机电一体化与自动化范例(3篇)

机电一体化与自动化范文篇1

[论文摘要]机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。

一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

（四）具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。

（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。

②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。

③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。

⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

二、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

（一）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。

（二）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。

（三）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。

机电一体化与自动化范文

关键词：机电一体化；机械系统；性能设计

我国信息技术的发展与进步，使机电一体化应用相关电子技术获得了广大的发展前景，有效提高了机械系统的设计水平。机电一体化的应用突破了传统机电行业的工作方式，加强改革与创新，通过对各部件的协调，强化了机电系统的运行状态。当前机电一体化机械系统中，仍存在灵活性、柔性不足等问题，为了提升机电系统的自动化能力，应明确机电一体化机械系统设计的要点和发展前景。

1机电一体化机械系统设计原则

（1）精度高。机电一体化可发挥机电一体化系统优势，提高产品精度，严格控制设计过程。例如：一旦机械系统精度未满足相关标准，出现产品不合格现象，便难以保证生产质量与生产效率，而通过机电一体化对精度标准进行判定，可提高零部件的尺寸标准率与产品合格率[1]。（2）智能化。智能化是机械系统的主要特征之一，在进行产品设计中，可及时发现并处理机电突况，缩短反应周期。因机电一体化在工作时，机械系统的各部件处于独立运行状态，当设计出现变动与更改时，不会因为一个部件而影响整体系统。智能化系统可及时发现故障，快速地向机械系统传达智能，执行相关操作，保证机电一体化可以正常运行或及时停止，避免故障增加。（3）稳定性。机电一体化机械系统的稳定性较高，不仅可以延长机械元件的寿命，还可提升工作效率，提升机电产品性能。在设计中，应严格控制机电一体化系统性能，单个机械系统涉及较多子系统，严格控制机械振动频率与摩擦系数，从而满足系统稳定性[2]。

2机电一体化机械系统的设计要点

2.1性能设计

提高精度是机电产品设计的基本原则，只有精度达到标准要求，才能加强产品应用优势，为机电产品的生产带来保障[3]。然而，在机电产品的设计中，往往会出现机电一体化机械系统设计不够准确的问题，导致产品不合格，生产出的零件尺寸不合理，零件精度不够，无法满足客户要求。加强其智能化机电设计和快速响应，是机电一体化系统的主要功能，通过智能化的运用，可以处理在生产过程中发生的突发事件，还可减少生产时间，临时修改设计内容。在系统收到计算机的指令后，智能系统便可快速与机器中的各种元件进行工作，传达信息内容，进而提升机械系统稳定性，从而提高各元件的寿命与效率[4]。因此，作为一个庞大、元件众多的机械系统，为了保证其稳定性，应减少机械振动的频率与零件与器械之间的摩擦次数，应确认零件尺寸的选择，向小型化与轻量化的方向发展。

2.2部件设计

机械系统的性能分析包括动态与静态特征分析，需要应用数学模型与公式表达，进而反映出机械系统的相关性能[5]。设计系统中，因各部件的运动参数、关系与结构确定了零件的精度与材料等特点，而选择其他部件等工作都由机械系统来决定，这些性能决定了机械产品的功能质量参数，功能质量参数优，则表示机械产品的性能较好，使用寿命长，灵敏度高，零件较为耐磨，可以长期运作。传统机械系统中，动力元件是重要的组成部分，机械系统的机电元件由计算机信息网络进行控制，为传动部件提供源源不断的动力。随着计算机技术的不断发展，机电一体化的机械系统零件逐渐智能、自动化，减少了人力投入，为企业带来更高的效益。其中，机电系统中的导体为驱动元件，驱动元件将计算机传达的指令转化为机电一体化的运用语言，进而引导机电一体化的工作，驱动元件主要由变速器转矩与速度转化器组成，具有精度高、体积小、重量低、效率高等特点，是一种稳定、高效的传输元件。

2.3传动设计

传动设计可使机械系统应用动力机的机械能，主要集中在伺服机械系统方面，在进行实际的设计过程中，要根据机电结合的具体内容将控制电机引入系统中，在引入的同时，保证控制电机具有无级调速功能并将速度调为较大范围，减少其他零件的应用数量，进而降低磨损，避免在制造过程中出现误差，减少传动设计流程，使机电一体化的运行更为简单[6]。此外，控制电机应用过程中，传动方式要以并联为主，由执行、传动、控制等多种机构构成系统，控制机械系统的运行环节，发挥计算机的作用。在传动设计中，要应用现行或无间隙传动方式，加强机械系统的稳定性。

