論機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及其開(kāi)展趨向

1、論機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及其開(kāi)展趨向摘要：機(jī)電一體化是一種復(fù)合技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)相互浸透的產(chǎn)物，是機(jī)電工業(yè)開(kāi)展的必然趨向。本文簡(jiǎn)述了機(jī)電一體化技術(shù)的根本構(gòu)造組成和主要應(yīng)用范疇，并指出其開(kāi)展趨向。關(guān)鍵詞：機(jī)械工業(yè)機(jī)電一體化數(shù)控模塊化 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展極大地推進(jìn)了不同窗科的穿插與浸透，惹起了工程范疇的技術(shù)改造與反動(dòng)。在機(jī)械工程范疇，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的疾速開(kāi)展及其向機(jī)械工業(yè)的浸透所構(gòu)成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)構(gòu)造、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功用與構(gòu)成、消費(fèi)方式及管理體系發(fā)作了宏大變化，使工業(yè)消費(fèi)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的開(kāi)展階段。 一、機(jī)電一體化的中心技術(shù) 機(jī)電

2、一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處置單元和驅(qū)動(dòng)單元等局部組成。因而，為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的開(kāi)展，必需從以下幾方面著手： （一） 機(jī)械本體技術(shù) 機(jī)械本體必需從改善性能、減輕質(zhì)量和進(jìn)步精度等幾方面思索?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品普通都是以鋼鐵資料為主，為了減輕質(zhì)量除了在構(gòu)造上加以改良，還應(yīng)思索應(yīng)用非金屬?gòu)?fù)合資料。只要機(jī)械本體減輕了重量，才有可能完成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量耗費(fèi)，進(jìn)步效率。 （二） 傳感技術(shù) 傳感器的問(wèn)題集中在進(jìn)步牢靠性、靈活度和準(zhǔn)確度方面，進(jìn)步牢靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了防止電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨向。對(duì)外部信息傳

3、感器來(lái)說(shuō)，目前主要開(kāi)展非接觸型檢測(cè)技術(shù)。 （三） 信息處置技術(shù) 機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處置設(shè)備（特別是微型計(jì)算機(jī)）的提高應(yīng)用嚴(yán)密相連。為進(jìn)一步開(kāi)展機(jī)電一體化，必需進(jìn)步信息處置設(shè)備的牢靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的牢靠性和分時(shí)處置的輸入輸出的牢靠性，進(jìn)而進(jìn)步處置速度，并處理抗干擾及規(guī)范化問(wèn)題。 （四） 驅(qū)動(dòng)技術(shù) 電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被普遍采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問(wèn)題。目前，正在積極開(kāi)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動(dòng)單元。 （五） 接口技術(shù) 為了與計(jì)算機(jī)停止通訊，必需使數(shù)據(jù)傳送的格式規(guī)范化、規(guī)格化。接口采用同一規(guī)范規(guī)格不只有利于信息傳送

4、和維修，而且能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。目前，技術(shù)人員正努力于開(kāi)發(fā)低本錢(qián)、高速串行的接口，來(lái)處理信號(hào)電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、規(guī)范化等問(wèn)題。 （六） 軟件技術(shù) 軟件與硬件必需諧和分歧地開(kāi)展。為了減少軟件的研制本錢(qián)，進(jìn)步消費(fèi)維修的效率，要逐漸推行軟件規(guī)范化，包括程序規(guī)范化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。 二、機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用范疇 （一） 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(guò)40年的開(kāi)展，在構(gòu)造、功用、操作和控制精度上都有疾速進(jìn)步，詳細(xì)表如今： 1、 總線式、模塊化、緊湊型的構(gòu)造，即采用多CPU、多主總線的體系構(gòu)造。 2、 開(kāi)放性設(shè)計(jì)，即硬件體系構(gòu)造和功用模塊具

5、有層次性、兼容性、契合接口規(guī)范，能最大限度地進(jìn)步用戶的運(yùn)用效益。 3、 WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和完成二、三維加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真，并引入在線診斷、含糊控制等智能機(jī)制。 4、 大容量存儲(chǔ)器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不只豐厚了數(shù)控功用，同時(shí)也增強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功用。 5、 能完成多過(guò)程、多通道控制，即具有一臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺(tái)和多種機(jī)床的才能，并將刀具破損檢測(cè)、物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。 6、 系統(tǒng)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)功用，增強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的才能。 7、 以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成構(gòu)造緊湊的數(shù)控安裝。 （二）

6、 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS） CIMS的完成不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合，而是全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)綜合。它突破原有部門(mén)之間的界限，以制造為基干來(lái)控制“物流”和“信息流”，完成從運(yùn)營(yíng)決策、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、消費(fèi)準(zhǔn)備、消費(fèi)實(shí)驗(yàn)到消費(fèi)運(yùn)營(yíng)管理的有機(jī)分離。企業(yè)集成度的進(jìn)步能夠使各種消費(fèi)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種消費(fèi)要素的潛力能夠得到更大的發(fā)揮。 （三） 柔性制造系統(tǒng)（FMS） 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(pán)、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。它能夠隨機(jī)地、實(shí)時(shí)地、按量地依照裝配部門(mén)的請(qǐng)求，消費(fèi)其才能范圍內(nèi)的任何工件，特別適于多種類、中小批量、設(shè)計(jì)更改頻繁的離散零件的批

