機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究與發(fā)展展望

機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究與發(fā)展展望摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)家在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中也都有了進(jìn)一步發(fā)展而在機(jī)電行業(yè)當(dāng)中一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)占據(jù)了這一行業(yè)很重要的地位。從目前行業(yè)的狀況來(lái)看，國(guó)內(nèi)外的機(jī)電一體化還是存在著很大的問(wèn)題。而從電子技術(shù)等角度去看，在國(guó)外，已經(jīng)有一部分的研究學(xué)者建立出來(lái)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的平臺(tái)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的一部分學(xué)者基于現(xiàn)代的機(jī)制作為一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品做出了進(jìn)一步的研究，并且在研究的過(guò)程中，提出了一些關(guān)于機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展。關(guān)鍵詞:機(jī)電;產(chǎn)品設(shè)計(jì);發(fā)展一、引言機(jī)電一體化產(chǎn)品是一些機(jī)械電子的載體和本體，能夠根據(jù)機(jī)械電子化的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)一步反映出機(jī)械電子一體化發(fā)展的水平。隨著互聯(lián)網(wǎng)+和科技智能化技術(shù)的不斷提升和發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品正朝著智能化、集成化、數(shù)字化以及系統(tǒng)化的方向發(fā)展，為現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品的高效設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，其核心就是機(jī)電一體化，身為電子企業(yè)單位的設(shè)計(jì)人員需要有豐富的理論知識(shí)以及專業(yè)的機(jī)電技術(shù)，并且還需要自身不斷地去進(jìn)行學(xué)習(xí)，在自己原有的基礎(chǔ)上不斷提高自己的技術(shù)水平，將最新的機(jī)電技術(shù)，充分地呈現(xiàn)在人們的面前，機(jī)電系統(tǒng)的跨學(xué)科、多技術(shù)、集成融合和復(fù)雜性的特點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提出了更高的技術(shù)要求，而和傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)計(jì)問(wèn)題相比較而言，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題則更為復(fù)雜。但是，機(jī)電一體化進(jìn)程中反映的問(wèn)題也帶給了我們一定的啟發(fā)。二、建立一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意義對(duì)于一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)主要的意義就是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的規(guī)范化，而這種意義也給大多數(shù)的求學(xué)者帶來(lái)了很大的影響。并且，企業(yè)的設(shè)計(jì)人員已經(jīng)逐漸地認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)理論在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的重要性。因此，不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念是目前設(shè)計(jì)人員所需要做的最主要工作,從系統(tǒng)角度和運(yùn)籌學(xué)角度完成產(chǎn)品局部設(shè)計(jì)鏈接的設(shè)計(jì)理論和方法。鑒于機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的復(fù)雜因素，分別使用這些設(shè)計(jì)理論可以為機(jī)電產(chǎn)品的原始創(chuàng)新提供幫助，但也很容易達(dá)到設(shè)計(jì)極限。概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要組成部分,占產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的60%至70%。因此,為了建立機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論,必須首先建立概念設(shè)計(jì)的理論方法。在此基礎(chǔ)上,使用優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)方案有利于獲得性能優(yōu)異的機(jī)電產(chǎn)品。因此，建立機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的理論體系是非常必要的。這對(duì)于促進(jìn)工程領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有重要意義,其結(jié)果也受到了廣泛的關(guān)注。由于當(dāng)前的機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論不能很好地應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)中，有必要建立一套系統(tǒng),完整的概念設(shè)計(jì)理論和方法來(lái)指導(dǎo)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。三、機(jī)械電子系統(tǒng)組成原理對(duì)于機(jī)電集成系統(tǒng),目前尚無(wú)統(tǒng)一定義。鑒于機(jī)電一體化系統(tǒng)的跨學(xué)科性質(zhì)及其自身的復(fù)雜性,不同學(xué)科的學(xué)者從不同的研究角度對(duì)其進(jìn)行了定義。而這些劃分主要是基于電角度或控制角度,沒(méi)有突出機(jī)械的主要部分,也不能很好地解決機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的歧義,復(fù)雜性和多面性。有利于產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì),尤其是概念設(shè)計(jì)。根據(jù)概念設(shè)計(jì)的需要,從完成技術(shù)動(dòng)作過(guò)程的整體功能要求出發(fā),將機(jī)電一體化系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng),即通用執(zhí)行器子系統(tǒng),傳感與檢測(cè)子系統(tǒng)以及信息處理與控制子系統(tǒng)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作,信息檢測(cè),信息處理和控制分別由這三個(gè)子系統(tǒng)完成。這樣的劃分有利于根據(jù)其功能分解機(jī)電一體化系統(tǒng),并找到它們各自的功能載體,并通過(guò)集成和優(yōu)化來(lái)獲得機(jī)電一體化系統(tǒng)的一些概念設(shè)計(jì)方案。三點(diǎn)系統(tǒng)的廣義執(zhí)行器子系統(tǒng)突出了機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械主觀性,并反映了該機(jī)構(gòu)的可控制性特征。該概念的提出有利于設(shè)計(jì)人員使用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理和方法來(lái)進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)傳感檢測(cè)與控制子系統(tǒng)的研究很多,理論上還比較成熟。