機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探究

劉松炘++王治亮

摘 要：隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日新月異，機(jī)電一體化技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用和推廣。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械與信息控制技術(shù)的有機(jī)融合，有利于提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，從而促進(jìn)企業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?；诖?，本文研究分析了機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討研究了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；數(shù)控；應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得各個(gè)不同學(xué)科之間的交叉滲透更加容易，推動(dòng)了我國(guó)機(jī)械工程領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。機(jī)電一體化技術(shù)是一項(xiàng)綜合運(yùn)用了各種群體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高可靠性性、低能耗的功能價(jià)值的系統(tǒng)工程技術(shù)。因此研究和分析機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)具有十分重要的實(shí)踐意義。

一、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

（一）數(shù)控機(jī)床

我國(guó)數(shù)控機(jī)床經(jīng)過40年的發(fā)展，其數(shù)控技術(shù)在結(jié)構(gòu)、功能操作與控制精度上都實(shí)現(xiàn)了飛速的發(fā)展。第一，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)基本上都是總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，多數(shù)都是用多CPU、多住總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系。第二，數(shù)控機(jī)床的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)大多數(shù)采用開放性、層次性、兼容性的設(shè)計(jì)，以期最大程度的實(shí)現(xiàn)用戶的使用效益。第三，數(shù)控機(jī)床大多數(shù)應(yīng)用WOP技術(shù)和實(shí)現(xiàn)了智能化。數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)通過應(yīng)用和引進(jìn)在線診斷、模糊控制等智能方法，最終實(shí)現(xiàn)了二、三維加工過程的動(dòng)態(tài)仿真。第四，為了豐富數(shù)控機(jī)床的功能和增強(qiáng)CNC系統(tǒng)的控制力度，數(shù)控機(jī)床中大量使用了大容量的儲(chǔ)存器和模塊化的軟件設(shè)計(jì)。第五，機(jī)電一體化技術(shù)的在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了多過程、多渠道的智能控制，實(shí)現(xiàn)了刀具檢測(cè)、物料搬運(yùn)等操作。第六，機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的使用加強(qiáng)了系統(tǒng)組合以及加工系統(tǒng)的能力。

（二）柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)也是一種典型的應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的組成部分主要包括計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等。柔性制造系統(tǒng)將常被使用于多品種、中小批量、設(shè)計(jì)頻繁的零件批量生產(chǎn)過程中，大多數(shù)都依靠客戶的使用需求進(jìn)行隨機(jī)的、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)。

（三）分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)是指通過使用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)測(cè)控計(jì)算機(jī)或者智能控制單元進(jìn)行操作指揮。分布式控制系統(tǒng)大多數(shù)分為兩級(jí)、三級(jí)或者更多級(jí)。通過將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生成過程的集中操作和管理等過程。近年來(lái)測(cè)控技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，分布式控制系統(tǒng)也擁有了越來(lái)越強(qiáng)大的功能，不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以進(jìn)行生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)調(diào)度和生產(chǎn)計(jì)劃管理，最終形成一種可以同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、管理的綜合系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)主要包括多功能、高可靠性、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、故障影響小等，另一方面分布控制系統(tǒng)還具有連鎖保護(hù)的功能，實(shí)現(xiàn)了人工手動(dòng)控制系統(tǒng)故障，很大程度上提高了分布式控制系統(tǒng)自身的可靠性和安全性，也正是因?yàn)檫@樣分布式控制系統(tǒng)逐漸成為世界上目前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要形式。

（四）工業(yè)機(jī)器人

在新的機(jī)電一體化技術(shù)出現(xiàn)之前，第一代工業(yè)機(jī)器人只能依靠示教內(nèi)容進(jìn)行純粹簡(jiǎn)單的重復(fù)運(yùn)動(dòng)，在面對(duì)不同的環(huán)境和使用情景時(shí)不能靈活變通額運(yùn)用，因此具有十分明顯的不足。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和改進(jìn)，第二代新的工業(yè)機(jī)器人安裝了先進(jìn)的傳感電子元件。機(jī)器人在工作時(shí)可以通過簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)計(jì)算和分析做出相應(yīng)的判斷，從而做出動(dòng)作或者實(shí)現(xiàn)反饋。但是不可忽視的是，第二代工業(yè)機(jī)器人的智能化還不是很高，只是僅僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。第三代工業(yè)機(jī)器人也就是我們常說的現(xiàn)代智能機(jī)器人，它具有各種不同的感知功能，可以在各種操作環(huán)境中進(jìn)行復(fù)雜的、獨(dú)立的邏輯思維、判斷與決策。

（五）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)不僅僅是將現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合拼接，而是打破原有系統(tǒng)之間的限制和界限，尋求系統(tǒng)全局動(dòng)態(tài)的最優(yōu)結(jié)果。計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)一般依靠制造過程實(shí)現(xiàn)對(duì)物流和信息流的控制，從而保證了產(chǎn)品的經(jīng)營(yíng)決策、開發(fā)生產(chǎn)、生產(chǎn)試驗(yàn)以及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等過程的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)生產(chǎn)要素之間的優(yōu)化配置，使得各種生產(chǎn)要素的潛力可以被最大程度的挖掘和發(fā)揮。

二、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

第一，智能化是2l世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。智能化主要是指提高機(jī)電產(chǎn)品的智能，增加機(jī)電產(chǎn)品的實(shí)用性。機(jī)電一體化技術(shù)的智能化主要包括機(jī)器人智能化和數(shù)控機(jī)床的智能化。在未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過使用高性能、高速度的處理器一定能實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的高級(jí)智能和類似與人的邏輯思考能力。第二，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)必將實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的互相結(jié)合。網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制和檢測(cè)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得人們可以足不出戶就感受到各種高科技帶來(lái)便捷。由此可見，機(jī)電一體化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化必然是其發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)之一。第三，微型化是指機(jī)電一體化技術(shù)在將來(lái)會(huì)不斷向微型機(jī)器或微型領(lǐng)域發(fā)展。隨著人們對(duì)高新技術(shù)不斷微型化的追求，在軍事、生物醫(yī)療以及信息處理等方面人們會(huì)越來(lái)越傾向于微型的設(shè)備和產(chǎn)品。這也就是說機(jī)電一體化技術(shù)的微型化是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。第四，系統(tǒng)化是機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)化使得總線結(jié)構(gòu)更加開放式和模塊化，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)之間的任意組合，保證了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和綜合管理。因此如何實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品更多系統(tǒng)、綜合的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展方向。第五，當(dāng)今時(shí)代的一大主題就是綠色環(huán)保，因此綠色環(huán)?；厝粚⒊蔀闄C(jī)電一體化技術(shù)的又一發(fā)展趨勢(shì)。綠色環(huán)保的產(chǎn)品有利于提高對(duì)資源利用效率，有利于減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。這也決定了未來(lái)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展必然將實(shí)現(xiàn)資源與能源高效利用的綠色環(huán)保化。

三、小結(jié)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)業(yè)以及現(xiàn)代制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。機(jī)電一體化技術(shù)與各個(gè)行業(yè)和各種技術(shù)都實(shí)現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合，并且這種互相融合的趨勢(shì)也越來(lái)越廣泛。除此之外，機(jī)電一體化技術(shù)必將朝著更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、系統(tǒng)化、綠色化的方向發(fā)展，從推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)更大的效益。

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