綜談機(jī)電一體化技術(shù)

1、綜談機(jī)電一體化技術(shù)【摘要】：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使各行業(yè)學(xué)科之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，近年來(lái)，大型機(jī)械的自動(dòng)化要求也越來(lái)越高，機(jī)電一體化對(duì)于機(jī)械的自動(dòng)化有極其重要的作用，因此，這幾年機(jī)電一體化技術(shù)得到了迅速發(fā)展。本文主要對(duì)機(jī)電一體化的概念，應(yīng)用及發(fā)展作簡(jiǎn)單闡述。【關(guān)鍵詞】：機(jī)電一體化 技術(shù) 自動(dòng)化 近幾年我國(guó)科技正在飛速發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)展的相當(dāng)迅速，機(jī)械行業(yè)更是以一種前所未有的速度發(fā)展，正因?yàn)檫@樣機(jī)械與其他行業(yè)的聯(lián)系也越來(lái)越密切。伴隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，各行業(yè)的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，機(jī)械行業(yè)也極速向自動(dòng)化方向發(fā)展，從而產(chǎn)生了機(jī)電一體化這一新專的綜合性專業(yè)。下面就淺談一下機(jī)電一體化技術(shù)。1、

2、機(jī)電一體化的概念機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英文為 Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué) Mechanics 的前半部分與電子學(xué) Electronics的后半部分組合而成。一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、 電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過(guò)程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。機(jī)電一體化主要有三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。其次：機(jī)電一體化是一個(gè)發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“ 溶入” 到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展， 以計(jì)算機(jī)技術(shù)、 通信技術(shù)和

3、控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)“ 滲透” 到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、 電子與信息技術(shù)的結(jié)合， 還包括光(光學(xué))機(jī)電一體化、 機(jī)電氣(氣壓)一體化、 機(jī)電液(液壓)一體化、 機(jī)電儀(儀器儀表)一體化等。最后， 機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)， 以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說(shuō)，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物， 而不是它們的簡(jiǎn)單疊加。2、機(jī)電一體化的提出與發(fā)展那么機(jī)電一體化是怎樣提出來(lái)的，機(jī)電一體化技術(shù)又是怎樣發(fā)展的呢？機(jī)電一體化這個(gè)詞是日本安川電機(jī)公司在20世紀(jì)60年代末作商業(yè)注冊(cè)時(shí)最先創(chuàng)用的當(dāng)時(shí)及70年代，

4、人們一直把機(jī)電一體化看作是機(jī)械與電子的結(jié)合國(guó)內(nèi)早期將機(jī)電一體化技術(shù)與機(jī)械電子學(xué)并用，近年來(lái)機(jī)電一體化更流行使用世紀(jì)年代，信息技術(shù)嶄露頭角微處理機(jī)的性能提高，為更高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品所采用，典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機(jī)床工業(yè)機(jī)器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等微機(jī)作為關(guān)鍵技術(shù)引入了飛行器系統(tǒng)后，使機(jī)械 電子系統(tǒng)在高度控制排氣控制振動(dòng)控制和保險(xiǎn)氣袋等方面獲得廣泛應(yīng)用信息技術(shù)驅(qū)使機(jī)械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫(kù)，連洗衣機(jī)和其他消費(fèi)品也用上了數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)這樣，對(duì)機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的探索成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計(jì)和控制的實(shí)施日顯重要此外，光學(xué)也進(jìn)入了機(jī)電一體化，產(chǎn)生了光機(jī)電一體化的新領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)

5、90年代，通信技術(shù)進(jìn)入了機(jī)電一體化，機(jī)器可像機(jī)器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實(shí)多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計(jì)算機(jī)控制的網(wǎng)絡(luò)化機(jī)電一體化日益普及有些機(jī)電一體化機(jī)械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展，和半導(dǎo)體技術(shù)以光刻為基礎(chǔ)的方法以及和傳統(tǒng)機(jī)電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點(diǎn)的機(jī)電一體化新分支 微機(jī)電一體化 雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期一方面，光學(xué)通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一

