機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

胡楠 余鵬程

【摘要】隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升和完善，機(jī)電一體化技術(shù)也在不斷發(fā)展，目前在各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)于未來(lái)的機(jī)電一體化技術(shù)，其發(fā)展的結(jié)果是必將實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人的批量生產(chǎn)及應(yīng)用。本文對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化是在生產(chǎn)力發(fā)展、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型學(xué)科，自機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)， 對(duì)工業(yè)生產(chǎn)方式， 企業(yè)管理方法， 人們的生活工作方式，軍事、醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)等各行的技術(shù)改革都產(chǎn)生了巨大影響。隨著時(shí)代的變化，機(jī)電一體化的核心技術(shù)會(huì)不斷完善，就目前來(lái)看，智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、精密化、綠色環(huán)保是機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的親密融合，機(jī)電一體化技術(shù)將會(huì)越來(lái)越完善、在各行業(yè)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

一、機(jī)電一體化技術(shù)的主要功能特性

1、 能夠根據(jù)邏輯程序控制要求完成各種功能，并具備記憶、數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯控制、歷史數(shù)據(jù)分析、信息功能相互轉(zhuǎn)換等功能。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的高性能、多功能化、數(shù)字智能化、網(wǎng)絡(luò)集成化等功能特性。

2、結(jié)構(gòu)緊湊集約化。使機(jī)電產(chǎn)品向著輕、薄、細(xì)、巧等方向迅速發(fā)展，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化集成體系進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用，可以大大提高機(jī)械結(jié)構(gòu)、電控系統(tǒng)間的交互共享性能和兼容性。微機(jī)電一體化設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用，其具有的體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)入到常規(guī)機(jī)械設(shè)備無(wú)法達(dá)到的空間進(jìn)行操作，易于實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、精益化操控，在生物醫(yī)療、軍事、信息等工程領(lǐng)域，具有不可比擬的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。

3、 結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)部的DSP 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以根據(jù)負(fù)荷及設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行工況狀態(tài)，按照預(yù)設(shè)程序要求進(jìn)行調(diào)整與控制，確保設(shè)備長(zhǎng)期工作在最優(yōu)工況，具有明顯的節(jié)能降耗優(yōu)點(diǎn)。

4、 具有遠(yuǎn)程操控、在線監(jiān)測(cè)、自動(dòng)監(jiān)視、自診斷功能，以及一些智能決策等功能，使系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性和性能水平得到大幅度提高。

二、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，不管是構(gòu)造、功能還是在操控精度方面，數(shù)控機(jī)床及數(shù)控技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用效果都十分顯著。例如在構(gòu)造方面，不僅實(shí)現(xiàn)了構(gòu)造的總線式和緊湊型，還實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的模塊化，這主要地應(yīng)用了多CPU和多住總線的體系結(jié)構(gòu)，又如在功能方面，不僅采用了開放性的設(shè)計(jì)，還應(yīng)用WOP 技術(shù)并逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化，加上模塊化的軟件設(shè)計(jì)和應(yīng)用大容量的儲(chǔ)存器，單板機(jī)和單片機(jī)組成的控制機(jī)等，這些都極大地提升了數(shù)控機(jī)床的操控性及技術(shù)精度，為生產(chǎn)更好的產(chǎn)品提供強(qiáng)大機(jī)械技術(shù)支持力度。

2、機(jī)電一體化技術(shù)在CIMS 中的應(yīng)用

CIMS 即計(jì)算機(jī)集成與制造系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，其并不是各分散系統(tǒng)的組合，而是實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)的最優(yōu)化和綜合化，既打破了傳統(tǒng)時(shí)代部門之間存在的界限，基于制造為基干的控制信息流和物流，達(dá)到經(jīng)營(yíng)決策和產(chǎn)品的開發(fā)以及生產(chǎn)的準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)?zāi)酥凉芾碇g結(jié)合的有機(jī)化。

3、機(jī)電一體化技術(shù)在FMS 中的應(yīng)用

FMS 即柔性制造系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，該系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、料盤、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)搬運(yùn)小車等構(gòu)成，其能根據(jù)裝配的需要隨機(jī)隨地按量地生產(chǎn)其能生產(chǎn)的任意弓箭，尤其適用品種多、批量不大且需要頻繁更改等零散零件的生產(chǎn)。

