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6 Nov 2018, 5:59

机电一体化,一种多学科的工程方法

机电一体化工程师是解决方案提供者

通过快速的网络搜索,您就能了解机电一体化是机械、电气和控制工程的混合体,而且由于显而易见的原因常用于机器人和工业工程。这是学术上的定义,但对于人们来说,可能有点不同;它是获得和运用完成工作所需的技能的过程。我们不需要太仔细地分析典型的机电一体化项目,就能发现它可能包含所有这三个元素。在这种情况下,机电一体化的重点在于应用,无论是机器人还是完全不同的东西。

亲自动手是工程的核心,难道是电路板太简单,不值得动手去设计吗?事实并非如此。即使是最专业的电子工程师,简单的电子器件也能让其倍感收获巨大。机械工程师远在制造系统之前就使用 CAD 来设计和建模系统,而软件是这一切的核心。甚至还有一些值得注意的工作,旨在将所有这三个设计领域整合到一个环境中。

在过去的一个世纪里,控制系统已经从纯机械发展到以电气为主。事实上,如果没有机械或电子元件的存在,那么控制系统也没有存在的必要了。调速器的作用是通过简单的机械旋转对蒸汽发动机进行比例控制;今天,ECU 被用来管理内燃机的各个方面。很明显,开发控制系统需要对机械工程有一定的了解;最近,它已扩展到涵盖电气工程。随着时间的推移,电气和机械领域变得越来越相互依赖。这只是为了强调为什么现在采用多学科工程方法比以往任何时候都更重要。

正如调速器最终被更复杂的系统所取代,这些系统以一种更可靠和可重复的方式应用比例控制,控制系统本身也已经从完全的物理化变成很大程度上虚拟化。算法在强大的处理引擎上运行,取代了精心配置的旋转金属。现在,几乎所有系统都通过软件来控制,经过这些年的发展,工程技术的定义也有了翻天覆地的变化。编码改变了工程学,机电一体化又重新定义了它。

由于软件无法在没有帮助的情况下打开阀门或检测燃油管压力,所以它在很大程度上依赖于与纯物理设备相连的接口。它的眼睛、耳朵和手是传感器、执行器、马达和其他形式的传感器。这些需要仔细地整合到整个系统中,这正是如今系统工程最重要的任务。机电一体化,这个术语恰如其分。

机电一体化工程师是什么人?

不难理解为什么创客和系统集成人员可以改名为机电一体化工程师。当涉及到创建一种可以通过智能手机触摸屏来开门或关门的系统时,他们需要运用多个领域的知识。许多人甚至看不到所涉及的学科之间的区别,但行业可以,而且它喜欢它所看到的。对机电一体化工程师的需求不断增长,因为他们本质上是解决方案构建者。

对高级电气和机械设计的高技能从业者的需求没有减少,对可以利用这些领域专家的成果并将其应用到实际问题中的工程师的需求只会有增无减。近年来,随着可配置解决方案的可用性显著提高,以及对以结果为导向的工程实践方法的支持,这种“我能行”的态度得到了加强。

最好的工程技术

不仅仅是雇主懂得学科合并的好处;整个行业都在以一种更快、更简单、更高效的方式将工程的所有要素整合在一起。Raspberry Pi 和 Arduino 等低成本计算项目加入了一大批单板计算机的行列,这些计算机的目标直指机电一体化应用;半导体行业多年来一直朝着这一总体方向前进,通过生产电路板支持包、参考设计和其他形式的平台,帮助工程师创建解决方案,而无需掌握繁琐的细节知识。这对电机控制也许最明显也最适用。如果从零开始设计,这可能是一项艰巨的挑战,但通过采用微控制器供应商提供的预先验证的电机控制平台,工作就简单多了。

通过将不同学科的人才整合成一支设计团队,工程师将能相互取长补短,有效合作。每个人都懂得欣赏其他人的才能,并在某种程度上,在设计过程中为其他人提供帮助。

物联网是推动力

机电一体化之所以重新引起了人们的兴趣(毕竟,这是近 50 年前创造的词语),原因在于物联网。物联网实际上就是数据互联网,因为数据——或者说信息,以其最普遍的形式——推动着当今世界的发展。自动化完全由依靠数据运行的控制系统实现。在蒸汽机中,“数据”是发动机的负载;负载越大,由调速器控制的发动机工作就越困难。推动这一过程的数据越来越多来自其他领域,它不再仅仅是发动机的负载,还可以是货架上的库存、路上的汽车,甚至是天空中的太阳。机电一体化使数据得以收集和处理;它描述了整个闭环系统。

随着学术界越来越多地采用包含互补技能的教学大纲,学校、学院和大学现在都认识到多学科学习方法的重要性。现在,机电一体化的学位课程越来越多,英国学校也在推出 T 级课程;在学术上相当于 A 级,但更注重设计和技术。

机电一体化工程师已开始崛起,而且还将继续发展。这给任何对工程感兴趣的人带来了巨大的机会,因为这意味着他们不需要花费数年时间来掌握一个领域,相反,他们可以运用自己的特殊技能,精通许多领域。

Favourite things are Family, Music and Judo. Also, I have the ability to retain and quote useless facts, something that pleases me but can annoy others. My engineering hero - Isambard Kingdom Brunel

6 Nov 2018, 5:59