机电一体化设计

机电一体化设计（共12篇）

机电一体化设计 篇1

“机电一体化” (Mechatronics) 是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新的概念, 是各相关技术有机结合的一种新形式。机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术, 并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。在当今电子技术及信息技术向各领域渗透和交叉学科兴起的时代, 机械领域的科技人才不熟悉机电的一些相关知识是很难想象的, 因此, 机电一体化设计的教学对学生扩大知识面, 丰富和发展机械学科有非常重要的作用。

21世纪科学技术的发展是日新月异的, 作为科技人才的摇篮的高等教育正面临着诸多挑战。我国传统的高等教育主要借鉴了原苏联的模式, 专业划分过多、过细, 已不能适应当今社会经济发展的需要。针对这一情况, 在机械工程学科下的机械设计、制造及其自动化专业就诞生了, 它融合了以前的多个专业, 在某种程度上实现了“厚基础、宽专业”的教育目标。在此大背景下, 原来的机电一体化设计的教学内容、手段和方法已不能满足整个高等教育改革的需要, 因此, 其自身的改革势在必行。

一、现行机电一体化设计教学上存在的问题

机电一体化设计大多由机电一体化和机械电子工程等相关专业的主体课程演化而来。若教学对象为机电一体化专业的学生, 他们自然有机电一体化设计的相关课程作为支撑;电子学专业的学生有模拟电子、数字电子及电子电路设计等课程为支撑。而机械设计、制造及自动化专业的学生, 由于他们在电子学方面的前续课程仅有涉及基础理论知识的电子电工学等极少数课程, 所以在教学对象变化的同时, 原有的教学内容显然已经无法满足要求。

非机电专业与机电专业的机电一体化设计教学的目的是不尽相同的。对于机电一体化或机械电子工程等专业的学生, 他们有较雄厚的机电一体化相关知识, 因此, 对于他们的教学主要是放在机械、电子、控制、计算机等各学科的综合性、系统性的设计上;而对于机械类专业所开设的机电一体化课程应以学生实际所学各种知识为基础, 较简单地传授机电一体化的基本理论和思想, 并在其中加上一些电子、计算机等薄弱环节的知识。

传统的教学以讲授教材上的理论知识为主, 另外再加上一些应用实例以巩固所学知识, 缺乏实践环节, 因此, 对学生创新能力的培养是有限的。

二、机电一体化设计教学改革的主要内容

对机械设计制造及自动化专业的机电一体化设计课程进行的改革实践, 其内容主要为整合教学内容、培养学生创新能力和改进教学手段、改变考核等。

1.针对教学对象重新整合教学内容

机电一体化系统设计应该具备的前续课程为机械设计、机械原理、电工技术、模拟电子和数字电路、控制工程基础及微机原理等等。但实际上, 本科四年制机械设计制造及自动化专业所学课程较多、较广, 很难单单只为满足机电一体化课程教学而设计整个课程体系, 所以除机械类课程外, 其他课程有的只是相关内容的简单综合和概括, 如电子电工技术代替了电工学、模拟电子与数字电路等, 还有一些则根本没有开设。很显然, 在电子技术、计算机技术等方面相当薄弱, 这为开展机电一体化教学造成了不少的困难。因此, 在课程内容上要适当加入一些电子、计算机方面的知识。但是, 这部分教学主要是针对一些相关机电一体化实例而讲授的, 并且占用的课时也不是很多。毕竟教学的主要目的是让学生掌握机电一体化设计的基本思想和原理。

2.增加实践环节, 巩固所学知识, 培养学生的创新能力

传统教学重理论轻实践。我们培养学生的目的, 不是让他们记住多少东西, 而是如何去应用所学的这些知识, 因此, 仅在课堂上传授知识是远远不能达到目的的。开展实践教学十分必要, 只有这样才能从根本上培养学生的创新能力。我们对机电一体化设计的课时安排作了一些调整, 授课时间由原来的72学时减少到48学时, 将减掉的24学时用做机电一体化课程设计, 让学生做一个机电一体化的产品设计, 如数控机床改造、简单机器人设计等。通过课程设计全面培养学生机电一体化设计的意识, 加深对机电一体化系统设计的认识。由于在设计过程中充分调动了学生的兴趣和积极性, 因此, 相比以前的纯教学方式取得了很好的效果。我们除了增加课程设计外, 还增加了一些参观实习的内容, 通过简单的动手操作、拆装数控机床等机电一体化产品, 加强了学生设计过程中的机电一体化意识。

3.在教学中使用各种现代化工具, 提高学生的学习兴趣, 降低理解难度, 培养学生利用工具处理问题的能力

多媒体教学软件在高校教学中已经普及。最普通的多媒体软件PowerPoint, 虽然简单实用, 在教学中也能起到良好的效果, 然而其交互性和专用性相对较差。针对这一情况, 我们专门开发了适合机电一体化教学的多媒体课件。该课件主要应用Authware、Photoshop、Firework等各种多媒体软件, 结合多年机电一体化教学经验, 在一些难点、重点地方多采用动画以及实体照片、录像等各种方式创建而成。这一课件在教学实践中提高了学生的学习兴趣, 降低了理解难度, 在保证教学质量的同时, 提高了教学效率, 在某种程度上解决了教学任务重与时间短的矛盾。“工欲善其事, 必先利其器”。即将步入机械工程行业的学生, 掌握各种先进的处理工具, 尤其是计算机工程软件, 是十分必要的。所以在教学过程中, 引导学生利用课外时间学习SolidEdge三维设计、Protel电路设计与仿真、Matlab/Simulink控制仿真、Labview虚拟仪器等软件, 并利用这些软件对机电一体化的部分重点、难点进行分析, 有助于学生加深对机电一体化的认识, 并初步具备使用这些软件解决一些简单的机电一体化设计问题的能力。

4.改革考核方式, 引导学生树立正确的学习态度

在高校, 考试仍在很大程度上起着学习指挥棒的作用。在选修机电一体化设计的学生中, 有一部分人的主要目的是拿学分。他们平时学习不认真, 到接近考试时临时突击复习, 虽然也能通过考试, 但他们掌握的知识很不牢固, 没有达到教学要求。针对上述情况, 我们改革了对学生的考核方式, 变以往的闭卷考试为开卷考试, 变一卷定输赢为分批、分层、分散考查学生, 加大对学生平时的考查力度。另外, 在相应的重要章节布置一些小论文, 提高学生兴趣, 开发创造力。通过这些行之有效的措施, 扭转了一些学生的学习态度。课上认真听讲, 课下踊跃钻研的学习风气逐渐形成。

三、教学改革的主要成效

通过改革, 机电一体化设计教学取得了较大的成果, 在改革中获得了丰富经验。机电一体化设计教学改革有以下主要成果:重新整合教学内容, 使之更加适合教授非机电专业学生;培养学生独立思考和动手的能力, 增强了学生的创造性;运用现代教学手段, 高质量、高效率地传授知识;加大学生平时的考核力度, 提高了学生的学习兴趣。

当然, 教学改革是一个长期的工作, 一次改革并不能做到一劳永逸。这就要求我们经常发现教学中存在的问题, 及时解决这些问题, 让教学工作更上一个新台阶。

摘要：非机电专业的机电一体化设计课程教学改革, 针对教学对象重新整合教学内容;增加实践环节, 培养学生的创新能力;使用各种教学工具, 培养学生利用工具处理问题的能力;改革考核方式引导学生树立正确的学习态度, 取得了良好的效果。

关键词：机电一体化,设计,教学改革

参考文献

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机电一体化设计 篇2

1.1无级变速传动链

1.1.1机床主传动系统设计满足的基本要求

机床主传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同，应满足的要求一也不一样。在设计机床主传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求:(1)满足机床使用性能要求。

首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数);传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠等。(2)满足机床传递动力要求。

主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。

1.1.2数控机床主传动系统分类

机床主传动系统可按以下不同的特征来分类:(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分为单速交流电动机驱动或调速交流电动机驱动两种。调速交流电动机驱动又有多速交流电动机驱动和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。(2)按传动装置类型可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置及其组合。(3)按变速的连续性可分为分级变速传动和无级变速传动(此部分在下面详细介绍)。数控机床的主传动要求有较大的调速范围，以保证在加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。大多数数控机床采用无级变速系统，数控机床主传动系统主要有以下四种配置方式:(1)主轴电动机直接驱动。

如图2一1(a)所示，电动机轴与主轴用联轴器连接，这种方式大大简化了主轴箱和主轴结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响较大。目前，多采用交流伺服电动机，它的功率很大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，效率很高。(2)电动机经同步齿形带带动主轴。

如图1一1(b)所示，电动机将其运动经同步齿形带以定比传动传递给主轴。由于输出扭矩较小，这种传动方式主要用于小型数控机床低扭矩特性要求的主轴，可以减小传动中的振动和噪声。

(3)电动机经齿轮变速传动主轴。

如图1一1(c)所示，主轴电动机经二级齿轮传动变速，使主轴获得低速和高速两种转速，从而使之实现分段无级变速，这种方式在大、中型数控机床中采用较多。经过齿轮传动降速后，电动机输出转矩可以扩大，以满足主轴低速运转时输出扭矩大的特性要求。一部分小型数控机床一也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。(4)电主轴。

如图1一1(d)所示，将调速电动机与主轴合成一体(电动机转子轴即机床主轴)，其优点是主轴部件结构紧凑、刚度高、质量轻、惯量小，且可提高调速电动机启动、停止的响应特性;其缺点是电动机发热易引起热变形。1.1.3无级变速传动链的设计 无级变速传动链可以在一定的变速范围内连续改变转速，以得到最有利的切削速度;能在运转中变速，便于实现变速自动化;能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器来实现。机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠，常用于中、小型车床、铣床等主传动系统中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动系统中。电气无级变速器有由直流电动机或交流调速电动机驱动的两种，由于它可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速，故其应用越来越)’一泛，尤其在数控机床上目前几乎全都采用电气无级变速器。

数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，这不仅能使其在一定的调速范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运转中自动变速。无级变速系统有机械、液压和电气等多种形式，数控机床一般采用由直流或交流调速电动机作为驱动源的电气无级变速。由于数控机床主运动的调速范围较宽，一般情况下单靠调速电动机无法满足;另一方面调速电动机的功率和转矩特性一也难以直接与机床的功率和转矩要求安全匹配。因此，需要在无级调速电动机之后串联机械分级变速传动，以满足调速范围和功率、转矩特性的要求。(1)无级变速装置的分类。

机床主传动中常用的无级变速装置有三类:变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。

1)变速电动机。

机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流电动机，它们在额定转速以上为恒功率变速，通常变速范围仅为2 ~3;额定转速以下为恒定转矩变速，调整范围很大，变速范围可达30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率变速范围，可在变速电动机和主轴之间串连一个分级变速箱。变速电动机I’一泛用于数控机床和大型机床中。

2)机械无级变速装置。

机械无级变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型和宽带型等多种结构，它们都是利用摩擦力来传递转矩的，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围小，多数是恒转矩传动，通常较少单独使用，而是与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。机械无级变速器应用于要求功率和变速范围较小的中、小型车型、铣床等机床的主传动中，更多的是用于进给变速传动中。

3)液压无级变速装置。

液压无级变速装置通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。它的特点是变速范围较大，变速方便，传动平稳，在运动换向时冲击小;易于实现直线运动和自动化。液压无级变速装置常用在主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。(2)无级变速装置与机械分级变速机构的串联。在无级变速系统装置单独使用时，其调速范围都较小，远远不能满足现代通用机床变速范围的要求。因此，常常将无级变速装置与机械分级变速机构串联，以扩大其变速范围。(3)采用直流或交流电动机无级调速。

