機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用探究與未來(lái)發(fā)展

何夢(mèng)冉

(泰山學(xué)院機(jī)械與建筑工程學(xué)院 山東泰安 271000)

機(jī)電一體化是20世紀(jì)以來(lái)興起的一門(mén)新興學(xué)科。它集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、電子、信息、微電子科學(xué)等多學(xué)科于一體，對(duì)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展特別是智能制造的發(fā)展發(fā)揮了十分重要的作用。隨著20世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)的新理論、新思想不斷碰撞，使新技術(shù)、新工藝層出不窮，并且在應(yīng)用上不斷取得了新的進(jìn)展與突破。機(jī)電一體化技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。它使制造業(yè)煥發(fā)出勃勃生機(jī)，推動(dòng)了制造業(yè)的變革，有效地提高了制造效率和制造質(zhì)量，對(duì)推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用。

一、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

(一)工業(yè)智能機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)械裝置。機(jī)電一體化在智能制造中最基礎(chǔ)的應(yīng)用便是工業(yè)智能機(jī)器人。它應(yīng)用多種先進(jìn)的技術(shù)，集成人工智能技術(shù)、仿生學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，可以按設(shè)計(jì)程度操作，也可以按照預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人可以代替人工從事危險(xiǎn)的操作，如進(jìn)行海底探礦、地震救人等。它的使用大大減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作質(zhì)量和效率。

(二)傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中最關(guān)鍵的技術(shù)。其具備很強(qiáng)的敏捷性與高度的精確性，可以預(yù)防雜亂信號(hào)對(duì)主體設(shè)備的干擾。因此，它幾乎涉及現(xiàn)代文明的所有科學(xué)技術(shù)。機(jī)電一體化模式中的傳感技術(shù)比普通傳感器的效果更好，在智能制造中發(fā)揮了極強(qiáng)的作用，且效果十分明顯。它可以遠(yuǎn)程使用、可以代替工人檢測(cè)，同時(shí)展現(xiàn)超越人工的可靠性、靈敏度和精確度，可以有效避免各種誤差。

(三)數(shù)控加工

所謂數(shù)控加工(numerical control machining)，是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法。數(shù)控機(jī)床加工能夠有效提高傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝能力。機(jī)電一體化技術(shù)是最早被應(yīng)用到數(shù)控加工工作中的。它的應(yīng)用旨在用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機(jī)械加工，可以提高加工的質(zhì)量和精度，也可以提高機(jī)械加工的效率。

(四)自動(dòng)生產(chǎn)線

當(dāng)前，我國(guó)多數(shù)制造企業(yè)均采用了自動(dòng)生產(chǎn)線，其主要是由自動(dòng)化機(jī)器體系完成產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。該生產(chǎn)線自動(dòng)地由一臺(tái)機(jī)床傳送到另一臺(tái)機(jī)床，并由機(jī)器自動(dòng)地進(jìn)行加工、裝卸、檢驗(yàn)等。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用使操作人員的工作變成為自動(dòng)生產(chǎn)線的調(diào)整、監(jiān)督和管理者，而不直接參與操作、生產(chǎn)過(guò)程。

二、機(jī)電一體化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展還處于初級(jí)階段，在應(yīng)用中也存在不少薄弱環(huán)節(jié)，未來(lái)發(fā)展主要體現(xiàn)出“五大”趨勢(shì)。

(一)微型化

微型化即是指機(jī)電一體化向著微型領(lǐng)域發(fā)展。微型化是機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展方向。隨著時(shí)代的發(fā)展，智能機(jī)器設(shè)備的體積、尺寸要適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。因?yàn)殡娔X的體積正在逐漸縮小，微型計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等相繼出現(xiàn)。所以，與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電一體化技術(shù)也需要向微型方面發(fā)展。

(二)數(shù)字化

微控制器不斷發(fā)展，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，使數(shù)字形式的設(shè)計(jì)以及制造得到相應(yīng)的發(fā)展。數(shù)字化是Mechatronics技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)趨勢(shì)，可以讓機(jī)電產(chǎn)品在設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)中更加具有可靠性和便于操作性。

(三)智能化

機(jī)電一體化技術(shù)需要具有多功能的智能，能夠自動(dòng)進(jìn)行邏輯思考、推理和內(nèi)容判斷，同時(shí)能夠進(jìn)行自主形式的決策。例如，在CNC數(shù)控機(jī)床中增加人機(jī)方面的對(duì)話，讓機(jī)械制造向著更加智能化的方向發(fā)展。隨著諸如灰色理論，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能領(lǐng)域的發(fā)展，設(shè)計(jì)者要讓機(jī)電一體化技術(shù)更為科學(xué)、更為高效。相關(guān)企業(yè)通過(guò)這些技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量更好。

(四)人性化

機(jī)械產(chǎn)品最終是要服務(wù)于人們的。為此，設(shè)計(jì)者要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行人性化的設(shè)定，增添一些人類(lèi)情感方面的智能。因?yàn)闄C(jī)電一體化產(chǎn)品的使用對(duì)象是人，所以，機(jī)電一體化技術(shù)要賦予人的智能和情感，為人們提供更人性化、便利化的服務(wù)。機(jī)電一體化技術(shù)除了要完善主要的功能外，還要提高其對(duì)環(huán)境、聲音、人們情感的閱讀能力，提高交互性能，讓服務(wù)對(duì)象感覺(jué)到接受服務(wù)是一種藝術(shù)享受。比如，家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

(五)自動(dòng)化

機(jī)電一體化技術(shù)在實(shí)現(xiàn)以上性能的同時(shí)，也要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作程度的提升。機(jī)電一體化技術(shù)主要的目的就是進(jìn)行自動(dòng)操作，如果其應(yīng)用的范圍擴(kuò)展，而擴(kuò)展的原因就是自動(dòng)操作程序的提升。在短時(shí)間內(nèi)，機(jī)電一體化技術(shù)只能由人工來(lái)編輯基本的程序，然后由操作員按開(kāi)始鍵操作。如果自動(dòng)操作的目標(biāo)是電腦，就可以不需要人多次編輯程序代碼，而自動(dòng)進(jìn)行操作，這是研究人員需要進(jìn)行研究的。同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)的自動(dòng)操作程序提升之后，體系也會(huì)更加完備。從現(xiàn)在對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的研究情況來(lái)看，未來(lái)機(jī)電一體化技術(shù)將具有更智能的程序，讓人們可以隨意進(jìn)行組合，靈活性更強(qiáng)。

三、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)電一體化作為一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的技術(shù)學(xué)科，在高科技企業(yè)中特別是在智能制造中起到了重要的作用。并且，各種高新技術(shù)的相互融合也使機(jī)電一體化技術(shù)越來(lái)越強(qiáng)大，其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。