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关键词:机电一体化技术;应用;发展趋势
各种产品和装置因为机电一体化技术的发展,也完成了机电一体化,从而达到了自身的整体优化,也有利于产品质量和生产效率的提高,并缩短了新产品生产开发的准备周期,使其由科技成果快速向商品转化,从而深刻变革了传统产业。又由于新产品研发的需要以及发展高精密设备的需要,所以未来的机电一体化技术、产品及其系统必然会向着智能化、系统化、高性能、微型化、轻量化的方向迈进,并最终为国家带来创造巨大的经济和社会效益。
一、机电一体化的特点分析
机电一体化是一门新兴的边缘性的技术学科,它是由机械、电子技术及计算机科学等多个学科互相结合渗透而形成并发展起来的,而机电一体化产品则是运用最新的微电子、计算机技术以机械产品为基础研发出来的新产品。在工程领域对各类技术实践应用后,再加以借鉴与整合就创造出了现在的机电一体化技术,所以说它是在机械、微电子、自动控制、计算机和信息处理、伺服驱动、电力电子等技术以及系统的总体技术的基础上形成的一项高新技术。如下特点是机电一体化产品普遍具有的:具有可以自动监视、诊断、报警、保护的功能;具有自动处理和控制信息的功能,可以通过自动控制系统确保机械的操作者按照设计要求精确地完成预先设定好的程序,以使其不会依靠主观思想来行动,从而保证良好的工作质量和完美的产品合格率,而机械控制的灵敏度和检测的精确度及范围也获得了提高;采用复合技术、复合功能,这脱离了原来传统机电产品单技术、单功能的局限,很大程度上提高了产品的功能水平及自动化的程度;利用程序控制和数字显示技术,减少了操作的按钮和手柄的数目,使操作变得更为简单方便;在不同的应用领域和场合,其具有可以自动控制、自动补偿、调节、自动校验、保护及智能化等功能,从而能够迅速的满足不同用户的不同需求;具体的安装调试过程中,可根据不同用户对象的需要、实际参数的变化等来相应的改变控制程序以使其适应变化的工作方式。
二、机电一体化技术的应用分析
经过多年发展,机电一体化技术在操控精度、功能以及构造等方面的应用效果非常明显。比如,在构造方面,应用总线和CPU的体系结构,实现结构的模块化、构造紧凑型和总线式。在功能方面,采取开放性的设计,并采用WOP技术,实现数控机床智能化,加上大容量储存器、单片机组成的控制机以及单板机的应用,大大提高了数控机床技术的精度,为产品生产提供了技术支持。CIMS是指计算机制造和集成系统,加强机电一体化技术在CIMS中的应用,实现全局动态的综合化和最优化,突破传统部门间的界限,保证控制信息流和物流的畅通,将产品开发、生产准备、经营决策及经营管理等有机结合,提升企业的集成度,优化配置各生产要素,从而充分发挥机电一体化技术在各要素配置中的作用。FMS是指柔性制造系统,该系统主要是由料盘、计算机、数控机床、自动搬运小车、机器人以及自动化仓库等部分构成,根据装配的实际需求,能随机按量生产任何工件,该系统主要适用于批量小、品种多、需要频繁更改的零散构件的生产。加强机电一体化技术在FMS中的应用,有助于提高生产效率和质量。机电一体化技术在工业机器人中的应用主要经历了三个阶段,第一阶段,工业机器人按照规定重复某一动作,对对象变更及作业环境的应变力比较差;第二阶段,工业机器人拥有较为先进的传感元件,能处理和获取对象的一般信息以及作业环境相关情况,反馈信息,并控制动作方式,该阶段的工业机器人已经具备低水平的职能,实现了实用化。第三阶段,工业机器人逐渐向智能化方向发展,能获得感知。并能运行较为复杂的逻辑思维,做出科学准确的决策和判断,特别是具备较强的行动独立性和环境适应性。
三、机电一体化技术发展前景及趋势
