機電一體化技術研究的應用技術核心及發展展望

王芝蘭

摘 要：對機電一體化技術的主要功能特性進行簡單闡述后，指明機電一體化技術研究應用核心技術內涵，并對機電一體化技術的智能化、模塊化、輕量化、帶源化、綠色化等發展方向進行了展望。人機一體化的機電一體化技術產品，在各行各業中具有非常廣闊的應用前景。

關鍵詞：機電一體化；智能化；模塊化

機電一體化技術是集機械技術、電力電子技術、微電子技術、計算機科學、通信技術、傳感器技術、自動控制技術、伺服驅動技術、信息處理技術等先進技術為一體的高科技新技術，其應用小到兒童玩具、家用電器、車輛電子設備，大到數控機床、施工機械、自動化過程生產總線、航天航空等，對現代工業的發展有著巨大的推動力，是各行各業智能化、自動化、信息化、網絡化研究的重點。以計算機為核心的檢測、監測、監控系統功能的日益完善和性能的不斷提高，被廣泛應用到各行業產品和生產的過程控制中，使得機、電、測量、控制保護等得到有機地整合，發展成為具有良好過程控制性能的機電一體化技術[1]。以機電一體化技術邏輯控制為核心思想的軟件系統的使用，給機械行業帶來了非常顯著的經濟效益，不僅提高了生產作業全過程的生產效率和安全可靠性，同時充分發揮各功能系統的性能，提高了產品的性能和質量，降低了工作人員的勞動強度和原材料消耗量，提高了單位產品生產的經濟效益，增強了產品生產企業在市場中的綜合競爭力。

1 機電一體化技術的主要功能特性

先進機電一體化制造技術是在常規制造技術的基礎上，充分引進和吸收機械電子、電力電子、計算機信息、傳感器、能源及現代管理等技術，發展起來的優良產物，綜合應用到機械制造生產全過程，實現優質、高效、低耗、操控便捷、清潔環保的生產，取得非常良好的技術經濟效益。機電一體化技術在實際應用中的主要功能特性，體現在以下多個方面，即：

1.1 能夠根據邏輯程序控制要求完成各種功能，并具備記憶、數據運算、邏輯控制、歷史數據分析、信息功能相互轉換等功能。從而實現機電設備的高性能、多功能化、數字智能化、網絡集成化等功能特性。

1.2 結構緊湊集約化。使機電產品向著輕、薄、細、巧等方向迅速發展，并結合標準化、模塊化集成體系進行設計、制造和應用，可以大大提高機械結構、電控系統間的交互共享性能和兼容性。微機電一體化設備的研發應用，其具有的體積小、耗能少、運動靈活等優點，可以進入到常規機械設備無法達到的空間進行操作，易于實現精細化、精益化操控，在生物醫療、軍事、信息等工程領域，具有不可比擬的強大優勢。

1.3 結合系統內部的DSP數據處理系統，可以根據負荷及設備實時運行工況狀態，按照預設程序要求進行調整與控制，確保設備長期工作在最優工況，具有明顯的節能降耗優點。

