機電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢

　　機電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢

　　摘要：現代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。

　　由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結構、產(chǎn)品機構、功能與構成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，導致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造，在機械工程領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透。

　　關(guān)鍵詞：機電一體化 技術(shù)產(chǎn)品 制造技術(shù) 發(fā)展趨勢

　　1.機電一體化的基本概念

　　根據系統功能目標和優(yōu)化組織目標。

　　機電一體化發(fā)展至今也已成為一門(mén)有著(zhù)自身體系的新型學(xué)科，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。

　　由此而產(chǎn)生的功能系統

　　機電一體化是指在機構得主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，成為一個(gè)機電一體化系統或機電一體化產(chǎn)品。

　　機電一體化是從系統的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，合理配置與布局各功能單元，還將被賦予新的內容。

　　并使整個(gè)系統最優(yōu)化的系統工程技術(shù)，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來(lái)所構成的系統的總稱(chēng)，是綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現特定功能價(jià)值。

　　具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區別。

　　即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，還能賦予許多新的功能。

　　其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，但是發(fā)展到機電一體化后。

　　“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面，其主要功能依然是代替和放大的體力，機械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，如自動(dòng)檢測、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調節與控制自動(dòng)診斷與保護等。

　　而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊，這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。

　　因此，機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)。

　　2.機電一體化的優(yōu)越性

　　(1)顯著(zhù)提高設備的使用安全性。

　　在工作過(guò)程中，遇到過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、短路等電力故障時(shí)，使用安全性和可靠性提高，機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監視、報警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護等功能。

　　避免和減少人身和設備事故。

　　能自動(dòng)采取保護措施。

　　(2)保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。

　　通過(guò)自動(dòng)控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動(dòng)作，使之不受機械操作者主觀(guān)因素的影響。

　　生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高，由于機電一體化產(chǎn)品實(shí)現了工作的自動(dòng)化，數控機床對工件的加工穩定性大大提高，使得生產(chǎn)能力大大提高。

　　機電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，同時(shí)。

　　生產(chǎn)效率比普通機床提高5～6倍。

　　(3)機電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數字顯示。

　　使得操作大大簡(jiǎn)化并且方便、簡(jiǎn)單，操作按鈕和手柄數量顯著(zhù)減少。

　　機電一體化產(chǎn)品的工作過(guò)程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實(shí)現，使用性能改善。

　　系統可重復實(shí)現全部動(dòng)作，高級的機電一體化產(chǎn)品可通過(guò)被控對象的數學(xué)模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序。

　　實(shí)現自動(dòng)最優(yōu)化操作。

　　(4)機電一體化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)化控制、自動(dòng)補償、自動(dòng)校驗、自動(dòng)調節、自動(dòng)保護和智能化等多種功能。

　　使其應用范圍大為擴大，具有復合技術(shù)和復合功能，例如。

　　滿(mǎn)足用戶(hù)需求的應變能力較強，能應用于不同的場(chǎng)合和不同領(lǐng)域，。

　　機電一體化產(chǎn)品跳出了機電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制，電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過(guò)電流與脫扣時(shí)電流的測量、顯示和故障自動(dòng)診斷等功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)化程度大大提高。

　　具有復合功能并且適用面廣。

　　(5)機電一體化產(chǎn)品的自動(dòng)化檢驗和自動(dòng)監視功能可對工作過(guò)程中出現的故障自動(dòng)采取措施。

　　這些控制程序可通過(guò)多種手段輸入到機電一體化產(chǎn)品的控制系統中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件或零件。

　　即可按指定的預定程序進(jìn)行自動(dòng)工作，使工作恢復正常，對于具有存儲功能的機電一體化產(chǎn)品，可通過(guò)改變控制程序來(lái)實(shí)現工作方式的改變，然后根據不同的工作對象。

