机电一体化的设计篇1
关键词：机电一体化；机械系统；设计
中图分类号：tH-39文献标识码：a文章编号：
一、前言
现代科学技术,特别是微电子技术和计算机技术的发展,使得传统的机械系统的设计受到了极大的冲击，电一体化产品在机械系统中发挥着越来越重要的作用。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。机电一体化是一门独立的综合叉学科，现已发展到光机电一体化、机械智能化和微机械化阶段。目前，机电一体化技术已经在的各个领域已得到广泛的应用，在机械系统设计领域也发挥着越来越重要的作用。
二、机电一体化机械系统概述
机电一体化是在传统的机械技术基础上，综合应用机械技术、信息技术、微电子技术、自动控制技术、软件编程技术等技术,根据优化组织结构目标和系统功能目标,以智力、结构、运动、动力和感知组成等要素为基础,进而对各个成要素和各要素之间的运动传递、信息处理、能量变换、接口耦合、物质运动等进行研究,使整个系统进行结合与集成,并在系统控制程序的信息流控制下,形成物质的和能量的有规则运动,在高质量、高功能、高精度、高可靠性等方面实现最佳功能价值系统工程技术。机电一体化的产生和发展对机械系统也起了极大的推动和促进作用，它提高了机械系统的性能，完成传统机械所不能完成的功能。一般来说，机械技术只能形成功能有限的纯机械的产品，但与信息技术、微电子技术相结合后，就可以形成机电一体化产品。但并非任何的机械产品都能改造成机电一体化产品，必须要对其零部件也要进行适当选择或替换，再结合相关技术等才能形成机电一体化产品。
图1机电一体化系统组成结构示意图
机电一体化机械系统是通过计算机信息网络进行协调与控制，主要是用来完成动力学任务的机械及其机电部件的系统。机电一体化机械系统核心是由计算机控制的，包括机械、电子、液压等技术的伺服系统。机电一体化机械系统的主要功能是在计算机协调和控制下，单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成一系列机械运动，完成其系统功能要求。机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和最优化设计。机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。（1）执行机构是依据操作指令的要求在动力源的带动下，完成操作任务的直接装置。一般具有较高的灵敏度、精确度和可靠性等。由于计算机的越来与强大的性能，传统作为动力源的电动机已发展为具有动力、变速与执行等多重功能的伺服电动机，从而简化了传动和执行机构。(2)传动机构是伺服系统的一部分，要根据伺服控制的要求进行选择设计。传动机构不但要满足传动精度的要求，还要满足轻量、低噪声和高可靠性的要求。（3）导向机构一般指起支承和导向作用的导轨、轴承等，为机械系统中各运动装置完成其特定方向的运动提供保障。此外，在机械系统设计时，为获得良好的伺服性能，必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的电气参数、性能参数的匹配。
与一般的机械系统相比，机电一体化系统的机械系统要求较高的制造精度、良好的动态响应特性和良好的稳定性。（1）高精度。精度的高低直接影响产品的质量，机电—体化机械系统的高精度是其最重要的要求。机电—体化机械系统其技术性能、工艺水平和功能有很大的提高，如机械系统的精度不能满足要求，则无论机电—体化也无法完成其预定的机械操作。（2）快速响应。机电一体化系统的快速响应要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔应当短。只有这样，能控制系统也才能及时根据机械系统的运行情况获取相关信息，然后下达指令，从而精确地完成预定的任务要求。（3）良好的稳定性。机电一体化系统要求系统抵御外界环境的影响和抗干扰能力强，机械装置在外界干扰的作用下依然能够保证稳地进行工作。因此，在机电一体化系统的机械系统设计中，一般应当满足无间隙、低摩擦、高谐振频率等要求。此外，机械系统还要求具有高可靠性、寿命长、体积小、重量轻等特点。
三、机电一体化机械系统的设计
1.机械传动设计
机械传动系统的方案设计是机械设计工作中的一个重要组成部分，是最具创造性的设计环节。正确合理地设计机械传动系统，对提高机械的性能和质量、降低机械的制造成本和使用费用等都是至关重要的。机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置,是一种扭矩和转速的变换器,其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配,并可通过机构变换实现对输出的速度调节。机械传动设计的任务，是将动力机产生的机械能传输到操作机械上,因而机电一体化系统中机械传动系统的设计也就是伺服机械传动系统设计。在机电一体化系统中,在一定程度上伺服电动机的伺服变速功能替代了传统机械传动中的变速机构,只有在伺服电机的转速范围满足不了系统要求的情况下,才会通过传动装置进行变速。由于机电一体化系统对快速响应指标要求一般都会很高，机械传动装置不仅要解决伺服电机与负载间的力矩匹配问题，还应当大力提高系统的伺服性能。因此，机电一体化系统要求机械传动部件转动应当满足惯量小、摩擦小、阻尼合理、间隙小、轻量和高可靠性等要求。因此机电一体化机械传动系统具有传动链短、转动惯量小、尽可能采用线性传递、无间隙传递等设计特点。
2.机械结构设计
机电一体化的机械结构仍属于传统机械技术的范畴,在满足伺服系统对其稳、准、快要求的前提下,从整体上说应该是朝着高速化、精密化和轻量化的方向发展。因而在进行结构设计时，必须要对具体的零部件的设计提出了更高、更严的要求,应当综合考虑到各个零部件的制造和安装精度、结构刚度、稳定性等具体情况。可以通过一些措施来改善机械结构零部件特性，如采用新材料和钢板焊接结构来提高支承件的刚度、采用合理的截面形状和尺寸、采用低摩擦系数的导轨提高运动的平稳性。近几年在结构上也出现了并联形式,如并联机器人、并联机床等,极大地简化了机械结构,提高了产品的刚度重量比及精度。除了以上两个方面以外,机电一体化机械系统设计还需工程技术人员在设计方法上大胆创新,充分利用已有的模块,,并且在设计之初,就考虑到产品在制造、使用过程中对生态环境的影响。
四、结束语
由于机电一体化的迅速发展，机电一体化技术已逐步渗透到机械工业的每一个领域，几乎不受行业的限制。机电一体化是机械设计理论的发展，设计好机电一体化机械系统是机电一体化产品的前提。面对日益发展信息时代,掌握机电一体化机械系统设计的思路,是开发机电一体化产品的关键所在。伴随着机电一体化技术的不断发展其机械部分的设计将会朝着结构更简单，控制更容易，可靠性更好，性能价格比更高的方向不断发展。
参考文献
[1]黄杰波.浅谈机电一体化机械系统设计理论[J].科技资讯,2011,16:109.
