是机电系统概念设计技术的精髓和灵魂,如果要适应时展的要求,满足用户对机电产品的日益增长的要求,就要很好地体现机电系统概念设计技术的创新性特点,只有不断地对机电系统进行创新的概念设计,才能够打造出能够让机电产品的用户感到满意并且适用的新产品。因为机电系统本身就是一个相对比较繁杂的综合性系统,所以,机电系统概念设计技术上所体现出来的创新可以是不同层面的,比如,机电系统的结构的完善和更换等等。无论是哪个方面的创新,都直接对机电系统的整体的创新有很大的影响。因此,机电系统概念设计技术的创新性特点是不可忽视的。

2.2多样性除了创新性的特点以外,机电系统概念设计的另一个比较重要的特点就是它所体现出来的多样性。无论是机电系统概念设计的手段的多种多样,还是机电系统概念设计的设计方案的丰富多样,都在一定程度上反映了机电系统概念设计在市场需求、工作原理,以及产品形态等多个方面的多样化。不但布局不同会体现多样化,而且设计思路不同也会加强多样化的显现。

3结语

机械电子工程概述篇6

关键词：机械一体化；技术；现状；产品；制造技术；发展趋势

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机械一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机械一体化”为特征的发展阶段。

一、概要

机械一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

机械一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机械一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机械一体化系统或机械一体化产品。

二、发展状况

20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机械结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

20世纪90年代后期，开始了机械一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机械一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机械一体化，微细加工技术也在机械一体化中崭露头脚，出现了光机械一体化和微机械一体化等新分支；另一方面对机械一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机械一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机械一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机械一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

三、发展趋势

1、智能化、模块化

智能化是21世纪机械一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机械一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、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思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机械一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机械一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机械一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机械一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。

2、网络化、系统化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机械一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机械一体化产品。

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机械一体化更加注重产品与人的关系，机械一体化的人格化有两层含义。一层是，机械一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机械一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机械一体花产品。事实上，许多机械一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

综上所述，机械一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机械一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机械一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献

[1]李建勇.机械一体化技术.北京：科学出版社，2004.