計算機與機電一體化技術(shù)的整合

白斯琴

摘 要 無論是計算機技術(shù)還是機電一體化技術(shù)都是20世紀(jì)后期才繁榮發(fā)展起來的技術(shù)，這兩類技術(shù)都對人類的生活方式以及生產(chǎn)活動造成了巨大的影響?？萍嫉陌l(fā)展也帶來了更為復(fù)雜的依靠單一手段很難處理的問題，這必然就需要跨學(xué)科協(xié)作，而技術(shù)與技術(shù)之間的整合往往會碰撞出絢爛的花火，比如將計算機超強的運算控制能力通過通訊技術(shù)與機電一體化技術(shù)進(jìn)行整合將會是一個很有前景的課題。

關(guān)鍵詞 計算機技術(shù)；機電一體化

中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0002-02

顧名思義，機電一體化這門學(xué)科本身就不是一種單一的構(gòu)成，它的英文單詞mechatronics就是由機械學(xué)的英文詞頭與電子學(xué)的英文詞尾構(gòu)成。很明顯這是主要以傳統(tǒng)的機械技術(shù)加上新興的電子技術(shù)為主體，由多門學(xué)科相互交叉融合的邊緣學(xué)科。雖然機電一體化起步時間較晚，但是由于其對于工業(yè)生產(chǎn)的重要作用和廣闊的應(yīng)用前景而發(fā)展迅速，可以說機電一體化技術(shù)為人類的工業(yè)化大生產(chǎn)做出了重要的貢獻(xiàn)，信息處理技術(shù)、傳感與測試技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、微電子技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展、注入為機電一體化技術(shù)的發(fā)展帶來了巨大的活力，解決了以往很難單憑一種技術(shù)解決的問題，使得人們能夠處理的問題規(guī)模愈加龐大?？萍嫉陌l(fā)展永無止境，機電一體化的發(fā)展也需要一直進(jìn)行下去，雖然電子技術(shù)與計算機技術(shù)有諸多的重復(fù)之處，但計算機卻有著更為龐大的運算、控制能力，在一些需要大規(guī)模管控的系統(tǒng)中，計算機技術(shù)與機電一體化技術(shù)的整合便變得非常的有意義了。

1 整合的意義與可能性

一門新技術(shù)的誕生需要兩個條件：一是科技的進(jìn)步，沒有科技力量的支撐即使有心也是無力；二是社會的需求，沒有需求作為動力也就沒有了研究的價值。對于機電一體化也同樣如此，機械技術(shù)、電氣技術(shù)、微電子技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展為其提供了堅實的基礎(chǔ)；人們對生產(chǎn)與生活中的各種相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量與品種的需求為其提供了充足的動力，這是機電一體化能夠誕生的條件，對于計算機技術(shù)與機電一體化技術(shù)的整合也可以從這兩方面考慮。

從科技角度上講，首先計算機技術(shù)的發(fā)展極為迅速，分支眾多，其中不乏對機電一體化有用的類別，比如適應(yīng)力更強的人工智能算法、更加高效率的集成控制系統(tǒng)設(shè)計等等。由于硬件條件所限，電子技術(shù)與計算機相比有著諸多的不足之處，計算機技術(shù)完全可以彌補這些不足，為機電一體化技術(shù)再添活力，作為橋梁的通訊技術(shù)的成熟與微電子芯片的運算能力的發(fā)展也為機電產(chǎn)品與計算機的融合提供了可能。

先不談復(fù)雜的協(xié)同操作，僅以圖像識別為例，對于復(fù)雜的圖像識別，往往需要運算量巨大的算法支持，而機電一體化中承載的運算能力根本就不足以完成這個任務(wù)，顯然使用計算機的性價比更高也更加的靈活。電子與計算機的通信也可以很好的解決，采用通用的如IIC，SPORT，SPI或者串口等，也可以自設(shè)計一些針對性更強的通訊協(xié)議保障機電一體化產(chǎn)品與計算機的通訊。

從需求角度來講，小型的問題對機電一體化的要求并不是非常突出，但是大型的問題卻是很有需求。機電一體化主要是機械與電子的結(jié)合，雖然應(yīng)用了許多高新的技術(shù)手段大大的提升了各類性能參數(shù)，但伴隨著問題的增長一味的提升電子技術(shù)能力便變得有些不合適了。最明顯的一個例子就是協(xié)同操作上，如果機電一體化產(chǎn)品既要兼顧自己的任務(wù)執(zhí)行又要與其他機電一體化產(chǎn)品通訊交流，那么對它的要求就有些越界了，更重要的是有可能機電一體化產(chǎn)品根本就不會知曉它需要與誰協(xié)同，這就需要一個類似大腦的角色來處理。面對此類問題，計算機與機電一體化技術(shù)的整合便顯得非常有必要。

