机电一体化系统的创新与发展分析

机电一体化系统的创新与发展分析

周帅

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摘要：机电一体化是机械、电子、信息、材料等多学科的综合，是在各种传感器的基础上结合机械、电子、计算机技术的综合技术。机电一体化技术在许多方面得到了广泛的应用，为人们的生产和生活带来了诸多便利。随着科技的不断进步，机电一体化将会在综合更多新技术的基础上，不断地创新。本文讨论机电一体化的创新及发展方向，以期在社会发展中发挥更多的积极作用。

关键词： 机电一体化系统；创新；发展

引言

随着智能技术应用不断深入，让机电一体化自动化控制效果无限接近预期效果，有效降低工作人员工作强度和设备维修费用，解决在传统机械化管理中存在的问题，用最科学的方式来选择最佳控制措施，有利于工作人员节约企业生产建设成本，加强相关企业核心竞争力。因此，本文通过分析机电一体化系统的创新与发展，加强智能制造水平，提高制造效率。

1机电一体化技术概述

机电一体化最早出现在20世纪中叶，是由日本研究人员发现的，当时日本经济正处于高速发展阶段，由于科学技术的不断发展，这项技术已逐渐普及到各个国家，由国家政府高度重视，有关专家进行深入研究，将机电一体化应用到日常生产中。同时，机电一体化是由可控性驱动元件、计算机技术、控制技术和信息处理技术等组成，是一种新型智能化机械系统，主要包括动力组成要素、运动组成要素、结构组成要素、智能组成要素和感知组成要素等环节。在机械日常生产过程中，很多企业都相继建立自动化生产线，如雷沃自动化生产线，进一步推动拖拉机的智能化制造。同时，通过利用数字化仿真技术，对制造过程中各环节进行定量描述，如制造系统、制造工艺、制造装备和产品性能等环节，能让农机工艺设计向科学推理进行转变，从而加强机械产品的智能化制造水平。因此，在进行要素能量转换时，工作人员要建立有机系统，能有效提高机械产品生产效率。

2机电一体化技术的创新应用

2.1应用功能创新

机电一体化的应用功能始终是其核心内容。其在功能上的创新主要有两个方面：第一，对于现有的机电一体化设备，根据用户的实际需求，进行相应的功能和技术创新。从而实现用户对商品的使用需求和期望;二是紧跟市场和技术的需求和发展，对有关的机械和电子产品进行技术上的革新，将新技术带给用户。这两方面的功能创新，第一个以用户需求为基础的技术开发与创新，这种的技术创新，可以在较短的时间内完成相应的硬件与软件的升级，从而满足用户需求。它具有更低的风险和更高的经济效益；而另一种则是属于机电一体化的自身技术创新。它可以带给用户惊喜，但也有一定的风险。如果产品的功能方面得不到最终用户的认同，其创新就是失败的，但如果得到用户的认可，可能将会给技术创新者带来巨大的经济效益[1]。

