核心提示：　　1機電一體化系統(tǒng)模型近幾年來，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計方面的研究進(jìn)展不大，究其原因是無法將各種各樣的機電系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)歸納機電接口技術(shù)的提出為機電系統(tǒng)設(shè)計提供了一種新的方法和手段通過對每個機電系統(tǒng)中都有的

　　1機電一體化系統(tǒng)模型近幾年來，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計方面的研究進(jìn)展不大，究其原因是無法將各種各樣的機電系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)歸納機電接口技術(shù)的提出為機電系統(tǒng)設(shè)計提供了一種新的方法和手段通過對每個機電系統(tǒng)中都有的接口進(jìn)行分析，得出其中的規(guī)律，確定其設(shè)計方法要了解機電接口技術(shù)的內(nèi)涵，首先要分析機電系統(tǒng)模型對機電系統(tǒng)模型有這樣幾種看法：德國Drmstadt大學(xué)的Rolflsermann提出五塊論；丹麥理工大學(xué)的JacobBaur等人提出二環(huán)論；挪威科技大學(xué)的BassamAHussein提出2個系統(tǒng)；上海交通大學(xué)的部慧君提出3個子系統(tǒng)。

　　綜合分析上述幾種不同的組成結(jié)構(gòu)，并從機電系統(tǒng)的整體與部分的關(guān)系出發(fā)，認(rèn)為機電一體化技術(shù)應(yīng)該是在組成它的各種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合的基礎(chǔ)上，相互輔助、相互促進(jìn)和提高，充分利用各個相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，揚長避短，使組合后的整體功能大于組成整體的各個部分功能之和。這也符合自然辯證法中關(guān)于層次結(jié)構(gòu)的理論，層次結(jié)構(gòu)的基本特點決定了其中必然存在著雙向因果鏈：低層系統(tǒng)作為原因可以在高層系統(tǒng)中引起一定的結(jié)果，高層系統(tǒng)作為原因又會在低層系統(tǒng)中引起某些結(jié)果。作為低層系統(tǒng)的機械技術(shù)只能形成功能有限的純機械的產(chǎn)品，當(dāng)它與微電子技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合后，就形成了具有機電一體化技術(shù)的多功能的機電一體化產(chǎn)品。而作為高層系統(tǒng)的機電一體化技術(shù)對它的組成部分：機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)等也不是全盤接受，而是對它們有一定的限制和影響，通過限制和影響，只有那些滿足要求的才能進(jìn)人高層系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品就是在此基礎(chǔ)上形成的。綜合以上分析可以得出機電系統(tǒng)的模型如所示。圖中虛線為機電一體化系統(tǒng)，雙點劃線是機電一體化系統(tǒng)的層次界線。

　　圖丨機電一體化系統(tǒng)模型和關(guān)聯(lián)根據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為它具有以下特點：①機電-體化系統(tǒng)由5部分組成，分別是控制系統(tǒng)、動力源、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。②機電一體化系統(tǒng)的組成部分是分層次的，控制系統(tǒng)是控制層，控制整個系統(tǒng)的運行。動力源、驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器為驅(qū)動反饋層。從控制系統(tǒng)獲得命令并將其放大，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作，感測執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)并將其反饋至控制系統(tǒng)。執(zhí)行機構(gòu)為執(zhí)行層，按照驅(qū)動系統(tǒng)的指令執(zhí)行動作。③機電一體化系統(tǒng)是一個有機的整體，層與層之間、本層內(nèi)部都有信息和能量的交互，信息和能量的交互和傳遞是通過相應(yīng)接口來實現(xiàn)的。④機電一體化系統(tǒng)能夠與人進(jìn)行信息交互，受人的控制。人與機電系統(tǒng)的交互通過人機接u來實現(xiàn)。

　　從這里可以看出，機電系統(tǒng)是一個由多個子系統(tǒng)構(gòu)成的整體。各子系統(tǒng)之間通過接口進(jìn)行連接和信息及能量的交互。各種接不僅起連接作用，更重要的是將子系統(tǒng)的特性和優(yōu)點有機地結(jié)合在一起，揚長避短，從而實現(xiàn)各子系統(tǒng)都無法實現(xiàn)的新的功能，達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)化從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定因素。機電接口技術(shù)的研究對象正是機電系統(tǒng)中的接口，因此，機電接口技術(shù)在機電系統(tǒng)設(shè)計中占有重要的地位，需要進(jìn)行深人的研究2機電接口技術(shù)機電系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其子系統(tǒng)之間的連接極為重要，在機械、電子、信息等領(lǐng)域?qū)ｉT知識充分發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上，機電系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵在于接口的設(shè)計盡管對機電接口技術(shù)的研究尚在探索的過程中，關(guān)于機電接口技術(shù)的概念正在逐漸成熟2.1機電接口技術(shù)的內(nèi)涵機電接口技術(shù)研究機電系統(tǒng)中各組成部分（子系統(tǒng)）和各組成技術(shù)之間的連接問題。研究這門技術(shù)是為了更有效地解決系統(tǒng)中信息能量的交互和融合，并最終實現(xiàn)機電系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計。