第一,高性能化。随着科技和经济的发展,对机电一体化技术的要求更加严格,为了顺应时代的发展,新一代的机电一体化技术对效率、速度、可靠度以及精度的要求非常高。因此,实现机电一体化技术在高效率、高速度、高可靠度、高精度、高性能化是未来发展的重要趋势第二,微型化。微型化主要是指机电一体化技术逐渐朝着微型领域或微型机器方向发展,源于人们对先进技术微型化的追求。微型机电一体化的产品在信息、医疗以及军事等方面有着巨大的优势,具体表现是产品耗能低、体积小、运动灵活,能完成常人无法完成的任务。第三,智能化。智能化是机电一体化技术的重要发展方向之一,人工智能已引起社会各界的广泛关注,智能化包括悼鼗床智能化和机器人智能化。智能化是针对机器行为而言,以控制理论为指导,吸收各种新方法、新思维,模拟人类智能,提高推理判断、逻辑思维及自我决策的能力,提高了控制目标。目前,机电一体化产品还很难具备与人同样的智能,但可以利用高效率、高性能的微处理器,实现机电一体化产品的高级智能或人类部分智能。第四,网络化。随着网络技术的不断发展,市场竞争环境发生巨大的变化,从而为网络技术和机电一体化技术的融合创造了有利条件。随着网络的普及,涌现出各种远程控制技术和监视技术,远程控制终端设备实际是一种机电一体化产品。另外,由于局域网技术和现场总线技术的应用,家用电器逐渐朝着网络化方向发展,利用以计算机为中心的集成用电器系统,人们不出门就能享受各种高科技带来的便利。因此,网络化是机电一体化技术发展的重要方向。
四、结语
综上所述,就机电一体化技术的应用及发展趋势进行探讨具有十分重要的意义,我们在认清机电一体化技术概念的同时还应加大对其的推广、应用和研发力度,大力发展市场经济,以不断推进社会主义事业的可持续发展。
参考文献:
【关键词】机电一体化;煤矿;应用
由机械技术、计算机技术、信息处理技术以及自动控制技术联合运用的综合技术就是机电一体化技术,它是微电子技术渗透到传统机械工程技术而产生的结合电气与机械工程、计算机与信息技术等为一体全新技术。机电一体化技术符合了当前高科技发展的要求,彰显了强劲的活力。
一、煤矿中采用机电一体化技术的主要方面
(1)提升机中采用机电一体化技术。矿井提升机是当前煤矿机电一体化技术以及自动化程度最高的设备,全部采用数字化交流、直流提升机。特别是对于内装式提升机,在结构上把滚筒与驱动融为一体,极大地简化了机械结构,实现了机械、电子、微机以及自动控制的综合体。而全部采用数字化提升机可靠性能高,利用总线形式使电器安装十分简易,另外,硬件配置更加简易,兼容性好。(2)在采煤机中利用机电一体化技术。在采煤机中利用的一个典型机电一体化技术就是采用电牵引采煤机。和液压牵引进行比较,主要具备如下特性:优良的牵引性。可为采煤机提供向前推进的牵引力,从而克服移动的阻力前进,还能够在采煤机下滑时实施发电制动,给电网回馈电能。在大倾角煤层中应用。在牵引电动机的轴端设置了停机时预防机器向下滑动的制动装置,由于所设计的制动力矩是电动机额定转矩的1.6~2.0倍,因此电牵引采煤机能够应用在倾角为40°~50°的煤层中,而无需其余预防滑动的装置。运行稳定可靠,使用周期长。液压牵引与电牵引不一样,后者除了电动机的整流子与电刷存在磨损之外,其余元件都没有磨损,所以工作稳定可靠,故障率低,使用周期长,维修量较小。反应快速灵敏,动态性能较好。电控系统能够快速调节各类参数,预防采煤机超负荷运行。结构简易、运行效率高。电牵引采煤机的传动结构简易、重量较轻以及尺寸较小,电能转变为机械能单次转换就实现,效率能够达到99%,远高于液压采煤机的效率(65%~70%上下)。自从我们国家在1991 年由煤炭总院上海分院和波兰的玛克公司共同合作,成功研制出了中国首台薄煤层强力爬底板电牵引采煤机(利用交流变频调速MG344- PWD 型)之后,中国的电牵引采煤机的发展非常快速。我国的很多厂家(如太原矿山机械厂、上海天地公司、西安煤机厂等)均能生产直流与交流变频电牵引采煤机,并且获得很好的推广与应用。经过将近20 年的研发,我们国家的电牵引采煤机技术不断完善与成熟,进一步促进了煤矿生产技术的前进。(3)在带式输送机中采用机电一体化技术。