本站原创【摘 要】从机电一体化技术发展的背景入手,首先从构成要素、特点方面阐述了机电一体化产品,进而对机电一体化产品设计的关键技术进行了分析,最后论述了机电一体化产品的设计方法.
【关 键 词】机电一体化系统设计应用
1机电一体化产品的构成及特点
1.1机械系统
机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分.这部分是实现产品功能的基础,因此对机械结构提出了更高的要求,需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求.除一般性的机械强度、刚度、精度、体积和重量等指标外,机械系统技术开发的重点是模块化、标准化和系列化,以便于机械系统的快速组合和更换.
1.2动力系统
动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能,去驱动执行机构工作以完成预定的主功能.动力系统包括电、液、气等动力源.机电一体化产品以电能利用为主,包括电源、电动机及驱动电路等.
1.3传感与检测系统
传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量,同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定,为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息.传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现,对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等.
2机电一体化设计的关键技术
2.1精密机械技术
机械技术是机电一体化技术的基础,因为机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主得以实现.在机械传动和控制与电子技术相互结合的过程中,对机械技术提出了更高的要求,如传动的精密性和精确度的要求与传统机械技术相比有了很大的提高.在机械系统技术中,新材料、新工艺、新原理以及新结构等方面在不断的发展和完善,以满足机电一体化产品对缩小体积、减轻重量、提高招度和刚度以及改善工作性能等方面的要求.
2.2信息处理技术
信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中,与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息的交换、存取、运算、判断和决策分析等.在机电一体化产品中,实现信息处理技术的主要工具是计算机.计算机技术包括硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等.在机电一体化产品中,计算机信息处理装置是产品的核心,它控制和指挥整个机电一体化产品的运行,因此,计算机应用及其信息处理技术是机电一体化技术中最关键的技术,它包括目前广泛研究并得到实际应用的人工智能技术、专家系统技术以及神经网络技术等.
2.3检测与传感器技术
在机电一体化产品中,工作过程的各种参数、工作状态以及与工作过程有关的相应信息都要通过传感器进行接收,并通过相应的信号检测装置进行测量,然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置,以实现产品工作过程的自动控制.机电一体化产品要求传感器能快速和准确地获取信息并且不受外部工作条件和环境的影响,同时检测装置能不失真地对信息信号进行放大和输送及转换.
2.4自动控制技术
机电一体化产品中的自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、校正、补偿等.机电一体化产品中自动控制功能的不断扩大,使产品的精度和效率都在迅速提高.通过自动控制,机电一体化产品在工作过程中能及时发现故障,并自动实施切换,减少了停机时间,使设备的有效利用率提高.由于计算机的广泛应用,自动控制技术越来越多地与计算机控制技术结合在一起,它已成为机电一体化技术中十分重要的关键技术.该技术的难点在于现代控制理论的工程化和实用化,控制过程中边界条件的确定,优化控制模型的建立以及抗干扰等.
3机电一体化产品设计方法
3.1产品可行性研究
通过实际调查和研究,掌握对所设计产品的市场需求,并进行可行性论证,从而确定产品设计的基本方案,其中包括预测投资总额、组成部件、产品的性能比以及经济评价等.
3.2基本设计阶段
在基本设计阶段要提出必需的主要技术,其中包括硬件技术和软件技术两个方面.硬件包括产品的结构元件和控制元件,软件包括操作系统和控制系统.在进行整个系统设计时,必须提出几个方案进行比较,从中选出较优的方案.
3.3详细设计阶段
详细设计包括业务分工、程序设计、操作系统设计、工艺设计、设备设计、总体设计、控制系统设计、安全保护设计等.在开发性产品设计过程中,要拟定产品的各项性能指标参数,通过计算选定所用的设备,从而进一步完成机构设计、运动和性能设计以及控制设计等.
3.4实际运行试验
这一阶段的工作主要包括产品工作性能检验和改进以及产品性能评价.产品工作性能检验的目的是进行生产周期和生产率测定,进行故障分析和考察故障时间等.改进是指对产品存在的问题提出改进措施以提高产品的性能.产品的性能评价包括技术评价、经济评价两个方面.这一阶段是产品设计过程的总结阶段,目的是通过对已确定的操作系统的具体使用,检验其实际的使用价值.
在实施机电一体化产品设计的过程中,要正确处理好质量与成本、市场需求与技术可能性、长期发展和短期利益之间的矛盾关系,在满足市场需要的前提下,使产品具有足够的竞争力,同时又要符合当前实际情况和技术可实现性,以保证产品获得最大的技术经济效益和社会效益.