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摘要：伴随社会与经济的快速发展，产品概念设计逐渐走进社会大众群体当中。机电一体化系统概念设计也逐渐成为机电行业重要研究方向。机电一体化可以让传统机械操作进行新一轮技术更新，让其朝智能化方向进一步发展。本文基于现阶段机电一体化系统概念设计研究，对其基本原理、技术等内容进行分析。

关键词：机电一体化;概念设计;基本原理

1 机电一体化系统概念设计

对于机电一体化系统设计，概念设计是极其重要环节，决定产品是否具有创新能力，并且对产品质量有直接影响[1]。概念设计是将一件事物，从理论内容转变为具有可实践内容的重要过程。在2015年，由美国设计专家Pahl与Beitz共同编著的《Engineering Design》中，首次从设计角度，对系统的概念设计进行解读。在概念设计当中，原理设计为难点与要点。因为原理设计涉及各类学科，知识交叉性较强，对设计人员技术综合素养要求较高。而在方案设计的后期，在方案落实过程时，则需要设计人员对内容保持充足的逻辑思维。在以往这些都只是概念性东西，却在科技快速发展的今天，可以通过计算机技术辅助设计人员完成方案设计。

2 机电一体化系统原理设计

2.1 机电一体化系统功能组成

若干个具有内在联系，且自身具有特定功能的机械装置、电子要素，共同构成机电一体化系统，进而对产品设计环节各类功能要求负责。德国Rolf Iserrmann将机电一体化功能模块拆解为五个功能模块，即主要部分、动力、计算测量、控制、构造。各自功能模块决定不同作用。主要部分是系统必需功能，对例如物质转换、能量输送等内容负责;动力模块对系统运行所需动力提供充足动力，保证系统正常运行;计算测量模块负责对维持系统运作的各类信息收集，并将其传送到控制模块;控制模块对计算模块收集并发送的数据进行处理，进而对系统进行整体控制;构造模块则是对系统整体构造负责，隶属于系统框架一类内容。

2.2 机电一体化系统组成要素

机电一体化系统各部分功能模块，无论是结构还是功能都不相同，但是其组成要素却主要由传感器、动力系统、驱动部分、信息控制与处理环节、执行模块几部分构成，具有一定体系。如果将机电一体化系统比作人体系统，可以简单看作传感器是人体五官，负责对系统运行与周边信息进行收集;动力系统可以看作人体内脏，是为系统运转提供最基础内容的部分;驱动部分则是人体的肌肉、肌腱等部分，是带动系统运作的重要组成部分;信息控制与处理环节可以看作人体大脑部分，是对传感器收集到的数据信息进行分析，从而对执行模块下命令，驱动系统运转的重要内容;而执行模块可以看作人体四肢部分，接收信息控制与处理环节信息数据后，让系统动起来的部分。人体与机电一体化系统的组成要素对比，可以理解为如图1所示内容。

3 机电一体化技术原理分析

分析机电一体化组成要素，可以发现组成机电一体化主要有五种技术，分别为：传感器、信息处理、自动控制、系统驱动与精密控制。

作为机电一体化重要组成部分，传感器技术在测控技术快速发展的背景下，人们生产生活中对于传感器检测速度、精度与灵敏度等内容都提出更高要求，这影响传感器急需技术革新，进而对传感器技术快速发展提供充足动力;信息处理技术是针对系统运行时数据信息进行输入、输出操作，并将其进行处理，使其符合系统运作需求。在信息处理阶段，操作人员可以对预先设计参数进行调整，使其更加符合作业需求;自动控制则是将系统所需内容进行数据，对关键数值输入后，让系统按照预先设计进行速度、运行等内容调控，并且可以实现自我诊断、数据校正，以及定向内容搜索与情景再现等内容。使系统即使在无人看管的情况下，也能保证正常生产运行，并且保证安全生产;系统驱动则是依靠例如电动、气动或者液压系统，直接影响系统运作。而在机电一体化系统中，例如电动机、马达、活塞等装置需求量较大，设备精度要求高。在节能环保的背景下，系统驱动往往取代以往的化石能源燃烧方式，采用电能或者风能提供能源，进而减少环境污染;而精密控制系统是自工业化生产，直到目前为止，一直被社会、学术界研究的内容，具有完整体系与技术内容，对生产产品质量具有较强影响效果。精密控制系统要求系统各个环节衔接到位，系统运行稳定。

4 机电一体化设计要求与方法

机电一体化不同功能模块，其设计要求不同，可以总结为以下内容：

主要部分要求系统误差小，保证系统作业安全，并且具有较强的抗干扰能力，在周围存在干扰的情况下，依旧可以正常运行系统。基于绿色工程理念，也要求污染物产生与排放的数量要少。基于节能环保理念，要求能源转化效率要高;动力模块则要求输入功率小，而动力源尽可能选择内装，避免外装动力源因环境影响，对系统运行造成负面影响;控制模块要求对可控的I/O端口数量适合即可，不需要过多。除配备自动控制系统外，还要预留手动控制方法，避免因系统故障，自动运行出现意外，没有预备方案对系统进行处理;构造模块的几何尺寸要小，让系统整体占地面积与空间小，适宜搬运与组装，但是构造的强度要强，避免因搬运造成磕碰，影响系统正常使用。

对机电一体化进行设计时，按照类型区分设计，可以将其划分为三类，即开发性、适用性与变异性。开发性设计主要是在当前没有任何参考样例，或对现有产品开发新动能，增加新性能的设计，可以理解为“从无到有”的一类设计;适用性设计则是在不改变现有产品整体设计的前提条件下，对于设计方案的部分内容进行改善，或使用微电子技术对现有产品全面代替，从而更适用于当前生产作业;而变异性设计主要是在系统整体设计方案、功能内容不发生改变的情况下，对产品规格、尺寸等外观内容进行调整，使其与生产产品相符合的一种“变形”。

而按照方法区分设计，可以分为机电互补、结合、组合三种方法。机电互补法在以下系统陈旧、落后的机械部件改造工作过中较为常见，主要是对其进行技术升级;结合法多用于新产品设计中，在以往的思考方向不发生巨大变化时，加入新型理论与内容，使其符合当前作业需求;而组合法则是将机电互补法与结合法相结合，对一体化系统各个功能模块进行拆分，重新组合成全新内容的一种设计方法。

结论：在社会不断发展，技术不断革新的当下环境中，机电一体化系统概念设计已经被社会群体广泛接受。而对于机电一体化系统概念进行方法设计时，需要将核心内容与当前先进理论与技术相融合，从而让其可以在实际作业中灵活应用。

参考文献

[1]王凯. 基于计算机技术的机床机电一体化数控系统设计[J]. 粘接， 2020， v.43;No.319（09）：155-158.