6、體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究 同時(shí)，由于人工智能技術(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。3、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用3.1數(shù)控機(jī)床。目前我國(guó)是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)家（近320萬(wàn)臺(tái)），但數(shù)控機(jī)床只占約5%且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床占10%）近些年來(lái)數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展，在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。a、高速化。由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高了各方面的速度車床主軸轉(zhuǎn)

7、速有3000-4000r/min提高到8000-10000r/min ；銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000-8000r/min 提高到12000-40000r/min以上；快速移動(dòng)速度由過(guò)去的10-20m/min提高到48m/min ，60m/min ，80m/min ，120m/min；在提高速度的同時(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度，由過(guò)去一般機(jī)床的05G（重力加速度）提高到1.5G-2G，最高可達(dá)15G；直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。b、高精度化。 數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01-0.02mm提高到0.008mm左右；亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.0005mm 左右；納米

8、級(jí)機(jī)床達(dá)到0.005-0.01um；最小分辨率為1nm （ 0.mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已問(wèn)世數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級(jí)插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)出的圓弧都可以達(dá)到1u 的圓度，插補(bǔ)前多程序預(yù)讀，大大提高了插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動(dòng)拐角處理等。c、復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn)如5軸5面體復(fù)合加工機(jī)床，5軸5聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件同時(shí)派生出各種新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)絞鏈機(jī)床等，采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。d、使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床如虎添翼。如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑，在轉(zhuǎn)深孔時(shí)大大提高效率。數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已

9、是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。3.2自動(dòng)機(jī)械與自動(dòng)生產(chǎn)線。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)生產(chǎn)線及各種自動(dòng)化設(shè)備，是當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一具體體現(xiàn)如：2000-80000瓶/小時(shí)的啤酒自動(dòng)生產(chǎn)線；8000-瓶/小時(shí)的易拉罐灌裝生產(chǎn)線；各種高速香煙生產(chǎn)線；各種印刷包裝生產(chǎn)線；郵政信函自動(dòng)分撿處理生產(chǎn)線；易拉罐自動(dòng)生產(chǎn)線；FEBOPP 型三層

10、共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線等等，這些自動(dòng)機(jī)或生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用了現(xiàn)代電子技術(shù)與傳感技術(shù)如可編程序控制器，變頻調(diào)速器，人機(jī)界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等我國(guó)的自動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)線產(chǎn)品的水平，比10多年前躍升了一大步，其技術(shù)水平已達(dá)到或超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)80年代后期的水平使用這些自動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)線的企業(yè)越來(lái)越多，對(duì)維護(hù)和管理這些設(shè)備的相關(guān)人員的需求也越來(lái)越多。4、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：4.1智能化。智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能

11、在機(jī)電一體化建設(shè)的研究日益獲得重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法；模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能 ,則是完全可能而又必要的。4.2模塊化。模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī) 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(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)

12、力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國(guó)際或國(guó)內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過(guò)組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定，無(wú)論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī) 電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。4.3網(wǎng)絡(luò)化。20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的

13、突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育、日常生活都帶來(lái)了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，機(jī)電一體化品無(wú)疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。4.4微型化。微型化興起于世紀(jì)年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過(guò)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物

14、醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。4.5綠色化。工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)

15、廢后能回收利用。4.6系統(tǒng)化。系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除RS232 外，還有RS485、DCS人格化。未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體花產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來(lái)的。隨著各學(xué)科的聯(lián)系的日益緊密以及科學(xué)技術(shù)的更快發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越成熟，相信在不久的將來(lái)，機(jī)電一體化技術(shù)將應(yīng)用于生活得各個(gè)層面。參考文獻(xiàn)：【1】、馮旭強(qiáng) 機(jī)電一體化技術(shù)的研究及其應(yīng)用 機(jī)械工程與自動(dòng)化 2009/01 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)