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[摘 要] 机电一体化技术和产品的出现，是精密机械技术和电子技术等互相融合的结果，因此它从一开始发展就特别强调集成技术。
[关键词] 机电 一体化 系统 集成技术
机电一体化技术和产品的出现，是精密机械技术和电子技术等互相融合的结果，因此它从一开始发展就特别强调集成技术。
1．目的
机电一体化系统的集成技术是保证机械技术与电子技术、计算机技术等有机融合和协调配合的有效途径。依靠集成技术将各种技术的优点充分发挥出来，一方面使制造厂增强市场竞争能力，取得最佳效益，另一方面使用户使用方便，节省投资。各种数控机床、各种用途的机器人、各种全自动家用电器等，都是机电一体化的典型产品，都采用集成方法使这些产品成为现实。
2．支撑技术
第一章已经讨论过机电一体化的支撑技术，这里需要再进一步阐明这个问题。
众所周知，机电一体化是在微电子技术出现以后才发展起来的。而计算机技术的进展，”特别是微处理器的大量应用，极大地促进了机电一体化技术和产品的突飞猛进。
机电一体化是以计算机与微电子技术和机械主体的协调配合为中心，由控制系统来实现的。它需要各种传感器和许多执行机构，需要配备电源进行系统设计，其性能分析、产品试验和系统评价都需要大量的技术支撑。至于生产装备、制造工艺等，则因最终产品的类型不同而千差万别。概括地说，支撑机电一体化系统集成的技术主要包括：精密机械技术、计算机技术、电子技术、控制技术和电工技术等。概括地说，支撑机电一体化系统集成的技术主要包括：精密机械技术、计算机技术、电子技术、控制技术和电工技术等。
现代光学技术正向机电一体化扩展，形成光机电一体化系统。光传感器的应用，利用光纤传送信号，新型显示系统的采用，机器视觉的发展和利用，都说明光学技术正在成为机电一体化系统的另一种支撑技术。微机电一体化系统近年来发展很快，已经形成一定的规模产业和销售额，并将在本世纪末和下一世纪有迅猛发展。它就是借助半导体集成电路制造工艺发展起来的。因此，可以设想随着技术的进步，将会有更多的高新技术来支持机电一体化系统的发展，从而使集成技术和手段会越来越丰富。
3．集成方法
机电一体化系统的集成方法，至今还没有形成明确的有系统的程式，虽然已有大量实践，但还缺乏深入的总结归纳。作者认为大体上可以分成四种：部件级集成、系统级集成、硬
件和软件集成以及分层集成。
3．1部件级集成
部件级集成主要强调在传感器或执行器或两者一起这一级的集成技术，传感器和执行器数量较多，而且可以完成一种局部任务，事实上就局部而言也是一个完整的系统。
繁重的计算任务分成两部分，即高层计算和低层计算。高层计算由SUN工作站进行，主要功能是手的姿态监控，手操作的协调计划和高层控制计算。低层计算由手中控制器完成，它根据传感器信息和上位机命令，向与它相连的17个模拟控制回路发布空间控制命令。控制策略采用模糊控制技术。模拟控制回路采用比例微分控制并带一个功率放大器。
灵巧手的集成主要有三个关键部分：机械结构部分，包括运动机构、连接结构、传感器和微型电机、齿轮组等，模糊控制策略以及控制系统的构成。
3．2系统级集成
系统级集成主要着眼于系统的整体性能和整体结构，一般包括系统的整体结构和控制策略，传感器和执行器的数量和配置方案等。当要建造的系统能精确建模时，可以利用模型将系统的机械结构与控制策略的不同集成方案对比优选，或者按规定的约束条件进行优化，以得到最后方案。这种方法称为模型优化法。
3．3硬件软件综合集成
这种方法既可面向部件，也可以面向整个系统。其要领是将机电一体化系统所要完成的功能或任务，根据性质进行划分。划分后确定哪些任务应由硬设备完成，哪些任务要由软件完成，哪些任务需要两者配合完成；然后由不同的工作小组分头承担并完成；最后再进行整体调试运行。
以计算机辅助设计与制造系统为例，可以分成计算机辅助设计与计算机辅助制造两大任务，设计部分又可分成零件和整机设计以及整机性能分析两个任务。制造部分又可分成加工和质量控制与测试两大任务。设计部分应由计算机和相应的软件承担，制造部分的零件编程要由计算和自动编程软件进行，加工装配要由数控机床和机械手、机器人等协同完成，质量控制与测试则由相应的测试设备及软件互相配合完成。这种方法可以称为任务驱动集成技术。