4、機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段的工業(yè)機(jī)器人主要按照示教而重復(fù)某一動(dòng)作或運(yùn)動(dòng)，其對(duì)作業(yè)環(huán)境和對(duì)象的變更缺乏靈活適應(yīng)性；第二階段的工業(yè)機(jī)器人的傳感元件則較為先進(jìn)，能簡(jiǎn)單地獲取作業(yè)環(huán)境和對(duì)象的一般信息，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理與分析而做出判斷，從而反饋動(dòng)作信息并控制動(dòng)作方式，已經(jīng)具備水平較低的職能，且逐步達(dá)到實(shí)用化；而第三階段的工業(yè)機(jī)器人則成為智能化機(jī)器人，不僅具備很多感知給你，而且還能運(yùn)行復(fù)雜化的邏輯思維，并做出正確的判斷與決策，尤其是具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和行動(dòng)的獨(dú)立性，同第五代計(jì)算機(jī)有著十分密切的關(guān)系。

三、 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、 智能化

未來(lái)的機(jī)電一體化技術(shù)，將更加朝著智能化的方向發(fā)展，這是必然的，是時(shí)代發(fā)展的大趨勢(shì)。通過(guò)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就可以看出，人工智能越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用于機(jī)電一體化體系中。人工智能的應(yīng)用，使機(jī)電產(chǎn)品不再是簡(jiǎn)單的機(jī)械，而是具有了自己的職能，它可以模擬人的邏輯方式進(jìn)行思考，進(jìn)行推理判斷和自主決策。隨著科技的進(jìn)步，各種高新技術(shù)被應(yīng)用到生產(chǎn)中，相應(yīng)的，制造自動(dòng)化程度也得以提高。

2、 模塊化

機(jī)械、電子和軟件，這三部分的有機(jī)結(jié)合就構(gòu)成了機(jī)電一體化的產(chǎn)品和技術(shù)。而這三部分之間，又存在著一個(gè)共同的技術(shù)，即模塊化技術(shù)。目前，模塊化技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，通過(guò)運(yùn)用模塊化技術(shù)，可以提高不同產(chǎn)品間的零部件通用化程度，便于對(duì)產(chǎn)品的裝配、維修和擴(kuò)展，從而有效減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本和制造成本。電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化所帶來(lái)的成效無(wú)疑顯著的，意義深遠(yuǎn)。由此，更加可以清楚地看到機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，即以機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為主體的機(jī)電一體化技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向，而規(guī)?；瘜⒊蔀闄C(jī)電一體化企業(yè)快速健康發(fā)展的前提。

3、 網(wǎng)絡(luò)化

電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展深刻地影響科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及日常生活等多個(gè)方面，掀起了驚人的變革，機(jī)電一體化產(chǎn)品也不例外，正在向著網(wǎng)絡(luò)化的方向前進(jìn)。

4、微型化

微型化指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

5、 綠色化

隨著人類對(duì)生存環(huán)境重視程度的加深，綠色化已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的主題。對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，也要注重其綠色化生產(chǎn)，即不對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，并且可以進(jìn)行回收和再利用。近年來(lái)，工業(yè)以膨脹的速度飛速發(fā)展起來(lái)，帶給人們豐富的物質(zhì)享受的同時(shí)，也嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境，自然資源逐年減少，陷入了發(fā)展的危機(jī)。于是，綠色產(chǎn)品概念由此而生，綠色化是時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品對(duì)生態(tài)環(huán)境是無(wú)害的，或者造成的危害極小，具有很高的資源利用率和回收率。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅可以保護(hù)環(huán)境，還可以帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，前景十分光明。

6、 數(shù)字化

控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。

7、 光機(jī)電一體化

在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，促進(jìn)光電技術(shù)和一體化技術(shù)的發(fā)展。作為一項(xiàng)高科技的技術(shù)，光學(xué)技術(shù)有著其他技術(shù)所不具備的自身優(yōu)勢(shì)，通過(guò)運(yùn)用光學(xué)技術(shù)，可以對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)進(jìn)行有效的改進(jìn)。因此，不難看出，光機(jī)電一體化促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)生是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必要產(chǎn)物，也是提高社會(huì)生產(chǎn)力的有效手段，在未來(lái)隨著技術(shù)人員的綜合素質(zhì)的不斷提高，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日益成熟，機(jī)電一體化技術(shù)必定會(huì)實(shí)現(xiàn)更高的價(jià)值。

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