1.機電一體化系統的功能組成傳統的機械產品主要是解決物質流和能量流的問題，而機電一體化產品除了解決物質流和能量流之外，還要解決信息流的問題。如圖1—1所示
機電一體化系統的主要功能就是對輸入的物質、能量與信息(即所謂工業三大要素)按照要求進行處理．輸出具有所需要特性的物質、能量與信息。
系統的主功能包括3個目的功能：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能。主功能是系統的主要特征部分，是實現系統目的功能直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。
以物料搬運、加工為主，輸人物質(原料、毛坯等)、能量(電能、液能、氣能等)和信息(操作及控制指令等)，經過加工處理，主要輸出改變了位置和形態的物質的系統(或產品)，稱為加工機，如各種機床設備、交通運輸機械、食品加工機械、起重機械、紡織機械、印刷機械、輕工機械等。
以能量轉換為主，輸入能量(或物質)和信息，輸出不同能量(或物質)的系統(或產品)，稱為動力機，其中輸出機械能的為原動機，如電動機、水輪機、內燃機等。
以信息處理為主，輸入信息和能量，主要輸出某種信息(如數據、圖像、文字、聲音等)的系統(或產品)，稱為信息機，如各種儀器、儀表、計算機、傳真機以及各種辦公設備等。
機電一體化系統除了具備上述必需的主功能外，還應具備圖1—2所示的其他內部功能，即動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。動力功能是向系統提供動力，讓系統得以運轉的功能；檢測功能和控期功能是解決各種信息的獲取、傳輸、處理和利用，從而能夠根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行操作控制，使系統正常運轉、實施目的的功能。構造功能則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)，這些都是系統設計時應當考慮的。例如汽車的廢氣和噪聲對外部環境的影響，從系統設計開始就應該給予考慮。
上述抽象的功能構成原理，既有利于設計或分析各種機電一體化系統或產品，又有利于開拓思路，便于創造發明。例如，根據3種不同的主功能及其不同的輸入，組合起來可形成9大類型的系統或產品，但不一定都是機電一體化的產品，見表1—1。
此外，對于不同主功能的加工機構，其運動方式不同，也可構成不同用途的機械。例如，金屬切削機床是根據工件與刀具相對運動產生切削作用的原理來進行的。工件與刀具的運動方式不同，可制成不同用途的機床。
對于現有的機電一體化系統，可以利用功能原理圖來進行研究分析。圖1-3是CNC數控機床的功能原理構成實例。由于未指明主功能的加工機構，它代表了具有相同主功能及控制功能的一大類型機電一體化系統，諸如金屬切削數控機床、電加工數控機床、激光加工數控機床以及沖壓加工數控機床等。顯然，由于主功能的具體加工機構不同，其他功能的具體裝置也會有差別，但其本質是數控加工機床。
2. 機電一體化系統的構成要素
從機電一體化系統的功能來看，人體是機電一體化系統最****的參照物。如圖1．4a所示，
構成人體的五大要素分別是頭腦、感官(眼、耳、鼻、舌、皮膚)、四肢、內臟及軀干。相應的功能如圖1—4b所示，內臟提供人體所需要的能量(動力)及各種激素，維持人體活動；頭腦處理各種信息并對其他要素實施控制；感官獲取外界信息；四肢執行動作；軀干的功能是把人體各要素有機地聯系為一體。通過類比就可發現，機電一體化系統內部的五大功能與人體的上述功能幾乎是一樣的，而實現各功能的相應構成要素如圖1．4c所示。機電一體化系統五大要素實例如圖1-5所示。
表1—2給出了機電一體化系統構成要素與人體構成要素的對應關系。因此，一個較完善的機電一體化系統，應包括以下幾個基本要素：機械本體、動力系統、檢測傳感系統、執行部件、信息處理及控制系統，各要素和環節之間通過接口相聯系。
(1)機械本體用于支撐和連接其他要素，并把這些要素合理地結合起來，形成有機的整體，機電一體化技術應用范圍很廣，其產品及裝置的種類繁多，但都離不開機械本體。
例如，機器人和數控機床的本體是機身和床身；指針式電子手表的本體是表殼。因此，機械本體是機電一體化系統必要的組成部分。沒有它，系統的各部件就支離破碎，無法構成具有特定功能的機電一體化產品或裝置。
(2) 動力系統按照系統控制要求，為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等多種動力源。
(3)傳感與檢測系統將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數及狀態轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由傳感器或儀表來實現，對其要求是體積小、便于安裝與連接、檢測精度高、抗干擾及控制性能好等。
(4)信息處理及控制系統 根據機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制 系統接收傳感與檢測系統反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統主要是由計算機的硬件和軟件以及相應的接口所組成。硬件一般包括輸入／輸出設備、顯示器、可編程序控制器和數控裝置。機電一體化產品要求信息處理速度高，A／D和D／A轉換及分時處理時的輸)v／輸出可靠、精度高，系統的抗干擾能力強。
(5)執行部件在控制信息的作用下完成要求的動作，實現產品的主功能。執行部件一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構。執行機構因機電一體化產品的種類和作業對象不同而有較大的差異。執行機構是實現產品目的功能的直接執行者，其性能好壞決定著整個產品的性能，因而是機電一體化產品中重要的組成部分。
機電一體化產品的5個組成部分在工作時相互協調，共同完成所規定的目的功能。在結構上，各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起，構成一個內部匹配合理、外部效能****的完整產品。
實際上，機電一體化系統是比較復雜的，有時某些構成要素是復合在一起的。首先應該指出的是，構成機電一體化系統的幾個部分并不是并列的。其中機械部分是主體，這不僅是由于機械本體是系統重要的組成部分，而且系統的主要功能必須由機械裝置來完成，否則就不能稱其為機電一體化產品。如電子計算機、非指針式電子表等，其主要功能已由電子器件和電路等完成，機械已退居于次要地位，這類產品應歸屬于電子產品，而不是機電一體化產品。因此，機械系統是實現機電一體化產品功能的基礎，從而對其提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、可靠、節能、多功能、小型輕量和美觀等要求。除一般性的強度、剛度、精度、體積和重量等指標外，機械系統技術開發的重點是模塊化、標準化和系列化，以便于機械系統的快速組合和更換。其次，機電一體化的核心是電子技術，電子技術包括微電子技術和電力電子技術，但重點是微電子技術，特別是微型計算機或微處理器。機電一體化需要多種新技術的結合，但首要的是微電子技術，不和微電子結合的機電產品不能稱為機電一體化產品。如非數控機床，一般均有電動機驅動和電器控制，但它不是機電一體化產品。除了微電子技術以外，在機電一體化產品中，其他技術則根據需要進行結合，可以是一種，也可以是多種。
綜上所述，可以概括出以下幾點共識：①機電一體化是一種以產品和過程為基礎的技術；②機電一體化以機械為主體；③機電一體化以微電子技術，特別是計算機控制技術為核心；④機電一體化將工業產品和過程都作為一個完整的系統看待，因此強調各種技術的協同和集成，不是將各個單元或部件簡單拼湊到一起；⑤機電一體化貫穿于設計和制造的全過程中。
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