3．4分层集成
分层集成又可分为两种，自顶向下集成和自底向上集成。这两种方法首先要将系统按结构分成若干子系统，子系统又分成若干基本部件。
我们以电动汽车为例来说明自顶向下的系统集成方法。电动汽车可以分成车体、储能系统、电力驱动系统、照明系统和驾驶与信息管理系统等5个子系统。车体是整车的基本骨架，它既装载全车的所有子系统，又载人或载货。为了提高性能就要设法减轻总质量，降低车辆的阻力系数，在材料选用、外观造型和部件配置等方面进行优化设计。储能系统要考虑电池类型，是选用化学电池、燃料电池还是飞轮电池?还要考虑充电方式和设备。电力驱动系统要涉及电机类型，是选用交流感应电机，还是直流无刷电机，还是开关磁阻电机?要确定每个车轮装一个电机，还是其他方案，以及采用的控制器类型等。照明系统与普通燃油汽车无原则区别，可以借用。
4．接口
接口技术已在第五章进行过详细讨论。由于它也是机电一体化系统集成的一个组成部分，这里再就有关方面进行一些讨论。接口有两种，一种是机器与机器之间的接口，一种是人和机器之间的接口。
5．系统仿真
系统仿真是机电一体化系统集成的一个必要步骤，但只有系统能够建立精确或比较精确的模型时，仿真才是有效的手段，通过仿真得到的系统性能才是可信的。当系统模型无法建立时，可采用本章讨论过的原型逐次逼进法进行系统集成，靠实际样机的测试来评估系统。
6．系统测试和评估
系统测试和评估是系统集成的另一个重要步骤，它通过对样机或实物的性能测试，验证系统是否达到规定的或预期的要求，并根据测试结果和设计资料，对系统做出全面估价。应该指出的是，机电一体化系统的规模有大小之别，对于不同规模的机电一体化系统，集成方法是有所区别的。一个小系统一般可以一次集成完毕，但对于大系统则一般是分阶段渐进的，甚至是无限发展的过程。■
参 考 文 献
[1]高金吉,装备系统故障自愈原理研究.中国工程科学,2009(5).
[2]刘心松、朱鹰,容错并行处理系统结构研究.计算机应用,2008(1).
[关键词] 机电 一体化 系统 集成技术
机电一体化技术和产品的出现，是精密机械技术和电子技术等互相融合的结果，因此它从一开始发展就特别强调集成技术。
1．目的
机电一体化系统的集成技术是保证机械技术与电子技术、计算机技术等有机融合和协调配合的有效途径。依靠集成技术将各种技术的优点充分发挥出来，一方面使制造厂增强市场竞争能力，取得最佳效益，另一方面使用户使用方便，节省投资。各种数控机床、各种用途的机器人、各种全自动家用电器等，都是机电一体化的典型产品，都采用集成方法使这些产品成为现实。
2．支撑技术
第一章已经讨论过机电一体化的支撑技术，这里需要再进一步阐明这个问题。
众所周知，机电一体化是在微电子技术出现以后才发展起来的。而计算机技术的进展，”特别是微处理器的大量应用，极大地促进了机电一体化技术和产品的突飞猛进。
机电一体化是以计算机与微电子技术和机械主体的协调配合为中心，由控制系统来实现的。它需要各种传感器和许多执行机构，需要配备电源进行系统设计，其性能分析、产品试验和系统评价都需要大量的技术支撑。至于生产装备、制造工艺等，则因最终产品的类型不同而千差万别。概括地说，支撑机电一体化系统集成的技术主要包括：精密机械技术、计算机技术、电子技术、控制技术和电工技术等。概括地说，支撑机电一体化系统集成的技术主要包括：精密机械技术、计算机技术、电子技术、控制技术和电工技术等。
现代光学技术正向机电一体化扩展，形成光机电一体化系统。光传感器的应用，利用光纤传送信号，新型显示系统的采用，机器视觉的发展和利用，都说明光学技术正在成为机电一体化系统的另一种支撑技术。微机电一体化系统近年来发展很快，已经形成一定的规模产业和销售额，并将在本世纪末和下一世纪有迅猛发展。它就是借助半导体集成电路制造工艺发展起来的。因此，可以设想随着技术的进步，将会有更多的高新技术来支持机电一体化系统的发展，从而使集成技术和手段会越来越丰富。