带式输送机已经成为我们国家井下煤矿原煤运输系统的重要运输设备,其主要特点是,能够长距离持续运输、运输能力大、运行稳定可靠、自动化程度高以及运行效率高等。所以是近些年来机电一体化技术的重点研究对象。当前所利用的启动方式大多为机、电、液一体化的CST 可控软启动。它是一类针对平滑起动输送大惯性载荷的专门装置,比如为金属矿石或者煤炭的长距离胶带输送机而研制的软驱动装置。一条胶带输送机能够采用一台或者几台CST 进行驱动。因为目前我国还没有解决在线监视与控制技术、动态分析技术及启动延迟技术,我们国家的带式输送机的中间驱动点不宜太多,通常是3 点驱动,因此输送机的单机长度以及输送能力难免受到限制。并且,输送机的监视控制设备功能较弱、稳定可靠性能偏低、灵敏度不够高以及运行寿命较短,与发达国家进行比较还存在明显的差距。
二、机电一体化在煤矿的应用趋势展望
以目前的技术水平来看,我们还有许多技术难关需要攻克,使其在将来满足以下几个方面的发展趋势:(1)加大开发拥有自主知识产权的与煤矿开采相关的技术,包括开采配套设备中拥有自主知识产权的核心装置,增加采用设备的科技含量;(2)在机电一体化设备中增加通信联网功能,从机电一体化过渡到综合自动化;(3)开发建立在微处理器平台上的矿井设备工况监测、运行状态监测系统;(4)开发适应极端危险、恶劣开采环境的煤矿机器人技术。
在科学技术日新月异的今天,信息流已经成为机电一体化的主要特色之一,设备产品在性能与功能方面都有了质的飞跃。如今,机电一体化技术构成了煤矿企业的技术支撑,同时也是企业实行综合自动化的基础。机电一体化技术广泛应用于煤矿企业的开采、掘进、输送等个作业环节,大大提高了企业的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。
参考文献
[1]机电一体化实用手册[M].北京:科学出版社,2007
【关键词】机电一体化;微电子技术;发展趋势
引言
当前,科学技术对于机械工业的推动作用是不可小觑的,在某种意义上来说,科学技术是机械工业发展的推动力和源泉。机电一体化技术作为该领域的重要技术在全球各国都得到了重视。在我国,随着计算机技术以及微电子技术的发展,其在机械工业领域的应用也日益广泛,随之而来的即是机电一体化技术,该技术的出现改变了机械工业的产品功能以及结构等,同时也给其生产方式和管理系统带来了较大的变化。
1 机电一体化核心技术
在机电一体化技术中,包括硬件技术和软件技术两个方面。其中,硬件的组成包括:机械设备、传感器、驱动单元以及信息处理单元等。对机电一体化技术的核心进行分析,包括以下几个方面:(1)机械设备技术。对于机械设备本身,应该致力于改善其性能,减轻其质量,改进其结构,充分利用非金属复合材料。只有有效降低机械设备的自身重量,才能使驱动系统实现小型化,机械设备的响应速度也会得到改善,工作效率也会随之提高。(2)传感技术。目前,对于传感器而言,其技术关键在于可靠性的提高,灵敏度的改善以及精确度的提高等。要想提高传感器的可靠性,需要提高其抗干扰的能力,对此,光纤电缆传感器开始出现。(3)信息处理技术。微电子技术和信息化技术与机电一体化是密不可分的,有效提高信息化处理的可靠性,即:模数转换设备的可靠性,分时处理的可靠性以及输入输出的可靠性等,可以提高相应的处理速度,有效解决抗干扰问题。(4)驱动技术。驱动结构普遍采用的是电机,其存在的主要问题是响应速度问题以及效率问题。对此,一些电机中开始装入编码器,相应的伺服驱动单元也开始出现。(5)接口技术。为了实现与计算机的顺利通信,数据传递过程中的格式标准化和规格化是非常重要的。采用统一标准规格的接口便于信息的传递,维修起来也十分方便,另外,还能够简化设计过程。当前,低成本、高速度的串行接口成为人们关注的重点,它能够有效解决光耦器的小型化和标准化问题。(6)软件技术。在机电一体化技术的发展中,不仅要关注硬件发展,软件也应该同步发展。为了降低研制软件的成本,将生产维修的效率提高到新的水平,需要不断推行标准化的软件。