机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。直流电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需转速的。直流电动机从额定转速向上至最高转速是用调节磁场电流(简称调磁)的办法来调速的，属于恒功率调速;从额定转速向下至最低转速是用调节电枢电压(简称调压)的办法来调速的，属恒转矩调速。通常，直流电动机的恒功率变速范围较小，仅为2~4，而恒转矩变速范围很大，可达几十，甚至超过100。交流调速电动机靠调节供电频率的方式来调速，所以其常被称为调频主轴电动机。通常额定转速向上至最高转速气max为恒定功率，变速范围为3~5;额定转速至最低转速气为恒转矩，变速范围为几十，甚至超100。直流和交流电动机的功率转矩特性如图1-2所示。

交流调速电动机由于体积小、转动惯性小、动态响应快、没有电刷且能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，故磨损和故障也少。现在在中、小功率领域，交流调速电动机已占优势，应用一也更加广泛。伺服电动机和脉冲步进电动机都是恒转矩的，而且功率不大，所 以只能用于直线进给运动和辅助运动。基于上述分析可知，如果直流或交流调速电动机用于拖动直线运动执行器，例如龙门刨床工作台(主运动)或立式车床刀架(进给运动)，可直接利用调速电动机的恒转矩变速范围，用电动机直接带动或通过定比减速齿轮拖动执行机构。

1.2主传动系统分析

数控车床用于加工回转体零件。它集中了卧式车床、转塔车床、多刀车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中应用较广泛的品种之一。下面以一个典型数控车床C K3263 B为例说明如何分析数控机床主传动系统，图1一4所示为C K3263 B主传动系统。主电动机经带轮副和四速变速机构驱动主轴，其传动路线表达式是

拟定转速图如图2-5所示，从图中可知，主轴共得到四段转速:

1.3 车床数控化改装主传动系统方案设计

将06140卧式车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电动机开环控制，纵向和横向均具有直线和圆弧插补功能。将原来的主传动系统改装为主变速系统。一般的卧式车床在改装为经济型数控车床时，主传动系统和变速操纵机构是不动的，可利用暂停指令进行手动变速换挡，然后再继续加工。如果要提高机床的自动化程度或者所加工工件的直径相差较大，在加工过程中需要自动变速时，可考虑设置加工过程中的自动变速装置，本任务即后一种情况。

将机械主传动系统改装为自动变速装置的几种方案说明见下文介绍。1.采用多速电动机改装

目前采用多速电动机对主传动系统进行改装，一般是将主电动机更换为双速或四速电动机，由微机系统信号自动控制切换电动机的转速。这样做的好处是机床性能良好，主传动链改装量较少，但多速电动机的功率是随着转速的变化而变化的，所以电动机功率要选的大一些，同时电动机的尺寸一也大，因此还要增加一套电动机变速系统。2.主变速系统改装

对主轴箱内变速系统进行改装，一般是将滑移齿轮变速改为电磁离合变速。这种变速机构仍为有级变速，一般变速级数不超过四级。3.采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装

改装后，机床主轴由直流主轴电动机(或交流主轴电动机)通过皮带直接带动，并通过电气系统实现无级变速。

采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装，其改装成本高，但效果好，能获得满意的速度，而且由于传动链中没有齿轮，故噪声很小。另外在改装中要注意，主轴电动机的选择要与进给系统电动机配套，以利于使用CNC系统。图1-5所示为本任务改装后的主传动系统示意。拆下原操纵手柄，装上齿轮2;以一个180 W的交流小电动机8通过蜗轮副7和齿轮3, 2将运动传给手柄轴1，带动主轴箱内的拨叉和滑块进行变速。另外将手柄轴接长，在接长轴4上安装带单个压块6的圆盘，并在附加的机壳上固定一个装有6个微动开关的圆盘5, 6个微动开关的位置与6级变速挡位对应。当手柄轴带动圆盘转动时，压块6依次压下6个微动开关，发出6个不同信号，数控系统通过对电路信号的识别来控制变速。

自动变速过程如下:当变速电动机接到S指令后，便开始转动，通过传动装置使手柄轴带动拨叉滑块使变速齿轮移位。与此同时，在速度继电器的控制下，主电动机低速点动，以便滑移齿轮顺利地进人啮合位片。当压块压下的触点信号与数控系统S指令信号相符时，小电动机制动，主运动变速完成。这种方案保留了原主轴箱的结构，改装量小，但只适合于06140型车床。

1.3.2主传动系统设计过程 1.明确已知条件，草拟转速图 拟定转速图的一般步骤如下:(i)确定变速组数及各变速组的传动副数;(2)安排变速组的传动顺序，拟定结构式(网);(3)分配传动副传动比.绘制转凉图 2.齿轮齿数的确定

齿轮的齿数取决于传动比和径向尺寸要求。在同一变速组中，若模数相同且不采用变位齿轮，则传动副的齿数和相同;若模数不同，则齿数和S与模数m,成反比，即:

对于三联滑移齿轮，当采用标准齿轮且模数相同时，最大齿轮与次大齿轮的齿数差应大于4，以避免滑移过程中的齿顶干涉。

当传动比i采用标准公比的整数次方时，齿数和S及小齿轮齿数可以从表1一1中查得。

1.4 实训准备

1.项目任务单

项日任务单见附录二。2.项目要求

学完基础知识及实例后，学生自主分析数控车床主轴箱实物，熟悉内部组成，然后分组制订设计方案，方案合格后，开始具体设计。3.仪器与设备(1)CAK4085数控车床6(2)《机床设计手册》若干。(3)扳手、钳子、直尺。4.实训步骤

(1)学生分组，并在现场分析数控车床主轴箱实物。(2)学生分组，制定任务实施方案。

(3)根据任务实施方案，学生将任务实施过程填入记录表1一2中。1.4.2项目评价

项日的整体评价如表1-3所示。

图1一1数控机床主传动的配置方式

图1-2直流和交流调速电动机的功率转矩特性

图1-4 CK3263B主传动系统

图1-5改装后主传动系统示意图

表1一1常见传动比的适用齿数

表1一2项目实施过程记录表

表1-3项目评价表

项目二数控车床导轨副设计 2.1.1导轨副设计步骤

(1)根据已知的工作条件，选择合适的导轨类型，常见导轨形式见表2-1.(2)选择导轨截面形状与组合方式。常见导轨截面形状见表2一2。1)双三角形导轨。如图2-1所示，双三角形导轨导向性和精度保持性都很高，磨损后能自动下沉补偿磨损量。两条三角形导轨副同时起支撑和导向作用，由于结构对称，两条导轨磨损均匀，故接触刚度好。但由于超定位，加工、检验、维修都较困难，而且当量摩擦系数也高，因此适于精度高的场合。例如丝杠车床、单柱坐标锁床的导轨副等。2)双矩形导轨。

如图2一2所示，双矩形导轨的刚度高，当量摩擦系数比双三角形导轨低，承载能力强，加工、检验、维修都较方便，因此被广泛使用，例如数控机床的导轨副。双矩形导轨承载面和导向面是分开的，存在侧向间隙，必须用镶条调节。

如图2一2(a)所示，用两外侧面做导向面时，间距大、热变形大、间隙大，因而导向精度低、承载能力大;如图2-2(b)所示，以内外侧面做导向面时，间距小、热变形小、间隙小，因而导向精度高、易获得较高的平行度;如图2一2(c)所示，用两内侧面做导向面时，由于导轨面对称分布在导轨中部，当传动件位于对称中心线上时，避免了由于牵引力与导向中心线不合而引起的偏转，不致在改变运动方向时引起位置误差，故导向精度高。3)三角形与矩形组合。

如图2-3(a)和图2-3(b)所示，三角形与矩形组合导轨兼有三角形导轨的良好导向性及矩形导轨的制造方便、刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。其缺点是三角形导轨比矩形导轨磨损快，易造成磨损不均匀，磨损后又不能通过调节来补偿，故对位置精度有影响。

三角形与矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便和刚度高等诸多优点，因此被广泛使用，例如车床、磨床、龙门刨床、龙门铣床、滚齿机、坐标锁床的导轨副等。4)双燕尾形导轨。

如图2一4(a)所示，它的高度较小，可以承受颠覆力矩，是闭式导轨中接触面最少的一种结构。间隙调整方便，用一根镶条就可以调节各接触面的间隙。这种导轨刚度较差，加工、检验、维修都不大方便，适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的场合，例如牛头刨床和插床的滑枕导轨、升降台铣床的床身导轨、车床刀架导轨副和仪表机床导轨等。5)矩形与燕尾形导轨组合。

如图2一4(b)所示，由于它兼有调整方便、能承受较大力矩的优点，故多用于横梁、立柱和摇臂的导轨副。6)双圆柱导轨组合。圆柱导轨具有制造方便、不宜积存较大切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后一也不易补偿，因此适用于移动件只受轴向力的场合，例如攻螺纹机、机械手的导轨副等。(3)通过计算选择结构参数。

1)计算额定动载荷Ca’(单位N)。

式中: KW—负荷系数，按表2一3选取;KH----硬度系数，按表2一4选取;KT—温度系数，按表2一5选取;KC—接触系数，按表2一6选取;K—寿命系数，一般取K=50;2)依据 的原则，选择结构参数。(4)其他参数选择。1)导轨材料选择。

铸铁耐磨性好，热稳定性高，减振性好，成本低，易于加工，在滑动导轨中应用广泛。淬硬的钢导轨耐磨性好。镶装塑料导轨具有耐磨性好，动、静摩擦系数接近，化学稳定性好，抗振性好，抗撕伤能力强，工作范围广，成本低等诸多优点。在选材时，支撑导件与运动件应选不同的材料，其热处理的方式一也有所不同。2)调整装置。

导轨工作时会产生间隙，间隙过小会增加摩擦阻力，间隙过大会降低导向精度，所以应选择合适的调整装置进行调整。例如滑动导轨副采用压板和镶条两种方法调整。①镶条。

镶条用来调整矩形导轨、燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面能正常接触。镶条应放在导轨受力较小的一侧，常用的有平镶条和楔形镶条两种。

平镶条如图2一5所示，它是靠调整螺钉1移动镶条2的位置来调整间隙的，图2一5(c)所示为在间隙调整好后，再用螺钉3将镶条2紧固。平镶条调整方便，制造容易，图2一5(a)和图2一5(b)所示的镶条较薄，而且只在与螺钉接触的几个点上受力，容易变形，刚度较低，日前较少使用。楔形镶条如图2一6所示，镶条的两个面分别与动导轨和支撑导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高，但加工较困难。

楔形镶条的斜度为1 : 100一1:40,镶条越长，斜度应越小，以免两端厚度相差太大。如图2一6(a)所示的调整方法是用调节螺钉1带动镶条2做纵向移动以调节间隙。镶条上的沟槽a在刮配好后加工，这种方法构造简单，但螺钉头凸肩和镶条上沟槽之间的间隙会引起镶条在运动中窜动。图2一6(b)所示为从两端用螺钉3和5调节，避免了镶条4的窜动，性能较好。图2一6(c)所示为通过螺钉6和螺母7调节，镶条8上的圆孔在刮配好后加工，这种调节方法方便，且能防止镶条8的窜动，但其纵向尺寸较长。②压板。

压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受的颠覆力矩，如图2一7所示。

2.2.1选择导轨副

1.确定最大载荷F-max 已知作用在单滑座上的最大载荷Fmax，滑座数M=4，工作台受到进给方向的载荷(与丝杠轴线平行)Ff= 1 401 N，工作台受到横向的载荷(与丝杠轴线垂直)F-n= 337 N ,工作台受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直)Fe=512 N，移动部件总重量G =736 N。单滑块所受的最大垂直