3．集成方法
机电一体化系统的集成方法，至今还没有形成明确的有系统的程式，虽然已有大量实践，但还缺乏深入的总结归纳。作者认为大体上可以分成四种：部件级集成、系统级集成、硬
件和软件集成以及分层集成。
3．1部件级集成
部件级集成主要强调在传感器或执行器或两者一起这一级的集成技术，传感器和执行器数量较多，而且可以完成一种局部任务，事实上就局部而言也是一个完整的系统。
繁重的计算任务分成两部分，即高层计算和低层计算。高层计算由SUN工作站进行，主要功能是手的姿态监控，手操作的协调计划和高层控制计算。低层计算由手中控制器完成，它根据传感器信息和上位机命令，向与它相连的17个模拟控制回路发布空间控制命令。控制策略采用模糊控制技术。模拟控制回路采用比例微分控制并带一个功率放大器。
灵巧手的集成主要有三个关键部分：机械结构部分，包括运动机构、连接结构、传感器和微型电机、齿轮组等，模糊控制策略以及控制系统的构成。
3．2系统级集成
系统级集成主要着眼于系统的整体性能和整体结构，一般包括系统的整体结构和控制策略，传感器和执行器的数量和配置方案等。当要建造的系统能精确建模时，可以利用模型将系统的机械结构与控制策略的不同集成方案对比优选，或者按规定的约束条件进行优化，以得到最后方案。这种方法称为模型优化法。
3．3硬件软件综合集成
这种方法既可面向部件，也可以面向整个系统。其要领是将机电一体化系统所要完成的功能或任务，根据性质进行划分。划分后确定哪些任务应由硬设备完成，哪些任务要由软件完成，哪些任务需要两者配合完成；然后由不同的工作小组分头承担并完成；最后再进行整体调试运行。
以计算机辅助设计与制造系统为例，可以分成计算机辅助设计与计算机辅助制造两大任务，设计部分又可分成零件和整机设计以及整机性能分析两个任务。制造部分又可分成加工和质量控制与测试两大任务。设计部分应由计算机和相应的软件承担，制造部分的零件编程要由计算和自动编程软件进行，加工装配要由数控机床和机械手、机器人等协同完成，质量控制与测试则由相应的测试设备及软件互相配合完成。这种方法可以称为任务驱动集成技术。
3．4分层集成
分层集成又可分为两种，自顶向下集成和自底向上集成。这两种方法首先要将系统按结构分成若干子系统，子系统又分成若干基本部件。
我们以电动汽车为例来说明自顶向下的系统集成方法。电动汽车可以分成车体、储能系统、电力驱动系统、照明系统和驾驶与信息管理系统等5个子系统。车体是整车的基本骨架，它既装载全车的所有子系统，又载人或载货。为了提高性能就要设法减轻总质量，降低车辆的阻力系数，在材料选用、外观造型和部件配置等方面进行优化设计。储能系统要考虑电池类型，是选用化学电池、燃料电池还是飞轮电池?还要考虑充电方式和设备。电力驱动系统要涉及电机类型，是选用交流感应电机，还是直流无刷电机，还是开关磁阻电机?要确定每个车轮装一个电机，还是其他方案，以及采用的控制器类型等。照明系统与普通燃油汽车无原则区别，可以借用。
4．接口
接口技术已在第五章进行过详细讨论。由于它也是机电一体化系统集成的一个组成部分，这里再就有关方面进行一些讨论。接口有两种，一种是机器与机器之间的接口，一种是人和机器之间的接口。
5．系统仿真
系统仿真是机电一体化系统集成的一个必要步骤，但只有系统能够建立精确或比较精确的模型时，仿真才是有效的手段，通过仿真得到的系统性能才是可信的。当系统模型无法建立时，可采用本章讨论过的原型逐次逼进法进行系统集成，靠实际样机的测试来评估系统。
6．系统测试和评估
系统测试和评估是系统集成的另一个重要步骤，它通过对样机或实物的性能测试，验证系统是否达到规定的或预期的要求，并根据测试结果和设计资料，对系统做出全面估价。应该指出的是，机电一体化系统的规模有大小之别，对于不同规模的机电一体化系统，集成方法是有所区别的。一个小系统一般可以一次集成完毕，但对于大系统则一般是分阶段渐进的，甚至是无限发展的过程。■
参 考 文 献
[1]高金吉,装备系统故障自愈原理研究.中国工程科学,2009(5).
[2]刘心松、朱鹰,容错并行处理系统结构研究.计算机应用,2008(1).