　　2.2機電一體化系統(tǒng)接口（簡稱機電接口）的功能機電接口傳遞和轉(zhuǎn)換信息和能量，并將各組成系統(tǒng)的技術(shù)融為一體。機電接口包括硬件和軟件，硬件主要是在子系統(tǒng)之間或機電系統(tǒng)與操作者或環(huán)境之間建立連接，為信息和能量的輸人/輸出、傳遞和轉(zhuǎn)換提供物理通道。軟件主要是提供系統(tǒng)信息交互、轉(zhuǎn)換、調(diào)整的方法和過程，協(xié)調(diào)和綜合機電一體化組成技術(shù)，使各子系統(tǒng)集成并融合為一個整體，實現(xiàn)新的功能。

　　2.3機電接口的分類機電接口分為人-機接口、動力接口、智能接口和機-電接口。①人-機接口。機電系統(tǒng)與操作者之間的接口，通過此接口，操作者可監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，控制其運行過程，使系統(tǒng)按照人的意志進(jìn)行工作。人-機接口是雙向的，硬件包括輸人/輸出設(shè)備，主要有顯示屏、鍵盤、控制面板等。②動力接口。實現(xiàn)機電系統(tǒng)和動力源的連接，為機電系統(tǒng)的驅(qū)動單元提供相應(yīng)的動力。根據(jù)系統(tǒng)所需的動力類型不同如直流電、交流電、氣動、液壓等，動力接口的形式也有很大的不同。但動力接口有一個共同的特點，能夠通過較大的功率。

　?、壑悄芙涌?。從可看出，智能接口主要存在于3處，控制系統(tǒng)到驅(qū)動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)到傳感器、傳感器到控制系統(tǒng)。智能接口的應(yīng)用情況相對比較復(fù)雜，但可以得出它的一些共性：智能接口傳遞和轉(zhuǎn)換各種信息，按照不同技術(shù)的要求改變信息形式，使不同的子系統(tǒng)、不同的技術(shù)能夠集成在一起，形成完整的系統(tǒng)。通常，智能接口是軟件表現(xiàn)出的功能連接。④機-電接口。實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)與驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器之間的連接。將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機構(gòu)所需的信號，或?qū)?zhí)行機構(gòu)的機械信號轉(zhuǎn)換成傳感器所需的信號。

　　3機電接口技術(shù)的發(fā)展方向社會需求推動了機電一體化技術(shù)的發(fā)展。機電一體化技術(shù)產(chǎn)生之初，僅是機械技術(shù)與電子技術(shù)的簡單結(jié)合，它們結(jié)合的方式――接口也比較簡單，而隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展成為集多種技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，相應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi)部的接口也就變得越來越復(fù)雜。因此，縱雙國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向，機電接口技術(shù)將朝著如下幾個方向發(fā)展：智能化隨著機電一體化的發(fā)展和進(jìn)步，智能化是機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機械自動化技術(shù)的主要區(qū)別之一，也是機電接口技術(shù)發(fā)展的主要方向。機電接u完成的不再是簡單的信息和能量的傳遞，而正在向著信息采集、處理、能量控制的智能化方向發(fā)展。

　　標(biāo)準(zhǔn)化機電系統(tǒng)越來越多地采用開放式和模塊化的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意組合，對機電接口有進(jìn)一步的要求接口要在保持一致性的情況下還能保證系統(tǒng)信息和能量的傳遞、技術(shù)融合。

　　微型化。微型機電一體化系統(tǒng)是機械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物，是機電一體化的一個新發(fā)展方向。因此要求系統(tǒng)各部分的結(jié)合要更加緊密，信息傳遞和反饋更加迅速準(zhǔn)確，所以機電接口也要微型化。

　　人格化。未來的機電一體化將會加強它們與生命機體的相似性，更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系（人-機的協(xié)調(diào)），并與人共生（人-系統(tǒng)一體化）。因此機電接口應(yīng)更關(guān)注人的生理、心理特性和限度，實現(xiàn)人機功能的合理分配，提高可靠性及安全性將人與系統(tǒng)有機地融為一體，形成新一代的機電一體化系統(tǒng)。