論機電一體化技術的應用及其開展趨向

1、論機電一體化技術的應用及其開展趨向摘要：機電一體化是一種復合技術，是機械技術與微電子技術、信息技術相互浸透的產(chǎn)物，是機電工業(yè)開展的必然趨向。本文簡述了機電一體化技術的根本構造組成和主要應用范疇，并指出其開展趨向。關鍵詞：機械工業(yè)機電一體化數(shù)控模塊化 現(xiàn)代科學技術的開展極大地推進了不同窗科的穿插與浸透，惹起了工程范疇的技術改造與反動。在機械工程范疇，由于微電子技術和計算機技術的疾速開展及其向機械工業(yè)的浸透所構成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術構造、產(chǎn)品機構、功用與構成、消費方式及管理體系發(fā)作了宏大變化，使工業(yè)消費由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的開展階段。 一、機電一體化的中心技術 機電

2、一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處置單元和驅(qū)動單元等局部組成。因而，為加速推進機電一體化的開展，必需從以下幾方面著手： （一） 機械本體技術 機械本體必需從改善性能、減輕質(zhì)量和進步精度等幾方面思索。現(xiàn)代機械產(chǎn)品普通都是以鋼鐵資料為主，為了減輕質(zhì)量除了在構造上加以改良，還應思索應用非金屬復合資料。只要機械本體減輕了重量，才有可能完成驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量耗費，進步效率。 （二） 傳感技術 傳感器的問題集中在進步牢靠性、靈活度和準確度方面，進步牢靠性與防干擾有著直接的關系。為了防止電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨向。對外部信息傳

3、感器來說，目前主要開展非接觸型檢測技術。 （三） 信息處置技術 機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處置設備（特別是微型計算機）的提高應用嚴密相連。為進一步開展機電一體化，必需進步信息處置設備的牢靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設備的牢靠性和分時處置的輸入輸出的牢靠性，進而進步處置速度，并處理抗干擾及規(guī)范化問題。 （四） 驅(qū)動技術 電機作為驅(qū)動機構已被普遍采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極開展內(nèi)部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅(qū)動單元。 （五） 接口技術 為了與計算機停止通訊，必需使數(shù)據(jù)傳送的格式規(guī)范化、規(guī)格化。接口采用同一規(guī)范規(guī)格不只有利于信息傳送

4、和維修，而且能夠簡化設計。目前，技術人員正努力于開發(fā)低本錢、高速串行的接口，來處理信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、規(guī)范化等問題。 （六） 軟件技術 軟件與硬件必需諧和分歧地開展。為了減少軟件的研制本錢，進步消費維修的效率，要逐漸推行軟件規(guī)范化，包括程序規(guī)范化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。 二、機電一體化技術的主要應用范疇 （一） 數(shù)控機床 數(shù)控機床及相應的數(shù)控技術經(jīng)過40年的開展，在構造、功用、操作和控制精度上都有疾速進步，詳細表如今： 1、 總線式、模塊化、緊湊型的構造，即采用多CPU、多主總線的體系構造。 2、 開放性設計，即硬件體系構造和功用模塊具

5、有層次性、兼容性、契合接口規(guī)范，能最大限度地進步用戶的運用效益。 3、 WOP技術和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術和完成二、三維加工過程的動態(tài)仿真，并引入在線診斷、含糊控制等智能機制。 4、 大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不只豐厚了數(shù)控功用，同時也增強了CNC系統(tǒng)的控制功用。 5、 能完成多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的才能，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。 6、 系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡功用，增強了系統(tǒng)組合及構成復雜加工系統(tǒng)的才能。 7、 以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成構造緊湊的數(shù)控安裝。 （二）

6、 計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS） CIMS的完成不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它突破原有部門之間的界限，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，完成從運營決策、產(chǎn)品開發(fā)、消費準備、消費實驗到消費運營管理的有機分離。企業(yè)集成度的進步能夠使各種消費要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種消費要素的潛力能夠得到更大的發(fā)揮。 （三） 柔性制造系統(tǒng)（FMS） 柔性制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng)，主要由計算機、數(shù)控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它能夠隨機地、實時地、按量地依照裝配部門的請求，消費其才能范圍內(nèi)的任何工件，特別適于多種類、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批

