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第1篇

關鍵詞：機電一體化 發展過程 前景展望

現代科學技術的發展，使得單純的單一學科應用已遠遠無法滿足人類社會的生產生活需要。各學科相互滲透，相互促進，為新的技術改革，知識創新提供契機。機電一體化技術就是在這樣的背景下發展而成的。

一、機電一體化技術簡介

機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成的。最早提出這一概念的是1971年日本雜志《機械設計》一書的副刊。時至今日，機電一體化這一概念已經廣泛的被接受和應用。

機電一體化技術并不是單純的機械學與電氣或電子學的結合，而是在上述兩種技術的基礎上融合了信息技術，傳感器技術，自動控制技術，計算機技術，接口技術，信號變換技術以及軟件工程技術等多種科學技術，并不斷發展，廣泛應用的一門新興科學技術。

二、機電一體化技術的發展狀況

（一）、世界范圍內的發展

20世紀60年代以前為初級階段。這一時期，人們在生產生活中并沒有刻意的將機械學與電子學技術結合起來，而是不知不覺的利用電子技術的成果來完善機械產品的性能，這便出現了最早期的機電一體化技術。期間發生的第二次世界大戰，促使了機械技術與其他技術的融合。戰后，這些技術由軍用逐漸應用至民用范圍，但并沒有提出機電一體化這一概念，沒有將多技術的結合推廣。

20世紀70到80年代是這一技術蓬勃發展的時期。由于計算機技術的出現和迅速發展，大規模的集成電路和微型計算機開始出現，這位機電一體化技術的發展奠定了堅實的基礎。正是在這一階段，Mechatronics一詞被提出并逐漸被認可，機電產品大量涌現，世界各國逐漸對這項技術給予大力支持。

20世紀90年代開始，機電一體化技術進入新的階段。這一時期，通信技術、光學技術以及微細加工技術與機電一體化技術逐漸結合，出現了微機電一體化和光機電一體化的分支。同時，機電一體化技術本身的研究日益成熟，對機電一體化技術的建模研究、分析和集成方法以及機電一體化的整個科學體系的研究，使機電一體化技術的基礎更加完整，理論體系更加完善。

（二）我國機電一體化技術的發展

[1]我國是從20世紀80年代初才開始這方面技術的研究。國務院成立了由杰出科學家帶領的機電一體化領導小組，并將這項技術列入“863”計劃中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的諸多影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，雖然都取得了一定成果，但與日本、歐美等先進國家相比仍有相當大的差距。

三、機電一體化技術的發展趨勢

在半個世紀左右的發展中，人類生產生活對機電一體化技術不斷提出更高的要求，推動機電一體化技術產品的智能化、模塊化、網絡化、系統化、綠色化和微型化程度快速發展。其中智能化和自動化更是機電一體化技術的重中之重。

智能化是目前形勢下大部分技術所共有的發展方向，也是機電一體化技術與傳統機械技術的重要區別之一。隨著智能控制技術的進一步發展和人工智能技術在生產設計活動中被越來越重視，機電一體化技術的智能化發展迅速。在更高速的微處理器出現以及運籌學、仿生學等技術的輔助下，機電一體化產品更好的擁有人類的部分智能。

機電一體化技術的發展必須標準化、系列化。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。必須制定出一系列標準，將各個單元、接口統一化，以便擴大規模生產。但由于這項技術剛剛興起，做到標準化系列化還很難。

網絡技術迅速發展，為機電一體化技術帶來了新的影響。網絡的普及使得基于網絡的各種機電產品遠程控制得到很大發展。而總線技術和局域網技術的發展，帶動了家用機電產品系統化，集成化的發展。

[2]系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。另一個表現是通信功能的增強。機電產品的發展趨勢是更加注重人格化，機電一體化的人格化有兩層定義，首先，就是模仿生物生理機能，設計各種機電產品。另外，機電一體化產品歸根到底是人在使用，賦予機電產品人的智能、情感、個性愈發重要，其總重目的便是人機一體。

在生態環境問題愈發重要的今天，機電一體化技術的綠色化成為一個新的重要課題。綠色機電產品是指產品在設計、試驗、生產以及回收銷毀等方面對生態環境無害或危害極少，資源利用率高。設計、使用綠色機電產品，是機電一體化技術發展的必然趨勢。

機電一體化技術的微型化指的是機電產品向微型機械及微觀領域發展。這一概念興起于20世紀80年代末，國外稱其為微電子技術。微電子產品體積小、耗能低、靈活性高，可廣泛應用于生物、醫療、軍事等方面。而機電一體化技術微型化的一個挑戰就是必須采用超精加工技術進行生產制造，如果在這一方面有了較大的發展，那么機電一體化技術的微型化將有質的飛躍。

