探究機(jī)電一體化控制系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

霍偉

摘要：社會(huì)的發(fā)展推動(dòng)機(jī)器制造業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在大部分的企業(yè)都是使用設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，機(jī)電一體化生產(chǎn)技術(shù)提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及質(zhì)量。尤其是隨著工業(yè)產(chǎn)品附加值的不斷增加，其產(chǎn)品精度的要求越來越高，加速了工業(yè)生產(chǎn)流程的復(fù)雜化，并對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)功能提出了更高要求。為此需要技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化的研究，進(jìn)一步提升機(jī)電一體化技術(shù)的性能。筆者作為的該領(lǐng)域的從業(yè)人員，從機(jī)電一體化控制系統(tǒng)入手，對(duì)系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;控制系統(tǒng);開放體系結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);應(yīng)用

引言

機(jī)電一體化技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)合技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)能提高系統(tǒng)的附加值、完善系統(tǒng)功能、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性、節(jié)省原材料，并減少產(chǎn)品的體積和重量?，F(xiàn)階段，世界各國(guó)都十分重視機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展，通過微電子技術(shù)的使用，賦予系統(tǒng)更多的功能，應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)品與人們的實(shí)際需求相契合，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，其意義十分重大。筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)知識(shí)對(duì)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行研究，希望可以推動(dòng)機(jī)電一體化的發(fā)展。

1機(jī)電一體化的介紹

1.1機(jī)電一體化的含義

機(jī)電一體化在機(jī)械制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，一體化系統(tǒng)組成部分較多，簡(jiǎn)單來說就是由多個(gè)子系統(tǒng)集合組成的系統(tǒng)。普通機(jī)械加持計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，使其機(jī)械系統(tǒng)具備自動(dòng)處理和控制能力。目前，機(jī)電一體化也得到了大范圍的推廣和應(yīng)用，并且在機(jī)械制造業(yè)等行業(yè)中具有不可取代的地位。但是由于起步較晚，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的時(shí)間較短，仍處于發(fā)展的階段，需要在應(yīng)用的過程中不斷加強(qiáng)其技術(shù)的優(yōu)化和完善。

1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類型

系統(tǒng)設(shè)計(jì)類型分為兩個(gè)方面一是開發(fā)性設(shè)計(jì)，二是適應(yīng)性設(shè)計(jì)。發(fā)性設(shè)計(jì)指的是在設(shè)計(jì)過程中，沒有可以參照的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)人員需要將抽象的設(shè)計(jì)原理和要求作為依據(jù)，設(shè)計(jì)出全新的系統(tǒng)。適應(yīng)性設(shè)計(jì)則是在保持原有方案原理的前提下，更改現(xiàn)有的產(chǎn)品，并使用微電子技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行替代，以增強(qiáng)系統(tǒng)的附加值。

2應(yīng)用機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)

2.1機(jī)械設(shè)備性能提高

機(jī)電一體化中融合了很多不同的技術(shù)，這些技術(shù)在組合應(yīng)用后創(chuàng)造出了新的效能，隨著時(shí)間的推移其內(nèi)部系統(tǒng)更加優(yōu)化，突破了傳統(tǒng)模式下技術(shù)的單一性和單方向的局限，集結(jié)了多種技術(shù)，使其相互配合和協(xié)作，所以在一定程度上提高了工作的性能，呈現(xiàn)出技術(shù)先進(jìn)性的特點(diǎn)。而且隨著研究的深入，機(jī)電一體化還將獲得更大的發(fā)展，會(huì)在不同領(lǐng)域中發(fā)揮更重要的作用。

2.2機(jī)械維護(hù)方便

機(jī)電一體化設(shè)備作為電子設(shè)備，在應(yīng)用的過程中難免會(huì)產(chǎn)生損耗，如果損耗不能及時(shí)解決，就會(huì)影響設(shè)備的整體性能，甚至?xí)?duì)設(shè)備造成永久性的損害，增加企業(yè)費(fèi)用支出。機(jī)電一體化技術(shù)通過其自身的性能即自動(dòng)化以及監(jiān)測(cè)的功能，可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，機(jī)械工程中所存在的故障問題，一些輕度故障，其能夠采取自動(dòng)化的措施進(jìn)行處理，而在嚴(yán)重故障問題時(shí)，機(jī)電一體化的內(nèi)部系統(tǒng)則會(huì)作出預(yù)警反應(yīng)，使工作人員能夠及時(shí)維修，所以有助于機(jī)械的調(diào)試與養(yǎng)護(hù)。

3機(jī)電一體化控制系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)層的開放設(shè)計(jì)

