1、浅析机电一体化技术的核心与应用【摘要】随着科学技术的不断进步与发展，机电一体化的出现是社会发展的必然趋势。本文介绍了机电一体化的定义，机电一体化的核心技术以及应用。 【关键词】机电 一体化 技术 中图分类号：TH-39 文献标识码：A 前言 科学技术的不断变化与发展，极大的推动了各个学科的相互交叉与渗透，尤其是在机械技术工程方面，计算机技术和信息技术的广泛发展与应用更是加速了机电一体化的发展，从而使机械工业逐渐朝着一体化的趋势发展。机械工业的使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由机械电气化迈入了机电一体化的特殊发展阶段。 一、机电一体化的定义
2、 机电一体化技术是以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，在与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能
3、复合的最佳功能价值系统工程技术。机电一体化技术直接导致了自动化技术的产生。 二、机电一体化的核心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手。 1、机械本体技术 机械本体技术是机电一体化的基础, 机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应, 利用其高、新技术来更新概念, 实现结构上、材料上、性能上变更, 满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主, 为了减轻质量除了在结构上加
4、以改进, 还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量, 才有可能实现驱动系统的小型化, 进而在控制方面改善快速响应特性, 减少能量消耗, 提高效率。 2、信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化, 必须提高信息处理设备的可靠性, 包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性, 进而提高处理速度, 并解决抗干扰及标准化问题。 3、传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面, 提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰, 目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说, 目
5、前主要发展非接触型检测技术。4、驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用, 但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前, 正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 5、软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本, 提高生产维修的效率, 要逐步推行软件标准化, 包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 6、接口技术 为了与计算机进行通信, 必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修, 而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化
6、、光导纤维以及光耦器的大容量化、小型化、标准化等问题。 三、机电一体化技术的发展现状 1、国外机电一体化发展现状 机电一体化占据主导地位是制造产业发展的必然趋势，而制造产业是整个科学技术和国家经济发展的基础工业，因而机电一体化在当前激烈的国际政治、军事、经济竞争中有举足轻重的作用，受到各工业国家的极大重视，并给予资金支持和必要的政策优惠。就国外而言，机电一体化的发展大致经历了三个阶段的发展历程。第一，在 1959 年以前，这个时期电子技术的发展大大推动了机电一体化的进程与发展。很多制造产业不断的将电子技术运用于其中，从而创造了良好的发展环境。第二，随着各种新技术的大量涌现，机电一体化技术也在不
7、断的向前发展，并结合其原有的技术，不断开始创新，新产品不断的涌现于市场。第三，也是机电一体化备受关注的时期，各国都开始探索机电一体化的工艺流程与产品技术。 2、国内机电一体化发展现状 就中国而言，我国最早关注机电一体化的研究与使用，是在 1989 年。国务院成立了机电一体化领导小组，制定了各种有关机电一体化的发展规划文件。在 2010 年，由于受到各个方面的影响，我国不断的引进新的技术和工艺。在结合本国实际情况的时候，不断的摒弃那些不好的技术措施，在一些大的学校和大的企业进行实践研究。但由于各种原因的影响，我国在机电一体化进程之中，相对于国外而言，还是比较落后的。为此，我们必须加强其进一步的研
8、究与发展，以此来促进经济的发展。 四、机电一体化技术的主要应用领域 1、数控机床 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： (1)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。 (2)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。 (3)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、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 (4)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
9、。 (5)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。 (6)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。 (7)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“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
10、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。 结论 机电一体化的出现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。随着科学技术的不断进步，机电一体化技术的发展前景将越来越广阔，它对人类社会进步的推动力将越来越大。 【参考文献】 1 王静.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势 J .同煤科技, 2006 . 2 芮延年.机电一体化系统设计 J.北京机械工业出版社, 2004 .
