機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢探索

摘 要：隨著社會(huì)生產(chǎn)力及機(jī)電技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械與電子技術(shù)為主的各個(gè)學(xué)科之間不斷的相互滲透與之相互融合在一起，成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，同時(shí)也成為了一門新興的技術(shù)型學(xué)科。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得工業(yè)自動(dòng)化程度不斷提升，勞動(dòng)力得以解放，大幅度降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)制造水平，也提高了企業(yè)市場競爭力，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)方式的多面型發(fā)展，機(jī)電一體化的應(yīng)用范圍也越來越廣。本文主要講述機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展背景及發(fā)展的現(xiàn)狀，以及今后對機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢分析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)狀；機(jī)電一體化；發(fā)展趨勢；工業(yè)自動(dòng)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.130

0 引言

機(jī)電一體化是一門新興的綜合學(xué)科，涉及自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)以及伺服傳動(dòng)技術(shù)等。目前在國內(nèi)外正在迅速發(fā)展。對其現(xiàn)在社會(huì)的工業(yè)化發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用，因此每個(gè)國家為了振興民族工業(yè)都在大幅度的推廣機(jī)電一體化技術(shù)，以增強(qiáng)綜合國力。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 數(shù)控技術(shù)方面

目前數(shù)控技術(shù)方面正在朝著高速化、高精密化、高可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化、智能化發(fā)面發(fā)展。為了滿足市場的多變需求，數(shù)控機(jī)械不斷的提高切削速度，干切削和準(zhǔn)干切削成為發(fā)展的主流，精度也在不斷提高。數(shù)控車床隨著技術(shù)的發(fā)展取消了皮帶、帶輪等傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用電主軸技術(shù)，用直線電機(jī)做伺服驅(qū)動(dòng)，省去滾珠絲杠這一傳統(tǒng)的傳送環(huán)節(jié)。使得主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了10000r/min以上，目前我國的普通數(shù)控車床加工精度已經(jīng)達(dá)到了5 μm，精密級(jí)加工達(dá)到了1～1.5 μm，超精密加工精度已步入了納米級(jí)時(shí)代。

1.2 工業(yè)機(jī)器人方面

隨著勞動(dòng)力資源的不斷緊張，用工成本大幅度提升，目前越來越多的企業(yè)投入巨資引進(jìn)機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線，供需關(guān)系的產(chǎn)生督促著機(jī)器人控制技術(shù)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，軟件及編程技術(shù)以及周邊配套設(shè)備的發(fā)展。中國市場上現(xiàn)擁有近萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，完全由中國研發(fā)及生產(chǎn)的機(jī)器人占據(jù)30%的市場份額。未來越來越多的機(jī)器人技術(shù)將進(jìn)入加工制造行業(yè)，成為我國緩解勞動(dòng)力短缺的重要發(fā)展方向。

1.3 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)代表了當(dāng)今工廠自動(dòng)化的最高水平，被譽(yù)為是未來工廠的發(fā)展方面，CIMS的概念被越來越多的人所接受，成為了指導(dǎo)工廠自動(dòng)化的哲理，當(dāng)前CIMS的應(yīng)用不僅僅在機(jī)械制造業(yè)中得以發(fā)展，同時(shí)涉及電子、航空、輕工、冶金、化工、紡織等各個(gè)領(lǐng)域，正被各個(gè)行業(yè)越來越多的得以關(guān)注和投入發(fā)展。目前我國的清華大學(xué)已經(jīng)建成國家CIMS工程研究中心，著名高校和研究單位也越來越多的向此方向發(fā)展，最終得以實(shí)現(xiàn)無人化制造。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化的特點(diǎn)是交叉多個(gè)學(xué)科且綜合性很強(qiáng)，它的發(fā)展進(jìn)步促進(jìn)機(jī)械、電子、光學(xué)、控制學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科的發(fā)展，縱觀國內(nèi)外目前機(jī)電一體化發(fā)展的現(xiàn)狀，未來的機(jī)電一體化技術(shù)將朝著智能 （1）智能化。智能化是研究開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展的智能理論、方法、技術(shù)的一門新型學(xué)科，目前正在逐漸向機(jī)電技術(shù)靠攏，是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重要方向，它本是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等。使其具有一定的判斷思維、邏輯思維、決策思維等能力，以求達(dá)到更高的控制目標(biāo)。未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品智能化水平將會(huì)越來越高，不僅僅體現(xiàn)在生產(chǎn)加工方面，同時(shí)產(chǎn)品的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)也會(huì)由簡單的從上到下的形式變?yōu)閺?fù)雜以及相互交接有更多冗余度的雙向聯(lián)系。

