電工過程中的機電一體化應(yīng)用案例二三例

摘要：機電一體化技術(shù)是在70年代電子計算機問世以來的一項新興技術(shù)，它是電子技術(shù)和機械技術(shù)的完美結(jié)合。在電工運用中，通過機電一體化技術(shù)的利用，可以大大提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。本文從對機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程介紹入手，詳細列舉了電工過程中機電一體化技術(shù)應(yīng)用的幾個案例來說明這項應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電工 機電一體化 應(yīng)用案例

0 引言

電工制造業(yè)與我國的經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，無論是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)等國際基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)，還是在人民生活中，都起著重大的作用，是推動社會經(jīng)濟發(fā)展的動力性因素，肩負著為各個行業(yè)提供電工設(shè)備的重任，尤其是在能源與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，更是不可缺少的。改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電工制造業(yè)取得了長足的進步，但是與世界先進水平相比，仍存在較大的差距。

當今經(jīng)濟發(fā)展對電工設(shè)備的要求不再局限于提高質(zhì)量和降低成本，更好的滿足人民日益增長的物質(zhì)需求，而是更加看重更新?lián)Q代，提高科技含量，盡早達到世界先進水平。在積極發(fā)展電工制造業(yè)的過程中，需要采用新材料、新方法、新技術(shù)革新傳統(tǒng)電工產(chǎn)業(yè)，在這個探索過程中，大力推動電工一體化發(fā)展就是機電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心內(nèi)容之一，是發(fā)展電子工業(yè)的關(guān)鍵所在，大力推動電工過程中機電一體化的應(yīng)用將是未來電工制造業(yè)發(fā)展的重中之重。

1 電工過程中的機電一體化技術(shù)概述

1.1 機電一體化的概念 機電一體化技術(shù)是電子計算機問世以來的一項新興技術(shù)，它是電子技術(shù)和機械技術(shù)的完美結(jié)合，是機械工業(yè)、電子計算機工業(yè)、微電子技術(shù)與數(shù)字化控制工程之間形成的交叉學科，其彼此交叉融合、相互滲透。機電一體化技術(shù)的發(fā)展一方面依賴于已有工業(yè)技術(shù)的發(fā)展進步，一方面有推動已有工業(yè)技術(shù)的發(fā)展革新。機電一體化技術(shù)主要是在技術(shù)和裝備兩個方面。機電一體化技術(shù)主要是電子技術(shù)和機械制造的結(jié)合過程中積累的各種知識經(jīng)驗和操作技術(shù)；技術(shù)裝備則主要是指應(yīng)用機電一體化技術(shù)制造的各種應(yīng)用型產(chǎn)品。二者相輔相成，前者指導(dǎo)后者的制造，后者體現(xiàn)前者的技術(shù)特點。在機電一體化產(chǎn)品中，機械的部分是設(shè)備運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，信息處理器是設(shè)備的核心（包括微處理器和微電子器）。二者相輔相成，不可分割。

1.2 機電一體化的發(fā)展歷程 五六十年代是機電一體化技術(shù)發(fā)展的準備時期，1952年第一臺數(shù)控銑床的問世和1959年第一個可編程機器人的問世都標志著機電一體化技術(shù)快速發(fā)展的來臨。到七、八十年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，機電一體進入了快速發(fā)展時期，逐漸被大眾所接受和認可。1989年，第一屆國際先進機電一體化會議在日本東京召開，標志著機電一體化技術(shù)進入深入發(fā)展時期，并促進機電一體化技術(shù)形成了完整的學科體系。此后，長期以來，機電一體化技術(shù)主要向著數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、模塊集成化、人工智能化、綠色環(huán)保化的方向發(fā)展。