綜上所述，機電一體化技術是社會勞動力發展的產物，也是現代科學技術發展的重要組成部分。機電一體化技術融合多學科種類，使傳統的機械預設方法和預設概念發生著革命性的變化。伴隨著現代科學技術的不斷創新，機電一體化技術的發展前景也將愈發光明。大力發展這一先進技術，不僅是人類文明發展的要求，也是創新理念，振興工業的必經之路。

參考文獻：

第2篇

關鍵詞：機電一體化;產品創新;概念設計

機電一體化產品的概念設計有著極其豐富的內容，同時也是產品在整個生產過程內最具創造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關產品研發者起到關鍵的引導效用。因此，對機電一體化產品創新性概念設計進行探索，具有十分重要的現實意義。

1機電一體化產品概念設計的概述

1.1機電一體化產品概念設計的內容

機電一體化產品是在機電一體化基礎上建立起的包含系統與構件、基本元內容的集合，而機電一體化產品概念設計的含義則是依據產品使用周期中各個環節所需要求對產品實施功能改造、分析和子功能開發，進而實現其滿足功能結構要求的系統化設計活動。這種設計工作的過程包括前期規劃、設計概念以及對計劃進行詳細化和豐富化，并加以改進補充。機電一體化產品概念設計過程中的程式化內容可以通過計算機技術代為實現，但除此之外難以被程式化的方面還需產品設計人員通過人工設計逐步完成。通過構建人機協同的概念設計理念，對其功能與組織開發的過程按照模塊化思想進行劃分，以此實現這一設計工作的層次性、協調性。目前，發達國家對機電一體化概念設計的深入研究大體集中于其調控系統的設計。機電一體化的理念自1971年被提出以來，經過幾十年的發展，內容也在逐步豐富，尤其在科技快速發展的今天，廣闊的市場空間與消費需求的升級，更加迫使機電一體化產品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計算機技術、互聯網信息技術、傳感技術、AI技術、微電子技術、新材料技術、集成技術以及其他相關技術的進步，都為機電一體化產品的革新打下了技術根基，使得機電一體化產品朝著更優質、更高效的方向邁進。

1.2機電一體化產品創新概念設計的意義

機電一體化產品的創新型概念設計本身有著重要作用，其既是產品品質的深層內容，又是其功能屬性得以發揮的保障，對其本身質量的影響也約占60%～70%。因此，建成機電一體化產品創新的概念設計具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內容。第一，創新機電一體化產品的概念設計是保障機電一體化產品品質的必要性要求。機電一體化體系具有多種學科互相交叉、集成融合的特點，本身具有著復雜內涵。因此，現今許多的機械產品的設計并不適應機電一體化技術本身的特色，難以做到根據機電一體化技術特征隨之作出應對。第二，機電一體化產品概念設計的創新促使其理論體系得到發展。要創新這一概念設計，必將建立新的方式、理論基礎。只有在合理、可靠的概念設計基礎上，才能使之收獲具有優異性能的機電一化體產品。再加之如今概念設計的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關注與認同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設計理論的建立，對于推動創新機電一體化產的概念設計發展起到了不可忽略的效用，進一步促進了機電一體化技術體系的建立和機電一體化技術的完善。第三，機電一體化產品創新概念設計對于生產能力與工作質量的提高起到切實的幫助作用。許多機電一體化產品都帶有自動處理、調節的功效，通過這些能力的實現，能夠保證工作質量與效率的穩步提升。例如，在數控機床的使用過程中，其生產效率要高出普通基礎5～6倍，并能夠實現機床數量減少50%，節省50%操作人員的效能，生產周期也能縮短40%，進而使得生產成本降低50%左右。