系統(tǒng)層主要由兩個(gè)系統(tǒng)組成，一是軟件系統(tǒng)，另一個(gè)就是硬件系統(tǒng)。根據(jù)不同的產(chǎn)品和不同的組合，把系統(tǒng)軟件固化在系統(tǒng)硬件的ROM中，因此在軟件執(zhí)行模式的基礎(chǔ)上，還可根據(jù)軟件系統(tǒng)的操作形式，將軟件操作系統(tǒng)在RAM中運(yùn)行，或者直接在ROM中操作。

3.2應(yīng)用層的開放設(shè)計(jì)

應(yīng)用軟件層可以為操作人員提供良好的人機(jī)界面，可以將一些無關(guān)聯(lián)的設(shè)備聯(lián)系到一起，還可以提供資源管理程序的操作系統(tǒng)接口。對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行開放性的設(shè)計(jì)，這樣可以進(jìn)行開放性的控制。

3.3接口控制層的設(shè)計(jì)

接口控制層的控制任務(wù)比較復(fù)雜，需要實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制，除了硬件和系統(tǒng)層需要進(jìn)行有效的連接外，還要和標(biāo)準(zhǔn)電氣端口及外部設(shè)備進(jìn)行連接。接口設(shè)計(jì)關(guān)系子系統(tǒng)的連接效果，一般情況下，機(jī)械接口較為常用，是承擔(dān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感元件和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間連接的主要接口。

3.4試制與調(diào)試

在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試和試制十分重要，是檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果必不可少的步驟，通過隨機(jī)抽樣的方式對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行全面細(xì)致的檢查，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以免在投入使用后造成生產(chǎn)問題，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4機(jī)電一體化的應(yīng)用

4.1機(jī)械制造

機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)的重要組成，傳統(tǒng)工作模式下以人工操作為主，并且受其影響較為明顯。隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，機(jī)電一體化的應(yīng)用提升了制造速度，尤其是人工智能技術(shù)的應(yīng)用，將工作人員的思維植入其中，通過仿真模擬的方式，推動(dòng)著機(jī)械制造數(shù)字化發(fā)展。借助傳感器融合技術(shù)，模擬機(jī)械制造的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程，并搜集相關(guān)的反饋數(shù)據(jù)，以此為參考結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行調(diào)整，從而為機(jī)械制造的再優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

4.2數(shù)字控制

利用數(shù)字化信息可以對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行全面控制，現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展要求設(shè)備可以自動(dòng)化生產(chǎn)，但是又不能局限于單一的機(jī)械化生產(chǎn)。同時(shí)還需具備一定的知識(shí)處理能力，以便于結(jié)合實(shí)際情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整產(chǎn)品動(dòng)態(tài)加工路徑。智能控制的運(yùn)用還包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，其關(guān)鍵作用在于補(bǔ)差計(jì)算，并基于自身強(qiáng)大的自適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件加工位置的增益調(diào)節(jié)。

4.3建筑工程

建筑工程中也廣泛應(yīng)用到機(jī)電一體化的技術(shù)，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，建筑行業(yè)獲得了更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用提升了建筑的施工速度，提高了建筑的整體性能。例如機(jī)電一體化中融入智能控制后照明通信系統(tǒng)中，智能控制實(shí)現(xiàn)了建筑小區(qū)及主體之間的互聯(lián)網(wǎng)通信，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控每位用戶的通信線路運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)故障及其他問題，即可迅速做出精準(zhǔn)高效的維修反應(yīng)，提高其運(yùn)行安全。

4.4工業(yè)機(jī)器人

當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中也開始大量應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人可以根據(jù)指令進(jìn)行重復(fù)操作，其可以根據(jù)環(huán)境以及對(duì)象的變化做出調(diào)整。而且智能技術(shù)的融入提升了機(jī)器人的可視化能力，具備超強(qiáng)的計(jì)算能力、辨識(shí)能力以及執(zhí)行能力等。將智能控制技術(shù)與機(jī)器人的視覺系統(tǒng)相連，使之通過自帶傳感器來感應(yīng)周邊事務(wù)，并躲避障礙物，使之動(dòng)作看起來更加協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，一定程度上解決了人工勞動(dòng)量大、效率低等問題。

結(jié)束語：隨著時(shí)代的發(fā)展，推動(dòng)了各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，在一定程度上加快了現(xiàn)代化建設(shè)的步伐。機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家的產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了重要的地位，其發(fā)展受到了國(guó)家的廣泛關(guān)注。機(jī)電一體化技術(shù)作為機(jī)械制造業(yè)核心技術(shù)，對(duì)其發(fā)展具有重要意義，要想促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，就需要進(jìn)一步發(fā)展、完善機(jī)電一體化技術(shù)。由于我國(guó)的國(guó)情以及機(jī)電一體化的內(nèi)部特點(diǎn)，導(dǎo)致機(jī)械制造業(yè)仍處于發(fā)展的階段，但是在技術(shù)人員的共同努力下該技術(shù)會(huì)向更高的層次發(fā)展。本文對(duì)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的探究還存在很大的不足，日后還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行研究、分析。

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