機(jī)電一體化與電子技術(shù)的發(fā)展研究

黃志堅(jiān)

（浙江捷創(chuàng)智能技術(shù)有限公司，貴州 貴陽 550018）

0 引 言

近年來，科學(xué)技術(shù)日新月異，促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)的不斷前進(jìn)。機(jī)電一體化技術(shù)和電子技術(shù)在發(fā)展過程中逐漸呈現(xiàn)出有效結(jié)合的特征，使得電力產(chǎn)業(yè)開始朝著智能化、綠色化及模塊化方向發(fā)展，可滿足我國可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的要求，有利于提高相關(guān)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。鑒于此，系統(tǒng)思考和分析機(jī)電一體化與電子技術(shù)未來的發(fā)展勢態(tài)及其具體應(yīng)用顯得尤為必要。

1 機(jī)電一體化的定義

所謂機(jī)電一體化技術(shù)，涵蓋了電子技術(shù)、信息化技術(shù)、機(jī)械化技術(shù)、傳感器技術(shù)及微電子技術(shù)等不同類型的技術(shù)，通過有效結(jié)合上述技術(shù)，以達(dá)到良好的應(yīng)用效果。機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)備可以運(yùn)用于很多不同的行業(yè)領(lǐng)域。從以往有關(guān)理論方面的研究情況來看，它主要體現(xiàn)出一定的系統(tǒng)功能特征。通過針對(duì)各個(gè)構(gòu)成部分加以系統(tǒng)分析，使得相關(guān)構(gòu)成部分得到融合，從而有助于有序開展相關(guān)工作。依靠系統(tǒng)內(nèi)的信息流動(dòng)方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微電子系統(tǒng)程序的科學(xué)管控，以便確保運(yùn)動(dòng)形式的科學(xué)性[1]。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展勢態(tài)

2.1 發(fā)展勢態(tài)分析

從未來的發(fā)展勢態(tài)來看，國內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)表現(xiàn)出智能化、綠色化及模塊化等多方面特征。比如，科學(xué)利用自動(dòng)化管控技術(shù)、微電子技術(shù)的相關(guān)機(jī)電一體化產(chǎn)品，能夠達(dá)到智能化管控和操作技術(shù)效果，體現(xiàn)出一定的高效性。當(dāng)機(jī)電一體化技術(shù)朝著模塊化方向生產(chǎn)后，加上統(tǒng)一化的生產(chǎn)規(guī)定，能夠保證機(jī)電一體化生產(chǎn)質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率。目前，機(jī)電一體化生產(chǎn)以落實(shí)我國相關(guān)節(jié)能減排政策作為主要目的，提高相關(guān)資源的利用率，有助于減輕帶給自然環(huán)境的污染，同時(shí)加大對(duì)綠色節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)力度，結(jié)合市場實(shí)際的需要情況，科學(xué)設(shè)計(jì)更加多樣化的節(jié)能型產(chǎn)品，以便達(dá)到機(jī)電設(shè)備和自然環(huán)境的共同發(fā)展[2]。

2.2 發(fā)展的行業(yè)領(lǐng)域說明

對(duì)于我國來說，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展以材料、性能和造型等不同領(lǐng)域作為主要的研究內(nèi)容。從造型設(shè)計(jì)的角度而言，機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅應(yīng)該確保相應(yīng)的性能和質(zhì)量，而且應(yīng)該通過不斷改進(jìn)產(chǎn)品外觀造型，借助先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)以滿足不同用戶的需要。從材料應(yīng)用的角度來說，機(jī)電一體化技術(shù)在發(fā)展過程中涉及到智能、陶瓷、高分子等不同類型的材料，具有明顯的耐腐蝕和耐高溫特點(diǎn)。從性能創(chuàng)新的視角而言，依靠機(jī)電一體化產(chǎn)品能夠滿足市場中不同的需要，加大對(duì)產(chǎn)品各項(xiàng)功能的開發(fā)和創(chuàng)新力度，從而充分發(fā)揮機(jī)電一體化技術(shù)的作用[3]。