2機電一體化產品創新概念設計理論

2.1機電一體化產品應用到的系統原理

機電一體化系統是該類產品中最為重要的基礎。就其本質來說。它算是一種復雜機械，但與普通的機械相比還有著顯著區分。機電一體化體系是通過在機構的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進的電子技術，并使之與軟件相互聯合形成的一類新型機械系統。就其功能來說，機電一體化系統包含機械力、能量流、運動力等多種動力學有關的特殊機械，以及一些機電部件互相關聯的系統。其中，機電一體化系統的核心又在于集成協調各種技術，通過對機械工程、控制系統、計算機技術、電子技術、電工技術等多項技術的聯合利用，實現其運動行為可控的目標，而不僅簡單對各項技術進行拼湊堆積。這也是利用計算機的調節和處理能力，實現驅動元件可控特征的現代化機械系統。有關機電系統化原理的研究主要包含三方面內容。第一，三環論。研究者認為，機電一體化產品可以劃分為電子、機械、軟件三項功能模塊。第二，五塊論。通常視機電一體化產品是由動力功能、控制功能、構造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統理論。研究人員認為，機電一體化系統是由控制系統和物理系統兩項分支系統共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機械主體加以強調，也并未對處理好機電一體化系統的概念設計中出現的復雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產品的概念設計不能起到重要作用。在概念設計實際工作中，機電一體化系統往往會被劃分為傳感檢測、執行機構、信息控制處理三個子系統。通過這三個子系統的系統分工，各自完成信息檢測、機械運動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實現該系統中各項功能的優化和最佳效果的發揮，并以此獲得機電一體化系統的概念設計合理的相關方案。

2.2機電一體化產品創新的概念設計方法

對機電一體化產品而言，其概念設計是許多領域內知識、技術之間的交織融合，具有新穎復雜、反復迭代、目標多解、結構不良等特點。滿足機電一體化產品概念設計的創新，關鍵在于發揮設計者的主觀能動性，通過展現設計智慧，滿足創新性的要求。要實現這一目標，主要在于實現人機協調配合。計算機技術的飛速進步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創新產品設計這類任務，主要還得依靠人類的智能實現。機電一體系統也是人機協同系統，通過對設計者與計算機的分工，來達到創新概念設計的目的。機電一體化產品概念設計創新主要方法包括三方面內容。第一，落實人才戰略，培養專業性人才。科技競爭最終都會落實在人才競爭上。要實現機電一體化產品概念設計的創新，人才供應是重要保障。機電一體化技術專業人才在制造行業占據就業滿意度第三位的好名次，就業率更是高達100%。因此，加強專業人才培養更有著多方面的積極意義，國家以及機電行業要在培養、優化道路中貢獻出更多力量，從多方面對學生展開培訓工作，以此實現增強研究者、開發者、設計者以及其他相關從業人員素質的目的。第二，努力拓寬供應市場，嚴守質量關。市場是檢驗產品的試金石，將機電一體化產品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠實現，另一方面通過買方對產品性能體驗所作反饋也對產品研發起到反作用力的效果，使其優點得以保存、延續，缺點得到改良、進化，從而不斷促進機電一體化產品性能的整體提升。第三，將環保技術納入機電一體化的發展策略中。機械技術、計算機技術、電子技術、電力技術等多種技術的應用，往往會伴隨著電子、機械污染的問題。在機電一體化產品的生產過程中，無可避免也會產生一些污染物。因此，設計者在設計研發過程中要考慮到環保問題，讓機電一體化產品朝著節能環保的方向發展，以施行環保、可持續的發展策略為其提供方法指引。通過一些環保設施和環保科技的實行，有效遏制資源浪費、污染物增多的問題。當實際運行過程中出現技術故障時，也可以反復利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關生產負責人還應主動淘汰一些產能落后的設備、產品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實現發展的可持續，使人們擁有健康的生存環境。

2.3機電一體化產品創新的概念設計的發展展望

機電一體化產品創新的概念設計主要發展在于理論的進步。雖然機電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強分析、研究，但其發展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內容：第一，根據被測物理量，建立傳感器特點和類型的知識庫；第二，構建與機電一體化產品的概念設計相關的推理方法庫；第三，將執行機構的實現運動與動作進行分類，構建執行機構庫和驅動元件庫，以促進驅動元件、執行、傳動機構和兩者的集成選擇實行；第四，實現對該類產品概念設計在各個環節評價體系的建立，尤其在概念設計初期中構建對功能原理設計環節的評價體系；第五，構建調節和控制信息的資料庫，以促進挑選硬件和編制軟件中對機構子系統高效管控的實現。隨著機電技術與各項科技的快速進步以及機電一體化研究的逐步深入，促使機電一體化產品概念設計的理論體系更加豐富，并具有更為強大的實用功能和操作功能，從而順利實現對機電一體化產品的創新與研發。

3結束語

機電一體化產品的研究雖然已經取得了較為矚目的成績，但關于機電一體化產品設計的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關從業者不斷加強探索、創新，通過大量細致的實踐研究工作，促進機電一體化產品創新概念設計的完善和成熟，并最終實現其優異的實用價值。

