什么是机电一体化?
机电一体化的定义
机电一体化,或机电一体化工程,是一个多学科交叉领域,融合了机械、电气、电子和软件工程等学科的工作。机电一体化的独特优势来自这些领域之间的协同。归根结底,现代产品设计无法独立完成。随着我们不断开发日益复杂的产品和系统,对机电一体化的需求增加证明了行业正转向优先考虑跨学科设计和工程。
机电一体化,或机电一体化工程,是一个多学科交叉领域,融合了机械、电气、电子和软件工程等学科的工作。机电一体化的独特优势来自这些领域之间的协同。归根结底,现代产品设计无法独立完成。随着我们不断开发日益复杂的产品和系统,对机电一体化的需求增加证明了行业正转向优先考虑跨学科设计和工程。
工业 4.0,或“第四次工业革命”,概括了制造业领域当前的技术创新状态概念。工业 4.0 高度重视自动化、人工智能和智能/互联机器。除了物联网设备,工业 4.0 还强调了数字世界与物理世界的融合 — 无论是在产品本身的设计中,还是在它们提供的体验中。
机电一体化是使许多工业 4.0 技术得以实现的主要参与者。在机电一体化领域,工程师将电子技术集成到物理设计中,从而将传统产品提升到我们如今视为常态的技术智能和无线通信水平。当我们考虑在物理世界中提供数字体验,并将高性能技术和电子设备进一步集成到产品设计中时,机电一体化将继续成为工业 4.0 浪潮中持续创新的推动力量。
工业 5.0 将工业 4.0 的创新向前推进了一步。工业 5.0 专注于优化生产,同时强调社会和环境效益。人类与智能机器之间的协作更加紧密,两者之间的关系更加直接。工业 5.0 与工业 4.0 非常相似,会继续优先考虑自动化、人工智能和增强/虚拟现实,但也会更深入地思考,探索如何以一种全面提升我们日常体验的方式,在虚拟和现实生活中同时将这些技术和系统融入日常生活……这些思考进一步推动了这些概念的发展。
随着我们迈入工业 5.0,在推动新集成技术的开发中,机电一体化将继续扮演不可或缺的角色,从而促进技术时代之间的过渡。随着技术和系统变得越来越复杂,对跨学科设计和协作的需求也在增长。机电一体化作为一个领域,囊括了产品设计和创新的多学科方法,让它成为一个绝佳的范例,说明随着工业 5.0 的不断发展,我们将越来越多地看到对这类项目的需求。
正如我们已经确定的那样,机电一体化是一个跨学科领域。下面我们来了解一下由加拿大安大略省 FIRST® 机器人团队 Celt-X Robotics 做的真实 SOLIDWORKS 模型。在这里,您将找到许多机电一体化系统的互联本质的展示,还有一些优秀的示例来阐述在一款完整的机电产品中,哪些人负责设计哪些内容。
机械工程师负责设计机电产品的物理组件,如图中所示的轮子。无论是对让零部件移动的齿轮进行建模,还是设计将容纳电气和电子系统的机器人或机器的整体物理机身,机械工程师在塑造产品的最终设计中都扮演着关键角色。
从机器人到物联网设备,所有机电一体化设计都需要一定程度的布线、零部件选取和验证,以安全高效地为整个设计过程供电。如果没有电气工程师在这些移动的物理系统中确定合适的电线步路和电路规格,任何机电一体化设计都无法充分发挥自身的潜力。
电子工程师专注于电路的规格设计,并将印刷电路板 (PCB) 的设计和实施引入机电一体化产品。PCB 可以实现电气元件之间的机械连接,让信号和电力在整个电路中进行传输。电子工程使机电系统具有更高的整体完整性和可操作性,从而确保提高产品质量和客户满意度。
无论是要开发软件来集成系统和网络、促进设备通信,亦或是在现实和虚拟世界控制机器,甚至是开发图形用户界面 (GUI) ,软件工程师都是不可或缺的。最终,软件工程师会帮助开发跨学科且同时涉及现实和虚拟的产品和体验。
由于这种跨学科性质,机电一体化需要系统架构师的参与。系统架构师负责监督上述领域之间的互联。作为高级项目经理,系统工程师需要全程监督机电一体化项目,确保从设计到生产的所有团队保持一致。
我们为 FIRST 机器人团队提供免费的 SOLIDWORKS 许可证。对这个计划感到好奇?请参见下文,了解更多信息。
凡是涉及产品、动力系统、建筑和制造、技术或布局的行业,机电一体化几乎均适用。以下仅列出部分依赖机电一体化的行业。
SOLIDWORKS 在其产品组合中提供了一系列常用于机电一体化产品设计的工具。下面我们来看一下。
3D Mechatronics Creator 通过将机械、电子和软件功能无缝集成到统一的设计体验中,帮助打破学科之间的壁垒并加速创新,使跨领域的用户能够高效地创建机电一体化产品。优势包括能够: