機電一體化的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景

楊志國

（鄭州自動化研究所，河南 鄭州 450006）

1 機電一體化的技術(shù)現(xiàn)狀研究

（1）計算機數(shù)控機床技術(shù)。計算機數(shù)控機床技術(shù)是由專用計算機或者相關(guān)電子裝置實現(xiàn)控制整個設(shè)備運轉(zhuǎn)的高效率工作的自動化機床設(shè)備。機床未來發(fā)展的趨勢的一種呈現(xiàn)，綜合應(yīng)用了計算機和自動控制，乃至精密測量和機械設(shè)計等方面的最高技術(shù)成就，是機電一體化的典型產(chǎn)品，預(yù)示著其未來發(fā)展。數(shù)控機床計算發(fā)展至今已經(jīng)經(jīng)歷了五代更替與進化，從電子管數(shù)控到晶體管數(shù)控，再到計算機和微型計算機數(shù)控等階段。計算機數(shù)控技術(shù)不僅影響著計算機研究技術(shù)和機電一體化技術(shù)的進步和功能突破，同時也對國民經(jīng)濟發(fā)展提供了重要力量。微電子技術(shù)經(jīng)過了十幾年的發(fā)展，獲得了卓越的發(fā)展成就，實現(xiàn)了計算機數(shù)控技術(shù)的高度自動化，即機械加工中心也獲得飛速發(fā)展。

（2）工業(yè)機器人技術(shù)。人類在科技技術(shù)飛速進步的推動下，即將進入智能機器人的時代，而機器人的技術(shù)使用已經(jīng)具有一定的歷史了。工業(yè)機器人的模擬救贖很強，按照人類的手臂等動作，以及遵循了預(yù)定程序和軌跡實現(xiàn)相關(guān)要求，進行抓取乃至搬運等操作的自動化的裝置設(shè)置，是發(fā)展前景最好的一種機電一體化的典型產(chǎn)品設(shè)備，實現(xiàn)了柔性自動化生產(chǎn)，在惡劣的環(huán)境中大大提升了生產(chǎn)效率，也提高了生產(chǎn)質(zhì)量。機器人技術(shù)的使用和發(fā)展，讓機器人構(gòu)造產(chǎn)生更大的實用效果，并在適用范圍上做出了擴展，并在虛擬軸的技術(shù)裝備上做了相關(guān)技術(shù)改進。

（3）先進制造系統(tǒng)。制造系統(tǒng)是機電一體化程序中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，意味著大量的制造將因此而誕生，對技術(shù)的革新和加工設(shè)備的改進都產(chǎn)生著總會要的機動作用，發(fā)揮著整體運作系統(tǒng)向前進步，也為自動化設(shè)備的豐富和完善提供了充足的準備。在當前先進的制造系統(tǒng)有很多，用到機電一體化領(lǐng)域的基本上有柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性生產(chǎn)線等集中。第一種與加工中心發(fā)生關(guān)系，通過交換工作裝置實現(xiàn)相關(guān)工作行為，在數(shù)控技術(shù)中也加工和實現(xiàn)了自動檢測和公款自動控制等功能。而柔性制造系統(tǒng)是由柔性制造單元構(gòu)成的，實現(xiàn)了基礎(chǔ)化運作和獨立的加工設(shè)備，在制造單元的進展速度上發(fā)展十分驚人。柔性制造系統(tǒng)的柔性單元的組成數(shù)量大體在15臺左右的機床裝置為為主，配合有輸送裝置、搬運小車、自動化的儲料所和生產(chǎn)系統(tǒng)乃至設(shè)備等。當下，全世界可擁有的柔性制造系統(tǒng)的選擇范圍很廣，發(fā)展很更新速度也非?？欤哂袠O其良好的社會和經(jīng)濟價值，在加工數(shù)量和質(zhì)量的能維持穩(wěn)定的情況下，單機的使用率至少要在原有基礎(chǔ)提升百分之二十，而我國第一條柔性制造單元是在北京機床研究所的研究和制作下完成的，是歷史性的舉措。

（4）汽車的機電一體化技術(shù)應(yīng)用。汽車的機電一體化的技術(shù)應(yīng)用是按照微機為核心的技術(shù)改良進行的，其中的自動控制功能較強，改善了汽車內(nèi)部的性能，實現(xiàn)汽車功能多元化發(fā)展。同時也做到汽車耗能降低，排氣減少，安全性能增強，操作更加方便等功效。研究和技術(shù)控制的重點在于汽車行駛過程中發(fā)動機的點火以及燃油噴射，乃至空燃比以及廢氣的再次循環(huán)等環(huán)節(jié)，燃燒的更加充分，也讓排氣少，降低污染，實現(xiàn)節(jié)能；汽車的行駛變速排氣凈化得到控制之后，行駛狀態(tài)更加優(yōu)良，增加了用戶的舒適體驗；此外，還對汽車的防滑制動以及防碰撞方面得到很大程度的技術(shù)改進，以增強行駛過程中的安全性能；汽車內(nèi)部裝置的自動空調(diào)以及相關(guān)控制裝置的技術(shù)提升，方便了用戶的同時，也使之更加享受開車的過程。汽車的一體化的技術(shù)的研究一直在進行，并且逐步從研究領(lǐng)域搬上實踐平臺，獲得了技術(shù)水平的大飛躍。

（5）智能控制系統(tǒng)。智能化發(fā)展是未來的發(fā)展趨勢，社會的各領(lǐng)域都將采用這一技術(shù)手段。而智能控制主要由人工智能和自動控制兩部分組合而成，在目標創(chuàng)造上更傾向于人做相關(guān)智能性的操作?？萍嫉陌l(fā)展是人工智能按照不同路徑和領(lǐng)域?qū)Υ竽X的探索和重新發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)模擬路徑，并應(yīng)用到智能程序中，或采取人工智能控制系統(tǒng)表現(xiàn)出來。智能控制技術(shù)在最近幾年獲得了長足進步，在各個機電設(shè)備和建設(shè)工程等領(lǐng)域都有廣泛的普及。

