機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與前景

耿來偉

摘 要：隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)得到了長足發(fā)展，并在諸多行業(yè)中得以普遍應(yīng)用，在制造行業(yè)當(dāng)中，采用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠提高產(chǎn)品制造的質(zhì)量水平，并大幅度提升產(chǎn)品性能；在建筑行業(yè)中，采用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠保證工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，保證施工安全，提高工作效率。文章主要對現(xiàn)階段機(jī)電一體化技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用狀況加以介紹，對機(jī)電一體化技術(shù)的未來發(fā)展前景進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；應(yīng)用；發(fā)展前景

中圖分類號：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0064-02

機(jī)電一體化技術(shù)這一概念最早是由日本企業(yè)界在二十世紀(jì)七十年代左右提出的，當(dāng)時被取名為“Mechatronics”，意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。隨著時代的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)融合了計算機(jī)技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)、自動化技術(shù)及電子信息技術(shù)等多種技術(shù)類型。機(jī)電一體化技術(shù)實現(xiàn)了人工操作向機(jī)械自動化操作的轉(zhuǎn)變，在產(chǎn)品制造水平、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品性能穩(wěn)定性等方面帶來了顯著變化。隨著新時期工業(yè)生產(chǎn)逐漸向自動化、智能化及綠色化方向發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

1 機(jī)電一體化技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況

1.1 數(shù)控機(jī)床

機(jī)電一體化技術(shù)最為典型的應(yīng)用案例就是數(shù)控機(jī)床，隨著近些年的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在精度控制上更為精確，在功能上更加多樣，在結(jié)構(gòu)上更加趨于合理，在操作上更顯便捷，總體上說，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的深入應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)功能上向著模塊化、總線式、緊湊型方向發(fā)展，在組織體系上更多采用了多主總線及多CPU架構(gòu)模式。將富有開放性的設(shè)計方法應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，可以極大提高系統(tǒng)的兼容屬性及層次屬性，在編程、設(shè)備升級改裝等環(huán)節(jié)更加便捷智能，能夠達(dá)到一臺機(jī)床實時控制多臺機(jī)床的效果，從而實現(xiàn)了多通道及多過程的控制管理。

此外，通過在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中采用機(jī)電一體化中的在線診斷技術(shù)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊控制技術(shù)，當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)或要出現(xiàn)各類故障時，如刀具破損等，可以借助在線診斷的相關(guān)功能模塊向機(jī)床操作人員進(jìn)行信息反饋，從而便于及時采取相應(yīng)的控制措施。

1.2 工業(yè)機(jī)器人等柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)，簡稱為FMS，實現(xiàn)了高度計算機(jī)化，涵蓋了數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、料盤及自動化倉庫等各個部分，能夠根據(jù)生產(chǎn)指令，按量地開展各類生產(chǎn)任務(wù)。除了上面介紹的數(shù)控機(jī)床，機(jī)電一體化在工業(yè)機(jī)器人制造中也發(fā)揮了重要作用。

工業(yè)機(jī)器人能夠代替一部分人力勞動，在涉及到作業(yè)條件復(fù)雜，如噪音污染大、氣體污染嚴(yán)重、輻射程度較高的作業(yè)場所，工業(yè)機(jī)器人可以發(fā)揮自身優(yōu)勢，確保生產(chǎn)制造的連續(xù)性。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的成熟，現(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人智能化程度大幅提高，能夠借助功能更加強(qiáng)大的元件設(shè)備收集整理數(shù)據(jù)，并針對具體情況作出分析判斷，一定程度上達(dá)到了人腦的功能，在多種作業(yè)環(huán)境中能夠?qū)嵤﹩为?dú)作業(yè)。

1.3 計算機(jī)集成制造及分布式控制系統(tǒng)

計算機(jī)集成制造借助于自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)，通過采用計算機(jī)技術(shù)，把產(chǎn)品設(shè)計制造過程中的一些分散的子系統(tǒng)加以集成，從而形成了能夠適用于小批量及多品種生產(chǎn)的智能化制造系統(tǒng)。計算機(jī)集成制造突破了各個部門之間的生產(chǎn)界限，做到了產(chǎn)品在開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營等環(huán)節(jié)的融合。