7、量消費(fèi)。 （四） 工業(yè)機(jī)器人 第1代機(jī)器人亦稱示教再現(xiàn)機(jī)器人，它們只能依據(jù)示教停止反復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工作環(huán)境和作業(yè)對(duì)象的變化缺乏順應(yīng)性和靈敏性；第2代機(jī)器人帶有各種先進(jìn)的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對(duì)象的簡(jiǎn)單信息，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處置、剖析，做出一定的判別，對(duì)動(dòng)作停止反應(yīng)控制，表現(xiàn)出低級(jí)智能，已開(kāi)端走向適用化；第3代機(jī)器人即智能機(jī)器人，具有多種感知功用，可停止復(fù)雜的邏輯思想、判別和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)，與第5代計(jì)算機(jī)關(guān)系親密。 三、機(jī)電一體化技術(shù)的開(kāi)展前景 縱觀國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化的開(kāi)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的開(kāi)展意向，機(jī)電一體化將朝著以下幾個(gè)方向開(kāi)展： （一） 智能化 智能化是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化的主

8、要區(qū)別之一，也是21世紀(jì)機(jī)電一體化的開(kāi)展方向。近幾年，處置器速度的進(jìn)步和微機(jī)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發(fā)明了條件，有力地推進(jìn)著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向開(kāi)展。智能機(jī)電一體化產(chǎn)品能夠模仿人類智能，具有某種水平的判別推理、邏輯思想和自主決策才能，從而取代制造工程中人的局部腦力勞動(dòng)。 （二） 系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系構(gòu)造進(jìn)一步采用開(kāi)放式和形式化的總線構(gòu)造。系統(tǒng)能夠靈敏組態(tài)，停止恣意的剪裁和組合，同時(shí)尋務(wù)實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)諧和控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通訊功用大大增強(qiáng)，普通除RS232等常用通訊方式外，完成遠(yuǎn)程及多系統(tǒng)通訊聯(lián)網(wǎng)需求的部分網(wǎng)絡(luò)正逐步被采用。將來(lái)

9、的機(jī)電一體化愈加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要。機(jī)電一體化產(chǎn)品還可依據(jù)一些生物體優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)研討某種新型機(jī)體，使其向著生物系統(tǒng)化方向開(kāi)展。 （三） 微型化 微型機(jī)電一體化系統(tǒng)高度交融了微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，是機(jī)電一體化的一個(gè)新的開(kāi)展方向。國(guó)外稱微電子機(jī)械系統(tǒng)的幾何尺寸普通不超越1cm3，并正向微米、納米級(jí)方向開(kāi)展。由于微機(jī)電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運(yùn)動(dòng)靈敏等特性，可進(jìn)入普通機(jī)械無(wú)法進(jìn)入的空間并易于停止精密操作，故在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國(guó)防等范疇，都有寬廣的應(yīng)用前景。目前，應(yīng)用半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)

10、驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。 （四） 模塊化 模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)開(kāi)展趨向，是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)種類類和消費(fèi)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有規(guī)范機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的事，它需求制定一系列規(guī)范，以便各部件、單元的匹配和接口。機(jī)電一體化產(chǎn)品消費(fèi)企業(yè)可應(yīng)用規(guī)范單元疾速開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)也能夠不時(shí)擴(kuò)展消費(fèi)范圍。 （五） 網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速開(kāi)展對(duì)機(jī)電一體化有嚴(yán)重影響，使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向開(kāi)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品的品種很多，面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的提高，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，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備自身就

11、是機(jī)電一體化產(chǎn)品。 （六 ） 綠色化 工業(yè)的興旺使人們物質(zhì)豐厚、生活溫馨的同時(shí)也使資源減少，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，于是綠色產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。綠色化是時(shí)期的趨向，其目的是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、運(yùn)用到報(bào)廢處置的整個(gè)生命周期中，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)危害或危害極小，資源應(yīng)用率極高。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指運(yùn)用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢時(shí)能回收應(yīng)用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)開(kāi)展形式。 綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)開(kāi)展的結(jié)晶，是社會(huì)消費(fèi)力開(kāi)展到一定階段的必然請(qǐng)求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)作戰(zhàn)略性的革新，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)辦法和設(shè)計(jì)概念發(fā)作著反動(dòng)性的變化。鼎力開(kāi)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不只是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的請(qǐng)求，而且是推進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開(kāi)拓新范疇、開(kāi)展與復(fù)興機(jī)械工業(yè)的殊途同歸。 【參考文獻(xiàn)】： 1、 李運(yùn)華.機(jī)電控制M.北京航空航天大學(xué)出版社,2003. 2、