2 机电一体化技术前景
对机电一体化的技术前景进行分析,体现在以下几个方面:(1)人工智能方面。智能化技术的重要应用体现在:数控机床的智能化和机器人的智能化上。在新的世纪,智能化是机电一体化发展的重要趋势,但值得注意的是,智能化的产品无法具备同人一样的智能,其智能是相对的;它也没有必要实现同人一样的智能。(2)部件的标准化方面。在机器的生产过程中,机电一体化的产品规格无法实现严格的把控,分析其原因,是因为该类产品具有较为复杂的构成,对产品各类接口研制以及开发由于厂家众多而变得十分困难,这些接口包括:环境接口、动力接口、电气接口以及机械接口等。在开发新产品时,很大程度上会依赖于标准单元的产生,如:要想研制一种动力单元,需要将其与电机和智能调速相结合。但由于经济利益的原因,这些标准很难被制定出来,只能由相关企业进行组建。标准化以及系列化的电气产品对于机电一体化单元的企业所带来的发展前景是不可估量的。(3)计算机家电集成系统方面。在日常生活中,网络技术的应用能够有效解决很多问题。网络技术的发展也使得各类消息发展了很大变化。通过网络的连接,全球经济联系得更加紧密,全球性的企业竞争也随之而来。如果能够研制出机电一体化的新产品,能够实现功能和质量上的突破,它必然会在全球范围内畅销。各类远程控制以及监视也因为有了网络而得到普及和发展,其中的远程控制终端设备就属于机电一体化产品,家电产品因为有了现场总线技术的发展也实现了网络化,通过网络连接,家电产品可以形成一个集成家电系统。(4)超精密技术的使用方面。微电子机械主要是指机电一体化产品中的几何尺寸在一厘米范围内的产品,随着时代的进步,它还会向着微米和纳米的方向发展。小体积、低功耗和运动灵活是这种产品的主要特点,因此,它在信息、军事以及医疗等领域得到了广泛的应用。这种技术的瓶颈在于微型技术和精细加工技术。(5)绿色产品方面。当前,人们越来越重视环境保护,对环境资源进行合理利用,保护自然成为人们追求的目标,绿色产品自然也是其中的内容之一。所谓机电一体化绿色产品是指在进行产品的设计、制造以及使用时按照环境保护以及人类健康的要求进行,尽可能的减少对环境的危害,提高资源利用率。
3 机电一体化产品的发展趋势
针对机电一体化产品,对其未来的发展趋势进行分析,体现在:(1)数控机床。当前,我国的数控机床数量在世界上是处于第一位的,但就国内的数控机床比例而言,只占全部机床的5%,并且大部分是普通机床。为了适应加工技术的发展需求,应该致力于以下几个方面的内容:高速化。高速加工技术的普及使得机床各方面的性能都得到了提高,如:车床主轴转速得到了提高,铣床以及加工中心主轴的转速得到了提高等等。高精度化。对于数控机床而言,其精度已经定位到由原来的0.01-0.02mm上升到0.008ram左右;对于亚微米级机床而言,其精度定位在0.0005ram左右;对于纳米级的机床而言,其精度定位在0.005-0.01Hil。新结构化。复合加工技术的发展使得数控机床的结构出现了新的变化,如出现了:五轴五面体复合加工机床、五轴五面动加工各类异形零件。(2)自动机以及自动生产线。机电一体化技术在国民经济中的应用还体现在:各类自动机械设备、自动生产线等的广泛应用。这些设备大量使用电子技术和传感技术,如:PLC、变频调速器、各类智能控制系统等。
4 结束语
总之,机电一体化不是独立存在的,其出现涉及到很多学科,是科学技术综合发展的产物,同时也是推动社会发展的源泉。本文重点对该技术的发展趋势进行了分析,当然,与机电一体化技术相关的技术远远不止本文中提及的几项,将更多的技术融入其中也是未来的发展趋势。
参考文献:
[1]安红杰.机电一体化技术的现状及发展趋势[J].黑龙江科技信息,2012(1).
[2]刘莎,周泉.机电一体化的发展趋势分析[J].产业与科技论坛,2012(3).