2 重要的兩個技術(shù)問題

1）采用何種通信協(xié)議。計算機與機電一體化產(chǎn)品之間的整合必然離不開相互的通訊，第一個需要考慮的問題是通訊問題。計算機需要知道機電一體化產(chǎn)品的狀態(tài)，有時也需要能夠控制機電一體化產(chǎn)品動作，如果對實時性要求高的話還需要有快速通訊的能力。綜合以上情況，便知采用何種通信方式很重要，決定這一問題需要從兩個方面考慮。

將通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，即采用一個標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。這樣做的好處是可以獲得很大的兼容性，可以與其他產(chǎn)品較好的一起工作，將機電一體化產(chǎn)品做成了一個可替換的小模塊，提供了該模塊支持的接口，只要符合這個接口那么就可以納入到整個系統(tǒng)中來。這樣對于用戶而言就有了更多的選擇余地，而且維護(hù)成本會下降，比如將智能洗衣機、智能燈具等智能家居產(chǎn)品與計算機或者手機的整合。

采用自己獨特的通訊協(xié)議，做一個封閉的系統(tǒng)。生產(chǎn)廠家這樣做第一是可以優(yōu)化通訊協(xié)議，其針對性較強，廠家可以盡可能的提升產(chǎn)品的性能而不用考慮兼容性問題，第二是如果廠家競爭力較強的話，一套封閉的系統(tǒng)可以保證不被其他廠家染指，從而獲取更高的利潤，比如大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。

2）系統(tǒng)大致框架設(shè)計。當(dāng)前的機電一體化產(chǎn)品非常的豐富，從工業(yè)生產(chǎn)裝備到智能家居都有所涉獵，雖然應(yīng)用方向不同但是由于計算機和機電一體化產(chǎn)品的特性決定了它們在整合后系統(tǒng)中各自的地位與作用是相似的。在機電一體化產(chǎn)品中，機械設(shè)備、探測設(shè)備等均為執(zhí)行機構(gòu)，電子設(shè)備為控制機構(gòu)，整合后的機電產(chǎn)品應(yīng)該作為一個具有一定獨立執(zhí)行能力的執(zhí)行機構(gòu)，將計算機作為調(diào)度控制機構(gòu)，大致的層級如下。

這是一種最為簡單的整合框架。在系統(tǒng)中，機電產(chǎn)品只需要能夠完成自己的工作，并向上提供自身狀態(tài)即可，計算機接受所有機電產(chǎn)品的狀態(tài)并進(jìn)行資源整合，必要時對機電產(chǎn)品下達(dá)指令完成任務(wù)。

對于整個系統(tǒng)來講，這樣做模塊化較高，維護(hù)成本降低。首先在復(fù)雜系統(tǒng)中降低了對機電產(chǎn)品的要求，一個機電產(chǎn)品不需要與其他機電產(chǎn)品相互溝通，做好本職工作即可，一旦出現(xiàn)問題僅需要將出問題部分更換，對系統(tǒng)的沖擊較小，維護(hù)費用較低。模塊化帶來的另一個好處是后期升級方便，無論是想替換系統(tǒng)中某一個機電產(chǎn)品還是升級整個的系統(tǒng)控制方式都可以很方便的進(jìn)行。

具體的系統(tǒng)設(shè)計因使用不同而不同，但框架與設(shè)計思路是一定的，都是以計算機作為大腦以機電產(chǎn)品作為身體進(jìn)行設(shè)計，在更復(fù)雜的系統(tǒng)中可能還會需要將簡單系統(tǒng)作為一部分融入到整個系統(tǒng)中作為一個類似簡單系統(tǒng)中機電產(chǎn)品的角色。在工業(yè)生產(chǎn)中可能這種整合更加的嚴(yán)密些，在類似智能家居這種松散不確定的系統(tǒng)中可能會寬泛些，但無論怎樣，整合后的系統(tǒng)都可以更大程度上發(fā)揮機電產(chǎn)品的能力，更加高效節(jié)約的完成資源調(diào)配，最重要的是可以用來解決更多難以依靠單一機電產(chǎn)品解決的問題。

3 結(jié)束語

由于生產(chǎn)力的進(jìn)步與發(fā)展，人們對于生活方式和生產(chǎn)方式都提出了更高的要求，現(xiàn)有的機電產(chǎn)品雖然發(fā)展較快但是許多都處于獨自為戰(zhàn)的狀態(tài)，不僅難于管理且維護(hù)、升級成本較高，而利用計算機的集成能力整合機電產(chǎn)品是一個很好的解決思路，無論是創(chuàng)建智能家居聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為生活提供方便還是集成種類繁多的機電產(chǎn)品去完成工業(yè)生產(chǎn)都需要將計算機技術(shù)與機電一體化技術(shù)整合，在物聯(lián)網(wǎng)時代即將到來的今天，機電產(chǎn)品整合是大勢所趨。

參考文獻(xiàn)

[1]俞竹青.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社，2011.endprint