機電一體化技術的發(fā)展與應用的探討

摘要：隨著時代的發(fā)展，機電一體化技術已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的不可或缺的重要技術之一，本文將就機電一體化的基本結構，機電一體化的現(xiàn)狀以及機電一體化技術的發(fā)展趨勢進行探討。

關鍵詞：機電；一體化；技術提高；應用

1.機電一體化的基本結構

1.1機械本身

它是機電一體化要素中最基本的部分，相當于人體的身軀骨架。它是系統(tǒng)所有功能元素的機械支持，結構包括機身框架、機械連接等。

1.2動力設備

是機電一體化結構中重要的組成部分。動力部分相當于人體內(nèi)臟，來產(chǎn)生能量為系統(tǒng)提供能量和動力，是功能驅動執(zhí)行的機構，可以使系統(tǒng)按照控制要求正常運行。

1.3傳感部分

傳感部分相當于人的眼鼻耳口等感覺器官，將系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，變成可識別的信號，然后傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?。?jīng)過分析處理后產(chǎn)生相應的控制信息。其功能一般由專門的傳感器和儀器儀表來配合完成。

1.4驅動部分

驅動部分相當于人體的肌肉，接受大腦指揮驅動四肢運動，在控制信息作用下驅動執(zhí)行機構完成各種動作和功能。

1.5執(zhí)行部分

執(zhí)行部分相當于人的四肢，由大腦支配完成各項工作任務，根據(jù)控制信息和指令完成各種動作和功能，執(zhí)行機構是運動部件，一般由機械、電磁電液等機構構成。

1.6控制及信息處理

控制及信息處理部分猶如人的大腦，來指揮、控制全身運動并將信息集中存儲分析加工，根據(jù)信息處理的結果發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。它一般由計算機可編程序控制器、數(shù)控裝置以及邏輯電路A/D與D/A轉換I/O輸入輸出接口和計算機外部設備等組成。

2.機電一體化的現(xiàn)狀與應用

2.1重工業(yè)領域

機電一體化技術目前越來越廣泛被采用，其中包括了鋼鐵、電力、石油化工、采礦冶金、汽車、造船、航空工程等多種行業(yè)，相對來說，主要是應用于重工業(yè)領域。

2.2數(shù)控機床

數(shù)控機床及相應的數(shù)控技術經(jīng)過40年的發(fā)展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，能最大限度地提高用戶的使用效益。WOP技術和智能化、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，既豐富了數(shù)控功能，也加強了控制功能。

2.3計算機集成制造系統(tǒng)

CIMS的實現(xiàn)是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它實現(xiàn)了從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結合。使各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。

2.4柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng)，主要由計算機、數(shù)控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

2.5工業(yè)機器人

機電一體化是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。改造傳統(tǒng)機械設備的要求，開辟新領域，發(fā)展與振興機械工業(yè)，需要大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品。

3.機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是近幾年才出現(xiàn)的一門新科學、新技術，但它必將是當前世界技術發(fā)展的趨勢，隨著科學技術的不斷發(fā)展.高新技術的發(fā)展越來越受國家、社會和企業(yè)的關注與重視。

3.1數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，計算機網(wǎng)絡為數(shù)字化設計與制造提供了有力保障，數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面，將便于遠程操作、診斷和修復。

3.2智能化

智能化是未來機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。要求機電產(chǎn)品具有一定程度的智能，從而使它具有類似人的判斷推理、邏輯思考、自主決策等能力。這樣會給使用、操作和維護帶來極大的方便。

3.3模塊化

機電一體化產(chǎn)品和技術可分為機械、電子和軟件三個主要部分。模塊化技術是這三者共同使用的技術。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)各種機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。模塊化技術降低了產(chǎn)品研發(fā)成本，提高了不同產(chǎn)品間零部件通用化程度，提高了產(chǎn)品的可裝配性、可維修性和可擴展性等。

3.4網(wǎng)絡化

電子技術日新月異的發(fā)展引起了巨大的變革，網(wǎng)絡逐漸普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術也得到了發(fā)展。而遠程控制的終端設備就是機電一體化的相關產(chǎn)品，機電一體化設備產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡化方向發(fā)展。科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及日常生活都能得到長足發(fā)展。

3.5人性化

機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

3.6微型化

微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在很多方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)（Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源匯于一體的微型器件或系統(tǒng)，將是未來很重要的發(fā)展方向。

3.7集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。要使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性，可將系統(tǒng)分解為若干層次，使各部分協(xié)調而又安全地運轉，將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。

3.8綠色化

機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指不污染生態(tài)環(huán)境并能回收利用。工業(yè)的發(fā)展使得物質豐富，生活舒適的同時也導致資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。綠色產(chǎn)品符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率和回收率高，是時代的要求與趨勢。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。

3.9光機電一體化

引進光學技術，在機電一體化技術的基礎上，促進光電及一體化技術的發(fā)展，利用光學技術的優(yōu)勢改進機電一體化系統(tǒng)的信息處理系統(tǒng)等方面。光機電一體化是機電產(chǎn)品和市場發(fā)展的必要趨勢。

參考文獻：

[1]章浩，張西良，周士沖等.機電一體化技術的發(fā)展與應用[J].農(nóng)機化究，2006，（7）.

[2]馬麗紅.機電一體化技術的發(fā)展與應用[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（22）.

作者簡介：楊志剛，教授級高級工程師。