與時俱進中的機電

程子一

摘 要：自從電子技術(shù)問世，電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合就開始了，出現(xiàn)了半導體集成電路，尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路后，機電一體化技術(shù)有了明顯發(fā)展，從而使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，機械、機電融為一體，相得益彰。機電一體化技術(shù)結(jié)合應用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。

關(guān)鍵詞：機電一體化；與時俱進；發(fā)展趨勢；應用

一、機電一體化的應用

（1）機械技術(shù)。機械技術(shù)必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮。現(xiàn)代機械產(chǎn)品一般以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量，除了在結(jié)構(gòu)上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。（2）傳感技術(shù)。傳感技術(shù)能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成輸出信號的器件或裝置。傳感技術(shù)是將被測的某一物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為另一種物理量并輸出的裝置。有些國家和科學領(lǐng)域，為了避免電磁干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。（3）信息處理技術(shù)。機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。（4）自動控制技術(shù)。自動控制技術(shù)范圍很廣，可進行系統(tǒng)設計、設計后的系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試?？刂萍夹g(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、檢索等。

二、機電一體化發(fā)展趨勢

（1）光機電一體化。一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的。因此，引進光學技術(shù)，實現(xiàn)光學技術(shù)的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢。（2）自律分配系統(tǒng)化。未來的機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。（3）全息系統(tǒng)化。今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。（4）工業(yè)機器人。第一代機器人亦稱示教再現(xiàn)機器人，它們只能根據(jù)示教進行重復運動，對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應性和靈活性；第二代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，作出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現(xiàn)出低級智能，已開始走向?qū)嵱没?；第三代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立行動，與第五代計算機關(guān)系密切。

三、機電一體化技術(shù)的主要應用領(lǐng)域

（1）數(shù)控機床。（1）WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。（2）大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計。不僅豐富了數(shù)控功能，同時也加強了CNC系統(tǒng)的控制功能。（3）能實現(xiàn)多過程、多通道控制。具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。

四、計算機集成制造系統(tǒng)

計算機集成制造系統(tǒng)的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到最大化的發(fā)揮。

五、柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng)，主要由計算機、數(shù)控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計修改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

六、機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一，也是二十一世紀機電一體化的發(fā)展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

微控制器和接口技術(shù)的發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路。

系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強。一般除RS232等常用通信方式外，實現(xiàn)遠程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡正逐漸被采用。機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機體，使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。

模塊化也是機電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一件復雜而重要的事，它需要制定一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品，同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。機電一體化產(chǎn)業(yè)覆蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時不能面面俱到，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是面上的工作，即用電子信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設備上植入或嫁接上微電子裝置，使機械和電子技術(shù)在淺層次上結(jié)合。第二個層次是提高工作，即在新產(chǎn)品設計之初，就把機械與電子統(tǒng)一起來進行考慮，使機械與電子密不可分，深度結(jié)合，產(chǎn)出來的新產(chǎn)品真正做到機電一體化，使產(chǎn)品向智能化、系統(tǒng)化、輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮慕?jīng)濟效益與社會效益。

隨著我們國家科技的不斷發(fā)展，對機電一體化這種創(chuàng)新型經(jīng)濟的出現(xiàn)極其重視。機電一體化技術(shù)已經(jīng)成為當今工業(yè)生產(chǎn)的主流技術(shù)，并且擁有廣闊的發(fā)展前景，經(jīng)過20多年來的運用與發(fā)展，在各方面取得了很大的成就。并且隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)是各種高新技術(shù)的升華，需要不斷的努力才能不斷提高其應用水平。

參考文獻：

[1] 楊國先，王偉平.高職機電一體化技術(shù)專業(yè)產(chǎn)、學、研相結(jié)合的初探[J].廣西輕工業(yè).2008（03）.

[2] 姒柏昌，魯月琴.機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）.2010（02）.