機電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

高虹

【摘 要】隨著我國當今經(jīng)濟時代日新月異的變化，機電一體化技術(shù)也發(fā)展成為了一項無可替代的重要技術(shù)。本文對機電一體化技術(shù)的發(fā)展背景和基本概要作了簡單介紹，并探究了該技術(shù)在國內(nèi)外各個領(lǐng)域的應(yīng)用，還列舉了一些成功運用機電一體化技術(shù)的案例，指出了該技術(shù)在未來的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】機電一體化；重要技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展方向

1 機電一體化的發(fā)展背景

總的來說，機電一體化技術(shù)的發(fā)展可以分成三個階段。

1960年以前可以視為第一階段。作為機電一體化發(fā)展的初級階段，由于種種原因，比如當時的電子技術(shù)水平和機械技術(shù)水平都沒有得到完善，使得運用機電一體化技術(shù)開發(fā)出來的產(chǎn)品不能夠被廣泛的推廣。但是，人們在有意無意的情況下已經(jīng)開始運用簡單的電子技術(shù)來完善產(chǎn)品的機械性能了。尤其是在戰(zhàn)爭時期，電子技術(shù)和機械產(chǎn)品的完美結(jié)合，使得這項軍用技術(shù)發(fā)揮出了重要的作用。戰(zhàn)爭結(jié)束后，這項技術(shù)由以前的軍用轉(zhuǎn)變?yōu)槊裼?，促進了戰(zhàn)后經(jīng)濟的快速發(fā)展。

第二階段的發(fā)展是在1970年至1980年之間，在這一發(fā)展時期，機電一體化技術(shù)不僅得到了來自通信技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)等提供的技術(shù)基礎(chǔ)，而且由于微型計算機和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，機電一體化還得到了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。由此可見，蓬勃發(fā)展的機電一體化技術(shù)必將運用于國內(nèi)外的各行各業(yè)中。

1990年以來，機電一體化技術(shù)已經(jīng)開始向智能化的新階段邁進。在這個深入發(fā)展的階段里，一些人工智能技術(shù)、光纖技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如雨后春筍般的迅速發(fā)展，給機電一體化技術(shù)打開了一片新的發(fā)展天地。除此之外，機電一體化技術(shù)還涵蓋了光學(xué)、通信技術(shù)以及微細加工技術(shù)等。

2 機電一體化技術(shù)的概要

機電一體化是一種結(jié)合電子化設(shè)計、機械裝置及軟件的技術(shù)，包括“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。機電一體化技術(shù)，不是簡單地將微電子技術(shù)和機械技術(shù)及其他新型技術(shù)相互組合而成的技術(shù)，而是一種綜合技術(shù)，由此產(chǎn)生了一些典型的機電一體化設(shè)備，例如工業(yè)機器人、計算機集成制造系統(tǒng)、可編程控制機器等。這些機電一體化產(chǎn)品在使用時還具有高安全性和高可靠性。如果在工作中遇到故障，其產(chǎn)品能及時自動采取安全措施，大大降低了工人受到人身傷害的幾率。

3 機電一體化的應(yīng)用

當今時代是一個“百家爭鳴”的科學(xué)技術(shù)時代，各種科技的相互滲透，使得機電一體化技術(shù)在各個領(lǐng)域里都發(fā)揮出了不可替代的作用。

3.1 在建筑材料生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，我國在施工建設(shè)方面的要求越來越高，相應(yīng)的，對于建筑材料的生產(chǎn)更是提出了較高的要求。這樣一來，機電一體化技術(shù)就成了有關(guān)單位的首要選擇。畢竟機電一體化是一種綜合技術(shù)，其高質(zhì)量、高性能、多功能、低能耗的特性對于建筑材料的生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。此外，材料的級配控制對于現(xiàn)代建筑和公共設(shè)施相當重要。一旦有級配誤差現(xiàn)象的出現(xiàn)，必定會減短建筑和公共設(shè)施的壽命，安全問題就得不到保障。然而，在建筑材料中應(yīng)用機電一體化技術(shù)就可以實現(xiàn)微機控制，使級配的誤差降到最小。

3.2 在現(xiàn)代制造業(yè)方面的應(yīng)用

現(xiàn)代制造業(yè)強調(diào)有效利用一切資源，逐漸以機器代替人力來獲得生產(chǎn)盈利，綠色的現(xiàn)代化制造具有虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點。下面通過對Li/MnO2扣式電池生產(chǎn)過程的介紹來向讀者說明機電一體化技術(shù)在制造業(yè)方面的應(yīng)用。

Li/MnO2扣式電池的生產(chǎn)有以下幾道程序：先上負極片，然后加隔熱板并把電解液注入其中，最后上正極片、滲透。這種自動組裝生產(chǎn)的控制系統(tǒng)通過采用PLC技術(shù)進行控制，通過觸摸系統(tǒng)中的傳感器來監(jiān)測生產(chǎn)過程中的狀態(tài)，一旦有系統(tǒng)故障出現(xiàn)，機械裝置就會自動報警。如果生產(chǎn)過程中出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，該系統(tǒng)還會將其自動剔除。

