機電一體化技術(shù)的發(fā)展
機電一體化技術(shù)的發(fā)展，是小編專(zhuān)門(mén)為各位機電一體化專(zhuān)業(yè)的同學(xué)準備的論文，希望對大家有幫助!
摘 要： 機電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結晶，是社會(huì )生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發(fā)生著(zhù)革命性的變化。其產(chǎn)品具有自動(dòng)化、智能化和多功能的特性。其發(fā)展趨勢是朝智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò )化、微型化、綠色化、系統化方面發(fā)展。
關(guān)鍵詞： 機電一體化; 特點(diǎn); 發(fā)展趨勢
一、機電一體化的基本概念
機電一體化技術(shù)是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機械電子技術(shù)深度結合的現代工業(yè)的基礎上，綜合應用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統理論出發(fā)，根據系統功能目標和優(yōu)化組織結構目標，以智力、動(dòng)力、結構、運動(dòng)和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動(dòng)傳遞，物質(zhì)運動(dòng)，能量變換進(jìn)行研究，使得整個(gè)系統有機結合與綜合集成，并在系統程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規則運動(dòng)，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實(shí)現多種技術(shù)功能復合的最佳功能價(jià)值系統工程技術(shù)。
二、機電一體化的發(fā)展概況
機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱(chēng)為初級階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結合，這些機電結合的軍用技術(shù)，戰后轉為民用，對戰后經(jīng)濟的恢復起了積極的作用。那時(shí)研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。
20世紀90年代后期，開(kāi)始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(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，為機電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀80年代初才開(kāi)始在這方面研究和應用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專(zhuān)院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當差距。
三、機電一體化產(chǎn)品的構成及特點(diǎn)
機電一體化產(chǎn)品的功能是通過(guò)其內部各組成部分功能的協(xié)調和綜合來(lái)共同實(shí)現的。從其結構來(lái)看，機電一體化產(chǎn)品具有自動(dòng)化、智能化和多功能的特性，而實(shí)現這種多功能一般需要機電一體化產(chǎn)品具備五種內部功能，即主功能、動(dòng)力功能、檢測功能、控制功能和執行功能，而實(shí)現這些功能的各個(gè)組成部分及其技術(shù)就構成了機電一體化產(chǎn)品的總體或系統。
1.機械系統。機電一體化產(chǎn)品的機械系統包括機身、框架、機械傳動(dòng)和聯(lián)接等機械部分。這部分是實(shí)現產(chǎn)品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿(mǎn)足機電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
2.動(dòng)力系統。動(dòng)力系統為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能，去驅動(dòng)執行機構工作以完成預定的主功能。動(dòng)力系統包括電、液、氣等動(dòng)力源。機電一體化產(chǎn)品以電能利用為主，包括電源、電動(dòng)機及驅動(dòng)電路等。
3.傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產(chǎn)品在運行過(guò)程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數轉換成可以測定的物理量，同時(shí)利用檢測系統的功能對這些物理量進(jìn)行測定，為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量?jì)x器或儀表來(lái)實(shí)現，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。
4.信息處理及控制系統。根據機電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息，并對其進(jìn)行相應的處理、運算和決策，以對產(chǎn)品的運行施以按照要求的控制，實(shí)現控制功能。機電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。
5.執行機構。執行機構在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作，實(shí)現產(chǎn)品的主功能。機電一體化產(chǎn)品的執行機構一般是運動(dòng)部件，常采用機械、電液、氣動(dòng)等機構。執行機構因機電一體化產(chǎn)品的種類(lèi)和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執行機構是實(shí)現產(chǎn)品目的功能的直接執行者，其性能好壞決定著(zhù)整個(gè)產(chǎn)品的性能，因而是機電一體化產(chǎn)品中最重要的組成部分。機電一體化產(chǎn)品的五個(gè)組成部分在工作時(shí)相互協(xié)調，共同完成所規定的目的功能。在結構上，各組成部分通過(guò)各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起，構成一個(gè)內部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。
四、機電一體化的發(fā)展趨勢
1.智能化
智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說(shuō)的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數學(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(lèi)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。誠然，使機電一體化產(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電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
2.模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠(chǎng)家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴大生產(chǎn)規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，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)品的標準化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定，無(wú)論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規�；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。
3.網(wǎng)絡(luò )化
20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(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、教育以及人們日常生活都帶來(lái)了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò )將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì )暢銷(xiāo)全球。由于網(wǎng)絡(luò )的普及，基于網(wǎng)絡(luò )的各種遠程控制和監視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。
4.微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀(guān)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱(chēng)其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動(dòng)靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)。
5.綠色化
工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來(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)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時(shí)代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護和人類(lèi)健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
6.系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線(xiàn)結構。系統可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現多子系統協(xié)調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來(lái)的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來(lái)的。
綜上所述，機電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結晶，是社會(huì )生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發(fā)生著(zhù)革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動(dòng)機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開(kāi)辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。
參考文獻：
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