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[摘要]执行系统设计是机电系统一体化设计的关键环节，对机电系统的运转有着直接的影响。为了保证机电系统的正常运转，就必须要保证执行系统的科学合理，能够在机电运转中正确的执行相关的指令。
[关键词]机电系统；执行系统；设计要点
执行系统的主要作用是直接用来完成各种工艺动作或者生产过程。其在整个机电体系中的角色就是要根据控制指令，通过传动系统的传动，把动力系统提供的能量和动力，直接完成系统预定的工作任务。可以说，执行系统的方案设计是机电一体化系统总体方案设计中极其重要，同时又极富有创造性的环节，其将会直接影响到机电系统，包括性能、结构、尺寸、重量及使用效果等方面。
一、执行系统的功能及基本要求
实现机电一体化系统的目的就是执行系统的主要任务，对机电产品来说，其主要功能有以下两个方面：
1.作用于外界、完成预定的操作过程。具体来说，包括很多方面的操作，比如说操持焊枪进行焊接、缝纫机的机头穿针引线、车床的主轴和刀架完成切削加工、机器人的手部完成夹放工件、打印机的打印机构完成打印操作等。
2.作用于机器内部，完成某种控制动作。主要包括自动机中的离合器移动机构、自动秤的秤锤移动机构、照相机的自动对焦机构等。
我们可以把执行系统的功能归纳为：夹持、输送、搬运、转位、分度、检测与施力等。
一般来说，所有的工作机的执行机构都要对外界做功，所以，需要实现一定的运动和传递必要的动力。尽管信息机的执行机构所传递的动力很小，但是其对要实现运动的要求却相当高。
通常对执行机构提出如下基本要求：
（1）实现一定的运动。执行机构的运动通常是要具备速度大小、行程长短、轨迹形状、起止点位置和运动方向等相关要素的。而且，系统会对这些运动的起点与终点、轨迹有相关高的精度要求，同时对运动的启动、停止和轨迹跟踪，也是有关于灵敏度上的要求。
（2）传递必要的动力。执行机构必须要具备一定的强度和刚度，能够顺利的传递一定的力或力矩。
（3）保证系统具有良好的动态品质。因为系统是在受力状态和高速运转下，保证运动轨迹和定位精度的，所以需要对执行机构的动刚度、静刚度、热变形和摩擦特性等方面有着较为严格的要求。一般来说，改善动态品质的途径主要有减小转动惯量、减小质量、减小摩擦和传动间隙、提高传动刚性、提高固有振动频率等。
二、执行系统设计
执行系统的设计跟机构设计或零件设计是不同的，因为它是属于系统设计的。这就要求设计中既要要明确本系统各个部分的作用，和相关的设计要求，同时还必须要了解它与其他系统的联系、协调及分工。
（一）执行系统设计要求
执行系统设计是机电一体化设计中的核心组成部分，其设计的优劣直接影响机电一体化产品的功能和性能，因此，在设计中必须要满足一定的要求，符合一定的标准。
1.实现预期精度的运动。要想保住执行系统能够顺利的完成工作任务，就必须要保证执行构件实现预期的运动。也就是说，一方面要满足运动或动作形式的要求，另一方面要保证其运动有一定的精度。当然，从经济成本的角度上看，不顾设计的实际情况，盲目地提高精度，将会大大的提高成本，同时也可能会给制造和安装调试增加难度。所以在设计时，设计人员必须要从实际出发，定出适当的精度。
2.有足够的强度与刚度。作为动力型的执行系统，要求系统中每一个零部件都需要具备足够的强度和刚度。当然，在强度和刚度的选择上，还是有一定的要求的，不是无限的强度和刚度。一般要保证这样的原则，即强度不足会导致零部件的损坏，不会导致系统工作中断；刚度不足会产生过大的弹性变形，不会出现系统不能正常工作的现象。同时，在设计时也必须要明确一个问题，即并非任何执行系统都需要强度和刚度的计算，对那些受力较小、主要是实现动作的系统，其零部件的尺寸往往是根据工作和结构的需要来确定的。
