我國機(jī)電一體化的發(fā)展探究

陳德光

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 201900)

我國機(jī)電一體化的發(fā)展探究

陳德光

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 201900)

科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,計算機(jī)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè),促使機(jī)電一體化技術(shù)在企業(yè)中國得到了普遍應(yīng)用。在出現(xiàn)機(jī)電一體化之后,生產(chǎn)從機(jī)械電氣化轉(zhuǎn)化為機(jī)電一體化,推動了企業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品的進(jìn)步,也表現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性。本文主要介紹機(jī)電一體化技術(shù)的組成和特點、探究其在國外和國內(nèi)的發(fā)展情況,并分析了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

機(jī)電一體化 特點 組成 發(fā)展情況 發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化，也稱作機(jī)械電子工程。目前已經(jīng)進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)時代，知識的普及和信息的傳播更加快捷。由于機(jī)械工程行業(yè)開始廣泛應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)，產(chǎn)生了機(jī)電一體化，并潛移默化的改變了生產(chǎn)方式、工程以及構(gòu)成等。

1 機(jī)電一體化概述

在1971年雜志中第一次出現(xiàn)機(jī)電一體化的概念，然后機(jī)電一體化快速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。機(jī)電一體化是新興的交叉學(xué)科，也就是將電子器件的控制功能附加和信息處理或者是融合在機(jī)械裝置中的復(fù)合技術(shù)。機(jī)械在應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)之后，不再僅僅具有機(jī)械化的特點，同時具備智能化和人性化特點，促使機(jī)械結(jié)構(gòu)更加簡單，提高了自動化水平。機(jī)電一體化包括多種技術(shù)：機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等，并且在實踐中發(fā)揮了很大的作用。

機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)組成要素、感知組成要素、動力組成要素、運(yùn)動組成要素、智能組成要素五大組成要素構(gòu)成。結(jié)構(gòu)組成要素指的是機(jī)械本體，支撐系統(tǒng)的功能；感知組成要素指的是傳感的測試，檢測參數(shù)以及狀態(tài)；動力組成要素指的是動力驅(qū)動，供應(yīng)能量；運(yùn)動組成要素指的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以指令為依據(jù)執(zhí)行和動作；職能組成要素指的是控制和信息處理，控制系統(tǒng)運(yùn)行。

機(jī)電一體化具有智能化、模塊化和系統(tǒng)化的特點。從智能化角度來看，信息技術(shù)和模糊技術(shù)的快速發(fā)展提高了其智能化水平，在很大程度上不同于傳統(tǒng)機(jī)械自動化。因為其增加了人工智能的機(jī)械，具有更高的效率和精度。最近幾年，優(yōu)化了微機(jī)的性能，提高了處理器的速度，所以機(jī)電一體化更加智能。以模塊的角度來看，它是機(jī)電一體化重要工程的發(fā)展趨勢。以系統(tǒng)化角度來看，應(yīng)用模式化和開放化的總線結(jié)構(gòu)改變了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，促使系統(tǒng)更加靈活、協(xié)調(diào)和易管理。綜上所述，機(jī)電一體化具有高精度、高性能、高效率、更強(qiáng)可編程適應(yīng)性，促使控制變得更加復(fù)雜。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展情況

2.1 國外機(jī)電一體化的發(fā)展

國外機(jī)電一體化的發(fā)展主要分為初級階段、第二階段、第三階段。初級階段指的是20世紀(jì)60年代之前，人們開始逐漸應(yīng)用電子技術(shù)，所以被廣泛應(yīng)用。第二個階段，機(jī)電一體化產(chǎn)品以及技術(shù)發(fā)展迅速。第三個階段，各個國家非常關(guān)注節(jié)電一體化。比如日本，日本在1989年第一屆國際先進(jìn)機(jī)電一體化會議中，討論了機(jī)電一體化的發(fā)展，并制定了其發(fā)展的具體計劃。國外機(jī)電一體化發(fā)展的一個重要因素是可以應(yīng)用于各個制造領(lǐng)域，并從單機(jī)發(fā)展到制造產(chǎn)業(yè)的集成化。

