1、1机电一体化技术的发展及其应用摘要： 目前世界各国都在大力推广机电一体化技术，在人们生活的各个领域得到广泛的应用深刻影响着全球的科技、经济、社会和军事等的发展，本文较系统地电一体化的发展方向及其形式内容和应用领域等进行了较深入的探讨和阐述并作出了一定的有益归纳总结。 关键词：机电一体化技术、概念、特征、应用发展。 中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号： 一、机电一体化的概念及特征： 机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。 机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的
2、不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或2机电一体化产品。 因此， “机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技
3、术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。 二、机电一体化的发展 机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其
4、主要发展方向有智能化、系统化、微型化、模块化、网络化和绿色化. 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的快速发展动向，机电一体化技术将朝着以下几个方向发展 1. 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是 21 世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系 统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体 化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种 程度的判断推理、逻辑思维和自主3决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑 力劳动。 2. 系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式
5、和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协 调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除 R S232 等常用 通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来 的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智 能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的 构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。 3. 微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超 过 1cm 3,并正向微米、
6、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、 耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操 作,故在亚微米级的机械元件。 4.模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气 接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产 企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以4不断扩大生产规模。 5. 网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种
7、类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是 机电一体化产品。 6. 绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从 设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无 危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时 不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展 模式。我国发展“机电一体化”面临的形势和任务 机电一体化工作主要包括两个层次 一是用微电子技术改造传统产
8、业 其目的 是节能、节材 提高工效 提高产品质量 把传统工业的技术进步提高一步 二是开发自动化、数字化、智能化机电产品 促进产品的更新换代。 三机电一体化技术的主要应用 机电一体化技术的主要应用领域越来越广泛，主要领域和范围在以下方面： 1. 数控机床 5数控机床及相应的数控技术经过 40 年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在:总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多 CPU、多主总线的体系结构。 开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层 次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。WOP 技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工
9、 过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也 加强了 CNC 系统的控制功能。能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务 或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制 都集成到系统中去。系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系 统的能力。以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的 数控装置。 2.计算机集成制造系统(CIMS) CIMS 的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它 打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和
10、“信息流”,实现从 经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业 集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素 的潜力可以得到更大的发挥。 3柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、 料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时6地、按量地按 照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 4 工业机器人 第 1 代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第 2 代
11、机器人带有各种先进的 传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第 3 代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决 策,在作业环境中独立行动,与第 5 代计算机关系密切。 综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。参考文献 李建勇 机电一体化技术M北京 科学出版社 2004 李运华 机电控制M北京航空航天大学出版社 2003 7芮延年 机电一体化系统 设计M北 京机械工业出版社 2004 王中 杰 余章雄 柴天佑 智能控 制综述 J基础自 动化 2006 章浩 张西良 周士冲 机电一体化技术的发展与应 用J农机化 研究 2006 梁俊彦 李玉翔 机电一 体化技术的 发展及应用 J 科技 资讯 2007。
