淺談機電一體化技術的應用與發(fā)展趨勢

宋江婷

（泉州輕工職業(yè)學院，福建 泉州 362200）

1 機電一體化技術的簡介以及優(yōu)點

機電一體化技術是科學技術迅猛發(fā)展的知識產(chǎn)物。由于大規(guī)模集成電路的研發(fā)不斷深入，再加上微型電子計算機蓬勃發(fā)展起來，就加快了電子信息技術和機械技術的有效融合，然后通過一系列復雜的加工和改造，最終形成了機電一體化技術。

1.1 機電一體化系統(tǒng)的組成

（1）機械本體。其作用就是連接和支撐其它的要素，再將這些要素有機地結合起來，進而形成統(tǒng)一的整體。機電一體化技術滲透到生活中的方方面面，且它的產(chǎn)品種類很多，但均不可能與機械本體脫節(jié)。例如:數(shù)控機床的機械本體是機床；機器人的機械本體是機身。所以，機械本體是機電一體化系統(tǒng)中最基本也是比較重要的構成成分。沒有機械本體的支撐，其它各個部件就會零零散散，不能組成能滿足生產(chǎn)需要的機電一體化裝置。

（2）動力系統(tǒng)。它主要是為了配合控制系統(tǒng)，給機電一體化裝置提供充足的動力和能量，進而使其能按照生產(chǎn)需求順利的完成任務。動力系統(tǒng)的能量源頭主要是氣、液、電等。

（3）傳感和運行檢測系統(tǒng)。它把機電一體化產(chǎn)品運行時的各種所需要的參數(shù)和狀態(tài)都轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驕y定的物理量，并充分運用各檢測系統(tǒng)來測定這些物理量，給機電一體化產(chǎn)品同時提供了運行控制時所有需要的信息。其通常是靠儀表或傳感器來實現(xiàn)傳感和檢測系統(tǒng)的不同功能，通常要求它的體積比較小、方便安裝、有較高的精確度。

（4）信息控制及處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是為了滿足機電一體化裝置的基本功能要求，接收來自于檢測與傳感系統(tǒng)的信息，然后再進行相應的處理，以便控制產(chǎn)品。在機電一體化產(chǎn)品中，信息控制及處理系統(tǒng)主要是由計算機中的硬件、軟件以及各種接口構成。其中，計算機的硬件包括輸入／輸出設備、數(shù)控裝置、顯示器以及可編程控制器。同時，機電一體化產(chǎn)品對信息的處理要有較高的速度。

（5）執(zhí)行部件?？刂菩畔⒆饔糜趫?zhí)行部件讓其自動完成動作，并實現(xiàn)它的基本功能。執(zhí)行部件大多情況下也是運動部件，在機械、電氣液等結構中應用較廣泛。機電一體化裝置的種類和作業(yè)對象各不相同，這將會造成執(zhí)行機構之間存在很大的差異。執(zhí)行機構的順利運行還能逐一實現(xiàn)產(chǎn)品的目標功能，因此它的性能好壞直接決定著產(chǎn)品性能的好壞。

在機電一體化裝置中，只有各個部件協(xié)調(diào)運行才能使目標功能順利完成。在產(chǎn)品結構上，各部分又由不同的軟件及相對應的接口連接起來，進而組成了一個外部性能好、內(nèi)部結構科學合理的完整的機電一體化裝置。

1.2 機電一體化的優(yōu)點

（1）提高工廠的工作質(zhì)量和生產(chǎn)能力。大多數(shù)的機電一體化產(chǎn)品有信息的自動處理和控制的功能，能夠在很大程度上提高它在控制和檢測方面的靈敏度、精準度。運用自動控制系統(tǒng)可以讓執(zhí)行機構更加精確地完成預先設置好的任務，這樣就可以消除機械操作的人為誤差，有助于實現(xiàn)最佳的操作，確保工作效率與工作質(zhì)量，還能使產(chǎn)品的合格率達到最佳。

（2）提高產(chǎn)品使用時的可靠性和安全性。機電一體化裝置均具有自動保護、自動監(jiān)視、自動診斷、自動報警等性能，在實際的運行時一旦發(fā)生突發(fā)問題，它能自動解決。機電一體化產(chǎn)品由于采用電子元器件，從而具有較高的靈敏度和可靠性。

（3）調(diào)整和維護方便，使用性能改善。具有復合功能，適用面廣。改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn)。節(jié)約能源，減少耗材。機電一體化技術具有全自動控制的功能，應變性強，能夠達到生產(chǎn)上的最優(yōu)化效益。

2 機電一體化技術的應用及發(fā)展趨勢

2.1 機電一體化的意義

（1）功能增強。機電一體化產(chǎn)品的顯著特征是具有多種復合功能，比如通過數(shù)控加工中心就可以讓多臺普通機床多道工序一次性裝卡完成，并自動地對工件和刀具進行檢測，清晰地顯示出道具的動態(tài)軌跡，還具有極強的復合功能如故障自診斷。