3.各执行机构间的运动要协调。在设计相互联系型的执行系统时，为了避免系统各部分因动作不协调而造成机构的相互碰撞、干涉或工序倒置等事故，需要保证各执行机构间各部分的运动要相互协调与配合。所以，在设计时，设计人员首先要需绘制工作循环图，以此来表明各个执行机构中执行构件运动的先后次序、起止时间和工作范围等，以确保系统的运动能够在协调与配合中运转。
4.结构合理、造型美观、制造与安装方便。一般来说，在首在满足零部件强度、刚度及精度要求的情况下，在设计中还必须要充分考虑它们的结构工艺性，以便能够在制造和安装中实现快捷操作。这就需要设计人员在材料选择、确定制造过程和方法等方面去考虑，以便能够用最少的成本制造出合格的、造型美观的产品。
5.工作安全可靠、使用寿命长。也就是需要设计人员，在设计的过程中需要考虑，系统在一定的使用期限内和预定环境下，能够保持正常运转，没有出现故障，能够安全使用，而且还能够便于维护和管理。毕竟，执行系统的使用寿命与组成系统的零部件的寿命有关，而最主要、最关键零部件的使用寿命，是确定系统的寿命的主要因素。
当然，除了上述的几个要求外，设计人员在设计的过程中，还需要根据执行系统的工作环境不同，对防锈、防腐和耐高温等要求进行相关的设计。同时，鉴于执行机构往往是外露的，也就决定了其是机电系统的工作危险区，所以在设计中，还需要根据实际的情况，设置必要的安全防护装置。
（二）执行系统设计步骤及方法
1.功能原理设计
通常来说，执行系统的设计首先必须要依据系统预期实现的功能，考虑选择哪种工作原理来实现系统的功能要求。也就是需要设计人员分析研究所有可能的功能原理，通过有效的比较分析，结合使用要求或者工艺要求，从中众多可能性中，选出既能满足功能要求，其工艺动作又简单的工作原理。比如说，洗衣机的设计中，如果要采用揉搓原理设计，那就需要设计模仿人手的机械手，这无疑就增加了难大；如果依据刷擦原理设计，那又很难把衣物各处都刷洗到，很难完成清洗任务；如果是要选择捶打原理设计，那可能就会损伤到衣物。根据这些分析。目前设计出的滚筒式洗衣机就很好的解决了这些问题，其既能够满足功能要求，又能够简化工艺动作。在这种设计原理下，这种洗衣机对衣物的磨损率低，而且也不会不缠绕衣物，同时，其洗净度高，又能够实现加热消毒、省水等功能。所以，滚筒洗衣机迅速占领了市场。
2.运动规律设计
运动规律的设计主要包括两个方面的内容：工艺动作分解和运动方案选择。运动规律设计的基础是工艺动作分解。一般来说，不同的工艺动作分解的方法，所得到的运动规律和运动方案也不尽相同。而且，即便是同一个工艺动作，也很有可能分解成许多简单运动，系统的特点、性能和复杂程度，主要是由它们决定的。
也就是说，设计人员在进行运动规律设计和运动方案选择时，必须要从实际出发。综合考虑各方面的因素，对各种可能出现的运动规律和运动方案进行全方位的分析和比较，并从中选出最佳方案。
3.执行机构形式设计
执行机构的主要作用是传递和变换运动，但是实现某种运动变换可选择的机构却不是唯一的，这就需要设计人员对各种方式进行分析、比较，最后能够合理选择。设计时首先要想方设法地缩短运动链，以便能够减少机构和零部件数，进一步提高机械效率，并且能够降低成本。这就需要设计师在设计中，必须要充分考虑执行构件的运动或动作、受力大小、速度快慢等条件，同时还需要结合机构的工作特点进行综合分析，在满足运动要求的前提下实现这些要求。其次，在设计方案的选择中，需要优选工作可靠、结构简单、便于制造和效率高的机构。
三、结语
总之，在执行系统的设计中，在方案选择和机构选型时，需要设计人员发散思维，对各种系统方案，对各种机构进行全面的考察，把前人创造发明的各种系统方案和机构按照运动特性，或者动作功能进行分类，最后经过慎重的选择、比较和评价，选出合适的执行系统设计方案。
[参考文献]
[1]左武峰.试探机电一体化技术未来的发展[J].中小企业管理与科技,2010,(02).
[2]林雁.机电一体化系统的抗干扰技术探析[J].民营科技,2010,(03).