2.2 國內(nèi)機(jī)電一體化的發(fā)展情況

電子計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)的迅速發(fā)展為我國研究和應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)打下了基礎(chǔ)，加強(qiáng)了機(jī)械和電子技術(shù)的融合水平。尤其是在我國完成微型計算機(jī)、大規(guī)模集成電路產(chǎn)品的研發(fā)和上市之后，進(jìn)一步推動了機(jī)電一體化的發(fā)展。我國從20世紀(jì)80年代開始正式研究機(jī)電一體化技術(shù)，國務(wù)院將其列入“863”計劃的一個重點項目，同時成立了專門的機(jī)電一體化技術(shù)研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組。同時，在制定“九五”規(guī)劃以及2010年發(fā)展綱要時，尤其指出加快機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重要作用和詳細(xì)實施措施。我國很多科研機(jī)構(gòu)、高等院校、生產(chǎn)企業(yè)針對這方面也做了研究，在一定程度上推動我國機(jī)電一體化的發(fā)展。我國機(jī)電一體化技術(shù)在20世紀(jì)90年代進(jìn)入快速發(fā)展階段。機(jī)電一體化技術(shù)研發(fā)融入光學(xué)、通信、電子等現(xiàn)代技術(shù)，尤其是逐漸應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)，推動新型技術(shù)，例如光機(jī)電一體化、微機(jī)電一體化等的發(fā)展。設(shè)計、集成和分析機(jī)電一體化系統(tǒng)開始向智能化發(fā)展，并且深入研究這一邊緣學(xué)科體系。此外，機(jī)電一體化廣泛應(yīng)用光纖技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)等，拓展了發(fā)展空間和完善了其科學(xué)體系。

3 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

工業(yè)在我國社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，并且推動了工業(yè)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級。機(jī)電一體化的發(fā)展重點是研發(fā)以及應(yīng)用微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)，尤其是應(yīng)用微型計算機(jī)和微處理器。我國機(jī)電一體化當(dāng)前向著智能化、集中控制化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化和綠色化發(fā)展。

3.1 機(jī)電一體化的智能化發(fā)展趨勢

我國機(jī)電一體化的一個重要發(fā)展趨勢是智能化，可以充分展現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特點。智能化指的是系統(tǒng)描述工業(yè)機(jī)械本身行為，可以進(jìn)行邏輯思維、推理判斷和自主決策等。機(jī)電一體化技術(shù)的智能化相對于傳統(tǒng)技術(shù)，以現(xiàn)代機(jī)械控制理論為基礎(chǔ)，和人工智能、計算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)等先進(jìn)技術(shù)和思想相融合，利用最新的芯片技術(shù)和模糊技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)的智能化重視產(chǎn)品整體的性能，當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)研發(fā)智能機(jī)器人、新型微波爐等，通過智能化處理產(chǎn)品控制系統(tǒng)，不斷提高產(chǎn)品的性能。

3.2 我國機(jī)電一體化技術(shù)向集中監(jiān)控化發(fā)展

在設(shè)計機(jī)電產(chǎn)品時逐漸廣泛應(yīng)用集中監(jiān)控化技術(shù)，促使設(shè)備更好的運(yùn)行，并良好維護(hù)設(shè)備。集中監(jiān)控系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)更加重視統(tǒng)一處理各部分功能，也就是利用中央監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行的整個過程，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，有效處理發(fā)現(xiàn)的故障。機(jī)電一體化技術(shù)尤為注重安全管理機(jī)電設(shè)備和安全運(yùn)行設(shè)備，通過不斷升級技術(shù)，推動機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的集成化發(fā)展。

3.3 我國機(jī)電一體化技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

當(dāng)前不斷更新?lián)Q代計算機(jī)產(chǎn)品，也不斷發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，我國機(jī)電一體化技術(shù)從20世紀(jì)90年代融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并且獲得了一定成果。在21世紀(jì)到來之后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動了各種遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)不斷發(fā)展，并且應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，進(jìn)一步推動了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。因此我國機(jī)電一體化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展在提高產(chǎn)品安全性和完善產(chǎn)品性能方面發(fā)揮著重要作用。