然而,對(duì)直接實(shí)現(xiàn)過(guò)程動(dòng)作功能的通用執(zhí)行器子系統(tǒng)的研究還不夠深入,目前還處于快速發(fā)展階段。四、機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的含義概念設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的重要組成部分。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論和方法的研究受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度評(píng)價(jià),并已成為近年來(lái)學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最重要,最復(fù)雜和最具創(chuàng)造力的階段。這是從頭開(kāi)始,從上到下,從模糊到清晰,從抽象到具體的過(guò)渡。程序。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué),虛擬現(xiàn)實(shí),敏捷設(shè)計(jì),多媒體技術(shù)的發(fā)展以及CAD/CAM應(yīng)用的不斷深入,產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的研究取得了新的進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)機(jī)電產(chǎn)品及其廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程分為四個(gè)階段：產(chǎn)品計(jì)劃,概念設(shè)計(jì),詳細(xì)設(shè)計(jì)和改進(jìn)設(shè)計(jì),并對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行更全面的定義。概念設(shè)計(jì)基于產(chǎn)品生命周期中不同階段的需求,產(chǎn)品功能的創(chuàng)建,功能的分解,功能和子功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);滿足功能要求的工作原理的解決方案原理載體方案的概念和系統(tǒng)設(shè)計(jì),可分為功能設(shè)計(jì),原理設(shè)計(jì),方案設(shè)計(jì)和初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四個(gè)階段,其中功能設(shè)計(jì)為：根據(jù)設(shè)計(jì)的市場(chǎng)觀念和產(chǎn)品的機(jī)械性能等方面進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的前期工作。根據(jù)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念對(duì)產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃。同時(shí)，一些比較有創(chuàng)意的思想通常會(huì)在這個(gè)階段出現(xiàn)。這個(gè)階段要求設(shè)計(jì)師更多地發(fā)揮他們的創(chuàng)新思維。原理設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)的難點(diǎn),也是最好的反映機(jī)電產(chǎn)品跨學(xué)科特性的階段,即如何選擇不同學(xué)科的工作原理方案,以更好地滿足產(chǎn)品的功能要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題,有必要了解各個(gè)相關(guān)學(xué)科的專家,并依靠各種知識(shí)庫(kù)的建立和應(yīng)用；方案設(shè)計(jì)的后期工作是方案設(shè)計(jì),方案設(shè)計(jì)決定了機(jī)電產(chǎn)品的方案與以前的工作相比,更多的土地屬于“邏輯思維”。由于計(jì)算機(jī)技術(shù),人工智能技術(shù)和相關(guān)軟件的發(fā)展,以及現(xiàn)代機(jī)制本身的發(fā)展,使該方案的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)化成為可能。五、對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀目前,國(guó)內(nèi)許多研究單位已經(jīng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究,但基本上還沒(méi)有對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。上海交通大學(xué)自1996年成立以來(lái),對(duì)機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的理論和方法進(jìn)行了深入研究,并取得了初步的研究成果。從現(xiàn)代力學(xué)的角度來(lái)看,機(jī)電一體化系統(tǒng)分為執(zhí)行器子系統(tǒng),傳感器與檢測(cè)子系統(tǒng),信息處理與控制子系統(tǒng)多個(gè)層次,從而構(gòu)成了機(jī)電一體化系統(tǒng)，該框架系統(tǒng)的系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)有利于機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。針對(duì)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能的一大類機(jī)電一體化產(chǎn)品,提出了基本技術(shù)動(dòng)作過(guò)程的整體功能概念。從基本的技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作分解,并獲得了獨(dú)立的執(zhí)行動(dòng)作。每個(gè)執(zhí)行動(dòng)作機(jī)制及其組織系統(tǒng)的框架模型相結(jié)合。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)（5G技術(shù)）、大數(shù)據(jù)的迅速發(fā)展，使得機(jī)電產(chǎn)品的功能更加智能化,機(jī)電產(chǎn)品的功能和品質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，導(dǎo)致了智能機(jī)械(如機(jī)器人、智能儀表)的出現(xiàn)。此外，由于微電子技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展,加速了機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程,逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品的小型化、輕量化隨著全球逐漸加大對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn),力求使產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響為最小。我國(guó)在機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)方面的研究尚處于起步階段,目前的產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)只停留在簡(jiǎn)單的材料回收上,往往忽視了對(duì)產(chǎn)品零部件深層次的重復(fù)利用。六、總結(jié)以上就是針對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和發(fā)展趨勢(shì)等相關(guān)內(nèi)容的探析。簡(jiǎn)而言之,機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的理論和方法的研究目前處于高速發(fā)展時(shí)期，為了使理論變得完美,成熟,最終實(shí)用,需要進(jìn)行大量的理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。參考文獻(xiàn):胡之彬?機(jī)電一體化的創(chuàng)新與發(fā)展展望[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),018,000(006):360