机电一体化,是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展并向机械工业领域迅猛渗透,以及与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上,综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术和软件编程技术等群体技术,即实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
　　一、现代机械的机电一体化目标
　　1.提高精度
　　机电一体化技术使机械传动部件减少,因而使由机械磨损、配合间隙及变形而引起的误差大为减小。同时,由于机电一体化技术采用电子技术实现自动检测和自动控制,校正和补偿由各种干扰因素造成的动态误差,从而达到单纯机械装备所不能实现的工作精度。
　　2.增强功能
　　现代高新技术的引入,使机械产品具有多种复合功能,成为机电一体化产品和系统的一个显著特点。
　　3.提高生产效率
　　机电一体化系统可以有效地减少生产准备时间和辅助时间,缩短新产品的开发周期,提高产品的合格率,减少操作人员,从而提高生产效率,降低生产成本。
　　4.节约能源,降低能耗
　　通过采用低能耗的驱动机构、最佳调节控制和提高能源利用率等措施,机电一体化产品和系统可以取得良好的节能效果。
　　5.提高安全性、可靠性
　　机电一体化系统通常具有自动检测、监控子系统,因而可以对各种故障和危险自动采取保护措施并及时修正参数,提高系统的安全可靠性。
　　6.改善操作性和实用性
　　机电一体化系统的各相关子系统的动作顺序和功能协调关系由控制系统决定。随着计算机技术和自动控制技术的发展,可以通过简便的人机界面操作,实现复杂的功能控制和良好的使用效果。
　　7.减轻劳动强度,改善劳动条件
　　减轻劳动强度包括繁重的体力劳动和复杂的脑力劳动。机电一体化系统能够由计算机完成设计制造和生产过程中极为复杂的人的智力活动和资料记忆查找工作,同时又能通过过程控制自动运行,从而替代人的紧张和单调重复操作以及在危险环境下的工作。
　　8.简化结构,减轻重量
　　机电一体化系统采用先进的电力电子器件和传动技术,替代老式笨重的电气控制和机械变速结构,由微处理器和集成电路等微电子元件和程序逻辑软件,完成过去靠机械传动链来实现的关联运动,从而使机电一体化产品和系统的体积小,结构简化,重量减轻。
　　9.降低价格
　　由于机械结构简化,材料消耗减少,制造成本降低,而且电子器件的价格下降迅速,因此机电一体化产品和系统的价格日趋低廉,而使用性能、维修性能日趋完善,使用寿命不断延长。
　　10.增强柔性应用功能
　　为了满足市场多样性的要求,机电一体化系统可以通过编制用户程序来实现机电产品工作方式的改变,适应各种用户对象及现场参数变化的需要。
　　二、机电一体化系统开发的设计思想
　　机电一体化的优势,在于它吸收了各相关学科之长并加以综合运用而取得整体优化效果。因此,在机电一体化系统开发的过程中,要特别强调技术融合、学科交叉的作用。机电一体化系统开发是一项多级别、多单元组成的系统工程。把系统的各单元有机地结合成系统后,各单元的功能不仅相互叠加,而且相互辅助、相互促进、相互提高,使整体的功能大于各单元功能的简单的和,即“整体大于部分的和”。
　　三、机电一体化系统设计方法
　　1.取代法
　　这种方法是用电气控制取代原传统中机械控制机构。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。例如,用电气调速控制系统取代机械式变速机构,用可编程序控制器或微型计算机来取代机械凸轮控制机构、插销板、步进开关、继电器等,以弥补机械技术的不足。这种方法不但能大大简化机械结构,而且可以提高系统的性能和质量。
　　2.整体设计法
　　这种方法主要用于全新产品和系统的开发。在设计时,完全从系统的整体目标考虑各子系统的设计,所以接口简单,甚至可能互融一体。在大规模集成电路和微机不断普及的今天,随着精密机械技术的发展,完全能够设计出将执行元件、运动机构、检测传感器、控制与机体等要素有机地融为一体的机电一体化新产品。
　　3.组合法
　　这种方法就是选用各种标准模块,像积木那样组合成各种机电一体化系统。例如,设计数控机床时,可以从系统整体的角度选择工业系列产品,诸如数控单元、伺服驱动单元、位置传感检测单元、主轴调速单元以及各种机械标准件或单元等,然后进行接口设计,将各单元有机的结合起来融为一体。在开发机电一体化系统时,利用此方法可以缩短设计与研制周期、节约工装设备费用,有利于生产管理、使用和维修。
　　(作者单位:河南省开封技师学院)