机械电子工程设计及模式探讨

机械电子工程设计及模式探讨

刘冬明

惠州绿保科技有限公司广东惠州516000

摘要：随着科技的不断进步，越来越多的人注重到机械电子工程的研究，并为此投入大量的资源。现今的机械电子技术已被应用到各个领域，在社会经济中起着巨大的推动作用。基于此，本文从机械电子工程入手，充分发掘其在设计中存在的问题，探讨出机械电子工程的设计要点，以望能给未来机械电子工程的进程提供新的思路和参考依据。

关键词：机械电子工程；设计及模式

引言

时代的发展，科技的革新，使得机械电子技术也在广泛应用中不断突破原有机制，以新式技术来顺应时代发展的需要，从而提高国家的综合竞争力。现今的电子产品已大幅度提高了集成度，改进了体积和容量，因此在此基础上，又对电子工程的设计提出了更高的要求。

一、机械电子工程简介

1、机械电子工程的概念：机械电子工程是多种学科如机械、计算机和电子工程等相互交叉融合的产物（如图1所示）。通过不同学科之间的理论交叉、技术融合和创新，使机械电子工程得以持续发展而面向全体应用。一般分为两类应用：一是涉及电气电子技术的机械类产品，通过电子技术提供能源动力、信号采集处理以及动作执行。二是各类产品制造过程，如柔性生产系统，通过不同技术的相互融合，实现优质、高效、清洁等优点的制造系统。制造系统在狭义的技术集成外，还与制造过程管理有机结合，从而形成一种集信息技术、制造技术、电子技术于一体的先进制造技术。

图1机械电子工程的涵义

2、机械电子工程的主要特征：更新快、多种技术交叉、多层次发展。随着计算机技术、信息技术和微电子技术的发展，推动了机械电子工程的改革和创新。多学科之间的技术和理论融合、创新是促进机械电子工程发展的关键所在。机械电子系统在内容和结构上是从低到高的层次进行的，如人工智能系统就是从低级、中级、高级到接近人脑水平的过程。低级系统在实际中可以和高级系统并存的，表面差异体现在电源、驱动器和控制器等硬件和数据采集、仿真和虚拟机等软件的选择上，本质上是设计思想、模式的不同。

3、机械电子的系统分类（如图2所示）：可分为常规机械电子系统、为机械电子系统（MEMS）、纳米机械电子系统（NEMS）。其中常规机械电子系统和机械电子系统是建立在相同的基本原理之上，只有纳米机械电子系统的应用理论和概念不同，不过正处于研究阶段。设计人员在研究常规电子系统和微机械电子系统的过程中，常以经典力学和电磁学的理论为基础，而纳米机械电子系统常建立在量子论和奈米电子力学的基础上。机械电子工程区别于其他学科的专业基础，它注重的是对工程设计的研究，通过微电子及相关学科的技术应用实现机械系统控制过程目的。因此，机械电子工程的研究领域通常在机构设计、机械控制和能量转换等方面。从控制的角度来看，对系统部件的研究是以控制一个整体工作为目标，充分考虑整个系统的相互作用。从能量转换的角度来看，是以协调和控制系统设计方案的运转为目标，组合最佳的零部件方案。机械电子工程主要设计机械控制、测量和监控等方面，突出其关键技术的有机融合。所以，其关键技术主要有信息处理技术、系统总体技术、伺服传达技术、检测传感技术、精密机械技术和自动控制技术。

二、机械电子工程设计存在的问题

1、整体方向上的问题：（1）人才教育方面匮乏；如今大部分理工学校虽开设了机械电子工程学科和课程，但是这些课程让学生对电子工程技术的了解远远不够，达不到实际应用的目的。而且我国在专业电子科技人员上比较稀缺，如果不重视专业人才教育，就不能很好地促进我国科技和电子技术的发展。（2）自身研究成果的法律意识缺乏；一个原因是我国的相关法律不健全，另一个原因是机械电子相关设计人员缺乏对产品的法律保护观念，导致我国在机械电子工程的自主创新方面举步维艰。（3）缺乏对未来的规划；如今我国许多机械电子工程都是闭门造车的状态，相互之间因竞争的原因不愿交流信息，使其达不到高效的发展。所以，我们要认识到科技共享的有利影响，以一种信任和学习的态度共同应对科技的变迁。

2、具体细节上的问题：（1）机械电子工程的设计人员理念存有偏差；优秀产品离不开正确理念的引导。例如，在公司门禁卡设计，要考虑一卡多用，如考勤计时、内部支付等。除技术大局观外，还需要有管理、经济多维度理念的支撑。（2）设计人员本身的态度；态度是设计和工作的有力辅助，态度端正的设计人员去竭尽所能去设计一个好的作品。比如过渡竞争的压力之下，使得设计人员急功近利，导致设计产品漏洞颇多。（3）工艺及环境不确定因素较多：在机电产品设计中，这些不确定因素，使产品运行效果与设计目标相差较远。在部分项目中，设计目标过于理想化，而不是立足于实际需要，导致产品在设计上难度加大，影响基本功能的运行。

图2机械电子的系统分类及应用的基本理论

三、机械电子工程设计要点

1、仿真分析。在产品设计方案出来后，需要综合分析和验证，以确定其在机械电子工程实际应用的可行性，进行仿真分析是至关重要的环节。在进行机械电子设计时，通过仿真分析，才能融入实际生产中，最终流入市场。通用工具如matlab、结构设计CAD软件运动仿真、电子线路设计EDA仿真等，能够及时发现设计缺陷、评估产品参数。针对特定问题，通过模拟实验，综合仿真分析甚至可以建立对应的数学模型，指明设计、调整方向。充分利用仿真分析，能大幅上提高机械电子工程的设计水平。

2、优化设计。通过对设计方案的优化，采用可靠的电子元件，可以最大程度上优化方案容差和工作环境。优化设计就是针对机械电子工程设计中存在的漏洞，进行设计创新和改良以保障机械电子技术的有效应用。只有进行产品优化，才能使机械电子工程的设计更加完善和稳定。

3、有效预防机械结构中的静电，要采取措施有效消除机械结构中的静电。随着电子技术集成度提高，静电干扰的要求也越来越高。静电的电场会产生错误的信号，甚至烧毁电路，因此，设计人员要尽早考虑这个问题，在设计过程中注意合理划分干扰敏感区及干扰源区，保证电子系统可靠、稳定工作。

四、结束语

综上所述，科技和时代发展的需要，使得机械电子工程设计要不断进步才能适应当前的需求。因此，在进行机械电子工程设计时，要充分考虑各种影响因素和提高设计的整体水平，在过程中利用创新来解决难题，让机械电子工程技术更好地改变生活，提高人们的工作质量和效率，促进我国现代化技术的大飞跃。

参考文献：

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[2]谭建国.机械电子工程设计中的技术要点分析[J].电子制作，2016.

[3]陈佑鸿.建筑机电节能工程设计存在问题及解决办法[J].中国住宅设施，2014，3（10）：123-125.

[4]文东云.机械电子工程设计中的技术要点探讨[J].电子技术与软件工程，2015，4（19）：66-68.