1.3 機電一體化技術(shù)發(fā)展存在的主要問題及改進措施 目前，機電一體化技術(shù)的推廣中仍存在一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，重視整機設(shè)備引進，輕視國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施及基礎(chǔ)元件的研究，以至于某些生產(chǎn)過程長期被國外企業(yè)控制。對此，國家應(yīng)該積極鼓勵基礎(chǔ)技術(shù)和元件的開發(fā)工作，重視自主知識產(chǎn)權(quán)，早日擺脫國外企業(yè)的技術(shù)壟斷。第二，數(shù)控設(shè)備人才大量缺乏，尤其是在生產(chǎn)第一線的擁有維護、管理技術(shù)的工人大量欠缺，導(dǎo)致我國機電一體化技術(shù)的研發(fā)和實際生產(chǎn)使用相脫離。對此，在培養(yǎng)高技術(shù)高學歷相關(guān)專業(yè)人才的同時，應(yīng)該重視現(xiàn)有技術(shù)工人的繼續(xù)教育和崗位培訓，充分發(fā)揮機電一體化設(shè)備在實際生產(chǎn)中的強大優(yōu)勢。第三，國內(nèi)自主研發(fā)的機電一體化設(shè)備可靠性差、安全性低、工作效率與國際先進水平差距大。這就要求我國在開發(fā)自主品牌的同時，重視生產(chǎn)制造工藝，提高設(shè)備質(zhì)量，降低維修率和返廠率，這也將有利于自主品牌的推廣。

2 電工過程中機電一體化的應(yīng)用案例

2.1 微機械技術(shù) 微機械技術(shù)，也稱為電子機械系統(tǒng)，出現(xiàn)于80年代后期，是機電一體化技術(shù)中高科技含量的一個重要的發(fā)展方向。這一應(yīng)用是從微型化的傳感器開始發(fā)展的。60年代中期，腦電極陣列探針在美國斯坦福大學誕生，這標志著機電一體化微機械技術(shù)的開始。隨后，斯坦福大學有成功的開發(fā)出新一代的微型硅片壓力傳感器，美國加利福尼亞大學柏克萊分校也制作出直徑僅60mm的硅馬達。這種新型硅馬達是利用硅片上刻蝕成的定子與轉(zhuǎn)子之間的靜電力來驅(qū)動，利用了半導(dǎo)體可以進行微細加工的特質(zhì)，引起了電器制造業(yè)的廣泛關(guān)注，并作為高新技術(shù)被推廣開來。此后，微機械技術(shù)的研究席卷全球，美、日、德等國家還為此定期舉行學術(shù)研討會議，極大地推動了微機械技術(shù)的發(fā)展。

通常，微型機械的制造一般有三種方法：一是采用半導(dǎo)體微細加工技術(shù)在硅片上進行光刻腐蝕制作；二是利用激光束或電子束加工制作；三是利用化學方法做成分子尺寸低聚物的結(jié)構(gòu)塊體，再裝配成微型機械。

微機械技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是在生物制藥、電子信息設(shè)備、超大規(guī)模電路集成化、流體控制、微型機器人制造及微型光學設(shè)備研制方面，起到了極大的推動作用。這些微機械技術(shù)的廣泛使用徹底顛覆了人們對于機械的傳統(tǒng)印象，改變了以往的機械觀念。我國在微機械技術(shù)上雖然起步較晚，但后來居上，某些技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)處于世界先進水平，國家相關(guān)部門對這一領(lǐng)域的發(fā)展相當重視，微機械技術(shù)在我國具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 智能制造技術(shù) 作為20世紀的新型機電一體化技術(shù)，IMT—IMS是繼CIMS大發(fā)展之后的又一新型技術(shù)，被稱為智能制造技術(shù)。它是一項多學科融合的綜合技術(shù)，欲將人工智能、模糊系統(tǒng)、生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理念引入到機械制造中來，是機械制造的整個過程具有人工智能的特點，并產(chǎn)生自我組織的能力，真正實現(xiàn)機械制造的智能化發(fā)展，這對于未來科技的影響將是不可估量的，被譽為21世紀最具研究意義和研究價值的新興技術(shù)之一。國際上，以美國為首的各個科研大國正相互競爭，投入了大量的人力和財力，希望在這一領(lǐng)域掌握先機。目前，各種智能機械的大量出現(xiàn)也逐漸將這一技術(shù)推向成熟發(fā)展的應(yīng)用道路，生產(chǎn)中主要體現(xiàn)在各種數(shù)控操作平臺的出現(xiàn)。此外，人工智能化已經(jīng)走入了我們的生活，蘋果公司第4代智能手機的推出，完全達到了人機的無障礙交流和互動的目的，機器可以按照人的命令自主識別聲音信號并分析應(yīng)該使用的程序，做出反應(yīng)，這是智能化在生活中應(yīng)用的典型代表。

