機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的探討

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不可或缺的重要技術(shù)之一，本文將就機(jī)電一體化的基本結(jié)構(gòu)，機(jī)電一體化的現(xiàn)狀以及機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)電；一體化；技術(shù)提高；應(yīng)用

1.機(jī)電一體化的基本結(jié)構(gòu)

1.1機(jī)械本身

它是機(jī)電一體化要素中最基本的部分，相當(dāng)于人體的身軀骨架。它是系統(tǒng)所有功能元素的機(jī)械支持，結(jié)構(gòu)包括機(jī)身框架、機(jī)械連接等。

1.2動(dòng)力設(shè)備

是機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)中重要的組成部分。動(dòng)力部分相當(dāng)于人體內(nèi)臟，來產(chǎn)生能量為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，是功能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行的機(jī)構(gòu)，可以使系統(tǒng)按照控制要求正常運(yùn)行。

1.3傳感部分

傳感部分相當(dāng)于人的眼鼻耳口等感覺器官，將系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變成可識(shí)別的信號(hào)，然后傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧＝?jīng)過分析處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。其功能一般由專門的傳感器和儀器儀表來配合完成。

1.4驅(qū)動(dòng)部分

驅(qū)動(dòng)部分相當(dāng)于人體的肌肉，接受大腦指揮驅(qū)動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)，在控制信息作用下驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作和功能。

1.5執(zhí)行部分

執(zhí)行部分相當(dāng)于人的四肢，由大腦支配完成各項(xiàng)工作任務(wù)，根據(jù)控制信息和指令完成各種動(dòng)作和功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件，一般由機(jī)械、電磁電液等機(jī)構(gòu)構(gòu)成。

1.6控制及信息處理

控制及信息處理部分猶如人的大腦，來指揮、控制全身運(yùn)動(dòng)并將信息集中存儲(chǔ)分析加工，根據(jù)信息處理的結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。它一般由計(jì)算機(jī)可編程序控制器、數(shù)控裝置以及邏輯電路A/D與D/A轉(zhuǎn)換I/O輸入輸出接口和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等組成。

2.機(jī)電一體化的現(xiàn)狀與應(yīng)用

2.1重工業(yè)領(lǐng)域

機(jī)電一體化技術(shù)目前越來越廣泛被采用，其中包括了鋼鐵、電力、石油化工、采礦冶金、汽車、造船、航空工程等多種行業(yè)，相對(duì)來說，主要是應(yīng)用于重工業(yè)領(lǐng)域。

2.2數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，能最大限度地提高用戶的使用效益。WOP技術(shù)和智能化、大容量存儲(chǔ)器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，既豐富了數(shù)控功能，也加強(qiáng)了控制功能。

2.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

CIMS的實(shí)現(xiàn)是全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)綜合。它實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的有機(jī)結(jié)合。使各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。

2.4柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。它可以隨機(jī)地、實(shí)時(shí)地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，適于多品種、中小批量、設(shè)計(jì)更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

2.5工業(yè)機(jī)器人

機(jī)電一體化是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，開辟新領(lǐng)域，發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)，需要大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。

3.機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化是近幾年才出現(xiàn)的一門新科學(xué)、新技術(shù)，但它必將是當(dāng)前世界技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展.高新技術(shù)的發(fā)展越來越受國(guó)家、社會(huì)和企業(yè)的關(guān)注與重視。

3.1數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造提供了有力保障，數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面，將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

3.2智能化

智能化是未來機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。要求機(jī)電產(chǎn)品具有一定程度的智能，從而使它具有類似人的判斷推理、邏輯思考、自主決策等能力。這樣會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來極大的方便。

3.3模塊化

機(jī)電一體化產(chǎn)品和技術(shù)可分為機(jī)械、電子和軟件三個(gè)主要部分。模塊化技術(shù)是這三者共同使用的技術(shù)。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)各種機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。模塊化技術(shù)降低了產(chǎn)品研發(fā)成本，提高了不同產(chǎn)品間零部件通用化程度，提高了產(chǎn)品的可裝配性、可維修性和可擴(kuò)展性等。

3.4網(wǎng)絡(luò)化

電子技術(shù)日新月異的發(fā)展引起了巨大的變革，網(wǎng)絡(luò)逐漸普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)也得到了發(fā)展。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備就是機(jī)電一體化的相關(guān)產(chǎn)品，機(jī)電一體化設(shè)備產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及日常生活都能得到長(zhǎng)足發(fā)展。

3.5人性化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

3.6微型化

微型化指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在很多方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源匯于一體的微型器件或系統(tǒng)，將是未來很重要的發(fā)展方向。

3.7集成化

集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。要使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性，可將系統(tǒng)分解為若干層次，使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

3.8綠色化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指不污染生態(tài)環(huán)境并能回收利用。工業(yè)的發(fā)展使得物質(zhì)豐富，生活舒適的同時(shí)也導(dǎo)致資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。綠色產(chǎn)品符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率和回收率高，是時(shí)代的要求與趨勢(shì)。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。

3.9光機(jī)電一體化

引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)光電及一體化技術(shù)的發(fā)展，利用光學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的信息處理系統(tǒng)等方面。光機(jī)電一體化是機(jī)電產(chǎn)品和市場(chǎng)發(fā)展的必要趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：楊志剛，教授級(jí)高級(jí)工程師。