2 機電一體化的發(fā)展應(yīng)用前景

（1）計算機集成制造系統(tǒng)研究。計算機集成制造系統(tǒng)還是計算機信息系統(tǒng)在優(yōu)勢環(huán)境下的產(chǎn)物，是依靠計算機應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)的。企業(yè)在應(yīng)對飛速變化的市場面前，必須要尊重市場各個環(huán)節(jié)要素，尤其要關(guān)注技術(shù)要素。產(chǎn)品從生產(chǎn)到設(shè)計到制作到完成，整個過程和以及背后的服務(wù)環(huán)節(jié)，都可看做是一個信息傳遞、整合、加工、呈現(xiàn)的過程，是計算機集成制造系統(tǒng)的全面使用。在此過程中，要加強人機合作，實現(xiàn)一體化運作，并強化控制領(lǐng)域的硬件和軟件的綜合使用。當計算機輔助設(shè)計和輔助制造乃至硬件有機結(jié)合的時，基本的控制領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)才能逐步發(fā)揮出來，實現(xiàn)數(shù)字化和自動化，以及全面柔性處理以及全局優(yōu)化。

（2）智能制造技術(shù)系統(tǒng)。發(fā)揮人類專家和智能機器人綜合功能，實現(xiàn)一體化運作，只能制造技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。專家在理論研究和實踐操作領(lǐng)域都有專業(yè)化的水平和能力，有效的人機組合就是依靠專家的指導(dǎo)，實現(xiàn)機器技術(shù)運轉(zhuǎn)的過程，是二者的密切配合，而不是機器完全取代人。智能制造系統(tǒng)在很強的自律能力和組織系統(tǒng)乃至優(yōu)化水平中獲得相關(guān)技術(shù)的修正，以實現(xiàn)更大程度的提升空間。在這些方面西方發(fā)達國家做出了特別的研究和卓越的貢獻。

（3）精益生產(chǎn)方式和敏捷制造技術(shù)。精益生產(chǎn)方式主要依靠人的力量，簡化了技術(shù)手段，實現(xiàn)最大化的利益目標。為了確保生產(chǎn)力技術(shù)的革新和進步，實現(xiàn)及時化以及全面性的生產(chǎn)，組成質(zhì)量管理系統(tǒng)。為有效簡化企業(yè)的組織和發(fā)展機構(gòu)作出相關(guān)性服務(wù)，完善技術(shù)開發(fā)和使用過程，實現(xiàn)零件簡化制造、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

蘊P從產(chǎn)業(yè)和集團出發(fā)，局現(xiàn)性相對比較強，在企業(yè)和地域乃至全球制造技術(shù)的大跨越和大發(fā)展中實現(xiàn)敏捷的制造技術(shù)，完成技術(shù)發(fā)展目的。市場的變化和發(fā)展使虛擬制造系統(tǒng)運用到產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域之中，實現(xiàn)敏捷性以及人與技術(shù)和管理、機器優(yōu)化組合，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間的技術(shù)開發(fā)和工程管理。

（4）快速零件制造技術(shù)。零件是制造系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)，也是機電一體化技術(shù)的研究方向。加工的成型設(shè)備無需專用夾具以及通用機器，在較少加工領(lǐng)域中實現(xiàn)人工干預(yù)的可能性更大，由CAD軟件設(shè)計零件的三維實體模型的數(shù)字模型組建和發(fā)揮作用。零件加工要求極高的工藝，實現(xiàn)三維平面的轉(zhuǎn)化以及數(shù)字化加工處理，獲得更高層次的加工技術(shù)的提升，為技術(shù)融合提供基礎(chǔ)，零件加工是最前沿的技術(shù)手段，也是零件制造的新發(fā)展方向。

（5）新時代新的制造模式及技術(shù)發(fā)展前景。制造模式在科技進步和知識普及的過程中獲得了更大地提高和認識，為其獲得更大發(fā)展提供了基礎(chǔ)。制造的獲得成功，不僅需要技術(shù)和作業(yè)方式等內(nèi)容的突破，以及按照質(zhì)量和數(shù)量乃至?xí)r間來完成相關(guān)工作，做庫存和設(shè)備故障、廢品、污染等方面全部清零的狀況，實現(xiàn)以技術(shù)中心向人的角度發(fā)展和過渡。新時代新的制造模式已經(jīng)逐步多層管理向網(wǎng)絡(luò)化管理，從順序工作方式想固定組織加工的敏捷制造方式開始了轉(zhuǎn)變，質(zhì)量成為市場考查和要求的唯一標準。應(yīng)用技術(shù)和投資項目的選擇與評價從某種意義上促進了機電一體化技術(shù)研究的進步。

3 結(jié)語

機電一體化技術(shù)已在機械技術(shù)和微電子技術(shù)、信息技術(shù)等發(fā)展的基礎(chǔ)上獲得了更大程度的進步，成為綜合性技術(shù)手段。發(fā)展過程也是不斷技術(shù)更新和使用的過程，同樣也是人們認知不斷加強的過程，逐步具有了更加鮮明的技術(shù)特點和發(fā)展方向，諸如人工智能的進駐、人機合作模式的展開、高科技技術(shù)的使用等。逐步實現(xiàn)機電一體化技術(shù)向電子化、智能化、系統(tǒng)化、可控化、綜合化等綜合性的方向發(fā)展。

參考文獻

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