机电一体化设计及其工程路线

一、机电一体化设计　　机电一体化设计是按机电一体化思想、原理和方法进行的机电一体化产品设计，它是一项复杂的系统工程，需要综合应用各项共性关键技术才能完成。
　　机电一体化设计突出体现在两个方面：一方面，当产品的某一功能单靠某一种技术无法实现时，必须进行机械与电子及其它多种技术有机结合的一体化设计；另一方面，当产品某一功能的实现有多种可行的技术方案时，也必须应用机电一体化技术对各种技术方案进行分析和评价，在充分考虑同其它功能单元的联接与匹配的条件下，选择最优的技术方案。因此，机电一体化设计必须充分考虑各种技术方案的等效性、互补性及可比性。
　　在某些情况下，产品的功能必须通过机电配合才能实现，这时两种技术是相互关联、相互补充的，即具有互补性。如机械手的运动及其控制，仅靠电子装置或机构都无法实现，只有两者结合起来，并充分考虑机构的动力学特性与控制装置硬、软件控制性能之间的相互影响和相互补充，才能获得最佳的实现方案。
　　当多种可行的技术方案同时存在时，说明在实现具体功能上它们具有等效性。如在机床上加工螺纹或齿轮时，工件与刀具之间的内联系可以通过机械方案实现，也可以通过电气方案实现。然而等效并非等价，谁优谁劣，需要通过评价才能知道。由于不同的技术方案往往具有不同的参量，评价时需选择具有相同量纲的性能指标(如成本、可靠性、精度等)，或引入新的参量(如时间等)将不同的参量联系起来，以保证各种技术方案之间具有可比性。
　　机电一体化产品设计一般可分为三种类型，即开发性设计、适应性设计和变异性设计。
　　（1）开发性设计是一个从无到有的创造过程，是在没有任何样板可供参照的情况下，根据功能和性能要求，按照机电一体化设计原理，为满足市场需求所进行的设计。开发性设计要求设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象力和广泛而扎实的基础理论知识。
　　（2）适应性设计是在原有产品总的方案原理基本不变的情况下，对产品的某些局部加以变动或改进，以增加功能、提高性能和质量或降低成本为目的所进行的设计。适应性设计要求设计者对原有产品及相关的市场需求变化和技术进步有充分的了解和掌握。
　　（3）变异性设计则是在设计方案和功能结构不变的情况下，通过改变尺寸、速度、力或功率等参数，以满足市场对产品规格方面的需求所进行的系列化设计。变异性设计比较容易，但设计中必须注意采取措施防止因参数变化可能对产品性能产生的影响。
　　进行机电一体化产品设计时，应尽量以计算机为工具，充分利用计算机辅助设计、仿真分析、模拟设计、优化设计、动态分析设计、可靠性设计等现代设计方法，以提高产品设计的效率和质量。
　　机电一体化设计同样也要遵循产品的一般性设计原则，即在保证产品目的功能、性能和使用寿命的前提下，尽量降低成本。这就意味着，机电一体化设计并不是盲目追求“高、精、尖”，而是在充分分析用户要求的基础上，努力以最新的技术手段、最廉价的材料或元器件、最简单的结构、最低的消耗，向用户提供最满意的产品。
　　产品功能的多少或强弱，往往与其复杂程度和功能成本直接相关。在进行机电一体化产品设计时，应根据实际情况对各功能的利用率进行统计分析，优先满足利用率最高的功能要求，然后再在成本允许的条件下考虑其它功能要求。
　　产品的操作性能与其功能的多少也有直接关系。一般来讲，功能越多、越齐全，操作就越复杂，操作性能就越差，也越容易引起操作者的不满。因此在进行机电一体化产品设计时，应注意通过软件来改善产品的操作性能，使机电一体化产品在向多功能化方向发展的同时，也向智能化和“傻瓜化”方向发展。 二、机电一体化工程路线 　　机电一体化工程是应用机电一体化技术进行产品开发的整个过程体系。机电一体化工程包括市场调研、产品构思、方案设计与评价、详细设计、质量规划与控制、制造工艺规划、样机试制、正式生产、用户意见反馈、修改与完善等各个阶段。
　　在实施机电一体化工程中，要正确处理好质量与成本、市场需求与技术经济实力、长期发展与短期利益等矛盾的关系，以保证既满足市场需求，使产品具有足够的市场竞争力，又符合当前实际情况，可从中获得较大的技术经济效益和社会效益，为进一步发展奠定良好的基础。