[3]张庆玲.浅谈机电技术与计算机技术的整合[J].机电产品开发与创新,2010,(02).
[关键词]机电系统；执行系统；设计要点
执行系统的主要作用是直接用来完成各种工艺动作或者生产过程。其在整个机电体系中的角色就是要根据控制指令，通过传动系统的传动，把动力系统提供的能量和动力，直接完成系统预定的工作任务。可以说，执行系统的方案设计是机电一体化系统总体方案设计中极其重要，同时又极富有创造性的环节，其将会直接影响到机电系统，包括性能、结构、尺寸、重量及使用效果等方面。
一、执行系统的功能及基本要求
实现机电一体化系统的目的就是执行系统的主要任务，对机电产品来说，其主要功能有以下两个方面：
1.作用于外界、完成预定的操作过程。具体来说，包括很多方面的操作，比如说操持焊枪进行焊接、缝纫机的机头穿针引线、车床的主轴和刀架完成切削加工、机器人的手部完成夹放工件、打印机的打印机构完成打印操作等。
2.作用于机器内部，完成某种控制动作。主要包括自动机中的离合器移动机构、自动秤的秤锤移动机构、照相机的自动对焦机构等。
我们可以把执行系统的功能归纳为：夹持、输送、搬运、转位、分度、检测与施力等。
一般来说，所有的工作机的执行机构都要对外界做功，所以，需要实现一定的运动和传递必要的动力。尽管信息机的执行机构所传递的动力很小，但是其对要实现运动的要求却相当高。
通常对执行机构提出如下基本要求：
（1）实现一定的运动。执行机构的运动通常是要具备速度大小、行程长短、轨迹形状、起止点位置和运动方向等相关要素的。而且，系统会对这些运动的起点与终点、轨迹有相关高的精度要求，同时对运动的启动、停止和轨迹跟踪，也是有关于灵敏度上的要求。
（2）传递必要的动力。执行机构必须要具备一定的强度和刚度，能够顺利的传递一定的力或力矩。
（3）保证系统具有良好的动态品质。因为系统是在受力状态和高速运转下，保证运动轨迹和定位精度的，所以需要对执行机构的动刚度、静刚度、热变形和摩擦特性等方面有着较为严格的要求。一般来说，改善动态品质的途径主要有减小转动惯量、减小质量、减小摩擦和传动间隙、提高传动刚性、提高固有振动频率等。
二、执行系统设计
执行系统的设计跟机构设计或零件设计是不同的，因为它是属于系统设计的。这就要求设计中既要要明确本系统各个部分的作用，和相关的设计要求，同时还必须要了解它与其他系统的联系、协调及分工。
（一）执行系统设计要求
执行系统设计是机电一体化设计中的核心组成部分，其设计的优劣直接影响机电一体化产品的功能和性能，因此，在设计中必须要满足一定的要求，符合一定的标准。
1.实现预期精度的运动。要想保住执行系统能够顺利的完成工作任务，就必须要保证执行构件实现预期的运动。也就是说，一方面要满足运动或动作形式的要求，另一方面要保证其运动有一定的精度。当然，从经济成本的角度上看，不顾设计的实际情况，盲目地提高精度，将会大大的提高成本，同时也可能会给制造和安装调试增加难度。所以在设计时，设计人员必须要从实际出发，定出适当的精度。
2.有足够的强度与刚度。作为动力型的执行系统，要求系统中每一个零部件都需要具备足够的强度和刚度。当然，在强度和刚度的选择上，还是有一定的要求的，不是无限的强度和刚度。一般要保证这样的原则，即强度不足会导致零部件的损坏，不会导致系统工作中断；刚度不足会产生过大的弹性变形，不会出现系统不能正常工作的现象。同时，在设计时也必须要明确一个问题，即并非任何执行系统都需要强度和刚度的计算，对那些受力较小、主要是实现动作的系统，其零部件的尺寸往往是根据工作和结构的需要来确定的。
3.各执行机构间的运动要协调。在设计相互联系型的执行系统时，为了避免系统各部分因动作不协调而造成机构的相互碰撞、干涉或工序倒置等事故，需要保证各执行机构间各部分的运动要相互协调与配合。所以，在设计时，设计人员首先要需绘制工作循环图，以此来表明各个执行机构中执行构件运动的先后次序、起止时间和工作范围等，以确保系统的运动能够在协调与配合中运转。