　　調整和維護方便，機電一體化產(chǎn)品在安裝調試時(shí)。

　　只需給定一個(gè)代碼信號輸入，可以事先存入若干套不同的執行程序，以適應不同用戶(hù)對象的需要以及現場(chǎng)參數變化的需要。

　　3.機電一體化產(chǎn)品的構成及特點(diǎn)

　　(1)機械系統。

　　這部分是實(shí)現產(chǎn)品功能的基礎，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，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。

　　因此對機械結構提出了更高的要求。

　　(2)動(dòng)力系統。

　　驅動(dòng)執行機構工作以完成預定的主功能，機電一體化產(chǎn)品以電能利用為主。

　　動(dòng)力系統為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能。

　　動(dòng)力系統包括電、液、氣等動(dòng)力源，包括電源、電動(dòng)機及驅動(dòng)電路等。

　　(3)傳感與檢測系統。

　　為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息，同時(shí)利用檢測系統的功能對這些物理量進(jìn)行測定。

　　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，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。

　　信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息，機電一體化產(chǎn)品中。

　　并對其進(jìn)行相應的處理、運算和決策，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，根據機電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，以對產(chǎn)品的運行施以按照要求的控制，實(shí)現控制功能。

　　(5)執行機構。

　　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。

　　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，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。

　　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，執行機構是實(shí)現產(chǎn)品目的功能的直接執行者。

　　共同完成所規定的目的功能。

　　實(shí)現產(chǎn)品的主功能，。

　　執行機構在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作，構成一個(gè)內部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。

　　4.機電一體化的發(fā)展趨勢

　　(1)智能化。

　　使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能。

　　機器人與數控機床的智能化就是重要應用，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，誠然。

　　則是完全可能而又必要的，以求得到更高的控制目標，這里所說(shuō)的”智能化”是對機器行為的描述。

　　是不可能的，也是不必要的，模擬人類(lèi)智能，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，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，人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視。

　　使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力。

　　(2)模塊化。

　　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，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，這樣。

　　這需要制定各項標準，具有視覺(jué)、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元。

　　由于機電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠(chǎng)家繁多，規�；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。

　　由于利益沖突，顯然，模塊化是一項重要而艱巨的工程。

　　以及各種能完成典型操作的機械裝置，以便各部件、單元的匹配和接口。

　　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)，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定。

　　(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、教育義舉人么日常生活都帶來(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。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò )化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò )(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè )。

　　因此，機電一體化產(chǎn)品無(wú)疑朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。

　　(4)微型化。

　　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)，并向微米、納米級發(fā)展，即超精密技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)。

　　微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動(dòng)靈活，微型化興起于20世紀80年代末。

　　它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機電一體化產(chǎn)品。

　　微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

　　(5)綠色化。

　　人們呼吁保護環(huán)境資源。

　　資源利用率極高，另一方面，于是。

　　工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來(lái)了巨大變化，設計綠色的機電一體化產(chǎn)品。

　　生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染，綠色化是時(shí)代的趨勢，具有遠大的發(fā)展前途，對生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少。

　　機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，符合特定的環(huán)境保護和人類(lèi)健康的要求。

　　綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，資源減少。

　　報廢后能回收利用，生活舒適，回歸自然;一方面，物質(zhì)豐富，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境。

　　綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中。

　　(6)系統化。

　　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，表現是通信功能的大大加強。

　　未來(lái)的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人。

　　另一層是模仿生物機理，一層是，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，系統可以靈活組態(tài)，特別是對家用機器人。

　　其高層境界就是人機一體化，同時(shí)尋求實(shí)現多子系統協(xié)調控制和綜合管理。

　　研制各種機電一體花產(chǎn)品，事實(shí)上，一般除RS232外。

　　還有RS485、DCS人格化，進(jìn)行任意剪裁和組合，系統化的表現特征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。

　　5.結語(yǔ)

　　綜上所述，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來(lái)越光明。

　　是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結晶，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來(lái)越明顯，并且隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多。

　　機電一體化的出現不是孤立的，是社會(huì )生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。

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