机电一体化的设计篇2
介绍。
关键词：机电一体化；可靠性；预计分配
中图分类号：tH239文献标识码：a文章编号：1009-2374（2014）01-0012-02
1概述
随着我国市场化经济的发展和技术水平的不断提高，机电一体化产品在我国各个行业、各个领域的应用范围越来越广泛，机电一体化的产品结构越来越复杂，其使用条件和应用的环境也更加严格，由此产生的产品可靠性问题必然增多。可靠性是衡量产品质量的一项重要指标，早在20世纪50年代，国外就兴起了对技术可靠性的广泛研究。
可靠性是产品或系统的重要指标属性，要提高系统的使用寿命、应用的稳定、计算的准确，降低长期使用的损耗费用，产品质量的时间起到关键作用。可靠性分析，目前已经成为产品安全性预测、质量保障及维修计划制定等工作不可或缺的手段。尤其是在现代生活中，不论是复杂的飞机，还是日常生活中简单的计算机等，都是应用大量复杂的机电一体化产品与系统的典型代表，与此同时，可靠性工程应用其中，并取得了成功。
2可靠性
机电一体化产品的可靠性是利用时间作为标准对产品质量指标进行描述，机电产品在规定的条件和时间内完成规定功能的能力。它包含五个要素，分别是：对象、规定的工作时间、规定的工作条件、正常运行的功能以及
概率。
机电一体化产品的可靠性研究对象既包括系统，也包括各种单元、组件、零部件等。“规定的工作条件”一般包括：环境条件、动力条件、负载条件以及使用和维护条件。“规定的工作时间”一般指产品的全寿命周期。正常运行的功能是指机电一体化产品完成任务的各参量。而概率是可靠性的数值表征。
可靠性指标是产品可靠性的量化标尺，是进行可靠性分析的依据。可靠度、失效率、平均寿命、平均维修时间等函数都是机电一体化产品常用的可靠性指标。在不同的工作条件下，对于不同的机电系统，应采用不同的可靠性指标来进行可靠性设计。
3可靠性设计
机电产品的可靠性是设计出来、生产出来的。可靠性设计是一种预先考虑产品或系统可靠性的设计方法，运用可靠性设计可以实现在完成预定功能的前提下，使性能、重量、成本、寿命等各方面相互平衡，设计出可靠性高的产品的目的。其任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用来保证应有的工作寿命和可靠度，建立最优的方案，实现产品的设计需求。设计人员必须明确可靠性设计的目的并掌握可靠性设计的方法，因为可靠性设计是机电一体化产品设计中最重要的一环，可靠性设计与机电产品的功能设计同步进行也是必要的。可靠性设计主要包括可靠性预计和可靠性分配两
部分。
3.1可靠性预计
可靠性预计是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性进行的工作，以以往的工程经验、故障数据、当前技术水平、元器件的失效率等为依据，预计产品实际可能达到的可靠度。可靠性预计包括可靠性分析和可靠性预测两个过程。
可靠性分析就是依据机电一体化产品各个组成单元的具体功能特性，绘制反映其物理关系的功能框图。然后根据功能图，进行可靠性建模，分别是绘制能够反映其逻辑关系的可靠性框图和建立可靠性数学模型。机电一体化产品的可靠性与组成它的各个单元的可靠性之间的定量关系是可靠性数学模型反映的内容。产品系统彼此组合起来的形式和各组成单元本身的可靠性是产品系统的可靠性的两个决定性因素，也就是在逻辑图中各个单元之间的连接
方式。
完成可靠性数学建模，把机电系统的可靠性特征量表示成各部分可靠性特征量的函数，再根据已知的各部分的可靠性指标数据计算出系统的可靠性，进行可靠性预测。通过可靠性预测，能实现对机电一体化产品各单元的现有元器件水平和使用条件下能达到的可靠性指标的客观认识，又能找到系统的可靠性薄弱环节，从而提出对设计方案的修改意见，最后再进行实施。在一般情况下，最终形成一个机电一体化系统，需要进行若干次可靠性预测，并且预测越早越好。
3.2可靠性分配
技术可靠性分配是技术可靠性设计的基础，也是系统可靠性设计的重要任务之一。可靠性分配是为了使复杂问题的处理得以简化并便于检验，把系统的可靠性指标按照一定的方法合理地分配给系统、单元、零部件的全过程。它是一个分解的过程：由一个整体到局部、由大到小、由上到下，也是系统可靠性预计与分配贯穿整个设计的过程，而且系统设计初期的可靠性预计与分配对系统可靠性有着十分重要的影响。
4结语
社会各个领域越来越广泛地应用机电一体化产品，机电一体化产品的可靠性问题逐渐受到各方的关注。本文以可靠性为出发点，详细介绍了机电一体化产品的可靠性设计过程，为使用者提供参考，起到提高机电产品可靠性和质量的作用，达到增加机电一体化产品的社会效益、经济效益的目的。
参考文献
[1]王世萍，朱敏波.电子机械可靠性与维修性[m].北
京：清华大学出版社，2000.
[2]郑和元.关于机电一体化系统中的可靠性分析[J].商
品与质量·焦点关注，2012，（4）.
[3]秦明，巫世晶，孙旋.机电系统可靠性工作与分析技
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[4]杨鹤年，韩钢.机电一体化系统中的可靠性分析[J].
机电一体化的设计篇3
关键词：机电一体化园林设计
中图分类号：K928文献标识码：a文章编号：
机电一体化的发展及现状
日本企业界在1970年左右最早提出机电一体化技术的概念，结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，总体分解成相互关联的若干成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广。
机电一体化技术具体包括以下内容，首先是机械技术，机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。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、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标，在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。其次是系统技术，系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
第三是动控制技术，由于其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。第四是传感检测技术，传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术，它是机电一体化系统达到高水平的保证。最后是伺服传动技术，包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
机电一体化设计在园林学中的发展
机电一体化工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的园林设计的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机电一体化工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。
人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。
人工智能与机电一体化之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机电一体化工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。
机电一体化的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。随着机电一体化技术的发展和知识总量的增长，机电一体化开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。
由于机电一体化的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。
机电一体化在园林设计中的应用
中国园林历史悠久，是我国古代建筑艺术的珍宝，造园艺术更是源远流长，早在周武王时期就有建宫苑的活动，她的形成主要受统治阶级的思想及佛道、绘画、诗词的艺术影响，如在魏、晋、南北朝时期，统治阶级争夺激烈，国家呈分裂状态，加之道、佛盛行的影响，产生了玄学，这时的士大夫，或人欲享乐，或洁身自好，或遨游山水，导致了自然审美观的形成，治园特点也多为自然情趣的田园山水。中国古典园林的构造，主要是在自然山水基础上，铺以人工的宫，廊、楼、阁等建筑，以人工手段效仿自然，其中透视着不同历史时期的人文思想，特别是诗、词、绘画的思想境界。
