機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用

郭凱敏

摘要：機(jī)電一體化，又稱機(jī)電工程，是自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)械工程技術(shù)的結(jié)合。近年來(lái)，我國(guó)科技水平的不斷提高，有力地促進(jìn)了我國(guó)工程技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前的機(jī)電一體化技術(shù)將微電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)械設(shè)備的智能化、人性化。目前，電子信息與機(jī)械的集成技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)機(jī)械工程的發(fā)展起著重要的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;技術(shù);應(yīng)用

1 機(jī)電一體化技術(shù)概述

隨著現(xiàn)代計(jì)算數(shù)學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、電子信息和工程力學(xué)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到了發(fā)展，成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中最活躍的領(lǐng)域之一。在設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)容上，改進(jìn)了原有的模式和規(guī)格，由制造型向用戶型轉(zhuǎn)變，有效地增強(qiáng)了產(chǎn)品的適用性和創(chuàng)新性。機(jī)電一體化概念是機(jī)械設(shè)備與電子技術(shù)集成的總稱，它使機(jī)械設(shè)備在性能控制和信息處理方面實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化。它是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)電技術(shù)相結(jié)合為基礎(chǔ)，構(gòu)建相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)體系，更好地開(kāi)展工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，它涉及到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，是提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的主要?jiǎng)恿Α?/p>

2機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展取得了巨大的成就。在我國(guó)長(zhǎng)期的探索和實(shí)踐中，機(jī)電一體化技術(shù)的研發(fā)主要體現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有較高的發(fā)展水平，促進(jìn)了現(xiàn)代生產(chǎn)體系的建立和完善。

2.1數(shù)控技術(shù)

為了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始探索和研究數(shù)控技術(shù)。在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，積極建設(shè)數(shù)控研發(fā)和生產(chǎn)基地，目前已具備良好的自主開(kāi)發(fā)能力，推動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)基本形成。在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)擁有年產(chǎn)3000多套數(shù)控系統(tǒng)和5000多套主軸及供應(yīng)裝置的生產(chǎn)能力，這是保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要條件。此外，通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)掌握數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)，提高自主開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能力，對(duì)國(guó)防工業(yè)和民用工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展具有十分重要的作用，在很大程度上有助于提高我國(guó)的綜合國(guó)力。

2.2機(jī)器人技術(shù)

自1986年以來(lái)，中國(guó)將機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)列入國(guó)家科技發(fā)展計(jì)劃。如今，經(jīng)過(guò)35年的探索，借助機(jī)電一體化技術(shù)，中國(guó)已經(jīng)掌握了機(jī)器人設(shè)計(jì)制造、控制和軟件編程等核心技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、水下探測(cè)、消防、家居生活等社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，不僅充分提高了生產(chǎn)制造能力，而且提高了社會(huì)服務(wù)水平，極大地提高了人們的生活質(zhì)量，使生產(chǎn)生活更加便捷高效。

2.3 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)，中國(guó)在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面取得了巨大進(jìn)步，在中國(guó)建立了多個(gè)工程研究中心、技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和培訓(xùn)中心，充分掌握了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的核心技術(shù)內(nèi)容。同時(shí)在國(guó)內(nèi)許多企業(yè)得到了廣泛而深入的應(yīng)用，對(duì)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都有一定的提高作用。例如，制造企業(yè)的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助工程系統(tǒng)、生產(chǎn)過(guò)程控制與管理系統(tǒng)、物料存儲(chǔ)、運(yùn)輸與支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等，都是基于機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)發(fā)的集成系統(tǒng)模型，對(duì)提升企業(yè)的制造能力和生產(chǎn)效率起到了很好的作用，是中國(guó)產(chǎn)業(yè)改革的重要基礎(chǔ)保障。

3機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)控機(jī)床

中國(guó)的數(shù)控機(jī)床有40多年的發(fā)展歷史。數(shù)控機(jī)床的性能隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷更新，并得到了科學(xué)界和機(jī)械行業(yè)的認(rèn)可。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)也在向系統(tǒng)化、模塊化方向發(fā)展，新時(shí)代最常見(jiàn)的系統(tǒng)是CPU和多總線。由于數(shù)控機(jī)床的開(kāi)放性，數(shù)控機(jī)床在機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用可以給企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。在硬件系統(tǒng)中，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和功能將表現(xiàn)出較強(qiáng)的兼容性和層次性，能夠滿足用戶的使用效益。機(jī)電一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床軟件的模塊化，不僅可以豐富數(shù)控機(jī)床的數(shù)控功能，而且可以增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的控制功能。