2.确定额定工作时间寿命孔 要求该导轨副每天开机6h，每年工作300个工作日，且工作8年以上，则额定工作时间寿命:

3.确定行程长度系数TS 要求单向行程长度LS = 0.52m，每分钟往返次数为3，则额定行程长度系数: 4.计算额定动载荷Ca’(单位为N)要求工作温度不超过120 0C，工作速度为40 m/min，滚道表面硬度取60 HRC。由前面的计算结果得额定工作时间寿命Th = 14 400 h。则:

表2一7为JSA一KL型直线滚动导轨副(宽型螺孔)尺寸参数，图2一8所示为其外形图;表28 JSA-ZL型直线滚动导轨副尺寸参数

表2-9项目实施过程记录表

表2-10项目评价表

项目三 简易机电产品设计与制作

3.1.1设计原则

一方面，在保证产品完成规定功能的前提下，通过对构成各子系统的方案进行优化组合，降低成本，使系统功能平稳、准确、快速，以满足用户的要求。机电一体化产品的主要特征是自动化操作，功能是产品的生命，只有功能可靠，产品才具有价值。另一方面，要使功能达到最佳，机械子系统、电子信息处理子系统、动力子系统、传感检测子系统和执行机构子系统5部分构成要素的匹配、相互协调和相互补充也极为重要。而通过降低成本，并且使系统功能达到稳、准、快，又增强了产品的市场竞争力。

3.1.2设计工作流程

一个全新的机电一体化产品的正向设计和开发过程大体可以分为产品规划、概念设计和详细设计三个阶段。1.产品规划阶段

产品规划包括需求分析、市场预测和技术可行性分析，最后确定设计参数及设计制约条件，提出设计要求，并将其作为设计、评价和决策的依据。(1)需求分析。

需求分析从需求识别开始，认识需求是一种创造性工作，设计人员应深人实际，细致观察，敏锐捕捉市场的需求，并及时完成产品的开发和试制工作。(2)市场预测。

市场预测是产品的前期调研工作，调研内容主要有以下三方面: 1)面向用户的产品市场调研:主要有产品销售对象的可能销售量，用户对产品的功能、性能、质量、使用维护、包装及价格等方面的要求。此外，还应了解竞争产品的种类、优缺点和市场占有率等情况。

2)面向产品设计的技术调研:主要有行业和专业技术发展动态，相关理论的研究成果和新材料、新器件的发展动态，竞争企业、竞争产品的技术特点分析等。此外，还要了解本单位的生产基础条件。

3)面向产品生命周期的社会环境调研:主要有产品生产和目标市场所在地的经济技术政策(如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全法规等)，产品的种类、规模及分布，社会的风俗习惯，社会人员构成状况及消费水平、消费心理和购买能力等。

通过调研应确定开发产品的必要性、种类和生命周期，预测产品的技术水平、经济效益和社会效益等，确定用户对产品的功能、性能、质量、外观和价格等方面的要求，即形成产品的初步概念，然后进行技术可行性分析。(3)技术可行性分析。

技术可行性分析包括以下几个方面: 1)关键技术和技术线路:研究本产品需要的关键技术，指明产品实现的技术路线和技术标准。例如，一个新概念汽车，采用什么样的发动机、什么样的控制总线和什么样的人机接口等。所使用的关键性技术应该是比较成熟的、成本和技术风险容易控制的。如果要采用比较前沿的新技术，则需要在市场和成本方面多做考虑。

2)可选技术方案:同样的产品可能有多种技术方案可选择，设计人员必须根据一定的准则从中选择一个最合适的方案或将这些方案进行综合处理。

3)主要性能指标及技术规格的可行性:产品的性能指标及技术规格对产品的成本和市场竞争力至关重要。性能指标和技术规格越高，产品的成本就越高，价格也就越高。但市场竞争力不完全由技术性能决定，还与其价格、品牌等许多因素有关。用户往往追求性价比高的产品。因此制定产品的规格和性能指标需要综合考虑各方面的因素，突出产品的特色，力争做到高性能、低价格。在制定主要产品的规格和性能指标时还要充分参考竞争对手的产品及发展趋势，制定最合理的参数。

4)主要技术风险:综合分析产品功能、技术规格及性能指标实现的可能性，分析产品开发、生产中可能存在的各种问题和风险，以及这些问题与风险的解决和规避方法。如果不充分考虑这些问题和风险，产品开发时间则可能拖延，从而错过市场最佳时机，使产品的成本过高、质量和成品率低或者大规模地更换生产设备等。因此，必须提前对这些问题进行充分的评估，使产品开发和生产能顺利进行。

5)成本分析:根据所制定的产品技术规格和技术路线，综合分析产品成本，包括技术成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，为产品的立项提供决策支持。

6)结论和建议:根据产品的成本分析和技术风险分析，对产品的技术规格、性能指标和市场定位等参数提出修改建议，确定产品是否立项。产品立项应给出生产设计要求表，表中所列要求分为特征指标、优化指标和寻常指标，各项要求应尽可能量化，并按重要程度分出等级。2.概念设计阶段

在概念设计阶段输人生产设计要求表，输出总体方案。该方案主要包括产品外观和结构布置方案、产品部件或子系统划分以及设计目标、各部件或子系统的接口设计等三个方面，并制订详细设计任务书、验收规范及进度计划。

3.3案例导入

(3)确定小带轮齿数Z1和小带轮节圆直径d1.应使小带轮齿数，而带轮最小许用齿数Z min可查表3一3获得。当带速和安装尺比寸允许时，Z1尽可能选用较大值，初步选取Z1=12。(4)确定大带轮齿数Z2和大带轮节圆直径d2(5)初选中心距久ao、带的节线长度Lop、带的齿数Zb。

根据表9-4选取接近标准的节线长度Lp=381mm，相应齿数Zb= 40。(6)计算实际中心距a。

设计同步带传动时，中心距a应该可以调整，以便获得适当的张紧力。(7)校验带与小带轮的啮合齿数Zm 啮合齿数:(8)计算基准额定功率P0

(9)确定实际所需的同步带宽度bs。

式中bs0—选定型号的基准宽度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小带轮啮合齿数系数，由表9-6可查得K, = 0.8。10)带的工作能力验算。

根据下式计算同步带额定功率P的精确值，若结果满足 率)，则带的工作能力合格。

带的设计功

同步带传动示意简图如图3-9所示。(11)结果整理。

同步带:选用L型同步带，订购型号为150 L100

最后，经过厂家订购与协商，确定带轮及带，零件如图3一

10、图3一11所示，同步带传动效果如图3一12所示。3.3.3锥齿轮传动设计

(1)确定齿轮材料及精度等级。

锥齿轮材料选择45 #钢调质，齿面硬度为217~225 HBS。经过计算齿轮传动的最大圆周速度为4.19 m/s，查表3一8可确定锥齿轮精度等级为7级)(2)确定模数及齿数。(3)计算相关参数。

根据以上尺寸画出小锥齿轮零件(见图3一13)和大锥齿轮零件图(见图3一14)。锥齿轮传动啮合部分三维造型如图3一15所示。3.3.4计数系统设计 在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数的，有直射式和反射式两种。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线反射到接收器上，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有反射，接收器没有接收到反射来的红外线信号则没有输出。有工件经过时，其将挡住光电路使发射器发出的红外线信号反射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。本项目的设计日的是每推一个料，计数器显示一个数，逐次递增。整体方案是:通过传感器(光电开关或磁性开关)检测到推杆动作，将信号传到单片机，单片机输出，并令数码管显示推出工件个数)其结构如图3一16所示。

本设计是两种传感器均可，接线图如图3一17所示。

本设计中的计数器、光电开关、磁性开关均需外购，其外形如图3一18所示。

3.4.1实训准备

1.项目目的

(1)使学生具备一般机电产品方案的设计能力。(2)熟练掌握同步带设计方法。(3)学会查《机械设计手册》。2.项目要求

每组学生自行设计同步带系统和计数系统。3.仪器与设备

(1)电脑若干(二维设计软件、三维设计软件必有)。(2)《机械设计手册》若干。4.实训步骤(1)学生分组设计方案。

(2)两位指导教师及各组组长审核方案。

(3)方案通过后，具体设计，学生将项目实施过程填入记录表3-9中。3.4.2项目评价

项目的整体评价见表3一10。

图3一1机电一体化系统设计流程

图3一2常用电子类组装工具

图3一4方案一草图

图3一5风能供料装置结构示意

图3一6风能供料装置主要部件示意

图3一7同步带

表3-1同步带载荷修正系数KA

表3一3带轮最小许用齿数Zmin

表3一4同步带节线长度L P

表3-5同步带在基准带宽下的许用工作拉力和线密度

表3一6小带轮啮合齿数系数

图3-9同步带传动示意简图

图3一10小带轮零件

图3一11大带轮零件

图3一12同步带传动效果

机电一体化系统设计教学改革研究 篇3

关键词：机电一体化系统设计；教学改革；实践

一、国内外相关研究现状分析

随着机械工业的蓬勃发展，世界各国对机械类专业的高等教育越来越注重实践性、应用性及前沿性。德国机电一体化专业课程体系建设是通过校企合作和工学结合的形式，以学习者专业能力、方法应用能力和适应社会能力等综合职业能力培养为本位，以市场需求为目标，以就业为导向，将学习和工作要素相结合，并通过分析与综合，把工作过程的各个部分按一定的顺序，导入课程体系中以构成一个有机的整体。美国宾夕法尼亚大学机械工程与应用力学系提出“机电一体化”课程改革思路，在学期项目中预定实验方案，根据实验方案决定课程内容。南京航空航天大学在机电一体化课程教学改革中，将科研成果引入课程的理论和实验教学中，自主研发教学实验系统平台，简化项目研究内容，研究一体化的系统教学法，培养学生的创新意识，提高学生综合素质。国内高校关于机电一体化专业人才的教育改革各有特色，但与国外教学水平相比，仍处于初级阶段，还没有形成系统的改革方案。建立适应机电一体化系统设计课程本身特点的教学模式任重而道远。

二、机电一体化系统设计教学改革研究

从机电一体化系统设计课程实践性、综合性特点出发，对其进行教学改革，是高校培养应用型机械类人才的关键。机电一体化技术课程教学改革主要包括教学内容改革、教学方法改革、实验内容改革及考核方式改革四个方面。

1.教学内容改革

以系统设计思想为主线，机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑，应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程都要贯彻系统设计的思想。首先是从整体角度及可行性方面对系统进行多种整体方案设计；然后对其机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置等组成部分及相关接口进行细节设计；最后对系统性价比进行衡量，得出优化设计方案。选择原则是在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。在讲授每一部分内容时都结合该案例，并将系统设计方法融于其中，既利于学生对知识的掌握，又能起到举一反三的作用，便于学生分析和设计其他的机电一体化产品。

2.教学方法改革

充分运用现代化教学手段，不断提高教学效果，由于机电一体化技术普遍应用于自动化设备（如数控机床、加工中心、机器人等）和自动化生产线（如柔性制造系统等），而学生基本未见过上述自动化设备和生产线，无法了解自动化设备和生产线是如何利用机电一体化技术进行工作的。另外，机电一体化技术是集控制技术、伺服传动技术、传感检测技术、计算机信息技术等于一体的新兴综合性学科，具有涉及面广、综合性强的特点。