3机电一体化机械系统的发展趋势

3.1强化机电一体化的安全性

随着时代的发展，国外先进的机械生产技术逐渐在我国得到应用，其中在电子与机械方面，加强了自动化工作，减少了人员投入与生产成本，实现了经济效益。未来设计人才与设计理念将进一步加强机电一体化的设计与应用，增加科研与后期维修的支出，实现效益最大化。机电一体化机械系统不仅显著节省了人力、成本投入，还提升了制作成品的精密度，提高了成品的质量。微电子技术与电力电子技术是机电一体化技术发展的核心，应加强探究与应用，其中微型计算机与微型处理器最为重要，机电产品监控特点体现在操作、控制方面，可进行及时反馈，增加了机电一体化的安全性，保证了日常的维护工作，进而延长了机电一体化的使用寿命[7]。可见，机电产品监控加强了机电一体化的灵活性与自主性。

3.2应用柔性制造系统

未来，智能化、集成化的传感系统将得到更广泛的应用，机电一体化将以高性能、高处理速度与计算模式为智能控制方案创造有利条件，进一步推动机电产品的智能化发展。其中柔性制造系统具有一定的代表性，柔性制造系统指将各种设备由一个传输系统联系起来，由传输装置将工件送到各加工设备，使工件进行准确、迅速加工。柔性制造系统使机电一体化具有自动化能力，使其工作效率得到显著提升[8]。

4机电一体化系统的发展策略

4.1促进科技创新

首先要摒弃传统的思想观念，并在传统观念基础上加强创新，企业领导人要加强对机电一体化技术的重视，发展机电一体化技术，转变原有的“投资成本过高”等不正确的思想观念，要对机电一体化技术的发展进行创新，融入现代先进技术，保证机电一体化技术满足时代需要，符合社会需求。同时，要加强机电一体化技术在人们生活中的应用，提升用户对机电一体化的重视程度，发挥机电一体化的作用，进而促进我国经济发展。

4.2将现代技术与机电一体化结合

机电一体化技术并不单一存在，需要将其与现代技术结合。在未来发展中，将机电一体化与信息技术、高新技术结合，进而优化机电一体化系统，增加企业的经济效益；同时，对机电一体化进行现代管理，通过高新技术加强机电一体化的创新。应用这两种技术，可以找出机电一体化在工作中的不足，进而对机电一体化进行改进，发挥其最大作用。

4.3融入节能环保理念

机电一体化系统具有广阔的设计与发展前景，在未来发展中，要提升其制作成品的质量，加强机电一体化的性能，因此在进行设计中，要严格进行质量控制，采用正确的设计方式；同时对系统配置、设备接口和结构进行优化创新，将节能环保理念应用到机电一体化机械系统设计中。在对机电一体化的设计与使用过程中，要进行环保考量，保证其对生态环境的污染破坏较小，再通过正确的使用方式，优化设计流程，实现机电一体化的环保作用，进而使企业稳定发展，符合社会的发展规律。

5结束语

随着机电一体化技术的发展，将推动机械系统的新一步完善，而机械自动化在行业发展中具有较大优势，提高机电一体化的智能性将成为行业发展的最终选择，因此设计人员要结合机电产品的设计要求，在机械系统的设计过程中，要严格控制设计质量，从结构、动力元件、传动元件等多种方面提升机械制造技术水平，发展广阔的市场空间，实现机电一体化机械系统的设计目标。

参考文献：

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机电一体化与自动化范文

关键词：机电一体化机械设计工程自动化

中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)02(c)-0000-00

进入20世纪60年代以来，微电子技术、信息技术、自动化技术得到了迅猛发展，以信息技术为中心，极大地提高劳动生产率和工作效率为重要目标。测量与控制技术、计算机技术和通信技术，三者结合在一起，构成完整的信息系统。在这种新技术革命的影响和冲击下，机电业发生了深刻的变化。机电一体化的共性关键技术是；精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、白动控制技术以及系统总体技术。但是区分机电一体化或非机电一体化的机械系统，其核心是计算机控制的伺服控制系统，其他的都是与此匹配的重要部分现有机械产品的电子化必须采用系统科学的观点和综合集成的技巧，使机械、电子设备和软件之间相互适应和匹配，发挥各自的优势，才能促进工业产品和消费产品向自动化方向发展。