分布式控制系統(tǒng)是通過中央計算機(jī)控制指揮多臺計算機(jī)設(shè)備，憑借著分布式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心技術(shù)。分布式控制系統(tǒng)在分級上根據(jù)具體情況可以分為兩級系統(tǒng)、三級系統(tǒng)乃至更多級別，能夠?qū)ιa(chǎn)制造過程進(jìn)行實時的監(jiān)督控制及管理，在后期維護(hù)及系統(tǒng)擴(kuò)展上也能夠靈活操控。

1.4 在建筑施工行業(yè)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，有不少先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實際建筑施工中。施工機(jī)械機(jī)電一體化從半自動化、監(jiān)控、全自動到遙控不斷發(fā)展，降低了施工風(fēng)險，提高了施工質(zhì)量。

現(xiàn)階段機(jī)電一體化技術(shù)在建筑工程中的具體應(yīng)用主要包括混凝土機(jī)械、起重機(jī)械、土方機(jī)械（如國外液壓挖掘機(jī)）。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在建筑施工領(lǐng)域既可以保證施工安全和工程質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度、加快施工進(jìn)度，也對避免工場事故有著重大的意義。

2 機(jī)電一體化的未來發(fā)展前景

2.1 人工智能化

現(xiàn)階段機(jī)電一體化具備了一定的智能化程度，但尚無法達(dá)到人工智能化的水平，隨著技術(shù)的發(fā)展，原先預(yù)想的使數(shù)控機(jī)床及工業(yè)機(jī)器人具備模擬人腦的能力，已不再簡單局限在幻想中。機(jī)電一體化實現(xiàn)人工智能化，能夠使其具備推理判斷能力、自主思考能力以及決策制定能力，一方面能夠有效提升工業(yè)生產(chǎn)制造的自動化水平，另一方面能夠極大地節(jié)省人力成本，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和精度。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)，軍事、政治、教育以及人民的日常生活都帶來了極大的變化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠為機(jī)電一體化在遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制等環(huán)節(jié)創(chuàng)造條件，因此，機(jī)電一體化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合也是未來機(jī)電一體化發(fā)展前景之一。在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化操作后，工業(yè)生產(chǎn)制造人員可以脫離具體的生產(chǎn)崗位，只需在車間內(nèi)走動，掌握各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，然后借助操作面板來對各個流程工作加以控制。此外，在機(jī)電一體化設(shè)備和操作終端之間通過建立網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，借助光纖等信息傳播介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，能夠極大地降低工作量。

2.3 微型化

機(jī)電一體化設(shè)備體積龐大，雖然不會對其性能構(gòu)成影響，但在搬運(yùn)中卻極為不便，微型機(jī)電一體化技術(shù)有效融合了軟件技術(shù)、微電子技術(shù)及微機(jī)械技術(shù)，是未來機(jī)電一體化發(fā)展的重要方向。根據(jù)相關(guān)研究，機(jī)電一體化微型系統(tǒng)，可以實現(xiàn)向微米及納米系統(tǒng)的演進(jìn)。未來可能出現(xiàn)的微型化機(jī)電一體化技術(shù)可以在生物醫(yī)學(xué)及航空航天等領(lǐng)域廣泛使用。

2.4 模塊化及綠色環(huán)保化

現(xiàn)階段機(jī)電一體化的產(chǎn)品類型較多，生產(chǎn)制式不盡相同，在信息接口、電氣設(shè)備接口及動力接口上也存在差異，隨著技術(shù)成熟及行業(yè)間融合的加深，有必要制定出統(tǒng)一化的標(biāo)準(zhǔn)模式，實現(xiàn)機(jī)電一體化的標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化。

此外，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，在產(chǎn)品選擇上人們更加趨向于綠色產(chǎn)品，因此，機(jī)電一體化的綠色化也將成為未來的重要發(fā)展方向，在產(chǎn)品的生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸以及使用等環(huán)節(jié)，環(huán)保觀念會貫穿于全過程。

3 結(jié) 語

總之，機(jī)電一體化技術(shù)在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的有效應(yīng)用可以極大提高產(chǎn)品的精度、質(zhì)量及生產(chǎn)效率，在強(qiáng)調(diào)成本節(jié)約及規(guī)模化生產(chǎn)的背景下，具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。隨著科技的進(jìn)步，機(jī)電一體化在未來發(fā)展前景上會向著更加智能、綠色、高效的方向發(fā)展，并將在工業(yè)生產(chǎn)制造中發(fā)揮更大的作用。

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