机电一体化是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。现代化技术的广泛应用下园林设计也离不开机电一体化的技术的渗透。中国古典传统园林所讲求的意境经过2000多年的历史发展，已经到了登峰造极的地步，以后可能会有更好的作品出现，但从大趋势来看，机电化以及成了一个明确的发展趋势。更多的光影照明等元素会融入到园林设计中。按照这个思路，造就一流园林的必要条件，应该是创造园林的传统意境和科技文明对园林现代化的普遍需求相结合。我们目前对园林现代化的普遍需求还正在建立之中，但还处在较浅的层次和较简单的基础上。在这样的情况下，我们要想有所长进、有所作为，就必须认真学习和研究古今中外一切有益的经验，提高创造园林机电一体化的能力，以适应社会对园林文化日益普遍、日益深刻的需求。
参考文献：
[1]翟涛.浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势[J].科技信息.2012(26)
[2]黄恩勇.浅谈机电一体化技术的应用与发展趋势[J].科技与企业.2012(04)
机电一体化的设计篇4
【关键词】高职机电一体化专业应用数学整体设计
一、高职机电一体化专业应用数学课程的重要性
在高职院校涉及到的每一专业当中，都会具备应用数学这一基础课程。可是，在现阶段的高职所开展的应用数学课程，存在着较多的问题，例如：与实际脱离、课程内容与体系陈旧等。怎样将应用数学的本质特色显现出来，让高职学生把握实际生活中必要的数学知识，是应用数学教学中必须要解决的问题。所以，一定要在对高职机电一体化教学课程深入了解的条件下，将发展性和实用性相统一的应用数学课程建立健全，从而将合理的教学手段和教学方式成功探索。在一定程度上需要将机电一体化这一专业特点有效结合，重新设计教学方法、内容以及目标等方面，将应用数学在机电一体化专业中所展现的作用发挥出来。
二、高职机电一体化专业应用数学课程的整体设计
1.建立考核评价体系
高职应用数学的考试，基本上是重视结果、忽视过程、重视理论、忽视能力的，并且存在着单一的考试模式，以及不合理的安排。所以，一定要将应用数学的考试模式合理改善，将较为具体全面的考试考核制度充分建立。针对高职学生的考核评价，需要具备多种形式、立体的要素。在传统型的应用数学考试方面，存在着较大的片面性，可是也会有其合理的一面。正确的方式，是需要对专业特点有效结合，考试内容中会恰当的添加一部分和机电专业有关联的应用数学问题，可是不能添加难度较大的内容，防止产生极大部分学生的不及格状况。此外，还需要将日常的考核和期中、期末开始有效融合在一起，日常的普通考核需要利用预习作业、论文写作、数学建模、课外作业等方式，优选出和应用数学内容有关联的题目，让学生进行选作，重视高职学生体验以及进步程度，一方面有助于学生充分改进学习方式，另一方面还能够让教师在考核评价阶段，将自身的教学方式合理调整[1]。
针对学生考核评价主要包含：价值观、学习方式、学习过程、技能、知识等全面的评价，需要进行在协商、平等的氛围当中，要将学生的自我发展、自我调节以及自我评价为根本，将学习的积极性充分调动起来，从而将高职机电一体化专业学生的能力发展得到极大促进。
2.构建教学内容
高职机电一体化专业的学生，拥有在职能岗位上有效解决问题的能力，是毕业生一定要做到的。所以，高职应用数学的教学内容中，需要将能力作为目标，构建出与教学内容相符，同时又与所培养的目标相对应的创新教学内容。按照该专业毕业生的课程需求以及岗位职能特征，能够将应用数学分解为六大项。分别为：优化管理、产品检验和零件的精度测量、计算电路物理量、设备误差计算、计算电工向量、计算零件关键点。
3.拟定课程目标
高职院校应用数学课程中的目标，具体包含：专业和通用的数学能力目标。机电一体化专业的学生，毕业之后所从事的岗位一般会包含：行政管理；生产管理；质量监督；操作与装配。在岗位能力上要求机电一体化专业的学生必须拥有常用工具使用、读图、专业资料等使用的能力。所以，通用的数学能力目标基本上会要求此专业的学生，利用学习应用数学知识，加强问题解决以及数学计算等能力。专业的数学能力目标要求学生，要学会应用微分和导数等概念，将实际数学模型有效建立等。
4.构建教学方法和教学模式
按照高职机电一体化的职能特点，应用数学课程模式与项目教学相符。此教学模式的特点为：课程内容难易度是从易到难，项目都会包含课程中的所有任务，同时和工作的过程通常是相同的。根据这样的课程模式，能够将应用教学中传统型的整体模式，分割成不同的项目，重要的知识点会覆盖所有的项目，然后开展详细的设置，利用任务的相对驱动将教学活动有效展开，让学生们能够对工作任务直接参与并妥善完成。按照机电一体化课程需要和岗位需要，利用似真实、非真实的项目教学，能够将高职学生的应用数学对问题解决的能力提升。在实际的教学阶段，需要融合应用数学的特点，在用、做、学、导一体化的设计方法上，在教学的过程中使用讨论教学法、模型教学法等方式不断完善。如图1所示：
此外，还需要把应用数学课程的具体内容，拟定为详细的项目类型，接着以项目为基准，将相应的案例有所确定，继而从任务的角度上渗透知识，利用学生互相的讨论分析，将详细的解决方案得以明确，这时要在解决方案当中将数学公式、定理、定义正确引出，最终通过应用数学知识，将机电一体化的实际以及专业的问题充分解决。
总结
以上的论述，针对岗位职业的能力，整合原教材内容，有效地将教学实用性大力增强，对高职学习特点相对适合。在实施真实任务形式下的项目教学模式，能够对学生的学习兴趣充分激发，是对学生提升团队合作能力以及分析问题等能力的必要途径。
【参考文献】
机电一体化的设计篇5
关键词：光机电一体化pLC设计
一、微生产线的基本结构设计
自动化生产线最初是在机械制造业中实现的，其中最早出现的是机床自动化生产线。随着工业的不断发展和用户的不同需求，微生产线的发展近几年来也崭露头角。它相对于大型的自动化生产线有着诸多的优点，如体积小、成本较低、生产效率高、易操作、易检修、技术定向等等。
笔者以设计一条基于光机电一体化技术的微生产线为主要内容，综合阐述了整个生产线各个独立单元的设计内容和设计方法。这条微生产线系统以工业生产和工程应用为背景，有较高的集成度和开放性，各个单元可拆分独立使用，也可综合整体使用。它可以对工件进行送料检测、加工、搬运、装配及分类存储。系统中应用多种传感器实现对工件材料的检测识别，然后通过模拟打孔装置对工件进行加工，再由搬运单元搬至装配单元，再将装配好的工件搬运至存储单元，最终由机械手对到位的工件完成分类存储。
二、微生产线中基本单元的设计
1.供料单元的设计
它是整个系统的第一个单元，也是整个工作中最基础的模块。供料过程中，供料气缸从料仓中推出工件，推料气缸推出工件。供料单元有三种传感器，可检测区分材质、颜色，供后面单元分类操作。
送料检测单元主要完成对工件的检测任务，它的主要组成及用途如下。
（1）料仓装置：用于存储要加工的工料。
（2）送料气缸：把工料送至颜色检测位置。
（3）推料气缸：把检测完毕的工料送至加工转盘。
（4）电磁阀及气动元件：用于控制气缸伸缩。
（5）光电传感器：用于检测输送台上工件。使用传感器上面的旋钮调节需要的检测距离，检测范围为1～9cm。
（6）光纤传感器：一对对射式光纤传感器为料仓传感器，感应料仓中是否有工件。
（7）电感式传感：用于检测金属，检测的距离一般是有要求的，设计时规定5mm。
2.加工检测单元的设计
首先由传感器来检测待加工工件是否到达旋转圆盘上。若已经到达，那么旋转圆盘则执行接下来的动作，通过90°的旋转把待加工的工件送到工件要进行加工的正确位置上。钻孔装置对工件进行打孔加工，接下来旋转圆盘再旋转90°进行接下来的动作。这一动作的执行是利用气缸来检测已加工工件的深度，如果气缸已经推到底那么就说明加工工件的孔是符合要求的，不然的话不符合要求。
加工检测单元由四工位转盘、模拟钻孔加工装置、深度检测装置、传感器、电磁阀及气动元件、三相380V交流电动机、并励直流电动机、涡轮蜗杆减速机、电磁离合器等组成，主要完成对工件内径的钻孔加工。
3.装配单元的设计
将搬运单元传送来的工件进行装配成形后，搬运到分类存储单元。当放料口有工件，拖料气缸开始执行动作，把钻完孔的工件移动到对应的位置，该位置的顶料气缸就会缩回，这样就实现了装配任务，此时装配完成的工件被拖料气缸推出，已进行下一步的执行动作：搬运单元来搬运。
装配单元主要由配件料筒、装配台、抵料气缸、拖料气缸、光纤传感器、电磁阀及气动元件等组成，主要完成将搬运单元传送来的工件进行装配成形。
4.搬运单元的设计
上一单元的合格工件到位，伸缩气缸、提升气缸、旋转气缸相互配合，测工件到位后，由传送机构传送到位。
5.分类存储单元的设计
把不同的工件经过检测，分类放置，可检测材质颜色等。该单元可以按行进行分类存储，也可以按列进行分类存储，用户可以根据生产需要进行设定；从下到上或者从左至右是工件的入库顺序。