3.实验内容改革

在实验教学环节开设的多为演示性、验证性实验，学生动手操作调试的机会少，学习积极性不高。机电一体化教学团队探索构建以学生为主体，以项目驱动为主线，通过项目任务引导理论教学和理论教学指导项目实践的互推互动的教学新模式。在剖析某几个典型机电一体化系统（项目）的结构组成、工作原理、设计过程中，串联讲解知识点并在实验环节进行知识点在项目中的具体应用实现，进而将项目实施和理论讲授有机融合，使学生所学知识得到利用，也提高学生对本课程的学习兴趣，将加强学生的工程实践能力、创新能力和工程意识培养与训练切实落实到每个教学环节中去。

4.考核方式改革

改变以理论考核为主、实践技能考核为辅的做法，加大实践技能考核的比例，探寻能够锻炼学生书面表达能力，提高学生独立动脑能力及实际动手能力，激发学生创新动力，提高学生针对实际工程问题的分析能力、解决工程问题的能力的考核方案。采用闭卷考试与平时作业相结合的形式，平时作业由教师根据课堂内容制定，形式为幻灯片汇报，针对一个题目，提倡小组成员合理分工，合作完成，目的在于鼓励学生阅读参考书，查找资料，拓宽和加深对理论知识的理解认识。同时注重考试内容的灵活性，增加了分析能力、创新能力的考题，重点考核学生的知识应用和知识迁移能力，适当地将实践环节成绩、论文写作成绩和平时成绩以适当的比例计算到总成绩中去，构建新的教学评价体系，科学分析评价教学效果。

众所周知，制造业是我国的支柱产业，也是自动化程度较高的行业。如今为提高产品质量与生产效率，制造企业越来越多地采用自动化生产设备和制造技术，而自动化生产制造的核心技术是机电一体化技术。通过多年的机电一体化专业教学实践及对走上工作岗位的机电一体化专业毕业生的访谈，了解到目前机电一体化专业毕业生的瓶颈所在，即学校学习的理论知识较多用不上，能用得上的理论知识又不知如何应用于实践，普遍动手能力较差。结合目前机电一体化人才市场对毕业生的具体需求情况，对机电一体化系统设计的教学改革进行研究与探索。对该课程的教学改革提出思路，目的在于提高学生的动手能力，以尽可能地减少理论与实践脱节的现象。

参考文献：

[1]张丽秀，张珂.高校机电一体化技术课程教学模式改革[J].中国教育技术装备，2014（4）：89-92.

[2]熊小琴，谢丹.关于机电一体化技术课程教学改革的思考[J].课程教材改革，2013（8）：33-34.

[3]孙松丽.机电一体化技术与系统课程教学改革与实践[J].大学教育，2015（10）：155-156.

[4]黄中华，谢雅.机电一体化技术课程教学方法探讨[J].长沙学铁道学院学报，2009（10）：86-87.

[5]徐浩宁，谢雅.机电专业实践教学新模式[J].职业技术，2009（2）：20-21.

基金项目：石河子大学一类课程“机电一体化系统设计”建设项目。

作者简介：胡蓉，1981年出生，女，新疆石河子人，石河子大学机电学院副教授，主要从事机械设计及其自动化专业的教学和科研工作。

机电一体化课程设计 篇4

一机电一体化技术与其他技术的区别

1.机电一体化技术与传统机电技术的区别

传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现, 如继电器、接触器等, 在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系;机械本体和电气驱动界限分明, 整个装置是刚性的, 不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心, 在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响, 整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

2.机电一体化技术与并行工程的区别

机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机地结合在一起, 十分注意机械和其他部件之间的相互作用。而并行工程将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进, 只在不同技术内部进行设计制造, 最后通过简单叠加完成整体装置。

3.机电一体化技术与自动控制技术的区别

自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重要支撑技术, 将自控部件作为重要控制部件应用自控原理和方法, 对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

4.机电一体化技术与计算机应用技术的区别

机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用, 目的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中的一部分, 它还可以在办公、管理及图像处理等方面得到广泛应用。

二教学方法

改以教师为主体的知识灌输型为以学生为主体的素质能力培养型教育。教学方法采用启发式、直观式、讨论式、发现式等多种教学手段的有机结合, 充分发挥学生学习的主体性和自主性, 培养学生的自主意识和合作精神, 鼓励学生独立思考, 激发学生的主动性和学习的兴趣。具体的教学方法包括:问题教学法、实物引导法、过程教学法、实验教学法、案例教学法等。一是问题教学法, 即围绕重点、难点问题集中讨论和分析, 力争做到重点、难点问题当堂解决。二是实物引导法, 即课堂上, 教师发放凭证、账簿、报表等实物, 让学生通过观察真实的凭证、账簿、报表等, 培养学生的感性认识, 缩短书本与现实之间的“距离”。三是过程教学法, 即借助于多媒体教学手段, 将处理的程序进行过程演示或通过模拟实验室电子流程板循序渐进地进行讲解, 使学生形成系统的知识体系。四是实验教学法, 即在实验室让每一位同学进行实际手工和上机操作, 熟悉各岗位的手工操作, 培养学生的实际动手能力, 实现学生“零距离”上岗。五是案例教学法, 改变传统的课堂讲授教学方法, 选用或自行设计相关案例, 由教师组织学生参与, 在分析案例的过程中开展教学活动, 促进学生相互讨论和交流的教学方式。案例教学法能极大地激发学生学习的兴趣和主动性。

整个课程的组织是以多项目为导向, 每个项目分成基于工作过程的不同任务来完成。项目的设计遵从学习认识规律和职业成长规律, 从简单到复杂、从单一技能训练到综合技能训练。项目的设计也遵从学生的个性差异, 设计具有难度梯度的项目, 适应不同基础的学生完成, 即使难度最低的项目也能满足课程大纲要求。在每个项目类中, 有一个案例教学项目, 另外的三个项目难度递减, 学生根据自身的情况选择完成。最终达到学生的PLC应用技术由生手变为熟手, 职业素养得到较大的提升。

企业项目不是一成不变的, 是根据企业目前生产实际情况, 决定学生完成什么样的企业项目。另外企业项目的时间安排也要随着企业生产情况进行调整。课程以项目为主线, 基于工作过程的任务驱动进行项目的实施, 体现“做、学、导”的过程。项目布置后, 先由学生自己思考、自己尝试, 体现学生的“自主探究”, 也就是学生“做”的过程;当在完成项目中遇到困难和问题时, 小组学生相互讨论, 老师参与但不指导;当小组内无法解决时, 组与组之间进行讨论, 体现学生的“合作探究”, 也是“学”的过程;当仍然解决不了问题时, 老师加以启发引导, 学生重新思考解决方案;若还是无法解决, 教师则进行案例 (案例所用项目与学生完成项目不同) 教学, 针对学生出现的问题作为教学重点, 尤其特别注重教授学生分析问题、解决问题的方法和新的知识点, 然后学生结合讲解, 再次完成自己的项目, 这个过程体现了“协助探究”, 也是“导”的过程。教师在整个教学过程中只是起到引导、启发作用, 只教授学生各种方法, 但不替学生完成任务的任何部分, 让学生“不等”、“不靠”, 自己想方设法完成自己的任务。充分体现了学生的自主学习、探究性学习。另外, 每次课的开始, 同学之间相互交流上一次课完成项目中遇到的问题以及解决问题的方法, 针对好的方法和思路, 教师加以点评, 供其他同学借鉴。这样不仅使学生的专业知识得到巩固, 更重要的是系统地提升了学生的专业技能, 掌握了应对未来工作岗位上需完成项目或工作任务的方法。另外, 课程中采用多项目, 难度逐渐递进, 这样可以使学生的技能和完成项目的方法得到反复训练, 达到不断巩固的程度。

三教学成果

1.课程改革推动实训基地建设, 产学研成果使教学效果不断提高。为了满足该专业和课程的改革需要, 学校组建了机械电子学生实训培训基地, 为了使机电一体化课程能够在真实环境下实现工学交替和顶岗实习, 学校引入校外真实企业和真实产品, 以此项改革带动下的“校企合作, 实现工程实训基地运行机制创新的探索与实践成果, 优越的实践环境使教学效果不断提高, 该课程学完后学生基本达到了两个职业资格标准。

机电一体化专业规划设计 篇5

一．基本要求：1.英语四级，能阅读和研究英语资料，较强动手能力 2.熟悉专利和标准（较少）3.熟悉ISO9001质量体系（少部分本科要求）

二．技能要求：1.能够熟练使用PLC进行编程实现工业实现设备自动化控制功能。(非常重要)

2.能够熟练使用多种语言对工控机进行软件编写，实现工业设备自动控制功能（机械类）

3.熟悉工业控制设计规范和电气安全设计规范

4.能熟练调试工装夹具及自动化设备，熟悉自动绕线机，精通AutoCAD制图，Pro/e或UG软件，能画电器控制图

5.熟悉液压，气动原理，曾将其元件应用于自动化设备中

6.对电气控制【PLC（控制原理及编程技巧），单片机（熟练C语言和汇编语言进行项目设计），数控】有所了解

7.从事某某行业几年，学业：机电一体化，生物，影像，放射类等（客服电气工程师）

8.熟练自动化设备的控制和维修

9.对真空，空压机和空调有较深认识，有非标产品设计及制作经验

10.能独立完成电子线路图的设计，开发和制作，工作能力和统筹能力

11.熟悉气动系统，伺服系统，传感器领域的知识

12.熟悉非标自动化（经验者优先）设备电气线路连接及控制程序编写，调试

13.具有微型电机与机电一体化结构设计的实际经验

14.模拟示波器，数字示波器，眼图仪，逻辑分析仪，动态信号分析仪，函数信号发生器，射频信号发生器，低频信号源，高频信号源，调频调幅信号发生器，脉冲发生器，频谱分析仪，射频功率仪，场强仪，无线电综合测试仪，网络分析仪（主要电子类）三．岗位职责：负责制定设备的维护保养制度，负责非标产品的设计，指导设备制作人员对设备进行使用，对设备进行检修保养维护，对相关人员进行管理和培训

四．工作经验：一般为2年以上 五．体力要求：能适应在关外工作，能适应少量加班

六．大多数企业并不完全拒绝专科生，甚至学历要求也不是突不破的堡垒。总有一些专科生在强手如云的竞争中脱颖而出，被招聘单位相中。

这些学生大都具有如下特点：学习成绩优秀，英语好，在校担任学生干部，组织能力较强，性格成熟，稳重开朗，语言表达能力强，思维逻辑性强，有某方面特长等。

2012/11/27

机电一体化设计 篇6

一、关于机电一体化的核心技术

机电一体化包括硬件和软件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面入手：

（一）机械本体技术

机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面设计考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还要考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，减轻重量，提高效率。

（二）传感技术

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有设计采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

（三）信息处理技术

机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性。进而提高处理速度，并设计解决抗干扰及标准化问题。

（四）驱动技术

电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前.正在积极发展内部装有编码器的电机（或发电机）以及控制专用组件——传感器——电机三位一体的伺服驱动单元。

二、机电一体化技术的主要应用领域

（一）数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现为：

1.总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。

2.开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。

3.WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工制造过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。

4.大容量存储器的应用和软件的模块化设计。不仅丰富了数控功能。同时也加强了CNC系统的控制功能。

5.能实现多过程、多通道控制.即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。

6.系统的多级网络功能，加强了系统组合及构造复杂加工制造系统的能力。

7.以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。

（二）计算机集成制造系统

计算机集成制造系统（CIMS）的实现，不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”。实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

（三）柔性制造系统

柔性制造系统（FMS），是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机、实时、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

三、机电一体化技术的发展前景

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展：

（一）智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件.有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力。从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。

（二）系统化

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。系统可以灵活组合，进行任意的剪裁。同时寻求实现多个子系统协调控制和综合管理。系统化的表现特征之二就是通信功能大大加强。一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物（仿生学）系统化方向发展。

（三）微型化

微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术。是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级别方向发展。由于微型机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

（四）模块化

模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，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、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。

（五）网络化

网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向迅速发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术业发展很快。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

总之，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶和必然发展趋势，是社会生产力发展到一定阶段的必然需求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法、设计概念以及制造技术发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，也是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业（例如常规低压发电机和高压发电机）的必由之路。

参考文献

[1]张春祥.浅析机电一体化技术及设计要求[J].数字化用户，2013（15）.