7、量消費。 （四） 工業(yè)機器人 第1代機器人亦稱示教再現(xiàn)機器人，它們只能依據(jù)示教停止反復運動，對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏順應性和靈敏性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息，經(jīng)過計算機處置、剖析，做出一定的判別，對動作停止反應控制，表現(xiàn)出低級智能，已開端走向適用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功用，可停止復雜的邏輯思想、判別和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立行動，與第5代計算機關系親密。 三、機電一體化技術的開展前景 縱觀國內(nèi)外機電一體化的開展現(xiàn)狀和高新技術的開展意向，機電一體化將朝著以下幾個方向開展： （一） 智能化 智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主

8、要區(qū)別之一，也是21世紀機電一體化的開展方向。近幾年，處置器速度的進步和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法發(fā)明了條件，有力地推進著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向開展。智能機電一體化產(chǎn)品能夠模仿人類智能，具有某種水平的判別推理、邏輯思想和自主決策才能，從而取代制造工程中人的局部腦力勞動。 （二） 系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系構造進一步采用開放式和形式化的總線構造。系統(tǒng)能夠靈敏組態(tài)，停止恣意的剪裁和組合，同時尋務實現(xiàn)多子系統(tǒng)諧和控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通訊功用大大增強，普通除RS232等常用通訊方式外，完成遠程及多系統(tǒng)通訊聯(lián)網(wǎng)需求的部分網(wǎng)絡正逐步被采用。將來

9、的機電一體化愈加注重產(chǎn)品與人的關系，如何賦予機電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產(chǎn)品還可依據(jù)一些生物體優(yōu)秀的結(jié)構研討某種新型機體，使其向著生物系統(tǒng)化方向開展。 （三） 微型化 微型機電一體化系統(tǒng)高度交融了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的開展方向。國外稱微電子機械系統(tǒng)的幾何尺寸普通不超越1cm3，并正向微米、納米級方向開展。由于微機電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運動靈敏等特性，可進入普通機械無法進入的空間并易于停止精密操作，故在生物醫(yī)學、航空航天、信息技術、工農(nóng)業(yè)乃至國防等范疇，都有寬廣的應用前景。目前，應用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實

10、驗室中已制造出亞微米級的機械元件。 （四） 模塊化 模塊化也是機電一體化產(chǎn)品的一個開展趨向，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)種類類和消費廠家繁多，研制和開發(fā)具有規(guī)范機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項復雜而重要的事，它需求制定一系列規(guī)范，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產(chǎn)品消費企業(yè)可應用規(guī)范單元疾速開發(fā)新產(chǎn)品，同時也能夠不時擴展消費范圍。 （五） 網(wǎng)絡化 網(wǎng)絡技術的飛速開展對機電一體化有嚴重影響，使其朝著網(wǎng)絡化方向開展。機電一體化產(chǎn)品的品種很多，面向網(wǎng)絡的方式也不同。由于網(wǎng)絡的提高，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備自身就

11、是機電一體化產(chǎn)品。 （六 ） 綠色化 工業(yè)的興旺使人們物質(zhì)豐厚、生活溫馨的同時也使資源減少，生態(tài)環(huán)境遭到嚴重污染，于是綠色產(chǎn)品應運而生。綠色化是時期的趨向，其目的是使產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、運用到報廢處置的整個生命周期中，對生態(tài)環(huán)境無危害或危害極小，資源應用率極高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指運用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢時能回收應用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)開展形式。 綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術開展的結(jié)晶，是社會消費力開展到一定階段的必然請求。它促使機械工業(yè)發(fā)作戰(zhàn)略性的革新，使傳統(tǒng)的機械設計辦法和設計概念發(fā)作著反動性的變化。鼎力開展新一代機電一體化產(chǎn)品，不只是改造傳統(tǒng)機械設備的請求，而且是推進機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開拓新范疇、開展與復興機械工業(yè)的殊途同歸。 【參考文獻】： 1、 李運華.機電控制M.北京航空航天大學出版社,2003. 2、