三、微生产线的机械设计
1.气缸的选型
在设计过程中，需要根据不同的工作原理及不同的应用范围来选择合适的气缸。系统中使用气缸的机构及相应的气缸选型如下。
（1）送料检测单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于将料仓中的待测工件推至检测位置的圆柱形气缸，另一个是用于将检测完毕的工件从检测位置推至加工转盘的圆柱形气缸。
（2）加工检测单元共使用了3个单作用类型的气缸：一个是用于固定加工转盘上待加工工件的圆柱形气缸，另一个是用于提升钻孔电动机的圆柱形气缸，再一个是用于检测加工工件深度（检测加工元件是否为合格品）的圆柱形气缸。
（3）搬运单元。共使用了三种类型的四个气缸：一是用于机械手升降的单作用圆柱形气缸，一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，一是用于抓夹工件的气手指，一是用于使机械手旋转至抓夹位置的双作用气缸。
（4）装配单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于拖动装配台至装配位置的圆柱形气缸，另一个是用于抵住配件料筒中工件的圆柱形气缸。
（5）分类存储单元共使用了2个类型的气缸：一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，另一个是用于抓住工件的气动手指。
2.电磁阀的选型
在微生产线的设计中，气动电磁阀是控制气缸的枢纽部件，在进行气动电磁阀的选型时，需要根据选用的气缸的种类进行电磁阀的选择。
系统中大部分选用了的单作用气缸（机械臂也为单作用气缸），统一采用型号为4V110-06-DC24-2.5w的气动电磁阀。它是一个二位五通单电控电磁阀，可以良好的配合该系统使用的气缸的工作。此外，在搬运单元中，用于控制机械手旋转的双作用摆缸，采用型号为4V120-06-DC24-2.5w的气动电磁阀。
3.机械传动的设计
由于每一种机械传送方式都有各自的特点，需要根据不同的要求选择不同的机械传动方式，在加工转盘的旋转过程中，使用了涡轮蜗杆对旋转位置进行精确定位，在分类存储单元机械手的伸缩、提升使用了滚珠丝杠进行平稳放置工件，搬运单元使用了带传送进行工件的水平传送。
四、pLC控制系统的设计
在微生产线系统中，根据系统中多单元协同工作，要求pLC之间实现网络通讯，多传感器、气动元件动作，要求具有数字量、模拟量扩展功能；能够控制步进、变频、伺服电动机的工作，要求pLC具有较强的运动控制的功能；根据国内的电压等级为220V/380V，要求电源可以在该范围工作；由于系统需要拆装和移动，要求pLC具有较强的抗震能力。参考市售pLC产品的价格，最终选定西门子公司生产的S7-200系列pLC。
五、人机界面的设计
人机界面又叫Hmi，是用户对自动化控制系统的一种检测、控制手段。本条微生产线采用了mt4404t系列的触摸屏，进行系统的操作和基本状态的监控。该触摸屏具有方便的接口、简捷的开发系统、良好的用户体验等特性，适合用户的基本需求。
六、设计方案的预期和不足
机电一体化的设计篇6
关键词：截流井，等截流量，锥体控制
0引言
城市污水截流井是合流制管道中一个重要的附属构筑物，其主要功能是将城市旱流污水和初期雨水截流入污水截流管，以免城市水体受到更为严重的污染[1]。截流井设计的基本要求可归纳为几点[2]:1）保证旱流时污水的截流；2）雨天时保证初期雨水的截流，当达到设计截流倍数时，能顺畅地溢流排入水体；3）安全可靠、截流效率高，维修量少，管理方便，能适应不同截流倍数的要求；4）构造简单、加工方便、造价便宜。
1国内常用污水截流井类型及其优缺点
国内目前涉及截流井设计及计算的规范和规程主要包括了《合流制系统污水截流井设计规程》(CeCS91:97)(以下简称《规程》)、《室外排水设计规范》(GB50101—2005)、《给水排水设计手册》(第5册)等[3]。在《规程》中提及的污水截流井型式主要有三种，即溢流堰式、截流槽式、跳跃堰式截流井。
1.1溢流堰式截流井
其结构如图1所示。溢流堰式截流井是在井中设置溢流堰，当上游来水过多时机电一体化论文，超量的水从堰顶跌落排入溢流管。其应用范围一般在雨、污水管道基本一致或合流管道与污水管道高程相仿时。在两条管道间加两个检查井做连接管，并在雨水或合流管内加设档堰论文格式。挡堰可以砌砖或做成木板闸，挡堰和挡板的高度视截流污水量的大小而定。这样在非汛期，管道内的污水被堰或堰板挡住，折返进入污水管。而当雨季来临，合流管或雨水管道内的雨污混合水就会越过堰排入河湖中。
根据堰的平面布置形式不同，溢流堰可以分为正堰、斜堰、侧堰和曲线堰。侧堰式截流井在合流制截污系统中的应用是较为成熟的一种[4]。
1.2截流槽式截流井
其结构如图2所示，截流槽式截流井一般只用于已建的合流制管道，该截流井不用改变下游管道，它可以由已建合流制管道上的污水检查井改造而成。但由于其截流量难以控制,在雨季时将会有大量的雨水进入截流管道，增加污水处理厂的负荷，当污水截流倍数值选择不当时，污水又会截不净，因此在使用中受到一定的限制。
1.3跳跃堰式截流井
其结构如图3所示。跳跃堰式截流井是一种主要的截流井形式,该种井的中间固定堰高度可根据手册提供的公式计算到。由于设计周期较长，而合流管道的旱季污水量在工程竣工之前会有所变化，故将固定堰的上部改为砖砌，且不砌至设计标高，当投入使用后再根据实际水量进行节。但它的使用受到一定的条件限制，即其下游排水管应为新敷设管道。对于已有的合流制管道，不宜采用跳跃式截流井(只有在能降低下管道标高的条件下方可采用)。
图1图2图3
2锥体控制等截流量截流井
2.1工作原理
如图4所示，一般截流井包括：内部中空且具有一定容积的外形为正方体或长方体的井体机电一体化论文，井体壁上至少一个雨污混合水流进口即合流管，截流污水的截流管，溢流堰和溢流管。锥体控制等截流量截流井的特征在于带浮力控制装置的锥体装置。
1.合流管2.溢流管3.截流管4.内锥5.滑杆6.滑套7.滑块8.摇杆9.拉杆10.杠杆和浮球
图4
锥体装置由锥管和内锥组成，锥管的左端与截流管连接，内锥位于锥管内，与锥管同轴，两者的表面之间有一定间隙，内锥的右端与滑杆固定连接。
浮力控制装置由滑杆、滑套、滑块、摇杆、拉杆、杠杆和浮球组成，滑杆的左端与内锥固定连接，右端与滑块铰接，中间位于、滑套内，滑套与井体固定连接，摇杆是一根弯杆，中间弯头处与井体铰接，垂直端部分位于滑块内，另一端与拉杆铰接，拉杆的另一端与杠杆的中间部分铰接，杠杆的一端与浮球固定连接，另一端与井体铰接。
当旱流或雨量较小时，截流井内水面较低，浮球下落机电一体化论文，带动杠杆逆时针转动，杠杆推动拉杆向下运动，拉杆推动摇杆逆时针转动，摇杆带动滑块向右运动，滑块带动滑杆向右运动，滑杆带动内锥向右运动，内锥与锥管之间的间隙加大论文格式。但由于此时水面较低，截流管口的污水的压强较小，流速较小，流量一定。而当雨量较大时，截流井内水面逐渐升高，浮球抬起，带动内锥向左运动，内锥与锥管之间的间隙减小。但由于此时水面较高，截流管口的污水的压强较大，流速较大，流量也一定。如果将浮力控制装置中的各个构件的尺寸合理确定，就能使锥体左右移动的距离与水面高度相对应，从而使截流管的截流量恒定。
2.2相关计算过程
（1）当井内的液面高度有h1变化至h2时，截流管处的水流速度变化有v1变化至v2，如图5所示。
根据伯努利方程有[6]：
式中:为沿程损失；为局部损失；
λ为沿程阻力系数；为截流管管长；图5
为截流管管径；ξ为局部阻力系数；v为截流管内水流速度（m/s）
由此可知：
；
（2）当井内的液面高度有h1变化至h2时机电一体化论文，内锥在双摇杆机构以及摇杆滑快机构作用下有x1移动至x2，如图6所示。
液面高度h和杠杆的转动角度关系：
，
当杠杆产生了转角（）后，摇杆L3也产生了一个转角（)
(取负值)[6]
其中：
当摇杆转动了角度后，滑块推动滑杆向前移动了
图6
（3）当内锥在滑杆推动下有x1移动至x2时，锥管内的截面积有s1变化至s2，如图7所示。
即：
而所谓等截流量要求的是：
即：图7
有以上推导可知，只要选取合适的双摇杆的杆长以及内锥的锥角值，即可保证截流量恒定的要求。
3结语
本文介绍了一种由液面高度控制截流量的锥体控制等截流量截流井，可用以解决在现有污水处理厂处理、储存能力和截流井、管网储存能力的不变的情况下，减少稀释后的雨污混合水过多地进入截流管，从而进一步稀释污水处理厂的储水池的污水的问题，实现截流流域污染物截流的最大化。
参考文献：
[1]周建忠,罗本福,蒋岭.新型城市污水截流井介绍[J].西南给排水,2007(3):5-7.
[2]曹久耕,林淑佳.钟罩虹吸式溢流井的探讨[J].给水排水，1994(7):20-22.
[3]李胜海,许晓毅.污水截流井设计计算方法探讨[J].中国给水排水,2006(24):41-44.
