與時俱進中的機電

程子一

摘 要：自從電子技術(shù)問世，電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合就開始了，出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路，尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路后，機電一體化技術(shù)有了明顯發(fā)展，從而使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，機械、機電融為一體，相得益彰。機電一體化技術(shù)結(jié)合應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。

關(guān)鍵詞：機電一體化；與時俱進；發(fā)展趨勢；應(yīng)用

一、機電一體化的應(yīng)用

（1）機械技術(shù)。機械技術(shù)必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮。現(xiàn)代機械產(chǎn)品一般以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量，除了在結(jié)構(gòu)上加以改進，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。（2）傳感技術(shù)。傳感技術(shù)能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成輸出信號的器件或裝置。傳感技術(shù)是將被測的某一物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為另一種物理量并輸出的裝置。有些國家和科學(xué)領(lǐng)域，為了避免電磁干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。（3）信息處理技術(shù)。機電一體化與微電子學(xué)的顯著進步、信息處理設(shè)備（特別是微型計算機）的普及應(yīng)用緊密相連。為進一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。（4）自動控制技術(shù)。自動控制技術(shù)范圍很廣，可進行系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)計后的系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試。控制技術(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、檢索等。

二、機電一體化發(fā)展趨勢

（1）光機電一體化。一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的。因此，引進光學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢。（2）自律分配系統(tǒng)化。未來的機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。（3）全息系統(tǒng)化。今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。（4）工業(yè)機器人。第一代機器人亦稱示教再現(xiàn)機器人，它們只能根據(jù)示教進行重復(fù)運動，對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應(yīng)性和靈活性；第二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，通過計算機處理、分析，作出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現(xiàn)出低級智能，已開始走向?qū)嵱没坏谌鷻C器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立行動，與第五代計算機關(guān)系密切。

三、機電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（1）數(shù)控機床。（1）WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。（2）大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計。不僅豐富了數(shù)控功能，同時也加強了CNC系統(tǒng)的控制功能。（3）能實現(xiàn)多過程、多通道控制。具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務(wù)或控制多臺和多種機床的能力，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。

四、計算機集成制造系統(tǒng)

計算機集成制造系統(tǒng)的實現(xiàn)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。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到最大化的發(fā)揮。

五、柔性制造系統(tǒng)

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。它可以隨機地、實時地、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，特別適于多品種、中小批量、設(shè)計修改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

六、機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一，也是二十一世紀機電一體化的發(fā)展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

微控制器和接口技術(shù)的發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路。

系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強。一般除RS232等常用通信方式外，實現(xiàn)遠程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機體，使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。

模塊化也是機電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一件復(fù)雜而重要的事，它需要制定一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品，同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。機電一體化產(chǎn)業(yè)覆蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時不能面面俱到，而應(yīng)分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是面上的工作，即用電子信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設(shè)備上植入或嫁接上微電子裝置，使機械和電子技術(shù)在淺層次上結(jié)合。第二個層次是提高工作，即在新產(chǎn)品設(shè)計之初，就把機械與電子統(tǒng)一起來進行考慮，使機械與電子密不可分，深度結(jié)合，產(chǎn)出來的新產(chǎn)品真正做到機電一體化，使產(chǎn)品向智能化、系統(tǒng)化、輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮慕?jīng)濟效益與社會效益。

隨著我們國家科技的不斷發(fā)展，對機電一體化這種創(chuàng)新型經(jīng)濟的出現(xiàn)極其重視。機電一體化技術(shù)已經(jīng)成為當今工業(yè)生產(chǎn)的主流技術(shù)，并且擁有廣闊的發(fā)展前景，經(jīng)過20多年來的運用與發(fā)展，在各方面取得了很大的成就。并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)是各種高新技術(shù)的升華，需要不斷的努力才能不斷提高其應(yīng)用水平。

參考文獻：

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