（2）網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，市場環(huán)境競爭發(fā)生著重要的變革，不僅僅在生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制，同時(shí)產(chǎn)品的虛擬化、產(chǎn)品銷售的線上變革、基礎(chǔ)消費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)技術(shù)的多元化、都將成為市場競爭的必然發(fā)展趨勢，機(jī)電一體化產(chǎn)品基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化的產(chǎn)物。利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)終端與集成家電系統(tǒng)相互連接，使得人們體驗(yàn)控制各種高科技產(chǎn)物帶來的方便與快樂，因此機(jī)電一體化未來的發(fā)展將緊密與網(wǎng)絡(luò)化融為一體。

（3）微型化。進(jìn)幾年來，微電子技術(shù)與機(jī)械工程技術(shù)融合的緊密程度越來越高，它的操作范圍在微米范圍內(nèi)，甚至有之更小的納米機(jī)電系統(tǒng)，以微型化制作的產(chǎn)品，體積更小、能耗更小，可進(jìn)入更小的空間，因此在醫(yī)療、軍事、信息等方面有著更大的優(yōu)勢，在航空技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)以及國防軍事領(lǐng)域有著更為廣闊的應(yīng)用前景，目前利用硅制造的集成電路、利用半導(dǎo)體器件在制造過程中的蝕刻技術(shù)，已經(jīng)大面積的利用于軍用及民用產(chǎn)業(yè)。其未來的發(fā)展道路更為寬廣。

（4）模塊化。機(jī)電一體化產(chǎn)物一般分為機(jī)械部分、電子部分和軟件部分。模塊化技術(shù)是這三個(gè)部分的共同產(chǎn)物，模塊化技術(shù)可以大幅度降低產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)成本，提高不同產(chǎn)品之間的通用化程度，提高產(chǎn)品的可裝配性、可維修性、可擴(kuò)展性，同時(shí)也更方便于企業(yè)產(chǎn)品的更快速發(fā)展。模塊化是機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本方法和發(fā)展趨勢，小到家庭所用的插座鍵盤，大到汽車及耗材，越來越多的模塊化機(jī)電產(chǎn)品將出現(xiàn)在市場上，利用這些不斷發(fā)展的模塊化機(jī)電產(chǎn)物，企業(yè)可以迅速的設(shè)計(jì)和制造出更好更為人性化的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

（5）綠色化。隨著機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的發(fā)展模式基本上是以消耗大量資源為基礎(chǔ)而得到的。隨著社會(huì)對物質(zhì)生活越來越高的要求，這種高投入高輸出的發(fā)展模式已經(jīng)被社會(huì)所淘汰，這種粗放型生產(chǎn)，違背了可持續(xù)發(fā)展的的基本方針，降低機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)材料消耗、降低機(jī)械系統(tǒng)的能耗消耗、降低其對環(huán)境的污染、提高機(jī)械系統(tǒng)的回收性，是未來發(fā)展的必要方向，最終機(jī)械產(chǎn)品要朝著可持續(xù)性發(fā)展的綠色化道路前進(jìn)。

3 結(jié)語

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，各種技術(shù)及學(xué)科之間相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展?jié)M足了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的基本需求保證，機(jī)電一體化已經(jīng)充分顯示了其強(qiáng)大的生命力，并以超前的的速度和力度沖擊著傳統(tǒng)的技術(shù)思維及生產(chǎn)生活方式，社會(huì)經(jīng)濟(jì)及各個(gè)領(lǐng)域都將發(fā)生深刻的改變，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越廣闊。

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