2.3 仿生系統(tǒng) 在機電一體化智能化發(fā)展的同時，仿生系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑是在機械人工化的道路上更進一步。進入21世紀以來，大量具有仿生特性的機電一體化設(shè)備出現(xiàn)，其越來越與真實的生命機體具有相似性，有些設(shè)備甚至可以記憶推理和積累經(jīng)驗，并能靈活調(diào)用各種程序應(yīng)付復(fù)雜的技術(shù)操作，與人類的新環(huán)境適應(yīng)性頗為相似。這些機器智能化水平很高，并存儲這巨大的信息數(shù)據(jù)庫，根據(jù)人類的具體需要和具體條件進行決策、指揮，完成看似不可能完成的事情。并且，這種仿生系統(tǒng)已經(jīng)逐漸走入我們的日常生活，其對于不同領(lǐng)域技術(shù)的大融合和大交叉已經(jīng)深刻的改變著人們的生活。目前，世界范圍內(nèi)對于這一技術(shù)的應(yīng)用主要在集成和優(yōu)化方面，我國對于機電一體化仿生系統(tǒng)的研究仍處于起步階段，任重而道遠。此外，仿生系統(tǒng)的研究一方面體現(xiàn)在復(fù)雜的仿生系統(tǒng)設(shè)計中，另一方面體現(xiàn)在機械制造借鑒生物的某部分特性功能的仿生學研究。比如，目前廣泛使用的工業(yè)機械手的設(shè)計，就是借鑒了手這一結(jié)構(gòu)的特點，利用機械模仿骨骼、關(guān)節(jié)等生物結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)機械的仿生操作，為工業(yè)生產(chǎn)提供了極大的便利。

3 結(jié)語

目前，電工過程中的機電一體化正處于蓬勃發(fā)展的時期，微機械技術(shù)、人工智能化技術(shù)、仿生學技術(shù)已經(jīng)在機電一體化的發(fā)展中扮演著重要的角色，未來將有更廣闊的發(fā)展空間。但是，當前對于機電一體化的學科性定義仍然不完全，大多時候是將其作為一項技術(shù)使用，而不是作為一個獨立學科研究，沒有嚴密統(tǒng)一的理論系統(tǒng)為其提供理論支持，也沒有對其內(nèi)涵和核心加以嚴格定義，其尚未與其他學科有明顯的界限，這對于機電一體化的科學研究是不利的。電工一體化基礎(chǔ)理論系統(tǒng)的薄弱將影響到其更深層次的發(fā)展，研究人員應(yīng)該給予機電一體化的基礎(chǔ)理論更多的關(guān)注，例如分析機電一體化系統(tǒng)動態(tài)特性的理論、基本方法論、建模理論，以及機電一體化技術(shù)與相關(guān)技術(shù)，特別是機電一體化與自動控制、計算機應(yīng)用等的區(qū)別和界限的研究，需要得到應(yīng)有的重視。

當然，機電一體化對于電工制造的影響是非凡的。其發(fā)展只要體現(xiàn)在應(yīng)用技術(shù)和工程系統(tǒng)兩個層次。各種高新技術(shù)蓬勃發(fā)展、層出不窮，新技術(shù)不斷誕生、已有技術(shù)相互之間不斷融合發(fā)展，產(chǎn)品的制造更加具有人性化的色彩。相信機電一體化將來的發(fā)展道路會更加的寬廣，對我們?nèi)粘Ｉ畹膸椭矔拥娘@而易見。

參考文獻：

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作者簡介：

查向東（1970—），男，江蘇常熟人，工程師，常熟市第一人民醫(yī)院總務(wù)處副主任，研究方向：機電維修。