1.4 具有遠程操控、在線監測、自動監視、自診斷功能，以及一些智能決策等功能，使系統運行的安全可靠性和性能水平得到大幅度提高。

2 機電一體化技術研究應用技術核心

在人們的日常生活、工作、生產、休閑等過程中，自動化機械、電子產品、信息化處理設備、智能化控制系統、自動化醫療器械、集成網絡化安全監控系統等機電一體化產品或系統，其運行過程中均離不開相關執行機電元器件為其提供動力或驅動信號。由于執行元件或機構與電子控制系統間不能直接互聯，即需要一個中間驅動部件來實現機與電間的相互轉化。被驅動機械元件通過驅動部件在電子控制系統下，按照流程接收調控指令，并將相應電信號轉換為機械信號，通過能量轉換完成相應的目標輸出。常規的機電一體化技術在實際應用中，僅考慮機械技術、傳感器技術、信息處理技術的簡單互聯，其生產出來的產品體積結構龐大，操作笨拙，性能偏差大，已經不能滿足用戶提出的更高調控性能和功能需求。為了滿足用戶需求，并且提高各控制子系統間數據信息資源的交互共享能力，確保其有較高性能水平，就必須在發展機械技術、精加工技術、傳感器技術、信息處理技術、接口技術、帶源化技術、通信技術等基本核心技術的基礎上，從全局功能結構出發，用系統順序邏輯控制觀點和方法，通過合理的系統集成和信息互享，解決好每個功能子系統和模塊間的信息處理和傳輸，實現各功能子系統間信息的相互集成共享，完成機、電、控系統信息數據的統一集成和功能的集成統一，使整個機電系統功能得到正常發揮，實現最優化的系統控制功能水平。

3 機電一體化研究應用發展方向展望

機電一體化是機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科相互交融發展起來的優良技術，它的發展和進步大大推動現代工業的迅速發展[2]。機電一體化技術的應用發展的主要方向是：智能化、模塊化、輕量化、帶源化、綠色化等。

3.1 智能化

隨著集成電力電子技術、計算機技術、數字處理技術、通訊技術等在工業生產中應用的進一步完善，以全數字式現場總線技術為代表的現場控制總線儀表和機電設備的大量應用，使得常規現場控制技術及現場控制機電設備的功能發揮和性能得到全面提高。尤其是PLC控制器、變頻器、PID調節器、IED智能電子元件，以及其它智能控制設備和運算方法的飛速發展及在機電設備上的廣泛應用，使得機電設備的綜合網絡化、集成自動化、網絡智能化水平程度越來越高，不僅使得機電設備的操作變得更加便利、安全，同時使其能源消耗降低，達到較好的節能降耗效果。高性能、高速度微處理器在機電一體化產品中的應用，賦有其低級智能或人的部分智能運算分析功能，使其具有一定判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，獲得更高的控制性能和目標決策，是完全可能且非常必要的。智能化是機電一體化研究發展的一個非常重要的發展方向，實現對人類專家制造智能知識的統一收集、完善、繼承和發展。

3.2 模塊化

機電一體化產品其種類和功能作用較繁雜，讓其自由進行數據信息的交互共享是一項十分復雜的事，尤其是產品性能兼容性和功能通用性。因此，為了提高機電設備應用范圍和普及型水平，有必要研制具有標準機械接口或電氣動力接口等模塊化的機電一體化產品，即可以實現像“搭積木”一樣讓客戶根據功能要求自由選配組合。根據需要選擇“性價比”較優越的機電一體化產品，以實現設備信息資源的集約和優質服務。

3.3 輕量化

結合機械設備的精細化和集成電路的微細加工技術，可以實現機構、驅動器、信號傳感器、控制器、以及電源等功能模塊有機集成在一個很小的多晶硅上，獲得機構完整、性能完備的MEMS微型電子機械系統，使得整個機構尺寸壓縮到幾個毫米甚至幾百微米。MEMS微型機電一體化技術，在工業、農業、航天、生物醫學、家庭服務等行業中的廣泛應用，機電產品將像緊湊化、集約小、輕量化、精細化等方向發展，給機電產品生產制造領域帶來深刻的技術革命。

3.4 帶源化

機電一體化產品自帶能源無需外部供電，通過太陽能電池、燃料電池，以及各種高性能大容量電池的合理運用，將給機電一體化產品帶來巨大的使用便利性。

3.5 綠色化

設計綠色的機電一體化產品，是未來機電產品符合生態環保功能的重要技術手段。綠色化機電一體化產品，其使用時不污染生態環境，生產時不產生機電垃圾，同時能回收再利用，實現節能降耗和綠色環保的性能。

參考文獻

[1]楊春光.我國機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J].科技促進發展，2007，3（28）：6-8.

[2]楊兆偉，劉錦.機電一體化技術的發展趨勢與分析[J].機電產品開發與創新，2007，21（2）：32-34.