[2]刘志，朱文坚.光机电一体化技术[J].现代制造工程，001年12期.

[3]徐爱亲.“机电一体化技术与系统”资源库设计与建设[J].电气电子教学学报，2013（6）.

[4]许勇，邹慧君.机电一体化系统方案生成推理的设计域研究[J].机械设计与研究，2008（2）.

机电一体化协同设计平台研究 篇7

机电一体化协同设计以多媒体、虚拟现实、计算机网络等相关技术作为基础, 克服了时间障碍和地域障碍, 使得多个学科领域的设计者能够对产品进行协同设计。机电一体化具有全球性。用CAX软件, 在基于UML、PDM技术, 虚拟现实样机构建的机电一体化协同设计平台, 以进行机电一体化协同设计。

1 机电一体化协同设计平台的构架

它是由一个基于PDM服务器与其它完成不同任务设计的工作站群, 通过网络连接的方式, 再经过企业网关和设计部门网关分布连接进入内部网。各个工作站群在该平台上进行数据交流, 保障能有效完成协同设计。

1.1 PDM数据管理

PDM是一类协助管理产品研发过程和数据管理工具, 该系统能跟踪数据, 可以对数据库记录、图文档案、位子档案等数据进行管理和规划, 它的具体工作有:CAD文件、工程分析、产品形态管理、规格、几何模型、产品软件元件、索引目录控制、有关文件和项目规划等。基于WEB项目级PDM是企业管理的最优工具和最有效的办法, 是企业文化与计算机技术完美结合的产物。PDM大体分为两大类, “企业级PDM”和“项目级PDM”, 根据规模大小、开放程度、功能差别和系统差别等进行划分。可以根据用户的不同需求随意组合成任意形态的数据交流平台。本文主要讲述“项目级PDM”的具体内容。

基于B/S的PDM是运用了浏览器技术, 相对传统基于C/S体系结构来说, 它对系统的维护、安装、修改提供了便利性, 而且解决了不同应用服务、不同网络环境、不同机种的联机服务问题。基于WEB项目级的PDM在处理数据在服务器上进行, 减小客户机负载量。客户机主要有浏览器即可在PDM上进行数据交流, 使得升级和维护方便化, 选择性更广泛、成本相对更小, 适用于多学科领域的设计者进行互交。如在一个设计团队里, 设计者各自使用系统不一, 在基于B/S的PDM不会出现互交问题。

1.2 工作站群

按照设计者专业不同, 对工作站群进行划分, 在同一个机电一体化协同设计平台中, 有数量不等的负责各自设计任务的工作站群。如需要设计一台有关电气的新产品, 如下:

设计管理在协同设计中完成进度控制、协调设计矛盾、审查设计工作, 作为单独的中作站群存在于机电一体化的协同设计平台中。

文档维护和处理工作站群, 它对设计产品所生成的文档进行维护和整理。

电子电气工作站群, 它负责对硬件设计, 在工作站群中的职能可分为电气系统设计、PCB设计和电路原理设计。它的任务是完成设计产品的制定功能所需设备进行设计。该工作站群一般是由EDA软件构建而成。根据提交给PDM的设计流程和产品方案, 负责PCB的人员按照产品设计流程和方案通过PCB进行设计, 再将设计数据提交PDM。这样电子电气工作站群就完成任务了。

软件设计的工作站群, 它的任务是通过从PDM上获取的设计数据, 包括设备硬件、设计方案、流程等各项数据来进行特定的控制软件设计。最后又将设计数据提交给PDM。

如此, 各个部门对有关产品的设计数据通过PDM进行互交, 以达到最后的设计目的。

2 机电一体化协同设计平台的具体运作

2.1 概念设计和语言运用

机电一体化协同设计平台的工作过程, 是由设计方案、设计、评估、样机制作和后期五个部分组成, 开发新产品首先要制定产品的设计方案, 需要有能够使沟通无障碍的语言进行交流, 一般情况使用UML建模语言, 这套语言被人们广泛应用于各个行业。在进行方案和流程设计时, 所有设计者可以得到良好的沟通以及协同。与此同时, 每位设计者制作任务书, 并且放在PDM系统给其他设计者提供参考。运用UML所建设的设计方案和流程可以通过PDM系统, 整个过程就是产品的概念设计, 概念设计是产品设计的重中之重, 决定着产品的创新性, 据资料显示, 概念设计决定了产品72%的成本。

2.2 具体设计

在机电一体化协同设计平台下的所有设计者通过概念设计, 进行样机设计, 在相互协作的作用下, 完成各自的设计任务, PDM会跟随工作站群设计所产生的数据, 并将这些数据展示给所有设计者, 设计者会根据数据来进行自己负责设计的调整或与其他设计者进行沟通协调, 以达到全部如一体的效果。

2.3 后期处理

在样机设计后, 最后阶段是进行文档处理, 例如说明书、各项单据等。各个工作群组的设计者需要总结他们所设计产品的设计过程, 将有用的一部分数据存档在PDM中, 为将来使用打下基础, 提高产品设计的效率。

3 结束语

机电一体产品设计对设计者起到一定的指导作用, 它对社会的发展起到关键性的作用。机电一体化协同平台的使用趋向成熟, 随着现今的科学技术不断提升, 机电一体化协同设计平台在此基础上也会随之进行修整和研发。机电一体化的实用性在不久的将来会得到更强的提升。

摘要：为提高机电一体化在多学科设计人员的协同设计效率, 运用CAX软件, 在基于WEB项目级UML, PDM技术和虚拟样机技术构建机电一体化的协同设计平台。以满足机电一体化的协同设计。本文探究了构成协同设计平台完成各项设计的工作站群和基于WEB项目级的PDM, 以及这个平台的运营方式。测试表明, 该机电一体化协同设计平台满足多专业多学科领域的设计团队协同设计工作, 大步提高设计效率, 提升设计产品的创新性。

关键词：机电一体化,协同设计,基于WEB项目级的PDM

参考文献

[1]徐海卫, 曾潇.机电一体化协同设计平台研究[J].制造业自动化, 2010.

[2]宋政君, 黄克正, 杨志宏等.协同概念设计中的版本管理[J].机电一体化, 2004.

[3]李爱平, 黄祥明, 徐立云等.网络化制造平台的参数化协同设计系统研究[J].机电一体化, 2009.

高职机电一体化模块教学设计 篇8

一体化教学模式是指在企业里学习实际操作和在职业学校学习理论知识平行进行, 是企业训练与学校教育密切结合起来。接受双元制职业教育的学生, 70%的时间在企业, 30%的时间在学校。一体化教学是顺应当前职业技术教育发展而产生的一种教学模式, 理论一实践一体化, 即将课堂教学搬到实际操作室, 把理论教学与实际操作融为一体, 通过一体化教师的讲解、演示、巡回辅导等教学手段, 让学生通过听、看、练等手法全面调动大脑的学习动机, 使学生更快, 更牢固地掌握所学知识。其主要特征是强调学生参与教学全过程, 强调学生互相合作解决实际问题, 强调以模块为基础的经验性知识培养。一体化模块教学模式要求理论教学与实践教学内容的一体化, 课程以模块的形式组织, 教师在知识、技能、教学能力上的一体化, 同时还包含教学场所的一体化、教材教案的一体化、教学组织过程的一体化。

(一) 机电一体化模块教学的内涵

一体化模块教学模式要求理论教学与实践教学内容的一体化, 课程以模块的形式组织, 教师在知识、技能、教学能力上的一体化, 同时还包含教学场所的一体化、教材教案的一体化、教学组织过程的一体化。因此, 一体化模块教学绝不是理论教学和实习教学在形式上的简单组合, 而是从学生技能技巧形成的认知规律出发, 实现理论与实践的有机结合。

通过一体化模块教学, 实现了理论和实践的高度统一, 教学更加直观、更加易学, 突出操作技能的训练, 使学生既具备必要的理论知识, 又具备熟练的操作技能, 还具有较强的发展潜能, 学生毕业后能很快适应生产岗位, 体现技工学校教育的特色, 为社会输送高素质的技能型人才。

(二) 机电一体化模块教学的基本特征

一体化模块教学具有很多明显的特征, 它与传统的教学模式相比较主要具有职业定向性, 情境性, 互动性, 实用性, 高效性等基本特征。

1. 职业定向性

一体化模块教学能够实现与专业培养目标的一致性。一体化模块教学的教学内容是以模块的形式来划分的, 它不仅能满足学校教学大纲的要求, 还能根据实际情况与企业生产实践相对应, 有的甚至可以与工作岗位相吻合, 因此课程的职业定向性十分明确。一体化模块教学的教学形式, 以及课程内容都体现出很好的职业定向性。

2. 情境性

一体化模块教学把理论教学与技能训练融为一体, 学生在教师的指导下, 通过对课程, 对生产, 对社会实践创设有挑战性的问题情境, 实现教学与现实情境的沟通与融合。一体化模块教学能使学生在真实的现场来感知所学的内容, 能在现实的操作过程中学习专业技能知识, 进一步理解消化专业理论知识。

3. 互动性

一体化模块教学的学习不是既定的, 而是动态变化的, 是由模块教学内容和研究方式交互作用而生成的。一方面, 学习者不断地从模块课程内容中感知、提取信息, 进行“交互”, 正确理解事物运动状态与规律的表征, 形成自己的心智结构;另一方面, 不同学习者具有不同的经验世界, 从而对某个问题有不同的看法, 通过相互争辩, 讨论, 交流, 实践, 共同解决问题, 可以形成更丰富、深刻的理解, 从而获取更多的知识与经验。

4. 实用性

“一体化模块教学”可以实现理论与实践的一体化, 课程内容是经过教师反复筛选编制的, 课程内容的深度和广度以实际工作需要为尺度的, 课程重点在于职业技能的学习和养成, 突出“宽基础”和“双融合”的原则。一体化模块教学的课程以能力为导向, 能合理的处理专业基础知识与专业技能之间的关系, 产学结合, 突出实践, 从而形成连贯的、全面的、完整的教学体系, 具有很强的实用性。

5. 高效性

“一体化模块教学"的课程设置打破了原有课程的模式, 对知识和技能体系重新组合, 删除了那些交叉重复的内容, 可以有效的避免讲授知识的重复和理论实训课程的脱节, 使学生的专业知识学习和专业技能的掌握相辅相承。

二、确立机电专业一体化教学采取的措施

(一) 机电理论和实践一体化教学体系

树立综合职业能力的课程观, 确立适合地域经济发展的机电专业的培养目标现代职业教育课程观的主要体现在以下几个方面:第一, 课程目标由“知识主体”转变为“学生主体”。教学目标是学生个体以及他们心理和行为的变化。为此要研究学生的认识和学习规律, 要使学生的各种学习任务与学生的学习规律保持一致。第二, 教育导向要逐步转变为“企业专家导向”。传统的课程的设计通常由教育部门来决定, 由于角色和角度的约束, 课程往往侧重学科知识的系统性, 易脱离市场实际。一体化本位课程则要求更多地听取、吸收、采纳机电行业专家们的意见和建议, 以更好地把握职业岗位现在和将来对从业人员的能力要求。第三, 综合职业教育能力课程的中心是学生, 教师将成为学习的促进者和组织者。为适应个体差异, 学生可以有不同的课程内容和学习进度。