3 電子技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 微型化趨勢

從未來發(fā)展的角度來看，電子產(chǎn)品的功能日益多元化，外形更加美觀，技術(shù)逐漸成熟，應(yīng)用效果更加優(yōu)良。尤其在電子產(chǎn)品的外觀形狀方面，呈現(xiàn)出微型化特征。同時(shí)，大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)集成功能的發(fā)展速度越來越快，推進(jìn)了電子產(chǎn)品朝著微型化方向發(fā)展，提供了一定的技術(shù)支持。目前，電子材料與鈦合金、塑料合金和鋁合金等眾多不同材料已經(jīng)運(yùn)用于相關(guān)的電子產(chǎn)品制造工作，使得電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出微型、輕薄特征。以滿足微型化為主要目的，能夠運(yùn)用無引線的片狀器件。對(duì)比插裝元件，它具有體積小、重量輕的特征。通過應(yīng)用先進(jìn)的表面組裝技術(shù)，能夠進(jìn)一步減小電子產(chǎn)品的實(shí)際體積[4]。

3.2 集成化特征

從未來的發(fā)展勢態(tài)來看，電子技術(shù)呈現(xiàn)出集成化特點(diǎn)。此過程中，企業(yè)管理模式表現(xiàn)出技術(shù)集成化特征。在微組裝技術(shù)、表面組裝技術(shù)快速發(fā)展的過程中，電子系統(tǒng)朝著集成化方向發(fā)展。運(yùn)用微組裝技術(shù)，借助相關(guān)三維微型組件、超大規(guī)模集成電路等不同的元器件，采用多層混合組裝形式，可達(dá)到電子系統(tǒng)集成化的效果。其中，應(yīng)用表面組裝技術(shù)，借助相關(guān)自動(dòng)組裝設(shè)備，可以將無引線表面組裝元器件裝設(shè)進(jìn)線路板內(nèi)，以充分發(fā)揮集成電子系統(tǒng)的良好作用。

3.3 智能化趨勢

電子技術(shù)不僅污染較輕，而且損耗非常小，并且兼具了智能化、精度較高以及眾多功能等不同特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)之間的密切結(jié)合，有效提高了相關(guān)機(jī)械設(shè)備的精密度。而制造微電子時(shí)，應(yīng)該加大檢查車間中粉塵的數(shù)量與直徑、芯片材料的質(zhì)量等工作力度，以便滿足相關(guān)規(guī)定?？茖W(xué)規(guī)劃電子電路時(shí)，可以應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能化技術(shù)，凸顯出仿真技術(shù)的功效，確保電路和印刷電路板規(guī)劃的科學(xué)性。為完善有關(guān)電子設(shè)備的功能，需要科學(xué)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，與相關(guān)精密設(shè)備結(jié)合運(yùn)用，以增強(qiáng)有關(guān)電子設(shè)備的自動(dòng)化能力[5]?？梢?，電子技術(shù)在未來發(fā)展過程中呈現(xiàn)出智能化趨勢。

3.4 綠色化特征

以未來的視角來看，綠色化屬于電子技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重要特征。早在10年前，歐盟確定了在電器設(shè)備中存在有害物質(zhì)，其中的鉛、多嗅聯(lián)苯等眾多有害物質(zhì)含量均超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于國內(nèi)來說，在2006年便落實(shí)了有關(guān)電子產(chǎn)品污染管控的規(guī)定，其中細(xì)化了已經(jīng)報(bào)廢的電子電氣設(shè)備的回收和相關(guān)環(huán)境方面的規(guī)定。此外，依靠此項(xiàng)措施的有效落實(shí)，提升了有關(guān)電子產(chǎn)品相應(yīng)的入門門檻。