作者:王中元 單位:內蒙古機電職業技術學院

參考文獻:

第3篇

隨著我國信息技術、科學技術等的發展，機電一體化系統的發展成為一種必然的發展結果，而信息技術支持下的機電一體化，促進了傳統產品朝著智能化、網絡化、自動化等生產方向發展。機電一體化產品是機電一體化技術的承載者，同時也是機電一體化信息技術的體現者，在產品概念設計中，MCD機電一體化系統的應用，有重要的意義。產品概念設計的設計方法，對產品設計非常重要，概念設計也是產品設計中的關鍵，將機電一體化系統應用在產品概念設計中，可以提高產品設計的理論化、規范化、智能化、網絡化等。在產品概念設計中，因為機電一體化產品的設計具有復雜性，很多產品設計理論雖然可以對產品概念設計起到一定的作用，但是這些設計理論也為產品概念設計的機電一體化進行了限制。概念設計是產品設計中最為重要的環節，影響著產品設計的質量，為了提高設計質量，需要建立產品概念設計機電一體化設計理論，在良好的產品概念設計方案下，完成產品的機電一體化概念設計。公理化設計理論、PFD理論等，在產品的創新設計中，發揮著巨大的作用，從MCD機電一體化自身的特性進行分析，在產品概念設計中，建立完成的、系統的產品概念設計的理念、方法、方案，可以促進產品概念設計的進行，實行產品的機電一體化創新設計。在產品概念設計中，MCD機電一體化設計，為產品的創新設計提供理論、方案等，促進產品概念設計創新等。

2基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性

科學技術的發展推動了機電一體化的進行，也為工程信息技術行業的發展創造了有利的條件。在機械生產、加工、制造等行業中，機電一體化的形成和應用，使其發生了翻天覆地的變化，機電一體化主要是將主功能、動力功能、處理功能等有效的結合在一起，并引入電子信息技術，實現電子設計、軟件、設備等的結合。當前的機電一體化并沒有形成一個統一的定義，這主要是因為機電一體化自身具有復雜性，涉及到很多領域的知識、技術等，MCD機電一體化，主要是機電一體化方案，在產品的設計中，應用MCD機電一體化系統，結合機械工程、電子技術、計算機技術等，形成科學性、復雜性、融合性等特點為一體的產品設計系統，充分的利用它的功能，完成產品概念設計。為了研究基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性，我們針對產品的MCD機電一體化概念設計的內涵進行分析。概念設計是產品設計中最復雜、重要的部分，是實現從無到有、從模糊到清晰的一個過程，在信息技術、智能技術等的支持和應用下，概念設計取得了新的發展成果。應用MCD機電一體化進行產品概念設計，主要分為產品概念設計的規劃、概念設計、詳細設計、改進設計等，不同的環節中，有不同的子模塊組成部分，例如在概念設計中，分為功能設計、原理設計、功能分析等等。將MCD機電一體化應用于產品概念設計中，需要借助各種信息庫確定MCD機電一體化方案，然后進行產品概念設計。MCD機電一體化系統的交換頻率非常高，抗干擾能力強，在進行產品概念設計中，系統誤差小，結構功能非常強，將其應用在產品概念設計中，可以保證產品設計的實用性、可靠性、穩定性、規范性、經濟性，同時也有安全性和可操作性。為了研究研究MCD機電一體化在產品概念設計中的可操作性，我們以其在傳感器概念設計中的應用進行分析。在進行產品概念設計時，先進行系統的劃分，對傳感器的功能、性能等進行分析，然后檢驗傳感器子系統的傳感器的功能載體，了解傳感器的類型和用途，最后采用MCD機電一體化中的信息處理系統，對傳感器設計中的相關信息進行處理和控制，完成信息的分析、處理之后，進行MCD機電一體化產品概念設計。互感器等產品的MCD機電一體化設計制造，是一個復雜的過程，其中包含了很多的子系統和子環節，每一個過程都比較的繁瑣，稍有差錯和偏差，就會造成設計制造的失敗，而且產品的設計需要很長的時間，設計制造中使用的材料價格很高，所以在產品的概念設計中，如果出現差錯，就會造成嚴重的損失。在使用MCD機電一體化進行產品概念設計中，一定要對產品的概念設計理論、方法、方案等進行仔細的審核。概念設計是中最為重要的是方案設計，要確定MCD機電一體化產品方案，需要將前面的各項工作的理論等加入其中形成一個邏輯思維，在計算機技術、網絡技術等的支持下，基于MCD機電一體化的產品概念設計，具有可行性。

3小結