3.2工業(yè)機(jī)器人

市場(chǎng)上的第一代工業(yè)機(jī)器人只能根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置重復(fù)相同的應(yīng)用，在生產(chǎn)過(guò)程和操作對(duì)象的變化中沒(méi)有很好的靈活性和適應(yīng)性。盡管第二代工業(yè)機(jī)器人配備了先進(jìn)的傳感軟件，但它只能在單一的工作環(huán)境中工作。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，做出相應(yīng)的判斷和響應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋和控制。因此，第二代工業(yè)機(jī)器人具有初步的實(shí)用性。第三代工業(yè)機(jī)器人具有多種傳感功能，能夠在工作環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)，能夠進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和決策。

3.3鋼材技術(shù)的應(yīng)用

為了提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，許多鋼鐵企業(yè)開(kāi)始將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)過(guò)程中。由于機(jī)電一體化技術(shù)主要以微處理器為核心技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)通信、顯示設(shè)備等各種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為鋼鐵企業(yè)一些大型項(xiàng)目的綜合生產(chǎn)創(chuàng)新提供了積極的條件，通過(guò)提高系統(tǒng)的控制精度，提高了鋼鐵工藝的可靠性，提高了生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵工藝中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是能夠智能控制鋼鐵工藝生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)高爐控制系統(tǒng)和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程都能起到積極的推動(dòng)作用。二是分布式控制系統(tǒng)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)，提高生產(chǎn)效率。三是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式控制系統(tǒng)，即利用機(jī)電一體化技術(shù)中的通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)鋼鐵生產(chǎn)中的各設(shè)備進(jìn)行控制和管理，利用現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和控制。四是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，使相關(guān)人員參與鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程與加工過(guò)程的集成控制。五是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中可以進(jìn)一步擴(kuò)大信息傳輸量，提高生產(chǎn)效率。

4 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 模塊化

中國(guó)的自動(dòng)化產(chǎn)品種類繁多，每種產(chǎn)品都有不同的功能。總的來(lái)說(shuō)，中國(guó)市場(chǎng)缺乏一些統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致自動(dòng)化產(chǎn)品流通薄弱。例如，機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備有一些非常精密和先進(jìn)的部件。如果該零件損壞，則必須返回制造商進(jìn)行更換，這不僅增加了機(jī)械的維護(hù)成本，而且降低了企業(yè)的生產(chǎn)速度，實(shí)質(zhì)上提高了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。針對(duì)這些問(wèn)題，國(guó)家應(yīng)尊重機(jī)械生產(chǎn)專利，制定一套統(tǒng)一、科學(xué)的管理標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品的有效管理，推動(dòng)自動(dòng)化產(chǎn)品向模塊化方向發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。

4.2輕量化

與以往的自動(dòng)化產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化技術(shù)具有輕量化的特點(diǎn)，不僅體現(xiàn)在外觀上，而且大大提高了其質(zhì)量水平和可操作性。這些優(yōu)異的性能得益于芯片原始設(shè)備技術(shù)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，從傳統(tǒng)的零件插孔到當(dāng)前的電子芯片組裝，這使得機(jī)電產(chǎn)品更加輕巧，大大提高了機(jī)電技術(shù)的使用。

4.3環(huán)境保護(hù)與節(jié)能

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越突出。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定和人民生產(chǎn)生活的需要，節(jié)能環(huán)保是所有企業(yè)都將面臨和必須解決的問(wèn)題。中國(guó)大力倡導(dǎo)低碳環(huán)保作為發(fā)展戰(zhàn)略，機(jī)電一體化技術(shù)正在進(jìn)行自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該遵循這一點(diǎn)，盡最大努力確保自動(dòng)化產(chǎn)品投產(chǎn)時(shí)不超過(guò)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用廣泛，發(fā)展前景也十分廣闊。這項(xiàng)技術(shù)具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，這項(xiàng)技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展可以加速中國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。雖然這項(xiàng)技術(shù)還存在一些不足，但這些不足將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而得到彌補(bǔ)。

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