[4]陈鲲.山区城市内河污水截流方案及技术措施研究[硕士学位论文].长沙:中南大学，2008
[5]杨根权.污水截流井截流量的控制[J].安徽建筑,2003(6):59-60
[6]陈兴和.步行器原理设计[J].镇江市高等专科学校学报,2000(3):74-76
机电一体化的设计篇7
一、引言
《机电一体化系统设计》课程可以使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，并且能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。这门课程既涉及理论知识的学习，又强调学生的实际动手能力，因此非常适合运用案例教学法。通过设计合适的教学案例及实训教学装置来引导学生自主探索、分析、理解案例中所包含的多学科问题和相关技术，采取即学即用、理论与实践无缝对接的教学方法，掌握案例中的科学知识和分析解决问题的工程实践能力，形成一个为解决问题学习，带着任务探索实践的学习氛围，最终达到教学目标。学生通过自导引小车案例，完成从机械本体设计、装配、电控系统搭建、程序框图及程序代码编写的全部过程，培养学生设计、调试及研发的能力，提高学生解决工程实践问题的能力。
二、自导引小车案例教学内容设置
1.理论教学内容。自导引小车是工业生产中得到广泛应用的典型车间自动设备，此系统从单片机控制系统硬件及运动轨迹算法、软件编程等方面锻炼学生的实际应用能力。自导引小车理论教学内容包括：介绍自导引小车简介及应用场合；自导引小车的工作原理；导引方式分类；路径规划；单片机控制系统；直流电机脉宽调速知识及实现方法；轨迹识别传感器原理及应用；双电机驱动行驶系统策略分析；KeilC单片机软件编程及调试。讲授时与案例相关的内容重点讲解，将已经学过的分散知识融合到一个案例，让学生体会到所学知识之间联系，对机电一体化的五大组成部分有更加明确的认识，掌握该实际工程应用中所涉及的内容和设计方法，实现系统地运用所学知识指导实际工程的目的。
2.工程实训内容。自导引小车案例实际操作环节为4周时间。在这4周中，首先完成机械结构设计；利用proteus进行自导引小车控制系统硬件原理图设计和软件仿真；进行自导引小车运动轨迹设计；在采购来的电子元件和自制的一些零部件的基础上，组装自制自导引小车模型和搭建电路板实物；利用KeilC编程软件进行控制系统软件程序开发；自导引小车设备循迹、调试、运行等主要环节。（1）自导引小车机械系统设计，包括传动系统、转向系统。要求：自导引小车模型载重50kg。（2）自导引小车控制系统设计。主要电气元件包括：at89C系列单片机、直流电机、直流电机驱动器、循迹元件、避障元件等芯片。（3）控制系统软件程序开发。要求实现按照预设轨迹运动并能实现调速。（4）自导引小车系统调试。上述四部分内容基本控制在每周完成一项内容，各项任务完成之后，总结并整理相关资料。
三、案例实施过程中注意事项
案例教学的目标是否实现，主要依赖两方面：（1）教师指导作用的实现；（2）学生自身重视程度。鉴于上述两点，笔者认为在进行自导引小车案例教学过程中，需要注意以下几方面的内容。
1.充分了解学生的动向。这个案例学生积极性比较高，但是忽略控制知识要求较高，机械结构也要兼顾的特点。教师要了解并根据这情况，从内容设置上要强调机械部分的重要性，在控制电路原理上要多提高，不能只满足小车能跑起来的外在现象，对于深层次的理论知识也要掌握，这样才算真正学懂单片机控制的机电一体化系统。
2.充分发挥学生之间的带动作用。在案例实施过程中，教师每天到场进行指导。但是大部分时间学生之间的交流更方便，学生在遇到各种各样的问题，学生之间互相切磋问询更能提高学习的效率和兴趣。出现共性问题时，教师要进行指导。学生还自发建立了QQ群，有问题都可以在群里商量讨论，教师也可以参与到其中。学生在整个案例实施过程中，教师和学生、学生和学生的互动交流，把主动权交给学生。
3.严格把关考核环节。这一案例教学是在本科生教育中应用的，学生人数较多，鉴于案例实训资源有限，学生分组进行，一组学生共用一套实训设备，共同完成整个设计任务。因此，教师要严把考核环节，在案例实施过程中，通过平时考勤、观察，最后，了解每个学生学习动手情况，根据学生承担的任务内容进行答辩提问，以杜绝学生没有认真参与现象的出现。最终目的是要让选择这一案例的每个学生都能有所收获。
四、自导引小车案例考核方法
由于教学分理论与实践两个部分内容，因此考核方式将分为笔试试卷和工程实训两个部分。其中，笔试考核部分，本案例理论知识考核占《机电一体化系统设计》试卷总分数的20%；工程实训部分分组完成，每组需要完成以下内容：（1）案例设计说明书1份；（2）机械结构三维模型图1张（电子版），二维设计装配图1张及主要零件图；（3）电气系统原理图1张；（4）程序框图及程序清单；（5）演示视频。每项内容占20分，工程实训总分数为100分。最后以小组为单位进行答辩，以设备能够调试运行为通过主要指标，同时对每个人对设备的总体方案和主要内容进行陈述，对其负责的部分内容进行答辩询问，回答问题完整且正确才算通过。这个可以督促每个人认真训练，达到培养其工程实践能力的目的。
五、案例教学实施效果分析
案例教学在机械2012级、2013级机电方向本科生中进行，《机电一体化系统设计》课程共40学时理论教学，共讲述5个案例，该案例占6个学时。教师通过积极备课，完善自导引小车案例教学内容。理论教学多以图片和视频形式展示给学生，让学生有更直观的感性认识，提高学生的兴趣和注意力。从实践效果看，效果比以往单纯文字讲述要好很多。自导引小车案例工程实训共有20名学生选择该案例。20名?w生分成4组，每一组都动手装配调试一套自导引小车设计和工程实训过程，每一组的设计方案要求和参数不一样，小车所行走的轨迹不一样，最后提交要求的全部资料。通过对本次工程实训教学实施过程的观察和思考，结合学生的实际实施情况和最后答辩考核情况，效果分析如下。
1.对于自导引小车机械系统设计任务，实训装置是小车模型，机械结构较简单，要求学生根据工厂使用的自导引小车，增加机械结构的强度进行结构设计计算，进行三维图、二维图、零件图的绘制。该环节主要训练学生机械结构设计、计算校核关键部件以及?C械制图能力。由于学生进行过机械设计课程设计，对于机械图具有较好的基础，比较容易完成。主要是要学习三维软件的使用。同学们根据未来各自希望从事的专业，选取了不同的三维软件来进行制图。
2.对于电气控制系统设计任务。学生们对实际电气控制系统和电气元件了解有限，前续课程缺乏电气控制系统的课程设计，学生通过自学所用开发软件proteus和编程软件KeilC，掌握了实际工程中电路原理图设计，增强了学生自主学习的意识和能力。通过硬件电路图的实物实现环节训练了学生线路板的印刷、实物连线及硬件系统检测能力。从效果来看，学生们在实训过程中掌握了控制系统硬件原理图及其电气元件，了解了实际工程中的接线方法，加深了对机电一体化控制系统的认识，培养了他们运用已学知识理论与实际的结合解决工程实际问题的实践能力。
机电一体化的设计篇8
关键词：虚拟原型；机电一体化设计；设计技术发展
中图分类号：tH39文献标识码：a
当前机电一体化系统能够展现出更多的效能，其在机械运作管理效益全面提升方面的价值越来越大，这一切得益于很多先进技术的融入。以虚拟原型技术为例，在融入机电一体化系统的过程中，越来越多的展现出自身技术优势。因此，探究基于虚拟原型的机电一体化设计技术发展策略，显得尤为必要。
1虚拟原型设计的概况
利用不同的工具开发出子模型组合，并且在计算机软件的帮助下实现对应模型的塑造，在此过程中充分体现出多学科理论在虚拟工况环境下的性能指标，由此达到可视化的效果，得到的效果更加完善，系统的性能更加优化。虚拟原型是从产品设计功能、行为和感官特性等方面入手，实现对于对应产品的仿真数字模型的塑造，进而满足各种设计工作的需求。
2虚拟原型与机电一体化技术之间的关系分析