(二) 构建一体化实训教学场所

(1) 在实训基地仿真实训。校内实训基地应满足机电仿真实训f的需要, 加大软、硬件设施投入, 再造校内实习、实训真实工作场景, 使学生在校内基地进行仿真实践, 切实培养其职业素养和技能。机电专业教师进行相应实训指导, 实现职业技能与职业素养一体化培养。

(2) 在校外实训基地现场实训。校外实训基地主要是企业, 为高职院校学生提供包括基本技能和综合能力两方面的真实的实践环境。由于学生在校外实训基地是顶岗培训, 在各个实训项目中均安排了技能训练。通过有关设备及工具的使用, 掌握本专业仪器设备的操作技能并熟悉其原理、结构和性能等, 为学生今后工作打下基础。另外, 学生在实习期间不仅能取得实际工作经验, 还能培养团队协作精神、群体沟通技巧、组织管理能力和领导艺术才能等个人综合素质。

参考文献

机电一体化系统设计方法的探讨 篇9

在系统设计时,需要考虑的因素很多,有技术的、经济的、社会的因素,但对于机电一体化系统设计,有如下一些共同的基本原则需要遵守。

1.1 机电互补原则

考虑到机械技术和电子技术自身的特点,相得益彰。比如,在经常需要调整系统转速的时候,可以用电子装置来代替齿轮调速装置,这样不仅可以提高调速精度而且灵活方便;采用PLC替代电磁继电器,不但可以大大提高系统可靠性,而且可以减小系统的体积和重量,给系统设计提供更大的灵活性。因此,根据机电互补原则进行系统设计,要求从机械技术、电子技术、硬件技术等方面来衡量的经济和技术的利弊,采取正确的选择。

1.2 功能优化原则

功能优化原则指在系统设计的时候,抓住用户最为关心的技术指标,特别是系统的可靠性、实用性、经济性等。对各种相关技术进行优化组合,而不是片面追求高指标、全功能。

1.3 自动化、省力化原则

高精度、高效率、高可靠性是机电一体化系统设计的重要指标,要求系统运行过程中可以实现自动的检测、控制、调节、记录和自动显示;在系统出现故障时能进行自动的诊断和采取应急措施,实现自动保护功能;在生产过程中生产任务变化的时候,可以灵活的改变,使其柔性化增加;更大限度地减少人为干预,降低人的体力和智力影响。

1.4 效益最大原则

在达到了系统功能目标和满足寿命要求时,尽可能的降低成本,需要合理的选用材料,多使用标准零件,正确进行结构设计,优化加工制造工艺,降低生产成本。优先使用先进的成熟技术,提高系统的技术附加值,增强系统的竞争力。

1.5 开发性原则

所谓开放性是指一组标准的原则,规范或约定统一的接口,通信和系统的外部连接,该系统可容纳的设备和软件产品的不同的生产厂家,还可以适应新的技术,以适应未来发展。

2 系统设计方法

机电一体化系统的复杂性决定了设计方法必须从有深入浅和化整为零两条途径入手,相应的方法是纵向分层法和横向分块法。

2.1 纵向分层法

纵向分层法是从系统的整体设计出发,按照系统的垂直结构设计和系统功能设计,将机电一体化系统的结构层次设计与相关的企业组织架构相对应,根据不同的任务,由相关的部门来完成,即将宏观的系统设计与微观的具体结构设计相结合的科学方法。宏观的战略性设计和微观的战术性设计是不同层面的设计方法,前者由企业的高级技术和管理部门结合专家意见来完成,对机电一体化系统规划出其总体的经济、技术要求等宏观项目计划。后者是根据战略性设计,将宏观设计落实到具体的技术设计和实施方案,通常由专门的技术部门来实施完成。

2.2 横向分块法

该方法是将系统设计分成几个功能模块来分别进行专门的设计,最后将各个模块连成一个有机的整体,执行系统功能。这种化整为零的方法非常直观并且易于实施。在考虑机械系统与电子技术有机结合的设计中,通常有3种设计方法:

(1)替代法。利用通用或专用电子元件取代传动机械零部件(或系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统,以弥补其不足。例如,使用伺服电机来代替齿轮调速系统,不仅可以增加调速范围,调速精度,还可以改变扭矩,不仅结构简单设计方便,还可以缩短制造周期。

电子元件遵循摩尔定律,在一个周期后性能提高一倍,价格降低一倍,随着电子科学技术的发展和进步,电子部件代替机械部件的场合比较多,因此,替代法将是机电一体化系统设计和改造的最常用的设计方法。

(2)融合法。将各组成要素有机地结合为一体,构成专用或通用的功能部件(子系统),各要素之间的机电参数有机匹配。例如,将电动机、PLC、联轴器、轴等设计成可调速的主轴模块,这样在机床设计或改造的时候,可以很方便的使用,结构合理紧凑可靠。

(3)组合法。将融合法制成的功能部件(子系统)、功能模块,搭积木式地组合成各种机电一体化系统,即将不同的功能部件进行有效的搭配组合,形成机电一体化产品,如将收音机和录音机的功能组合成功能更多更全的收录机,手机与摄像头功能的组合形成具有摄像功能的手机。这种组合不是其功能简单的叠加,而是充分体现系统的整体性,在考虑多个组合功能的基础上进行创新设计和改造。

3 机电一体化设计类型

3.3开放性设计

开放性设计是在既无参考系统,又无具体设计方案的情形下,仅仅根据抽象的设计原理和满足新系统的性能要求进行的原创性设计,具有很强的突破和创新性。

3.2 适用性设计

适用性设计是指在大的方案和原理基本保持不变的情况下,对现有系统进行局部改进,例如,用电子装置代替原有的机械结构,或者为了实现自动化控制,对机械结构进行的局部适应性变动。

3.3 变异性设计

变异性设计是指在设计方案原理和功能结构不变的情况下,仅改变现有系统的规格尺寸,使之适应某种量值变化的要求。

4 机电一体化系统开发路线

按照系统工程和软件工程的方法论,可以用生命周期法对机电一体化系统进行工程开发。机电一体化系统开发分为总体设计、部件设计和零件设计、技术设计和工艺设计,其工程路线为:(1)可行性论证;(2)初步设计;(3)详细设计;(4)实施和测试;(5)运行和维护。

为确保工程质量,尽早发现设计中存在的问题,提高开发效率,生命周期发要求在每个阶段结束时通过评审才能进入下个阶段工作。可以看出,上述系统开发过程与企业产品中的开发决策、产品设计、零件设计、加工、装配与测试、使用及维修的过程十分相似的。

参考文献

[1]陈荷娟.机电一体化系统设计[M].北京理工大学出版社,2013.

[2]吕强.机电一体化原理与应用(第3版)[M].国防工业出版社,2010.

机电一体化系统原理方案设计 篇10

机电一体化系统原理方案设计有一定的设计步骤。机电一体化系统原理方案设计的功能分析设计法主要是从系统的功能出发, 首先是经过技术过程的分析, 然后再确定技术系统的效应, 最后再寻找解决的途径。这种方法的主要特点就是通过功能关系的分析, 把复杂的设计要求, 变抽象为简单的模式, 能够寻找到能满足设计对象主要功能关系的原理方案。

一、确定系统总功能

(一) 设计问题的抽象化

在大量的实践中我们可以发现, 同一设计任务往往会有许多不同的途径, 而且许多方案的差异很大。而从当前的实际情况看, 很多设计人员总是习惯先画几个总体方案, 然后再从中选择一个, 接着再进行具体的设计。从实践情况看, 这种做法是带有一定的盲目性的, 可能会让设计人员失去判断, 不能判断方案是否最佳。主要是因为许多设计人员的知识和经验都不够丰富, 具有一定的局限性;同时也是因为设计要求明细表一般是相当复杂的, 很难进行直接求解。

为了解决上述问题, 我们可以尝试进行抽象化, 而抽象化的主要目的是:让设计人员能够暂时抛弃那些偶然情况和枝节问题, 重点关注突出基本的、必要的要求, 以便能够很好的抓住问题核心;同时能够清除构思方案前形成的条条框框, 能够让设计人员放开视野, 在思考中发现更理想的设计方案。

实践证明, 通过有效的抽象化, 设计人员能够在不涉及具体解决方案的情况下, 就完全可以清晰地掌握所设计的产品的基本功能和主要约束条件, 这紧紧的抓住了设计中的主要矛盾, 也就能够把思维注意力集中到关键问题上来, 最终可以准确的确定产品的总功能。比如说, 采煤机可抽象为物料分离和移位设备;设计轴的支承可抽象为相对运动表面间传递力和力矩。

(二) 黑箱法

在机电一体化系统工程中, 黑箱法是常用的抽象方法。我们可以这样比喻, 设计的机电一体化系统在求解之前, 就像一个看不清其内部结构的“黑箱”。那设计人员通过“黑箱”可以掌握所设计的系统与输入输出量, 乃至外界环境的关系, 这样就实现了摆脱具体的东西而按功能进行分析和思考的效果, 这样就有效的避免了过早地确定某种原理方案的不利情况, 能够让设计人员有更多的时间和空间, 去思考探索, 寻找新的、更好的方案。

系统的所有输入和输出都能够用物料、能搠料量、信号来概括。一般来说, 物料流、能量流和信号流都会存在量和质的差异。比如说, 数目、消耗量、体积、允许偏差、质量等级、信号功率、性能及效率等方面, 都存在较大的差异。然而在黑箱法研究中, 一般只会针对上述三种流进行定性的描述, 以便将问题简化, 以利于构思原理方案。

二、总功能分解

为了能够顺利的打开黑箱, 首先需要确定黑箱能实现工作对象转化的工作原理。因为, 在一般情况下, 不一样的工作原理冷却剂将会让机电一体化系统具有不同的技术经济效果。通常情况下, 系统都是较为复杂的, 要想直接求得满足总功能的系统方案是很难的, 因此, 我们可以考虑按照启动信号系统分解的方法实行功能分解, 以便能够建立功能结构图, 这样就可以充分显示各功能元、分功能与总功能之间的关系, 也能够利用各功能元之间的有机组合求出更好的系统方案。

系统的总功能可以分解为子功能 (或称一级分功能、二级分功能……) , 子功能又可再分解为功能元 (最小单位) 。也就是说, 功能是有层次的, 而且是能够逐层分解的。

下文我们将就功能元进行阐述。

在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。

1.物理功能元。其主要是集中反映系统中能量、物料、信号变化的物理基本动作, 常用的有转变一复原、放大一缩小、合并一分离、传导一绝缘、存储一提取。

转变一复原功能元, 这个转变包括了各种类型的转变, 如运动型式的转变、能量之间的转变、物态的转变、材料性质的转变及信号种类的转变等。

放大一缩小功能元, 主要是指各种能量、信号向量或者物理量的放大与缩小以及物料性质的缩放。

合并一分离功能元, 主要有能量、物料、信号同质, 或者是不同质数量上的结合, 既有物料之间的合并与分离, 也有流体与能量结合成压力流体 (泵) 的功能。

传导一绝缘功能元, 其主要的功能就是可以有效的反映能量、物料、信号的位置变化。传导的形式多样, 主要包括变向传导, 单向传导, 而绝缘则包括离合器、开关、阀门等。