3.4 機(jī)電一體化技術(shù)的微型化發(fā)展

蝕刻技術(shù)是半導(dǎo)體器件制造的一個基本技術(shù)，我國科研人員已經(jīng)應(yīng)用此技術(shù)成功制造出“亞微米級”的微型化機(jī)械元件。將此應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品之后不再需要區(qū)分機(jī)械和控制部分，而是完全融合機(jī)械和電子各部分零件，尤其是將傳感器、CPU等關(guān)鍵部分集于一體，不斷縮小機(jī)電一體化產(chǎn)品體積。當(dāng)前，我國已經(jīng)研究和生產(chǎn)了一系列微機(jī)電一體化產(chǎn)品，其體積小于1立方厘米，并且逐漸發(fā)展到微米級和納米級。比如，將微機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)用于軍事、通訊、生物醫(yī)療等產(chǎn)品中，可以消耗更少的能量，占用更小的空間，并更加靈活的運(yùn)動等，所以逐漸廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域和行業(yè)。可是我國當(dāng)前研發(fā)機(jī)械技術(shù)、超精密技術(shù)的水平比較低，這是我國研究中需要突破的重點。

3.5 我國機(jī)電一體化技術(shù)向綠色化發(fā)展

當(dāng)前，人們不斷提高環(huán)保意識，追求綠色產(chǎn)品，人們當(dāng)前生活追求低碳節(jié)能生活。所以，將來機(jī)電一體化產(chǎn)品也要順應(yīng)這一趨勢，促使產(chǎn)品在設(shè)計、制造和使用環(huán)節(jié)滿足法定的環(huán)保要求，不危機(jī)人們的生命健康，不破壞生態(tài)平衡，并且在產(chǎn)品達(dá)到使用壽命之后也可以進(jìn)行回收和利用。

3.6 應(yīng)用PLC技術(shù)

PLC指的是可編程邏輯控制器，具有的功能有邏輯控制、數(shù)字量化智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控等。當(dāng)前，我國設(shè)計的機(jī)電產(chǎn)品，PLC都配有算數(shù)運(yùn)算和A/D以及D/A轉(zhuǎn)換功能，有些高精密機(jī)電產(chǎn)品甚至有PID功能，閉環(huán)控制模擬量。在控制機(jī)電產(chǎn)品的運(yùn)動和速度方面，應(yīng)用PLC技術(shù)輸出和接受高脈沖，同時配有對應(yīng)的傳感器和伺服設(shè)備。機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)在應(yīng)用PLC技術(shù)之后可以智能控制數(shù)字量，在同時應(yīng)用PLC技術(shù)和可編程序端設(shè)備之后，可以實時采集和現(xiàn)實數(shù)據(jù)，促使設(shè)備管理人員及時統(tǒng)計和分析各種數(shù)據(jù)，進(jìn)而應(yīng)用PLC自檢信號監(jiān)控機(jī)電產(chǎn)品系統(tǒng)。機(jī)電一體化技術(shù)在應(yīng)用PLC技術(shù)之后提高了產(chǎn)品的通信功能，更好的控制運(yùn)動和順序、聯(lián)網(wǎng)通信、處理數(shù)據(jù)等。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國機(jī)電一體化技術(shù)取得了一定的成就，可是相對于發(fā)達(dá)國家還是比較落后。我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展迅速，其中現(xiàn)代工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展更為明顯，研究機(jī)電一體化技術(shù)是非常重要的，推動我國不斷向工業(yè)大國發(fā)展。我國機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢是智能化、集中控制化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化和綠色化，將會給人們的生產(chǎn)和生活帶來很大便利。而在發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)的過程中，也要重視引入和研究新型技術(shù)，對當(dāng)前的技術(shù)格局進(jìn)行改善，更快的達(dá)到國際技術(shù)水平。

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