1机械机电一体化技术及其应用

机电一体化系统的形式多种多样，其功能也各不相同。一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力单元、传感检测单元、执行单元、驱动单元、控制及信息处理单元。随着机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，机械本体需在机械结构、材料、加工工艺以及几何尺寸等方面都应适应产品高效、多功能、可靠、节能、小型、轻量、美观等要求。动力单元动力单元的功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。机电一体化的显著特征之一是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。与一般的同类型机械装置相比，机电一体化系统中的机械部分精度要求更高，结构更简单，功能更强大，性能更优越，同时还要有更好的可靠性、维护性和更新颖的结构。零部件要求模块化、标准化、规格化，还有许多新的课题要加以研究和运用，如对结构进行优化设计，采用新型复合材料以使机械系统既减轻重量、缩小体积，同时又不降低机械的静、动刚度，采用高精度导轨、精密滚珠丝杠、高精度主轴轴承和高精度齿轮等，以提高关键零部件的精度和可靠性；开发新型复合材料以提高刀具、磨具的质量；通过零部件的模块化和标准化设计，提高其互换性和维护性等。因此机械技术的出发点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其他高新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变革。

2信息处理与自动控制技术及其应用

机电一体化系统中主要采用丁业控制机(包括可编程控制器，单、多回路调节器，单片微控制器，总线式丁业控制机，分布式计算机测控系统)进行信息处理。计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术发展和变革的最重要因素。随着社会和经济发展，对信息交流的需求越来越大，这就需要信息传输，即通信技术，围绕如何提高传输速度、减少误码率等进行的。为了共享资源、提供分布式功能和集中管理，可通过通信设备和线路，将不同地理位置具有独立处理功能的多个计算机连接起来，运用功能完善的网络软件按照网络协议进行数据通信，组成计算机网络系统。计算机技术、通信技术和计算机网络技术的发展为信息处理技术提供了技术保障。

控制与信息处理单元像是对其他要素和它们之间的连接进行有机的统一控制一样，其功能是将来自传感器的信息和各种命令进行集中处理，根据处理结果，按照一定的规则发出相应的控制信号，控制各要素或子系统连接成为一个有机整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，并达到预期的性能，从而形成机电一体化的系统工程。各子系统之间必须通过控制信息进行联系才能协调统一的运动，进行有规则地物质和能量的交换和转移。因此，控制与信息处理单元是机电一体化系统的核心单元，一般由计算机、可编程控制器、数控装置以及各种逻辑电路等组成。信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。自动控制技术包括高精度位置控制、速度控制、自适应控制、自校正等技术。自动控制就是依据自动控制原理对具体控制装置或系统在设计之后进行系统仿真，现场调试，最后使研制的系统可靠地投入运行，尤其是计算机技术高速发展，使得自动控制技术与计算机技术的结合越趋密切，因此自动控制技术是机电一体化技术中十分重要的关键技术。

3伺服驱动技术及其发展

电动机伺服驱动方式在数控系统中的运用非常广泛，交直流伺服电动机驱动主要用在闭环伺服数控系统中。由于变频技术的进步，交流伺服电动机驱动技术取得突破性进展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。步进电动机驱动主要用在开环伺服数控系统中。对机电一体化系统的动态性能、控制质量和功能来说，伺服驱动技术具有决定性的作用。液压伺服系统(如液压马达、脉冲液压缸等)具有工作稳定、响应速度快、输出力矩大等特点，特别是在低速运行时其性能更突出，但液压系统需要增加液压泵等动力源，设备复杂、体积大、维修难及污染环境；而电气伺服系统(如步进电动机、直流伺服电动机等)具有控制灵活、费用较小、可靠性高等优点，但低速时输出力矩不够大。由于近年来变频技术的进步，交流伺服驱动技术取得突破性进展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。

4结论与展望

机电一体化技术需要很多部门、产业的配合和支持，才能取得满意的结果。我们不仅要对机电一体化的各项相关技术进行全面深入的了解，还要能从系统工程的概念人手，通过系统总体设计来使各个相关技术形成有机的结合，并且要注意研究和解决技术融合过程中所产生的新问题，只有这样才能满足机电一体化高速发展的需要。机电一体化概论都很好，如果整个系统不能很好地协调，则它仍然不可能可靠地正常运行。随着科技的进步和社会经济的发展，机电一体化技术正在不断地深人到各个领域，并且迅猛地向前推进，特别是制造工业对机电一体化技术提出了许多新的更高的要求。机电一体化的发展趋势应为：在性能上向高精度、高效率、高性能、智能化方向发展；在功能上向小型化、轻型化、多功能方向发展；在层次上向系统化、复合集成化的方向发展。

参考文献

[1]谢佳.略论机电一体化技术的发展[J].机电信息,2011,(06).

[2]李晶.机电一体化技术应用之我见[J].价值工程,2011,(03).

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