存储一提取功能元, 主要是指对各种能量、物料和信号的保存和释放, 诸如弹簧、飞轮、电容器、电池等实现能量的存取;磁鼓、录音带等能够实现信号的存取。

2.数学功能元。其主要是反映数学的基本动作, 诸如乘和除、加和减、积分和微分、乘方和开方等。一般而言, 数学功能元主要适用于系统的加减机构和除法机构, 比如机械台式计算机、差动轮系、求积仪等。

3.逻辑功能元。其主要是用于控制功能, 包括“与”、“或”、“非”三元的逻辑动作。

三、求解功能元 (分功能)

在前面讲述中, 我们初步的探讨了机电一体化系统的总功能、功能元之间的关系, 也简要说明了系统的输入和输出以及内部的转换。那么我们如何才能实现这些功能呢?其实要解决这个问题也就是要进行分功能或功能元的求解。物理作用和作用件确定了功能元的原理解法。那现在我们的任务就是, 要找出实现各个分功能的物理作用, 也就是要求得功能元的原理解, 一般来说, 主要有以下几种求解方法:

(一) 直觉法

所谓的直觉法, 就是主要依赖设计师凭个人的经验、创造能力和智慧, 充分发挥自身的灵感思维, 通过发散思维来求得各种分功能的原理解。一般来说, 直觉思维是人对设计问题的一种自我判断, 因此通常是非逻辑的, 但是却能够迅速的、直接的抓住问题的本质。不过这不同于无中生有的胡思乱想, 而是在设计者长期的经验积累下, 经过思考而突然实现的思维和认识上的飞跃。

(二) 调查分析法

设计师要想更好的解决问题, 就必须要与时俱进, 随时了解当前国内外技术发展状况, 通过大量的文献资料查阅, 包括专利资料、专业书刊、学术报告和研究论文等, 进而能够掌握多种专业门类的最新研究成果。因为, 这往往是设计师解决设计问题的重要源泉, 是启发设计师灵感的主要渠道。

(三) 设计目录法

设计目录是设计工作的一种行之有效的工具, 可以说是设计信息的存储器与知识库。因为通过设计目录, 能够以表格形式清晰的把设计过程中所需的大量解决方案, 进行有规律地分类、排列和储存, 这就为设计者查找和调用提供了方便。我们说是的设计目录与传统的设计手册和标准手册有所不同, 其主要是为设计师提供分功能或功能元解, 给设计者具体启发, 帮助设计者具体构思, 而不是零件的设计计算方法。

四、选择系统原理方案 (解的组合方法)

在完成了各功能元的解后, 根据一定的原则对这些功能载体根据功能结构进行合理组合, 就可得到实现总功能的各种原理方案。在进行方案构思时, 如果能够充分的利用形态学方法来建立形态学矩阵, 那可以帮助设计者开拓思路, 能够帮助设计者进一步探求科学的创新方案。

一般来说, 设计者所得到的方案数是很大的。如果是复杂的大型设计问题, 那所得方案数将十分巨大, 以至无法一一检验。而大量的实践证明, 在实际的设计中我们可以不用对其逐一检验, 只要处理好两个关键的问题:

1.构成原理方案的各功能元解在物理上的相容性鉴别, 能够从功能结构中的能量流、物料流、信号流能否不受干扰地连续流过, 以及原理方案在几何学和运动学上是否有矛盾来进行直觉判断, 从而顺利的排除那些不相容的方案。

2.从技术与经济效益的角度, 挑选出几个较好的方案进行逐一比较。

五、结语

其实在设计中, 设计人员除了要按照相关的原来和原则进行设计之外, 还可以根据设计的需要, 结合自己以往的经验, 把自己设计过的类似设计和前期构思中形成的初步设想进行相互比较, 然后进行精确的分析和判断, 最终确定科学合理的设计方案。

摘要：机电一体化是当前生产机械发展的主要趋势, 有着广阔的发展前景, 对未来的机械生产有着重要的影响。而机电一体化系统原理的方案设计, 作为机电一体化系统的核心组成部分, 对机电一体化的总体设计影响深远。

关键词：机电一体化,系统原理,方案设计

参考文献

[1]李景涛, 韩英.机电一体化技术及其应用研究[J].机械管理开发;2010, (01) .

[2]李忠.论现代机械制造技术的科学发展价值[J].科技传播, 2010, (Z1) .

机电一体化设计 篇11

【关键词】高职 机电一体化专业 应用数学 整体设计

一、高职机电一体化专业应用数学课程的重要性

在高职院校涉及到的每一专业当中，都会具备应用数学这一基础课程。可是，在现阶段的高职所开展的应用数学课程，存在着较多的问题，例如：与实际脱离、课程内容与体系陈旧等。怎样将应用数学的本质特色显现出来，让高职学生把握实际生活中必要的数学知识，是应用数学教学中必须要解决的问题。所以，一定要在对高职机电一体化教学课程深入了解的条件下，将发展性和实用性相统一的应用数学课程建立健全，从而将合理的教学手段和教学方式成功探索。在一定程度上需要将机电一体化这一专业特点有效结合，重新设计教学方法、内容以及目标等方面，将应用数学在机电一体化专业中所展现的作用发挥出来。

二、高职机电一体化专业应用数学课程的整体设计

1. 建立考核评价体系

高职应用数学的考试，基本上是重视结果、忽视过程、重视理论、忽视能力的，并且存在着单一的考试模式，以及不合理的安排。所以，一定要将应用数学的考试模式合理改善，将较为具体全面的考试考核制度充分建立。针对高职学生的考核评价，需要具备多种形式、立体的要素。在传统型的应用数学考试方面，存在着较大的片面性，可是也会有其合理的一面。正确的方式，是需要对专业特点有效结合，考试内容中会恰当的添加一部分和机电专业有关联的应用数学问题，可是不能添加难度较大的内容，防止产生极大部分学生的不及格状况。此外，还需要将日常的考核和期中、期末开始有效融合在一起，日常的普通考核需要利用预习作业、论文写作、数学建模、课外作业等方式，优选出和应用数学内容有关联的题目，让学生进行选作，重视高职学生体验以及进步程度，一方面有助于学生充分改进学习方式，另一方面还能够让教师在考核评价阶段，将自身的教学方式合理调整[1]。

针对学生考核评价主要包含：价值观、学习方式、学习过程、技能、知识等全面的评价，需要进行在协商、平等的氛围当中，要将学生的自我发展、自我调节以及自我评价为根本，将学习的积极性充分调动起来，从而将高职机电一体化专业学生的能力发展得到极大促进。

2. 构建教学内容

高职机电一体化专业的学生，拥有在职能岗位上有效解决问题的能力，是毕业生一定要做到的。所以，高职应用数学的教学内容中，需要将能力作为目标，构建出与教学内容相符，同时又与所培养的目标相对应的创新教学内容。按照该专业毕业生的课程需求以及岗位职能特征，能够将应用数学分解为六大项。分别为：优化管理、产品检验和零件的精度测量、计算电路物理量、设备误差计算、计算电工向量、计算零件关键点。

3. 拟定课程目标

高职院校应用数学课程中的目标，具体包含：专业和通用的数学能力目标。机电一体化专业的学生，毕业之后所从事的岗位一般会包含：行政管理；生产管理；质量监督；操作与装配。在岗位能力上要求机电一体化专业的学生必须拥有常用工具使用、读图、专业资料等使用的能力。所以，通用的数学能力目标基本上会要求此专业的学生，利用学习应用数学知识，加强问题解决以及数学计算等能力。专业的数学能力目标要求学生，要学会应用微分和导数等概念，将实际数学模型有效建立等。

4. 构建教学方法和教学模式

按照高职机电一体化的职能特点，应用数学课程模式与项目教学相符。此教学模式的特点为：课程内容难易度是从易到难，项目都会包含课程中的所有任务，同时和工作的过程通常是相同的。根据这样的课程模式，能够将应用教学中传统型的整体模式，分割成不同的项目，重要的知识点会覆盖所有的项目，然后开展详细的设置，利用任务的相对驱动将教学活动有效展开，让学生们能够对工作任务直接参与并妥善完成。按照机电一体化课程需要和岗位需要，利用似真实、非真实的项目教学，能够将高职学生的应用数学对问题解决的能力提升。在实际的教学阶段，需要融合应用数学的特点，在用、做、学、导一体化的设计方法上，在教学的过程中使用讨论教学法、模型教学法等方式不断完善。如图1所示：

此外，还需要把应用数学课程的具体内容，拟定为详细的项目类型，接着以项目为基准，将相应的案例有所确定，继而从任务的角度上渗透知识，利用学生互相的讨论分析，将详细的解决方案得以明确，这时要在解决方案当中将数学公式、定理、定义正确引出，最终通过应用数学知识，将机电一体化的实际以及专业的问题充分解决。

总结

以上的论述，针对岗位职业的能力，整合原教材内容，有效地将教学实用性大力增强，对高职学习特点相对适合。在实施真实任务形式下的项目教学模式，能够对学生的学习兴趣充分激发，是对学生提升团队合作能力以及分析问题等能力的必要途径。

【参考文献】

[1]洪小丽，孙涛.高职机电一体化专业课程现状及改革思考[J].长沙航空职业技术学院学报，2013，11（09）：21-22.

[2]陈云庭，钟波.新高职机电一体化专业教学内容及课程体系建设[J].大众科技，2013，8（07）：112-113.endprint

【摘 要】本文主要对机电一体化专业应用数学课程的重要性充分探究，从发展性和实用性两方面相互统一的作用下，对应用数学的课程考核评价体系、内容以及目标等开展了整体性质的设计，利用不同的教学方式开展机电一体化教学流程。

【关键词】高职 机电一体化专业 应用数学 整体设计

一、高职机电一体化专业应用数学课程的重要性

在高职院校涉及到的每一专业当中，都会具备应用数学这一基础课程。可是，在现阶段的高职所开展的应用数学课程，存在着较多的问题，例如：与实际脱离、课程内容与体系陈旧等。怎样将应用数学的本质特色显现出来，让高职学生把握实际生活中必要的数学知识，是应用数学教学中必须要解决的问题。所以，一定要在对高职机电一体化教学课程深入了解的条件下，将发展性和实用性相统一的应用数学课程建立健全，从而将合理的教学手段和教学方式成功探索。在一定程度上需要将机电一体化这一专业特点有效结合，重新设计教学方法、内容以及目标等方面，将应用数学在机电一体化专业中所展现的作用发挥出来。

二、高职机电一体化专业应用数学课程的整体设计

1. 建立考核评价体系

高职应用数学的考试，基本上是重视结果、忽视过程、重视理论、忽视能力的，并且存在着单一的考试模式，以及不合理的安排。所以，一定要将应用数学的考试模式合理改善，将较为具体全面的考试考核制度充分建立。针对高职学生的考核评价，需要具备多种形式、立体的要素。在传统型的应用数学考试方面，存在着较大的片面性，可是也会有其合理的一面。正确的方式，是需要对专业特点有效结合，考试内容中会恰当的添加一部分和机电专业有关联的应用数学问题，可是不能添加难度较大的内容，防止产生极大部分学生的不及格状况。此外，还需要将日常的考核和期中、期末开始有效融合在一起，日常的普通考核需要利用预习作业、论文写作、数学建模、课外作业等方式，优选出和应用数学内容有关联的题目，让学生进行选作，重视高职学生体验以及进步程度，一方面有助于学生充分改进学习方式，另一方面还能够让教师在考核评价阶段，将自身的教学方式合理调整[1]。

针对学生考核评价主要包含：价值观、学习方式、学习过程、技能、知识等全面的评价，需要进行在协商、平等的氛围当中，要将学生的自我发展、自我调节以及自我评价为根本，将学习的积极性充分调动起来，从而将高职机电一体化专业学生的能力发展得到极大促进。