4.结构合理、造型美观、制造与安装方便。一般来说，在首在满足零部件强度、刚度及精度要求的情况下，在设计中还必须要充分考虑它们的结构工艺性，以便能够在制造和安装中实现快捷操作。这就需要设计人员在材料选择、确定制造过程和方法等方面去考虑，以便能够用最少的成本制造出合格的、造型美观的产品。
5.工作安全可靠、使用寿命长。也就是需要设计人员，在设计的过程中需要考虑，系统在一定的使用期限内和预定环境下，能够保持正常运转，没有出现故障，能够安全使用，而且还能够便于维护和管理。毕竟，执行系统的使用寿命与组成系统的零部件的寿命有关，而最主要、最关键零部件的使用寿命，是确定系统的寿命的主要因素。
当然，除了上述的几个要求外，设计人员在设计的过程中，还需要根据执行系统的工作环境不同，对防锈、防腐和耐高温等要求进行相关的设计。同时，鉴于执行机构往往是外露的，也就决定了其是机电系统的工作危险区，所以在设计中，还需要根据实际的情况，设置必要的安全防护装置。
（二）执行系统设计步骤及方法
1.功能原理设计
通常来说，执行系统的设计首先必须要依据系统预期实现的功能，考虑选择哪种工作原理来实现系统的功能要求。也就是需要设计人员分析研究所有可能的功能原理，通过有效的比较分析，结合使用要求或者工艺要求，从中众多可能性中，选出既能满足功能要求，其工艺动作又简单的工作原理。比如说，洗衣机的设计中，如果要采用揉搓原理设计，那就需要设计模仿人手的机械手，这无疑就增加了难大；如果依据刷擦原理设计，那又很难把衣物各处都刷洗到，很难完成清洗任务；如果是要选择捶打原理设计，那可能就会损伤到衣物。根据这些分析。目前设计出的滚筒式洗衣机就很好的解决了这些问题，其既能够满足功能要求，又能够简化工艺动作。在这种设计原理下，这种洗衣机对衣物的磨损率低，而且也不会不缠绕衣物，同时，其洗净度高，又能够实现加热消毒、省水等功能。所以，滚筒洗衣机迅速占领了市场。
2.运动规律设计
运动规律的设计主要包括两个方面的内容：工艺动作分解和运动方案选择。运动规律设计的基础是工艺动作分解。一般来说，不同的工艺动作分解的方法，所得到的运动规律和运动方案也不尽相同。而且，即便是同一个工艺动作，也很有可能分解成许多简单运动，系统的特点、性能和复杂程度，主要是由它们决定的。
也就是说，设计人员在进行运动规律设计和运动方案选择时，必须要从实际出发。综合考虑各方面的因素，对各种可能出现的运动规律和运动方案进行全方位的分析和比较，并从中选出最佳方案。
3.执行机构形式设计
执行机构的主要作用是传递和变换运动，但是实现某种运动变换可选择的机构却不是唯一的，这就需要设计人员对各种方式进行分析、比较，最后能够合理选择。设计时首先要想方设法地缩短运动链，以便能够减少机构和零部件数，进一步提高机械效率，并且能够降低成本。这就需要设计师在设计中，必须要充分考虑执行构件的运动或动作、受力大小、速度快慢等条件，同时还需要结合机构的工作特点进行综合分析，在满足运动要求的前提下实现这些要求。其次，在设计方案的选择中，需要优选工作可靠、结构简单、便于制造和效率高的机构。
三、结语
总之，在执行系统的设计中，在方案选择和机构选型时，需要设计人员发散思维，对各种系统方案，对各种机构进行全面的考察，把前人创造发明的各种系统方案和机构按照运动特性，或者动作功能进行分类，最后经过慎重的选择、比较和评价，选出合适的执行系统设计方案。
[参考文献]
[1]左武峰.试探机电一体化技术未来的发展[J].中小企业管理与科技,2010,(02).
[2]林雁.机电一体化系统的抗干扰技术探析[J].民营科技,2010,(03).
[3]张庆玲.浅谈机电技术与计算机技术的整合[J].机电产品开发与创新,2010,(02).