漫反射光電開關(guān)、對射光電開關(guān)、磁性開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力傳感器等原件在PCL控制系統(tǒng)中擔(dān)任著檢測作用，氣缸、沖床、電視、振動料斗、狀態(tài)顯示燈以及聲光報警器等部件在該系統(tǒng)中擔(dān)任著執(zhí)行作用。

3.3 在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用

3.3.1 分布式控制系統(tǒng)（DCS）

一臺中央電腦、若干臺現(xiàn)場測控電腦和智能控制單元，這就是分布式控制系統(tǒng)的組成部件。通過中央電腦對現(xiàn)場測控電腦和智能控制單元的指揮來監(jiān)視、管理、操作和分散控制生產(chǎn)過程。相比集中型控制系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)具有安全性高、功能強的特點。很顯然，分布式控制系統(tǒng)已成為引領(lǐng)機電一體化系統(tǒng)的潮流。

3.3.2 開放式控制系統(tǒng)

“開放”意味著解除封鎖、限制。開放式控制系統(tǒng)可以使不同廠家的產(chǎn)品得到互換和兼容，實現(xiàn)資源共享，技術(shù)交流，促進企業(yè)共同進步。工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)是開放式控制系統(tǒng)中重要組成部分，其可以實現(xiàn)管理計算機和控制設(shè)備的互聯(lián)，從而集控制與決策、管理、經(jīng)營于一體。

3.3.3 計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）

計算機集成制造系統(tǒng)是集人、技術(shù)、經(jīng)營三者而成的一種產(chǎn)物。在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用CIMS不僅可以提高勞動生產(chǎn)力，還可以提高員工的技術(shù)水平，可以對企業(yè)的發(fā)展做出極大的貢獻。國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化離不開CIMS技術(shù)，CIMS技術(shù)的應(yīng)用與推廣，還可以提高企業(yè)在國際市場上的競爭力。

3.4 在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用

眾所周知，煤礦的地下開采作業(yè)是非常危險的，惡劣的環(huán)境和無法預(yù)知的自然災(zāi)害時時刻刻都對工人的人身安全造成威脅。所以，世界各國都在力求尋找一種能夠用機器替代人力的先進技術(shù)。而機電一體化技術(shù)正符合這一技術(shù)要求，可以使井下作業(yè)變得自動化、機械化。井下機器人的智能化操作對煤礦企業(yè)的發(fā)展有著史無前例的重要貢獻。

4 機電一體化的發(fā)展方向

4.1 綠色化

當今時代，人類的生活因工業(yè)科技的發(fā)展而發(fā)生著巨大變化。我們在享受著美好生活的同時，更應(yīng)該注意到生態(tài)環(huán)境的污染，地球資源的減少。因此，工業(yè)綠色化已成為人們奮斗的目標。綠色的機電一體化產(chǎn)品在這個工業(yè)時代里必將發(fā)揮出重大作用。

4.2 光機電一體化

組成機電一體化系統(tǒng)的部件有能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)和信息處理系統(tǒng)等。在機電一體化系統(tǒng)中引進光學(xué)技術(shù)，可以把光學(xué)技術(shù)優(yōu)點用于其能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)中，實現(xiàn)由機電一體化向光機電一體化的改進轉(zhuǎn)變。

4.3 智能化

21世紀是一個智能化的時代，人工智能也逐漸運用于機電一體化技術(shù)中。機電一體化的智能化除了一些控制理論外，還吸收了多方面的新方法、新思維。例如，人工智能、計算機科學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、模糊數(shù)學(xué)等等。盡管機電一體化產(chǎn)品是不可能和人類擁有相同智能的，但是，其高性能的微處理器卻完全有可能使產(chǎn)品具有低級智能。

4.4 網(wǎng)絡(luò)化

20世紀90年代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、軍事、教學(xué)等方面都有所應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)化的廣泛普及，在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上應(yīng)運而生的高科技技術(shù)也在改變著時代。屬于機電一體化產(chǎn)品的遠程控制終端設(shè)備在各種領(lǐng)域中都發(fā)揮出了其應(yīng)有的價值。由于計算機的推廣應(yīng)用，使人們在家里就能享受到機電一體化帶來的便利。所以，機電一體化的發(fā)展毫無疑問會向著網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。5 結(jié)語

機電一體化是科技發(fā)展的必然結(jié)果。在機械工業(yè)中，機電一體化幾乎滲入到所有的機械產(chǎn)品中，顯然已成為主角。機電一體化技術(shù)的飛速發(fā)展，加快了社會工業(yè)生產(chǎn)的改革速度，提升了我國的科技水平，使我國向著發(fā)達國家的科技水平邁進。機電一體化將各種科學(xué)技術(shù)相互融合，其發(fā)展前景是不可估量的。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]