機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探析

李惠強(qiáng)

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，沈陽 110023）

二十世紀(jì)七十年代，“機(jī)電一體化”概念首先被日本學(xué)者提出，該技術(shù)在國(guó)外被稱為“Mechanotronics”，改詞是由“Mechanics”的前半部分和“Electronics”的后半部分組合而成的，表示機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的有效結(jié)合。目前該單詞已經(jīng)被包括中國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家所認(rèn)可，我國(guó)一般將其譯為“機(jī)電一體化技術(shù)”。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域

我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)與其相對(duì)應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，其結(jié)構(gòu)功能以及操作控制精度都已基本滿足生產(chǎn)需求，具體可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)。

首先，結(jié)構(gòu)呈總線式，具有模塊化、緊湊性等特點(diǎn)，采用多CPU和多主總線的體系結(jié)構(gòu)。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有開放性特點(diǎn)，硬件體系結(jié)構(gòu)及其功能層次性、兼容性較高，符合較多接口要求標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地提升了用戶使用效率。

其次，WOP技術(shù)及智能化應(yīng)用比較成熟，可以為數(shù)控機(jī)床編程轉(zhuǎn)向技術(shù)程序，實(shí)現(xiàn)加工過程動(dòng)態(tài)仿真效果，并將相關(guān)技術(shù)引入到在線診斷和模糊控制等智能化機(jī)制當(dāng)中。此外，大容量的存儲(chǔ)器以及應(yīng)用軟件的模塊，能夠有效豐富數(shù)控功能，使CNC系統(tǒng)的控制功能得到了大幅度加強(qiáng)。

最后，可以有效地實(shí)現(xiàn)多過程和多通道控制，換言之，通過一臺(tái)機(jī)床，獨(dú)立完成多項(xiàng)加工任務(wù)。另外，針對(duì)系統(tǒng)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，機(jī)電一體化技術(shù)可以通過系統(tǒng)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的加工功能。機(jī)床控制機(jī)以單板和單片機(jī)為主，機(jī)電一體技術(shù)可以為其制作專用芯片和模板，形成完整的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)。

1.2 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

我們所謂CTMS的實(shí)現(xiàn)并非是將分散系統(tǒng)做簡(jiǎn)單的組合，而是將其整體或是全局性的動(dòng)態(tài)功能結(jié)合起來。這樣既能夠打破原有計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)功能界線，而且，還能對(duì)計(jì)算機(jī)信息流進(jìn)行控制，徹底實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)銷售等功能。針對(duì)企業(yè)的集成度要求不斷提升，機(jī)電一體化技術(shù)可以有效地促進(jìn)企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)要素之間的配置優(yōu)化，從而發(fā)揮各種生產(chǎn)潛力，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價(jià)值。

1.3 工業(yè)機(jī)器人

示教再現(xiàn)機(jī)器人，也是第一代機(jī)器人，該機(jī)器人可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的重復(fù)性動(dòng)作，但對(duì)工作環(huán)境或是作業(yè)對(duì)象往往不能進(jìn)行理解分析，導(dǎo)致示教再現(xiàn)機(jī)器人靈活性及適應(yīng)能力較低。

第二代機(jī)器人附帶極為先進(jìn)的傳感元件，在工作過程中能夠有效獲取作業(yè)環(huán)境或者作業(yè)對(duì)象等比較簡(jiǎn)單的信息，然后再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終將處理數(shù)據(jù)反饋給機(jī)器人，控制其做出一系列應(yīng)對(duì)動(dòng)作，從這點(diǎn)可以看出，這代機(jī)器人已經(jīng)具有智能化功能，且具有一定程度的實(shí)用性。

在這之后，誕生了第三代機(jī)器人，即智能機(jī)器人，該機(jī)器人具有各種感知能力，可以其進(jìn)行較為復(fù)雜的邏輯思維信息輸入，使其能夠獨(dú)體的進(jìn)行作業(yè)。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 智能化

目前機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)電一體化最大的區(qū)別因素就是前者具備智能化功能。這里所指的“智能化功能”，實(shí)際上是對(duì)機(jī)器行為的一種描述，是基于控制理論的一種能夠吸收現(xiàn)代化人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)和心理學(xué)以及生理學(xué)、自主決策的能力，其優(yōu)點(diǎn)是可以完成高精度控制工作。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展速度的提升，人類能夠可以有效運(yùn)用計(jì)算機(jī)技能模擬出來現(xiàn)代化的人工智能功能越來越多，在一些領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)器正在逐步取代人工，因此人工智能化技術(shù)將是機(jī)電一體化技術(shù)未來發(fā)展的重要方向。

2.2 模塊化

目前，利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的生產(chǎn)廠家非常多，想要研制出一種具備標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械接口是非常復(fù)雜困難的。然而機(jī)電一體技術(shù)的模塊化設(shè)計(jì)功能可以實(shí)現(xiàn)以上工作目的，這也是機(jī)械一體化技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。微處理器性能價(jià)格比不斷提升，與此同時(shí)，微機(jī)械電子技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，使得市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種機(jī)電一體化模塊。廠家運(yùn)用這些模塊，往往都能夠快速設(shè)計(jì)和制造出各種各樣機(jī)電一體化產(chǎn)品，所以機(jī)電一體化技術(shù)模塊化是企業(yè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大的重要影響因素。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化

迅速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使社會(huì)、生活以及生產(chǎn)各領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。在此背景下，機(jī)電一體化迎來了發(fā)展的重要階段。譬如像遠(yuǎn)程控制技術(shù)或是監(jiān)視技術(shù)，遍布了人們的生活以及生產(chǎn)領(lǐng)域，帶給人們便利，而遠(yuǎn)程控制的終端技術(shù)只是機(jī)電一體化的一種，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及與發(fā)展，使機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。

3 結(jié)語

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)得到了極其廣泛的應(yīng)用。在未來發(fā)展中，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)該在控制技術(shù)傳感檢測(cè)、伺服傳動(dòng)、機(jī)械技術(shù)相互交叉等方向加大研究力度，實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)多樣化發(fā)展目標(biāo)。