2.2结构创新

机电一体化技术的系统设计由多个部分组成，包括机械主体、驱动部分、检测部分、信息处理与控制部分和能源部分。这些部件协同工作，实现高效、智能的机械设计和制造。（1）机械本体。机械本体是机电一体化系统中最重要的组成部分之一，可以通过三维建模实现固体建模、曲面建模和网格建模等方式进行设计。其目的是满足特定的功能需求和性能指标，使其具有良好的机械刚性、耐磨性和稳定性，以支撑整个机电一体化系统的正常运行。（2）驱动部分。机电一体化系统需要实现高精度、高可靠的运动控制，因此，驱动部分的设计需要充分考虑防抖动、平稳性等问题。驱动部分主要包括：电机、减速器、传动轴等组成部件。既可以采用传统的液压传动方式，也可以采用电子数字控制技术来完成。（3）检测部分。检测部分是机电一体化系统中获取并反馈物理量信息的重要组成部分。它通过传感器获取机械本体的状态信息，并将其转换为数字信号，输入到信息处理与控制部分。检测部分包括：位移传感器、速度传感器、压力传感器等多种类型的传感器。（4）信息处理与控制部分。信息处理与控制部分是机电一体化系统的大脑，它通过采集和分析检测部分获取的信息数据，生成控制策略，并输出相应的控制指令到驱动部分实现机械设备的精确控制。信息处理与控制部分主要由计算机、单片机、PLC等部件组成。（5）能源部分。能源部分是机电一体化系统中提供能量的重要组成部分，它可以使机械设备得到持久的动力支持。能源部分主要包括燃油发动机、电池、电容器等。在机电一体化技术的结构设计中，以上五个部分密不可分，其中每一部分都承担着不同的任务和职责。因此，在设计时需要充分考虑各部分之间的协调性和互联性。例如，检测部分需要对机械设备的运动状态进行实时监测，而信息处理与控制部分则需要对检测到的数据进行实时处理和计算，从而输出相应的控制指令给驱动部分实现机械设备的高效稳定运转。同时，在能源部分中，需要考虑能耗与能量回收等诸多问题，以实现系统的高效节能。

3 机电一体化技术的发展趋势

3.1微型化

随着机电一体化技术的飞速发展，MEMS开始进入研究者的关注，研究重点逐渐转向小型化方向，成为机电一体化技术新的研究目标:推动向微米级和纳米级方向发展。微机电系统应用前景广泛，不仅可以节约资源、减少能耗，还能进一步提升系统的精细化程度、提高操作质量，一旦技术成熟，便可以应用到航空航天领域（如卫星机电一体化产品）和生物医学领域（如仿生器官、微型机器人手术）。但微机电技术需要将机电一体化技术与微电子技术进行全方位融合 ，目前我国的微机电技术还尚未成熟，在企业生产活动中还达不到普及的程度

[2]。

3.2 智能化

近年来，为了实现从制造大国向制造大国的飞跃，中国越来越重视科技创新，无论是国家政策、科研还是企业实践，都在努力向智能化方向发展机电一体化技术。 为加速实现各行业产业的智能化生产，人工智能技术已被列入国家重点科研项目；企业实践上，虽然目前我国并未实现完全智能化的机电一体化生产，但是人工智能产品的应用水平在持续提升，应用层次在不断加深，普及程度在逐渐扩大。可以说，人工智能的技术研发与创新应用是未来机电一体化的发展方向之一，人工智能产品的高速度、性能好、智能化将为我国制造业带来一次全新的变革。

3.3节能化

在工业化的过程中，人们意识到环保的重要性，在产品的设计和研发中更加注重环保和节能。在开发和使用机电一体化产品和技术时，应考虑到环保和绿色这一最基本的需求，也就是说，在研发、设计、生产、运行和销毁的全过程中，不会污染环境，也不会损害人类的健康，产品到达使用年限，在不能使用的情况下，零部件分解后还可以回收再加工后循环使用，避免不必要的资源浪费。绿色化是机电一体化产品发展的必然趋势[3]。

 结束语

机电一体化技术的创新与发展需要从以下几个方面入手:(1)加强机电一体化技术的理论研究，充分认识到机电一体化技术发展中存在的问题和不足，并采取有针对性的改进措施，促进机电一体化技术的发展与进步;（2）要加大对机电一体化设备、装置以及系统的研发力度，不断加强对机电一体化应用技术、产品设计及制造技术的创新与开发力度；（3）要重视人才培养工作，加到机电一体化人才的培养与储备力度，以促进我国制造业转型升级发展。

 参考文献：

[1]杨爽.浅谈机电一体化系统中智能控制的应用[J].科学技术创新,2018(04):180-181.

[2]王中元.机电一体化产品创新的概念设计[J].现代制造技术与装备,2016(09):1-2.

[3]梁向鹏.机电一体化系统与概念设计[J].才智,2013(20):270.