淺談機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

孟江暉

摘 要：在制造業(yè)中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用極大提高了產(chǎn)品的制造水平，將原本人工或傳統(tǒng)機(jī)械的勞動(dòng)用自動(dòng)化來代替，因此使產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和可靠性等均得到大幅提升。本文對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并對(duì)其未來的發(fā)展趨勢(shì)展開探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)；數(shù)控機(jī)床

機(jī)電一體化技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械加工、電子信息等諸多領(lǐng)域的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用在制造業(yè)中可將人工或傳統(tǒng)機(jī)械的勞動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化操作，因此極大提高了產(chǎn)品的制造水平，給機(jī)械工業(yè)的發(fā)展帶來了翻天覆地的變化。機(jī)電一體化技術(shù)具有安全性高、可操作性強(qiáng)、生產(chǎn)能力強(qiáng)、適用范圍廣、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在諸多領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，機(jī)電一體化技術(shù)主要應(yīng)用形式包括數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人以及分布式控制系統(tǒng)等，以下分別介紹：

1.1 數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的成功典型，數(shù)控機(jī)床在經(jīng)過多年的發(fā)展后，其控制精度更高、功能更豐富、操作更為方便、結(jié)構(gòu)更合理，其結(jié)構(gòu)的發(fā)展逐步趨向總線式、模塊化、緊湊型，且采用多CPU、多主總線的體系。在數(shù)控機(jī)床中采用開放性的設(shè)計(jì)可提高系統(tǒng)的層次性和兼容性，從而方便用戶的編程和設(shè)備的改裝、升級(jí)，為提高數(shù)控機(jī)床的智能化水平，通常會(huì)將在線診斷、模糊控制等技術(shù)引入到系統(tǒng)中，一旦機(jī)床出現(xiàn)刀具破損等故障或出現(xiàn)潛在性的故障時(shí)，即可通過在線診斷功能模塊反饋給操作人員，以便進(jìn)一步采取控制措施，同時(shí)由于模塊化的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)可通過模塊的組合具備豐富的功能，且使控制操作更為簡(jiǎn)便，一般通過一臺(tái)機(jī)床即可同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)床，使其同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立的加工任務(wù)，實(shí)現(xiàn)多過程、多通道的控制。

1.2 工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)在一定程度上可替代人的勞動(dòng)，對(duì)于高輻射、高噪聲污染、高濃度有害氣體的工作場(chǎng)合來說，工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)理想的選擇。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一代工業(yè)機(jī)器人智能化程度較低，只能通過預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的重復(fù)動(dòng)作，無法應(yīng)對(duì)多變的工作環(huán)境和工作崗位。隨著科技的發(fā)展，在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ)上通過各種傳感器的應(yīng)用使其可通過對(duì)環(huán)境信息的獲取、分析、處理并反饋給動(dòng)作單元，從而進(jìn)行一些適應(yīng)性的工作，這種機(jī)器人雖然智能化程度較低，但已經(jīng)在一些特定的領(lǐng)域得以成功應(yīng)用。在機(jī)電一體化技術(shù)相對(duì)成熟的今天，第三代機(jī)器人的智能化水平已經(jīng)得到了較大的提升，其可以通過強(qiáng)大的傳感原件收集信息數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況作出類似于人腦的判斷，因此可以在多種環(huán)境下進(jìn)行獨(dú)立作業(yè)，但成本較高，在一定程度上限制了實(shí)際應(yīng)用。

1.3 分布式控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的，是通過一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)對(duì)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控的多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和指揮，由于其強(qiáng)大的功能和安全性，使其成為當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主流技術(shù)。根據(jù)實(shí)際情況分布式控制系統(tǒng)的層級(jí)可分為兩級(jí)、三級(jí)或更多級(jí)，通過中央計(jì)算機(jī)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理和操作控制等，同時(shí)，隨著測(cè)控技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，分布式控制系統(tǒng)還可以對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度、在線最優(yōu)化、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理等功能，成為一種集測(cè)、控、管于一體的綜合系統(tǒng)，具有功能豐富、可靠性高、操作方便、低故障率、便于維護(hù)和可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，因此使系統(tǒng)的可靠性大幅提高。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 人工智能化。人工智能就是使工業(yè)機(jī)器人或數(shù)控機(jī)床模擬人腦的智力，使其在生產(chǎn)過程中具備一定的推理判斷、邏輯思維和自主決策的能力，可大幅提升工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，甚至實(shí)現(xiàn)真正的無人值守，對(duì)于降低人力成本，提高加工精度和工作效率具有十分重要的意義。目前，人工智能已經(jīng)不只是停留在概念上，因此可預(yù)見機(jī)電一體化技術(shù)將向著人工智能化的方向發(fā)展。雖然以當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)水平不可能使機(jī)器人或數(shù)控機(jī)床完全具備人類的思維模式和智力特點(diǎn)，但在工業(yè)生產(chǎn)中，使這些機(jī)電一體化設(shè)備具備部分人類的職能是完全可以通過先進(jìn)的技術(shù)達(dá)到的。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展給機(jī)電一體化設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制提供了便利條件，因此，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)合起來將是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。在生產(chǎn)過程中，操作人員需要在車間內(nèi)來回走動(dòng)，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行掌握，并對(duì)機(jī)床的操作面板進(jìn)行操作，通過在機(jī)電一體化設(shè)備與控制終端之間建立通信協(xié)議，并通過光纖等介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳遞，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作，降低工人的勞動(dòng)量，并且各種控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，理論上來說都是建立在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上的。

2.3 環(huán)?；?。在人類社會(huì)發(fā)展的最近幾十年里，雖然經(jīng)濟(jì)得到了迅猛的發(fā)展，人們生活水平得到了顯著的提高，然而以犧牲資源和環(huán)境為代價(jià)的發(fā)展模式使得人類賴以生存的環(huán)境遭到嚴(yán)重的污染，因此，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提出的今天，發(fā)展任何技術(shù)都應(yīng)當(dāng)以對(duì)環(huán)境友好作為前提，否則就是沒有前途的，故環(huán)?；菣C(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在機(jī)電一體化應(yīng)用過程中，通過對(duì)資源的高效利用，并在制造過程中做到達(dá)標(biāo)排放甚至零排放，產(chǎn)品在使用過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境不造成影響，即便報(bào)廢后也可對(duì)其進(jìn)行有效回收利用，這就是機(jī)電一體化技術(shù)環(huán)?；木唧w表現(xiàn)形式，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

2.4 模塊化。由于機(jī)電一體化裝置的制造商較多，為降低系統(tǒng)升級(jí)改造的成本，并為維修提供便利，模塊化將是一個(gè)非常有前途的研究方向。通過對(duì)功能單元進(jìn)行模塊化改造，可在需要增加或改變功能時(shí)直接將對(duì)應(yīng)的功能模塊進(jìn)行組裝或更換，即便出現(xiàn)故障，只需將損害的模塊進(jìn)行更換即可，工作效率極高，通用性的增強(qiáng)為企業(yè)節(jié)約了大量的成本。

2.5 自帶能源化。機(jī)電一體化對(duì)電力的要求較高，如果沒有充足的電能供應(yīng)就會(huì)影響生產(chǎn)效率，甚至由于停電造成數(shù)據(jù)的丟失等，因此通過設(shè)備自帶動(dòng)力能源系統(tǒng)可始終保持充足的電力供應(yīng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更流暢。

結(jié)語

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用可使產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和精度大幅提高，在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，相信隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)水平也會(huì)不斷提高，為工業(yè)生產(chǎn)做出更大貢獻(xiàn)。

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（作者單位：天津宏進(jìn)工程有限公司）