机电一体化产品研发设计的过程中，一般会经历三个步骤：其一，单行开发阶段；其二，并行操作开发阶段；其三，基于虚拟原型的研发阶段。以单行研发方式来进行机械产品设计，往往需要消耗很长的时间，此时的研发成本也是比较高的，最为关键的是由此设计出来的产品机械性能难以达到理想化；基于虚拟原型的并行设计方式，能够充分展现出机电一体化的优势，能够弥补传统设计方式的缺陷，给予实际的设计工作提供了很多便利之处，尤其在出现不足的时候，可以适当的采取一定的方式来优化和改进；虚拟一体化设计理念的融入，能够使得机电系统展现出虚实结合的特点，无论是设计思想，还是产品设计研发实践，都能够朝着更加详细的方向发展，由此才能够应对更加复杂产品的研发设计任务。从上述几个阶段来看，虚拟原型理论在机电一体化设计系统中的融入，可以使得设计系统的性能得到更好的提升，对于设计人员的辅助作用也能够发挥到最大。
3基于虚拟原型的机电一体化设计技术发展策略
虚拟原型在机电一体化设计过程中的运用，需要遵循虚拟原型和机电一体化技术特点，并且在虚拟原型的机电一体化设计系统实现方式上进行分析和探讨，进而找到机电一体化功能原型设计的开发方案。具体来讲，在此方面做好如下几个方面的工作，是很有必要的：
3.1基于虚拟原型的机电一体化设计技术的特点分析
虚拟原型技术理论在机电一体化设计系统中的运用，不同于其他模型融入的特点，其自身存在很多的独特之处。具体来讲，基于虚拟原型的机电一体化设计技术的特点集中体现在以下几个方面：其一，在不同领域中进行模型构建的时候，会对于对应领域中模型的需求进行分析，掌握模型的特点要素，还会去了解其他领域的建模特点，由此处理好不同领域之间的关系，这是保证产品设计工作顺利进行的前提和基础；其二，保证不同领域中的模型存在对应的联系，就需要对于各个领域的模型关系进行探究，由此深刻了解模型设计的交互关系，在此基础上，才能够使得模型的数据展现出动态性和交互性的特点，这对于模型构建而言是至关重要的；其三，在虚拟模型平台上，不同领域的模型，不管以怎样的方式去进行构建，其都会有利于综合平台效益发挥的，由此才能够使其成为各个领域建模工具的重要枢纽，这个枢纽的基调奠定合理的话，就可以保证整个综合平台效益的发挥；其四，虚拟原型设计的时候，要自始至终保证以机电一体化为中心，依照机电一体化的设计原则和理念，妥善处理好设计模型与设计理念之间的关系，这才是各个领域设计效益发挥效能的重要途径。
3.2机电一体化功能原型设计的基本实现途径
在虚拟原型模型构建的时候，势必会涉及到机电一体化的原型设计，此时需要思考的就是产品设计，从多方面视角对于模型设计需求进行思考。整体来讲，机电一体化功能原型设计的基本实现途径主要涉及到以下的内容：其一，依照产品设计的指标来引导实际的产品设计行为。机电一体化在不同领域中，会利用到机械、电气、计算机控制等方面的知识。在上述的领域中，产品设计过程也提出了更加精细化的要求，设计指标在进行分解和分析之后，需要进行归纳和整理，此时才能够做到设计内容与设计需求之间的融合，再次将其融入到机电一体化系统中，可以为机电一体化在不同领域中的交互作用奠定基础。其二，结合不同的问题，实现不同方案的个性化定制。如果牵涉到机械方面，电气方面，控制方面，计算机方面，就需要对于机电一体化方案进行个性化设计，此时的设计目标需要调整，设计方法也需要改善，并且处理好不同领域之间的关系，此时的系统能够满足个性化需求，使得系统得到更加理想的完善，给予设计人员的选择余地也更多。
3.3机电一体化功能原型设计的开发模式分析
机电一体化设计方案往往是在设计分解和设计结合的过程中开展的，产品设计功能，产品结构设计，任何环节都需要考量到产品的需求指标，这是机电一体化原型开发的基本原则。在3D模型架构的帮助下，对于设计作品进行合理分解，接着再依照对应的设计目标，将其运用进去。
绝大多数的产品设计，都是在分解的基础上完成的，并且在设计方案的引导下，依照设计理念切实的进行归纳和完善，并且在对应接口方式的基础上实现设计交互操作，由此使得各个领域的设计能够展现出整合效益，这就是机电一体化虚拟原型设计的基本实现路径。
3.4机电一体化虚拟原型设计环境的构建
在机电一体化虚拟原型设计的过程中，需要具备对应的设计环境，对此主要需要关注以下内容：其一，虚拟环境的构建，能够满足机电一体化产品设计特点的基础上，保证在多领域之间能够达到交互需求；其二，虚拟环境中达到各领域模型的构建，实现虚拟原型的构建。下面我们来详细探究一下机电一体化虚拟原型设计环境的构建：首先，机电一体化虚拟原型仿真设计环境设计目标的确定。在基本设计架构明确之后，在设计工具的帮助下，以机械设计工具为基础，集成控制领域设计为工具，以虚拟原型设计技术为支撑，保证设计架构的环境朝着集成化的方向发展。接着，在软件工具方面，可以选择Solidworks软件系统和LabView软件系统，充分利用上述软件系统的优势，保证实际设计工作效率和效益得到更加好的提升；第三步，就涉及到虚拟环境的集成化，依据基本设计的实现和工具软件，做好设计工作准备，依照集成环境基本工作特点和产品开发流程，实现机电一体化虚拟原型设计环境的优化和调整。
4基于虚拟原型的机电一体化设计技术的发展趋势
随着虚拟原型技术在机电一体化系统中的融入，其技术理论慢慢得到验证，系统性能得到不断优化，整体的技术发展也开始朝着如下的几个方面发展和进步：其一，系统化，在此方面的设计技术，机电一体化产品特点，机电一体化产品设计需求，技术融入的思路，流程和关键技术得到不断的探索和应用，由此使得基于虚拟原型的机电一体化设计技术展现出系统化的特点来；其二，数字化，随着各种专业软件平台的应用，使得仿真设计环境得到营造，无论是单领域建模，还是多领域联合模型构建，都能够给予虚拟原型的机电一体化设计奠定良好的基础；其三，价值化，随着给予虚拟原型机电一体化仿真设计技术的完善，使得技术实现路径朝着多样化方向发展，产品设计需求在这样的情况下得到满足，基本功能的控制逻辑设计更加合理，运动规划编程也趋于科学，能够运用的领域也越来越多，此时基于虚拟原型的机电一体化设计技术的价值也会得到更加充分的展现。
结语
综上所述，基于虚拟原型的机电一体化设计技术的诞生，是机电一体化系统在综合运用多学科技术的具体表现，在虚拟设计环境的不断优化过程中，机电一体化系统的性能能够得到优化，产品设计工作可以在更加理想的条件下进行。由此可见基于虚拟原型的机电一体化设计技术的发展，对于各个领域的设计工作者而言，就是行业的福音。相信随着在此方面理论研究的深入，实践探索将不断进行下去，届时基于虚拟原型的机电一体化设计技术的价值会得到更加明显的展现，这一点是毋庸置疑的。
参考文献
机电一体化的设计篇9
论文摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果，本文简述了机电一体化技术的基本应用，并对机电一体化专业就业前景及就业方向进行了分析。
0引言
作为全国发展较为落后的省份，到贵州主政不到一年的省委书记栗战书、省长赵克志指出，工业强省战略是贵州更好更快发展的必然选择，因此，“十二五”时期贵州将重点实施工业强省战略和城镇化带动战略。在这样的时代背景下，作为职业院校的一名教师，深感机电一体化专业又迎来了发展的春天。随着现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。但机电一体化专业就业前景如何，机电一体化专业就业方向有哪些？这些问题成了很多家长和同学们想要了解的问题。
1机电一体化技术的基本应用
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
1.1在现代机械制造业中的应用
传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。
1.2在饮料行业中的应用
机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。
1.3在钢铁企业中的应用
在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。
2机电一体化专业就业前景