3.5 微機(jī)電趨勢

通常，電子產(chǎn)品易于被自身構(gòu)造與周邊環(huán)境因素所干擾，且無論是運(yùn)輸、存儲(chǔ)還是生產(chǎn)、應(yīng)用等，均易產(chǎn)生相應(yīng)的安全隱患。比如，電子產(chǎn)品碰到糟糕的天氣、產(chǎn)生搖擺與碰撞以及震動(dòng)等不同情況時(shí)，必然會(huì)干擾到實(shí)際的工作性能和使用年限。而微機(jī)電系統(tǒng)在相關(guān)電子設(shè)備中得到了大范圍運(yùn)用，有助于增強(qiáng)電子產(chǎn)品在抵抗惡劣天氣環(huán)境方面的能力[6]。

4 機(jī)電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用

本次研究將數(shù)控激光雕刻機(jī)設(shè)備當(dāng)作主要載體，運(yùn)用軟件編程、CAD/CAM、運(yùn)動(dòng)管控與電氣設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，開展數(shù)控機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新。這個(gè)過程中，需要科學(xué)利用機(jī)電一體化技術(shù)。數(shù)控激光雕刻機(jī)設(shè)備運(yùn)行應(yīng)用了很多機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了軟、硬件信息化技術(shù)和相關(guān)制造技術(shù)的有效結(jié)合。

4.1 整體的設(shè)計(jì)方案

數(shù)控激光雕刻機(jī)設(shè)備屬于十分常見的機(jī)電一體化類型產(chǎn)品，主要涵蓋機(jī)械部分、電氣部分、軟硬件部分及計(jì)算機(jī)控制等不同構(gòu)成部分，具體見圖1，旨在達(dá)到對(duì)球面進(jìn)行激光雕刻的目的。

圖1 雕刻機(jī)構(gòu)成框架圖

4.2 機(jī)械部分的合理設(shè)計(jì)說明

結(jié)合對(duì)球面進(jìn)行激光雕刻的因素，合理選用直導(dǎo)軌和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，數(shù)量分別為2個(gè)和1個(gè)。通過明確相應(yīng)的基礎(chǔ)尺寸，借助常用的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E，完成最初的設(shè)計(jì)任務(wù)，并實(shí)施有效的干涉檢查工作，同時(shí)要細(xì)致校核其中重要的零件?？茖W(xué)設(shè)計(jì)后，形成的效果見圖2。

圖2 雕刻機(jī)設(shè)備運(yùn)行圖

4.3 電氣部分的科學(xué)設(shè)計(jì)分析

進(jìn)行電氣部分科學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，包含了下述幾個(gè)不同方面的功能：

（1）交流伺服系統(tǒng)的有效控制功能，涵蓋了對(duì)上電、下電以及使能的有效控制；

（2）軸流風(fēng)機(jī)設(shè)備的有效控制功能；

（3）急停鍵的有效控制功能。

詳情如圖3所示。

圖3 電氣控制部分圖

4.4 硬件部分的科學(xué)設(shè)計(jì)說明

此數(shù)控系統(tǒng)能夠有效控制電機(jī)與激光器等裝置，具體的硬件功能見圖4。

圖4 硬件構(gòu)成圖

4.5 相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)

通過硬件與軟件之間的聯(lián)調(diào)處理，可以完成對(duì)數(shù)控激光雕刻機(jī)設(shè)備的雕刻任務(wù)，具體的雕刻產(chǎn)品見圖5。

圖5 雕刻產(chǎn)品圖

5 結(jié) 論

系統(tǒng)分析與思考機(jī)電一體化與電子技術(shù)未來的發(fā)展勢態(tài)及其具體應(yīng)用十分必要，具有一定的研究意義和實(shí)施價(jià)值。本文通過闡釋機(jī)電一體化的定義，說明了機(jī)電一體化未來的發(fā)展勢態(tài)，指出了電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，并分析了機(jī)電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用情況，包括整體的設(shè)計(jì)方案、機(jī)械部分的合理設(shè)計(jì)說明、電氣部分的科學(xué)設(shè)計(jì)分析、硬件部分的科學(xué)設(shè)計(jì)說明以及相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)，以增強(qiáng)機(jī)電一體化技術(shù)和電子技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際效果，促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步。