2. 构建教学内容

高职机电一体化专业的学生，拥有在职能岗位上有效解决问题的能力，是毕业生一定要做到的。所以，高职应用数学的教学内容中，需要将能力作为目标，构建出与教学内容相符，同时又与所培养的目标相对应的创新教学内容。按照该专业毕业生的课程需求以及岗位职能特征，能够将应用数学分解为六大项。分别为：优化管理、产品检验和零件的精度测量、计算电路物理量、设备误差计算、计算电工向量、计算零件关键点。

3. 拟定课程目标

高职院校应用数学课程中的目标，具体包含：专业和通用的数学能力目标。机电一体化专业的学生，毕业之后所从事的岗位一般会包含：行政管理；生产管理；质量监督；操作与装配。在岗位能力上要求机电一体化专业的学生必须拥有常用工具使用、读图、专业资料等使用的能力。所以，通用的数学能力目标基本上会要求此专业的学生，利用学习应用数学知识，加强问题解决以及数学计算等能力。专业的数学能力目标要求学生，要学会应用微分和导数等概念，将实际数学模型有效建立等。

4. 构建教学方法和教学模式

按照高职机电一体化的职能特点，应用数学课程模式与项目教学相符。此教学模式的特点为：课程内容难易度是从易到难，项目都会包含课程中的所有任务，同时和工作的过程通常是相同的。根据这样的课程模式，能够将应用教学中传统型的整体模式，分割成不同的项目，重要的知识点会覆盖所有的项目，然后开展详细的设置，利用任务的相对驱动将教学活动有效展开，让学生们能够对工作任务直接参与并妥善完成。按照机电一体化课程需要和岗位需要，利用似真实、非真实的项目教学，能够将高职学生的应用数学对问题解决的能力提升。在实际的教学阶段，需要融合应用数学的特点，在用、做、学、导一体化的设计方法上，在教学的过程中使用讨论教学法、模型教学法等方式不断完善。如图1所示：

此外，还需要把应用数学课程的具体内容，拟定为详细的项目类型，接着以项目为基准，将相应的案例有所确定，继而从任务的角度上渗透知识，利用学生互相的讨论分析，将详细的解决方案得以明确，这时要在解决方案当中将数学公式、定理、定义正确引出，最终通过应用数学知识，将机电一体化的实际以及专业的问题充分解决。

总结

以上的论述，针对岗位职业的能力，整合原教材内容，有效地将教学实用性大力增强，对高职学习特点相对适合。在实施真实任务形式下的项目教学模式，能够对学生的学习兴趣充分激发，是对学生提升团队合作能力以及分析问题等能力的必要途径。

【参考文献】

[1]洪小丽，孙涛.高职机电一体化专业课程现状及改革思考[J].长沙航空职业技术学院学报，2013，11（09）：21-22.

[2]陈云庭，钟波.新高职机电一体化专业教学内容及课程体系建设[J].大众科技，2013，8（07）：112-113.endprint

【摘 要】本文主要对机电一体化专业应用数学课程的重要性充分探究，从发展性和实用性两方面相互统一的作用下，对应用数学的课程考核评价体系、内容以及目标等开展了整体性质的设计，利用不同的教学方式开展机电一体化教学流程。

【关键词】高职 机电一体化专业 应用数学 整体设计

一、高职机电一体化专业应用数学课程的重要性

在高职院校涉及到的每一专业当中，都会具备应用数学这一基础课程。可是，在现阶段的高职所开展的应用数学课程，存在着较多的问题，例如：与实际脱离、课程内容与体系陈旧等。怎样将应用数学的本质特色显现出来，让高职学生把握实际生活中必要的数学知识，是应用数学教学中必须要解决的问题。所以，一定要在对高职机电一体化教学课程深入了解的条件下，将发展性和实用性相统一的应用数学课程建立健全，从而将合理的教学手段和教学方式成功探索。在一定程度上需要将机电一体化这一专业特点有效结合，重新设计教学方法、内容以及目标等方面，将应用数学在机电一体化专业中所展现的作用发挥出来。

二、高职机电一体化专业应用数学课程的整体设计

1. 建立考核评价体系

高职应用数学的考试，基本上是重视结果、忽视过程、重视理论、忽视能力的，并且存在着单一的考试模式，以及不合理的安排。所以，一定要将应用数学的考试模式合理改善，将较为具体全面的考试考核制度充分建立。针对高职学生的考核评价，需要具备多种形式、立体的要素。在传统型的应用数学考试方面，存在着较大的片面性，可是也会有其合理的一面。正确的方式，是需要对专业特点有效结合，考试内容中会恰当的添加一部分和机电专业有关联的应用数学问题，可是不能添加难度较大的内容，防止产生极大部分学生的不及格状况。此外，还需要将日常的考核和期中、期末开始有效融合在一起，日常的普通考核需要利用预习作业、论文写作、数学建模、课外作业等方式，优选出和应用数学内容有关联的题目，让学生进行选作，重视高职学生体验以及进步程度，一方面有助于学生充分改进学习方式，另一方面还能够让教师在考核评价阶段，将自身的教学方式合理调整[1]。

针对学生考核评价主要包含：价值观、学习方式、学习过程、技能、知识等全面的评价，需要进行在协商、平等的氛围当中，要将学生的自我发展、自我调节以及自我评价为根本，将学习的积极性充分调动起来，从而将高职机电一体化专业学生的能力发展得到极大促进。

2. 构建教学内容

高职机电一体化专业的学生，拥有在职能岗位上有效解决问题的能力，是毕业生一定要做到的。所以，高职应用数学的教学内容中，需要将能力作为目标，构建出与教学内容相符，同时又与所培养的目标相对应的创新教学内容。按照该专业毕业生的课程需求以及岗位职能特征，能够将应用数学分解为六大项。分别为：优化管理、产品检验和零件的精度测量、计算电路物理量、设备误差计算、计算电工向量、计算零件关键点。

3. 拟定课程目标

高职院校应用数学课程中的目标，具体包含：专业和通用的数学能力目标。机电一体化专业的学生，毕业之后所从事的岗位一般会包含：行政管理；生产管理；质量监督；操作与装配。在岗位能力上要求机电一体化专业的学生必须拥有常用工具使用、读图、专业资料等使用的能力。所以，通用的数学能力目标基本上会要求此专业的学生，利用学习应用数学知识，加强问题解决以及数学计算等能力。专业的数学能力目标要求学生，要学会应用微分和导数等概念，将实际数学模型有效建立等。

4. 构建教学方法和教学模式

按照高职机电一体化的职能特点，应用数学课程模式与项目教学相符。此教学模式的特点为：课程内容难易度是从易到难，项目都会包含课程中的所有任务，同时和工作的过程通常是相同的。根据这样的课程模式，能够将应用教学中传统型的整体模式，分割成不同的项目，重要的知识点会覆盖所有的项目，然后开展详细的设置，利用任务的相对驱动将教学活动有效展开，让学生们能够对工作任务直接参与并妥善完成。按照机电一体化课程需要和岗位需要，利用似真实、非真实的项目教学，能够将高职学生的应用数学对问题解决的能力提升。在实际的教学阶段，需要融合应用数学的特点，在用、做、学、导一体化的设计方法上，在教学的过程中使用讨论教学法、模型教学法等方式不断完善。如图1所示：

此外，还需要把应用数学课程的具体内容，拟定为详细的项目类型，接着以项目为基准，将相应的案例有所确定，继而从任务的角度上渗透知识，利用学生互相的讨论分析，将详细的解决方案得以明确，这时要在解决方案当中将数学公式、定理、定义正确引出，最终通过应用数学知识，将机电一体化的实际以及专业的问题充分解决。

总结

以上的论述，针对岗位职业的能力，整合原教材内容，有效地将教学实用性大力增强，对高职学习特点相对适合。在实施真实任务形式下的项目教学模式，能够对学生的学习兴趣充分激发，是对学生提升团队合作能力以及分析问题等能力的必要途径。

【参考文献】

[1]洪小丽，孙涛.高职机电一体化专业课程现状及改革思考[J].长沙航空职业技术学院学报，2013，11（09）：21-22.

机电一体化产品创新的概念设计 篇12

关键词：机电一体化,产品创新,概念设计

机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容,同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中,包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此,对机电一体化产品创新性概念设计进行探索,具有十分重要的现实意义。

1 机电一体化产品概念设计的概述

1.1 机电一体化产品概念设计的内容

机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合,而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发,进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化,并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现,但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念,对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分,以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前,发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。

机电一体化的理念自1971年被提出以来,经过几十年的发展,内容也在逐步丰富,尤其在科技快速发展的今天,广阔的市场空间与消费需求的升级,更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步,都为机电一体化产品的革新打下了技术根基,使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。

1.2 机电一体化产品创新概念设计的意义

机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用,其既是产品品质的深层内容,又是其功能属性得以发挥的保障,对其本身质量的影响也约占60%~70%。因此,建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括,主要包括以下三方面内容。

第一,创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点,本身具有着复杂内涵。因此,现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色,难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。

第二,机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计,必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上,才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同,如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立,对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用,进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。

第三,机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效,通过这些能力的实现,能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如,在数控机床的使用过程中,其生产效率要高出普通基础5~6倍,并能够实现机床数量减少50%,节省50%操作人员的效能,生产周期也能缩短40%,进而使得生产成本降低50%左右。

2 机电一体化产品创新概念设计理论

2.1 机电一体化产品应用到的系统原理

机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械,但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术,并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。图1对机电一体化系统的构成要素做出了清晰展示。

就其功能来说,机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械,以及一些机电部件互相关联的系统。其中,机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术,通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用,实现其运动行为可控的目标,而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力,实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。

有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一,三环论。研究者认为,机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二,五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三,两个子系统理论。研究人员认为,机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义,但同时也有着较大的局限性。为便于区分,可以从表1中直观观察不同。

三者立足于控制和电力两部分,但没有对机械主体加以强调,也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此,这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。

在概念设计实际工作中,机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工,各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作,这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥,并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。

2.2 机电一体化产品创新的概念设计方法

对机电一体化产品而言,其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合,具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新,关键在于发挥设计者的主观能动性,通过展现设计智慧,满足创新性的要求。要实现这一目标,主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步,促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务,主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统,通过对设计者与计算机的分工,来达到创新概念设计的目的。

机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。

第一,落实人才战略,培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新,人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次,就业率更是高达100%。因此,加强专业人才培养更有着多方面的积极意义,国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量,从多方面对学生展开培训工作,以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。

第二,努力拓宽供应市场,严守质量关。市场是检验产品的试金石,将机电一体化产品投放到市场中,一方面保障其生命周期能够实现,另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果,使其优点得以保存、延续,缺点得到改良、进化,从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。

第三,将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用,往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中,无可避免也会产生一些污染物。因此,设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题,让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展,以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行,有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时,也可以反复利用一些资源,以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品,以此改变过去投入高、输出高的模式,最终实现发展的可持续,使人们拥有健康的生存环境。

2.3 机电一体化产品创新的概念设计的发展展望

机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究,但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容:第一,根据被测物理量,建立传感器特点和类型的知识库;第二,构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库;第三,将执行机构的实现运动与动作进行分类,构建执行机构库和驱动元件库,以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行;第四,实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立,尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系;第五,构建调节和控制信息的资料库,以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入,促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富,并具有更为强大的实用功能和操作功能,从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。

3 结束语

机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩,但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段,仍需要相关从业者不断加强探索、创新,通过大量细致的实践研究工作,促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟,并最终实现其优异的实用价值。

参考文献

[1]季振勤.简述机电一体化产品概念设计理论现状与展望[J].科技视界,2014,(18):74,215.