有关研究报告显示“机电一体化”一词最早是日本提出的，在上世纪80年代初，日本名古屋大学最早设置了“机电一体化”专业。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列入“863计划”中。机电一体化专业是精密机械——电子技术(含电力电子)——计算机技术等多门学科交叉融合的产物，属高新技术，也是当前发展最快的技术之一，它是先进制造技术的主要组成部分。它的发展推动了当前制造技术的迅速更新换代，是产品向高、精、快迅速迈进，使劳动生产率迅速提高。由于我国逐渐成为世界制造业基地加上传统企业面临大规模的技术改造与设备更新，国内急需大量先进制造技术专业人才。而“十二五”时期贵州将重点实施工业强省战略，因此我校机电一体化专业的毕业生可以立足贵州，放眼全国，就业前景很好，而且往届毕业生普遍反应待遇较好。毕业生主要在各行政、企业、事业单位从事机械、电气工程、常用电器的维修、安装与调试以及技术管理等工作。具体就业方向有：
2.1机电一体化专业
从事机电一体化液体灌装生产线及商品包装自动化机械运行、维护、管理、技术改造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。可在大型啤酒、饮料、食品及商品包装生产企业从事现代化自动机与生产线的维护和管理工作，也可在相关的自动机与生产线的生产厂家或设计部门、营销单位从事技术工作。
2.2机电一体化专业（计算机辅助设计与制造方向）
从事机电产品的计算机辅助设计（CaD）与计算机辅助制造（Cam），并熟练使用和维修数控加工设备的机电一体化高等技术应用性专门人才。
可在模具设计及制造、机械加工、塑料、五金、电子产品、计算机生产等企业从事数控机床的加工工艺设计编程，数控机床的调试、维护及加工操作，从事生产和技术管理工作，也可以从事国内外数控设备的营销工作。
2.3机电一体化专业(模具CaD/Cam方向）
从事利用计算机技术和数控加工技术对模具进行设计和制造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。
可在模具、机械、五金、塑料、家电等生产企业从事模具计算机辅助设计与制造等方面的技术工作，也可在企事业单位从事与本专业有关的经营、管理工作。
2.4机电一体化专业（机电CaD技术方向）
在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才。
可在机械设计、制造与装备行业、模具制造业，轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作。
市场调研发现机电一体化专业是一个宽口径专业，适应范围很广。我校该专业学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外，还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试，如维修电工，pLC程序设计师，CaD制图员等部级职业技能鉴定考试，学生必须考取相应的技能证书后才能取得毕业证，充分体现重视技能培养的特点。历届学生毕业后主要面向珠江三角洲各企业、公司，从事加工制造业，家电生产和售后服务，数控加工机床设备使用维护，物业自动化管理系统，机电产品设计、生产、改造、技术支持，以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等等。
参考文献：
[1]李建勇.机电一体化技术[m].北京.科学出版社.2004.
[2]高钟毓.机电控制工程[m].北京.清华大学出版社.2002.
机电一体化的设计篇10
东莞处于珠江三角洲经济发达地区，被政府定位要建设成为“国际制造业名城”，且与港、澳和国际交往密切，新产品、新设备、新技术引进快、更新快，东莞理工学院是东莞地方性本科院校，具有得天独厚的产业优势。机械电f工程是该院机械设计制造及其自动化专业的主要专业方向之一，研究机械电子工程的办学特色具有亟大意义。
1.机械电子工程办学模式及特点
国外的高等工科教育，十分重视微电子技术与机械工程的结合，在高等院校中正式建立机械电子专业的大致有两种类型，一种以机械制造过程机电一体化为方向，如日本的丰桥技术科技入学生产系统工程系和英国勃莱德福的制造系统工程系；另一种以产品机电一体化为方向，如日本的静岗大学光电机械学科。日本名古屋大学电子机械工程系的学者认为：过去是机械工程和电子工程分别作为两个独立的领域，今后，社会和发展形势迫切需要能够掌握机械工程和电子工程两个领域的人才。这个系设有电子机械基础理论、电子机械应用设计、超精密加工、电子机械测量、集成机械工程等5个教研室。日本东京大学机械工程系设计与制造系统专业（相当于我们现在的机械设计与制造专业）的课程设计考虑了培养机电一体化人才的需要。他们认为在机电一体化产品中有关传感技术，数据转换、传递与处理技术，接口技术和计算机的操作与控制技术，以及应用软件等知识，已成为现代机械工程师必须具备的基本知识。因此他们在专业教学中增设了以下一些课程：机械工程学、机构与信息、信息化生产系统、CaD/Cam、自动化、先进制造技术、信号与图象处理、系统管理、机电一体化、系统动力学、机械动力学、工业综述、工业系统以及应用软件技术等。
我国高校机械电子工程专业的设置始于20世纪80年代。最初机电工程专业是依据各校归口行业应急的需要，对原有相关专业进行调整而设置的，教学计划的制定明显带有“机靠电”或“电靠机”的倾向。而课程设置，尤其是体现机电一体化新技术的专业课程设置远跟不上技术发展的速度。尽管如此，由于微电子技术、计算机技术的率先渗透，这一时期系统性教育结合进修性教育培养出的机电一体化人才，在生产实践中，对改造企业的老产品、旧设备和生产线，提高自动化水平和经济效益起到了一定的推动作用。进入20世纪90年代以后，机电一体化人才的培养为了适应经济体制逐步转轨以及学科迅猛发展所带来的变化，许多高校对机械电子工程的专业结构、课程设置、教学内容均进行了大幅度的调整。
上海交通大学精密仪器专业立足于原有专业的改造，彻底更新原有的课程设置体系。该专业教改从优化专业课程设置入手，以“精密机械设计”“传感器”“微机及接口技术”等核心课程为结合点，链接反映学科新兴技术应用的相关课程。如在精密机械设计分支中，增设了“精密机械CaD、仪器CaD”等课程；在传感器分支中，增设了与提高产品质量休戚相关的“仪器可靠性设计”和为加强电路系统设计能力的“精密仪器电路”等课程。与此同时，考虑到近年来光机电一体化系统的研究已经步入产品化阶段，出于光、机、电、智能伺服系统综合设计能力培养的需要，又增设了“仪器光学基础”“自动控制系统”等课程。优化后的课程体系，总体分布趋于合理，较充分地体现了先进性、及时性、实用性的特点，形成了机、电、计算机技术“三足鼎立”之势。
哈尔滨工业大学机械电子工程专业的教学改革自始至终是与学校211工程发展规划以及教改立项研究结合在一起的。为了挖掘内部潜力、调动积极因素、发挥综合优势，哈工大将校内原“精密机械及仪器制造工程”专业、“机电控制及自动化”专业以及机器人研究所、现代生产技术中心合并，重新组合成立了机械电子工程专业。这种集科研、教学、工程实践于一体的教学体系，不仅在师资力量、教学设施上为专业教改奠定了基础，而且合一化机制自身所具有的自动反馈功能，更为及时调整教学环节、更新教学内容提供了保证。重新制定的教学计划中，专业课程的设置具有学时少、针对性强的特点，经适当搭配后，与统设专业基础课组织，不仅形成了“机电控制和自动化”、“机电一体化产品设计和制造”两个专业方向（这与当前机电工程专业机械产品机电一体化和机械制造过程机电一体化分别设置的发展新趋势相吻合），同时，突出了知识传授与工程实际需要的紧密结合。
综上所述，机械电子工程办学模式的共同特点是：
（1）基于机械电子学从理论到实践的不断延伸和扩展，基于机械电子工程综合性人才培养的需要，遵循“宽口径、广适应”的原则，专业方向以机械产品机电一体化和机械制造过程机电一体化两个大方向来划分。
