摘要：机电一体化技术现在已经广泛应用在各种生产制造的领域，它由微电子技术、计算机技术、信息技术、机械技术等融合而成，机电一体化技术很好的解决了以往人力所不及的制造方式，数控、机器人等计算机合成生产方面都很好的替代了人力技术，提高了工作效率，而且机电一体化技术在各个生产制造领域的广泛应用展现了该技术正朝着智能、绿色、微型、模块化发展，随着科技的发展，以机械技术、微电子技术相结合为主体的机电一体化技术必然是机械工业未来的主要发展趋势。
关键词：机电一体化；发展现状；发展趋势
一、概述
随着科学技术和人类社会的进步，机电一体化的概念内涵也在发展 当初的机电一体化是指机械与电子的结台，机电一体化产品也比较简单。90年代，计算机网络和通信技术的迅速发展给机电一体化提供了新功能——远程控制和遥拉，使机电产品更灵括，更宜。此时，机电一体化已不只是机械装置与电子装置的简单组台，而是机械、电子、控制．光学和信息技术和计算机技术的相互交叉和融和。
二、机电一体化产品概念设计的国内外研究现状
机电一体化产品概念设计目前尚处于起步阶段，它涉及到多种学科领域知识的交叉与融合，具有复杂性、创新性、多目标性、多解性、层次性、不良结构性及反复迭代性。
1、国外研究现状
机电一体化产品概念设计的研究主要集中在欧洲。他们的研究领域主要集中在机电一体化的控制系统的设计方法学上。提出了机电一体化系统的能量流和信息流模型，并将控制系统按层次划分为管理层、监视层、控制层和处理层四个层次。从他们的观点来看，机电一体化的驱动器、传感器及机械部分都是作为控制系统设计的外界环境而存在的。而控制系统设计是机电一体化的主体。因此在他们的设计中，较少考虑到机械部分的特性、传感器的特性及驱动器的特性，也没有考虑到几个部分之间的融合设计问题。该观点不能全面反映以实现运动执行功能为主的机电一体化产品概念设计的实质。
自1990年成立以来，英国Lancaster大学的工程设计中心在机电一体化系统概念设计方面作了大量的研究。由于机电一体化产品是涉及到各学科的综合技术的应用，他们采用键合图(Bond Graph)作为仿真技术的底层，通过能量守衡定律在各能量子系统之间搭起一座桥梁，采用方框图作为信息处理系统的底层表达方式。用面向功能模块的混合建模(包括键合图理论、方框图和高层次的功能模块表达)方式，构建了机电一体化产品设计的Sch~nebuilder虚拟开发平台。通过系统模拟平台进行模拟、仿真、检验，从而在设计的早期就能够验证、改善系统的性能。但该软件的设计偏重于控制部分，但对执行机构部分却不够深入，目前处于实验室水平。
2、国内研究现状
目前，国内一些研究单位，在机械产品概念设计及计算机辅助创新设计方面进行了研究，但对机电一体化产品概念设计方面的问题基本没有进行研究。上海交通大学，从1996年开始，对机电一体化产品概念设计的理论与方法进行了较为深入的研究，并取得了初步的研究成果。从现代机构的角度出发，将机电一体化系统划分为广义执行机构子系统、传感检测子系统、信息处理及控制子系统，称为“三子系统论”，并由此建立机电一体化系统概念设计的框架体系，有利于机电一体化产品的创新设计。
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以实现运动功能为主功能的一大类机电一体化产品(如电脑型多功能缝纫机等)为研究对象，对机电一体化产品概念设计的核心问题——广义执行机构子系统的概念设计进行了系统研究，提出了由总功能进行基本工艺动作过程的构思；由基本工艺动作过程，实现动作分解，得到独立的执行动作；确定各执行动作的创新机构及其机构系统的组合的框架模型，即归纳为：Process(工艺)一Acti0n(动作)一Mechanism(机构)的PAM功能求解模型。该模型能将概念设计与机构及其系统设计很好地结合起来，更具有可操作性，更易于实现创新设计，更利于计算机辅助概念设计的实现。
由于机电一体化系统是一个复杂的动态系统，只有在了解了其动态性能的基础上才能进行恰当的评价，因此机电一体化产品的建模与仿真问题显得更为重要。通过分析比较目前通用的各种建模技术(如键合图、方框图、信号流图、原理图等)及各种仿真软件的优缺点，采用Simulink仿真软件构造了一个面向功能模块建模方法的，表达机电一体化产品中广义执行机构的概念设计的系统仿真平台。这一平台的构建，为机电一体化产品概念设计的整体仿真平台的建立奠定了基础。
针对机电一体化产品概念设计阶段评价指标及重要度不确定、信息模糊、不完整的特点，在模糊理论的基础上，提出了一个三层模糊优序评价模型；模糊预序评价模型、模糊半优序评价模型、模糊全序评价模型。该模型为概念设计的评价提供了一个较为合理的依据，并以汽车自动喇叭的概念设计为例，进行了应用研究。上述研究，为机电一体化产品概念设计及其计算机化的研究。
三、机电一体化的发展方向
1、智能化。人类社会的发展和进步体现在人脑的智能上。毫无疑问，机电一体化的发展和进步也体现在其产品的智能上，因此智能化是它的一个重要发展方向。
2、模块化。模块化是一项重要而叉艰巨的工程 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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但叉非常有前途的事。由于利益冲突，近期很难制订国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业来逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，模块化将给机电一体化企业带来美好的前程，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业。
3、网络化。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品：现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(Home-Net)将各种家用电器莲接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(CLAS-Computer Integrated． &ppliane* m)，使人们在家 充分享受各种高技术带来的幸福和快乐。因此，机电 体化产品无疑朝着网络化方向发展.
4、人格化。机电 一体化的人格化有两层台义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性越来越显得重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机～体化。另一层是模仿生物机理．研制各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的.
5、微型化。机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优越性，是近年和将来十大关键技木之一。
6、带源化。带源化，是指机电一体化产品自身带有能源，无需外部供电。而对于运动的机电一体化产品，自带动力塬有其独特的好处和优势。试想，人类靠外部供应动力是什么滋味，社会将变成什么样子。因此，带源化是机电一体化的发展方向之一。
7、绿色化。工业的发达给人们生括带来了巨大变化。但是，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。
四、结束语
机电一体化产品概念设计理论与方法的研究无疑必将对产品设计师起到重要的指导作用。随着研究的逐渐深入，不同研究成果的集成必将使机电一体化产品概念设计理论的可操作性和实用性更强，对机电一体化新产品的开发和创新起重要指导作用。
参考文献
[1]邱士安，胥宏 机电一体化技术『M]．西安：西安电子科技大学出版社，2004．
[2]Harashima．et．a1．Mechatronics-‘What is it，why and how?’IEEE／ASME Trans[Jl Mechatronics 1996，1(1)：1—3．
[3]杨明，路琴．机电一体化的研究现状与发展趋势lJ_．农机化研究，2006．(8)：38—40．
论文作者:花长清
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/21
标签：机电一体化论文; 产品论文; 概念论文; 系统论文; 技术论文; 模型论文; 机械论文; 《防护工程》2018年第33期论文;