（2）高精度。通過機電一體化技術能夠?qū)C構如傳動部件進行精簡，從而降低由于機械磨損、受力變形和配合間隙多導致的誤差，同時對采用控制技術補償、校正和計算機檢測等多種干擾因素所產(chǎn)生的動態(tài)誤差也能夠達到單純依靠機械無法達到的工作精度。

（3）結構簡化。一般來說，機電一體化技術采用內(nèi)裝式微處理器、電力電子器件、大規(guī)模集成電路等替代原有笨重的傳動裝置和電器控制柜，使得產(chǎn)品的體積大大縮小，電子元器件數(shù)量大幅下降，其結構也越來越簡化。比如電子控制和匹配的電機電磁結構相結合構成的無換向器電機，它沒有采用傳統(tǒng)的換向電刷，極大地簡化了電機結構，縮小了電機體積、減輕了電機重量、提高電機使用壽命。

（4）可靠性增強。隨著科技的發(fā)展，集成電路的集成度穩(wěn)步提升，其可靠性也得到不斷的增強，機電一體化產(chǎn)品故障率得到控制和減少。不僅如此，目前很多機電一體化產(chǎn)品具有停電對策、過負荷與失控保護、自診斷等功能，一定程度上提高了機電一體化產(chǎn)品的可靠性和安全性。

（5）柔性提高。柔性主要是指能夠利用軟件改變機器的工作程序，以滿足不同的需要。例如:工作機器人具有較多的運動自由度，手抓部分可以換用不同的工具，通過改變控制程序、運動軌跡和運動姿態(tài)，可以適應不同的作業(yè)要求；數(shù)控機床、FMS或FMC可以通過改變控制程序來適應不同零件的加工工藝。

2.2 機電一體化技術的應用領域

機電一體化技術已經(jīng)廣泛應用到各個領域，如鋼鐵、國防、醫(yī)藥、能源、汽車、數(shù)控等。現(xiàn)代機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)大大地提高了汽車生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且整個生產(chǎn)系統(tǒng)能隨時通過變換程序來生產(chǎn)型號不同的汽車，也使新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短，適應了市場變化的需求。機電一體化技術還解決了生產(chǎn)企業(yè)的用工荒和產(chǎn)品效率低的問題。

2.3 機電一體化技術的發(fā)展趨勢

（1）智能化。大多數(shù)復雜機械設備存在著大滯后和強非線性，因而難于實現(xiàn)自動控制。冶金礦山及工程機械的大型成套設備中許多復雜機械需要具有較高智能水平的人工智能系統(tǒng)，在必要的場合能夠代替人去執(zhí)行各種任務。這樣的系統(tǒng)需要自學習、自組織、自適應、思維、決策等能力，系統(tǒng)還應具有人機界面，設備也應具有自動診斷和自動修復的功能。

（2）模塊化。由于機電一體化裝置的品種和制造商都比較多，研發(fā)機電一體化系統(tǒng)結構單元的工作既前景廣闊又富有挑戰(zhàn)性。例如，在研制集減速與智能調(diào)速于一體的系統(tǒng)上，這些動力結構單元運用了機電一體化技術。

（3）網(wǎng)絡化。由于我國的制造企業(yè)均普及了網(wǎng)絡，從某種意義上來說，這間接地加快了網(wǎng)絡遠程監(jiān)視技術及控制技術的發(fā)展。此外，總線、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)技術使得機械制造業(yè)發(fā)生了根本的變化，網(wǎng)絡制造技術已經(jīng)成為了機械制造與自動化領域研究的重點。

（4）微型化。微型化也是機電一體化的一個新的發(fā)展方向，其表現(xiàn)形式是微電子機械系統(tǒng)。機電一體化的產(chǎn)品也逐漸向微米、納米級發(fā)展。它的耗能低、體積小、靈活性高，廣泛應用于醫(yī)療、國防軍事等方面。

（5）自帶能源化。自帶能源化即指機電一體化裝置自身附帶了能源系統(tǒng)，不需要另外供電。能源問題始終是一個全球性問題，在很多情況下沒有充足的電能供應，因此機電一體化裝置自帶動力能源就有了其獨有的優(yōu)勢。

（6）綠色化。要始終堅持環(huán)境友好型的發(fā)展原則，綠色化的產(chǎn)品將有更加廣闊的前途。機電一體化裝置中的綠色化指的是在裝置的運行過程中不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，在報廢時還能夠加以回收利用。

3 結束語

隨著科技研究深入，機電一體化的技術水平會越來越高，其產(chǎn)品的性能也會越來越好，能夠幫助實際生產(chǎn)，使工廠效率提高。

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