（2）站在市场经济对专业知识结构的总体高度上来权衡课程设置、教学内容与教学时数，摒弃以往单纯强调课程自身完整性的作法。对专业基础课，要削枝强干、精心搭配；对专业课，要反应现代科技水平，突出新、简明、实用。
（3）加强实践性教学环节，探索适应经济新机制的管理方法。提倡三结合，gfl:理论与实践相结合，教学实践与生产实践相结合，实践环节要体现机与电的结合。
2.机械电子工程课程设置
借鉴国内外髙校设置机械电子工程取得的经验和成果，结合我院自身特点及地理优势，总结我院第一届机械电子工程办学经验，在“保证基础、突出主干、注重能力、增强适应性”培养原则的基础上，修改机械电子工程教学计划。建议课程设置如下：
（1）保留通识教育课程。
（2）修改学科基础课程设置。保留机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、机电传动与控制、测试传感技术、液压与气动，将互换性与技术测量、工程材料及成型技术与机械制造工程原理整合为一门课，压缩学时：加强电工与电子技术课程，具体将电子技术改为模拟电子技术和数字电子技术，并增加电工部分的电路分析；加强微机原理与接口技术课程，增设计算机辅助设计与制造课程。
（3）修改专业课程设置。保留控制工程基础、机电一体化系统设计；将数控技术与制造系统的计算机控制整合为一，改设为计算机控制技术并增加学时，增设数控机床与编程，增设机器人技术。
（4）合理设置选修课。对任选课可按照“宽而浅”的原则设置课程，组织教学内容，一般每门任选课以20~30学时为宜；对于跨专业的任选课可采用讲座方式，一般每门课程的讲座时间10〜15学时为宜，以拓宽知识面、增加信息量、扩大视野、促进能力与素质的培养提高为目的。
3.机械电子工程实践教学环节
为了在大学的有限时间内，有效地培养学生的综合能力和创新能力，提高学生的素质，除了课堂教学部分的课程设置、教学内容以及教学方法应围绕上述培养目标进行改革外，还应重视实验教学及工程实践教学在人才培养中的重要性。这是因为在实验教学及工程实践教学的过程中，学生将所学的知识用于解决工程实际问题，从而产生从感性认识到理性认识的6跃；通过实验及实践教学，学生提高了学习兴趣，贴近了工程实际，进一步明确了学习目的。尤为重要的是还为提高学生的综合能力和素质，培养学生的创新精神提供了一个合适的环境。基于上述原因，我们对机械电子工程实践教育体系的建设进行了探讨研究。
3.1机械电子工程实践教学体系
以本科培养方案和教学大纲为依据、以评估要求为标准，建议我院机械电子工程实践分为3个阶段，贯穿于大学四年教学全过程，且每个阶段都有一定的目的与要求，各阶段的基本内容下：第一阶段为实践认知阶段，本阶段教学主要沿工程设计的实际过程展开，使学生通过参观、调研、资料查询检索、采购与经济核算、动手拆装、模型制作、计算机绘图大作业的实践，得到一个真实的较完整的工程经历，强化学生的工程意识，加深对机电结构的感性认知，并结合有关的机电工程导论课使学生对机械电子工程有一个比较全面的了解。
第二阶段是基础实践阶段，使学生通过金工实习、电工电子实习，机械原理与机械设计、机电传动与控制、测试传感技术、液压与气动、微机原理等课程的实验、课程设计和大作业等环节，了解制造与控制的基本工程知识与设计过程，训练学生逐步树立工程观念，提高解决工程实际问题的能力，培养学生的创新意识。
第三阶段是综合实践阶段，把工程设计与机电课程结合起来，进行机械设计与机电控制相结合的综合设计。在这一阶段学生结合专业方向课程的学习，首先通过机电系统综合实验的yii练，然后通过专业课程设计、生产实习、毕业设计，使学生综合解决工程实际问题的初步能力得到系统的培养与锻炼。
在实践时间安排上，除了在学期末安排一段集中时间实施外，基础实验采用单独设课的形式；专业综合实验采用比较灵活的方式，只给学生布置一定的实验任务与最终要求，而完成实验任务的过程则由学生自己确定；在实验进度安排上，只要求学生在规定的某…段时间内（如一个学期内）完成，实验室在规定的时间内对学生完全开放，学生完成实验有较大的灵活性，从而为学生的个性发展与创造性的发挥创建一个适宜的环境。
3.2机械电子工程综合实验课程设置
针对机械电子工程的特点，建设机电系统综合性实验平台。设计符合新形势下的科学合理的实验教学体系方案，充分突出综合性实验的主体作用，提高共享性、开放程度和效率。
机电系统综合实验是机械电子工程的综合性实验课程，其主要目的是培养学生综合运用已学的力学、机械原理和机械设汁、控制工程、测试技术、微机原理、计算机控制技术等课程知识来提高解决实际工程问题的能力。该课程通过学生亲自、独立完成一系列较有针对性的小设计小制作，使学生在独立工作能力、实验实践以及专业技术知识与技能的综合应用等方面得到比较实在的锻炼和培养。具体题目是从教学、科研、生产实际课题中提炼而出，每种题目由一至两名教师负责辅导，各班学生分为4〜5种不同类型、不同内容的题目。如机械电子的具体综合实验题目可以设为：①单片机实验系统一应用硬件及软件的设计与研制；②爬楼轮椅的设计和实验模型的设计、制作；③单片机控制电梯教学模型；④带闭环控制功能的单相交流伺服电动机调速系统；⑤单相调速电动机控制的机械手；⑥单片机直流电动机控制系统。
在专业综合实验的内容和时间安排上，采用比较灵活的方式，只给学生布置一定的实验任务与最终要求，而完成实验任务与过程则由学生自己确定；在时间安排上，只要求学生在规定的某一段时间内（如一个学期内）完成，实验室在规定的时间内对学生完全开放，学生完成实验有较大的灵活性，为学生的个性发展与创造性的发挥创建一个适宜的环境。同时又可以较好地解决了实验室的设备在集中实验时不够用，空时又闲置着的矛盾，较好地发挥实验设备的效能。
3.3机械电子工程毕业设计
进入21世纪后，我国社会主义现代化建设进入了更高层次、更快速度的发展时期，需要大量不仅有较深的专业知识，而且知识面更宽、素质全面的高等工程技术人才。机械电子工程要求学生具有较强的工程素质和工程技术综合应用能力，毕业后能胜任机械电子工程方面的设计、制造、研究开发、维护与使用、生产及经营管理等方面的工作。学生毕业后能否适应多项技术工作的需要，是否具有一定的开拓和创新能力，在很大程度上取决毕业设计的效果。为此，毕业设计要着眼于市场，选择科学研究与新产品开发相结合的“实战”题目，将新技术运用融入技能培养之中，同时让同学们接触市场经济知识，使他们在实战演练中不仅增长技术才干，而且感受到市场竞争的严峻。
建议从三年级下学期开始实行导师制，学生可以选择毕业设计的方向和指导教师，结合导师的科研项目，提前进入毕业设计，为保证毕业设计质量打下基础。坚持选择科研项目和有生产应用背景的题目，真题真做，使学生受到严格的工程实践和科研训练。已经签定就业协议的，毕业设计的题目可以征求用人单位的意见，将毕业设计题目与企业生产中的实际问题和教师科研成果联系起来。少数学生的毕业设计可以在用人单位做，由学校和企业的工程技术人员联合指导。学生不仅可以综合应用所学知识，而且可以亲生经历企业实际的工程训练过程，对现实社会有直接的了解，为今后上岗工作奠定基础。
总之，实践性教学体系的改革是专业总体改革的重要组成部分，始终遵循“来源于实际，还原于实际”的指导思想。
4.结语
机械电子工程培养的是复合型应用人才，是从事机电一体化产品设计、制造、运行、试验、开发研究的高级技术人才。要求他们既具有扎实的机械、电子、信息等方面的理论基础，又具有较强的动手能力、工程设计和综合调试能力，从而能综合运用系统理论、机械技术、电子和计算机技术及其现代技术，实现硬件技术和软件技术的巧妙结合，形成优化设计方案，研制出高功能、高质量、高可靠性、低成本的机电产品和系统。要实现上述培养目标，必须从各方面采取措施：
（1）课程设置做适当调整，学生在学习机械类知识的同时，必须加强电类知识、计算机应用和机电接口技术、自动化技术的学习。
（2）加强实践环节，建设机电系统综合实验平台。
（3）毕业设计要着眼于市场，选择科研项目和有生产应用背景的题目，使学生受到严格的工程实践和科研训练。