论文摘要:机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本应用,并对机电一体化专业就业前景及就业方向进行了分析。
0 引言
作为全国发展较为落后的省份,到贵州主政不到一年的省委书记、省长赵克志指出,工业强省战略是贵州更好更快发展的必然选择,因此,“十二五”时期贵州将重点实施工业强省战略和城镇化带动战略。在这样的时代背景下,作为职业院校的一名教师,深感机电一体化专业又迎来了发展的春天。随着现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。但机电一体化专业就业前景如何,机电一体化专业就业方向有哪些?这些问题成了很多家长和同学们想要了解的问题。
1 机电一体化技术的基本应用
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
1.1 在现代机械制造业中的应用
传统机械制造业是建立在规模经济的基础上,靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的,它强调资源的有效利用,以低成本获得高质量和高效率,其生产盈利是靠机器取代人力,靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导,采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业,其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展,充分利用电子计算机技术,使制造技术提高到新的高度。近年来,制造工程领域的新技术相继诞生,如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。
1.2 在饮料行业中的应用
机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高,而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高,使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量,提高其国内、国际竞争能力。
1.3 在钢铁企业中的应用
在钢铁企业中,机电一体化系统是以微处理机为核心,把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来,采用组装合并方式,为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件,增强系统控制精度、质量和可靠性。
2 机电一体化专业就业前景
有关研究报告显示“机电一体化”一词最早是日本提出的,在上世纪80年代初,日本名古屋大学最早设置了“机电一体化”专业。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列入“863计划”中。机电一体化专业是精密机械——电子技术(含电力电子)——计算机技术等多门学科交叉融合的产物,属高新技术,也是当前发展最快的技术之一,它是先进制造技术的主要组成部分。它的发展推动了当前制造技术的迅速更新换代,是产品向高、精、快迅速迈进,使劳动生产率迅速提高。由于我国逐渐成为世界制造业基地加上传统企业面临大规模的技术改造与设备更新,国内急需大量先进制造技术专业人才。而“十二五”时期贵州将重点实施工业强省战略,因此我校机电一体化专业的毕业生可以立足贵州,放眼全国,就业前景很好,而且往届毕业生普遍反应待遇较好。毕业生主要在各行政、企业、事业单位从事机械、电气工程、常用电器的维修、安装与调试以及技术管理等工作。具体就业方向有:
2.1 机电一体化专业
从事机电一体化液体灌装生产线及商品包装自动化机械运行、维护、管理、技术改造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。可在大型啤酒、饮料、食品及商品包装生产企业从事现代化自动机与生产线的维护和管理工作,也可在相关的自动机与生产线的生产厂家或设计部门、营销单位从事技术工作。
2.2 机电一体化专业(计算机辅助设计与制造方向)
从事机电产品的计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM),并熟练使用和维修数控加工设备的机电一体化高等技术应用性专门人才。
可在模具设计及制造、机械加工、塑料、五金、电子产品、计算机生产等企业从事数控机床的加工工艺设计编程,数控机床的调试、维护及加工操作,从事生产和技术管理工作,也可以从事国内外数控设备的营销工作。
2.3 机电一体化专业(模具CAD/CAM方向)
从事利用计算机技术和数控加工技术对模具进行设计和制造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。
可在模具、机械、五金、塑料、家电等生产企业从事模具计算机辅助设计与制造等方面的技术工作,也可在企事业单位从事与本专业有关的经营、管理工作。
2.4 机电一体化专业(机电CAD技术方向)
在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才。
可在机械设计、制造与装备行业、模具制造业,轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作。
市场调研发现机电一体化专业是一个宽口径专业,适应范围很广。我校该专业学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外,还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试,如维修电工,PLC程序设计师,CAD制图员等国家级职业技能鉴定考试,学生必须考取相应的技能证书后才能取得毕业证,充分体现重视技能培养的特点。历届学生毕业后主要面向珠江三角洲各企业、公司,从事加工制造业,家电生产和售后服务,数控加工机床设备使用维护,物业自动化管理系统,机电产品设计、生产、改造、技术支持,以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等等。
参考文献:
[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京.科学出版社.2004.
[2]高钟毓.机电控制工程[M].北京.清华大学出版社.2002.
关键词:机电一体化 工程机械 应用 前景
中图分类号:F407.4 文献标识码:A 文章编号:
目前,随着经济水平的提高和科学技术的进步,生产过程中对工程机械的性能要求有所提高,电子控制技术已被工程机械众多领域广泛采用。同时,随着进口和国产的高精度机械生产设备使用数量的不断增加,管理好它们并使之发挥更大的功效就成为许多企业在工程施工中所关注的焦点。为了能够帮助施工企业以及工程机械操作人员更好地了解相关电气与电子控制装置的功效、性能、类别等,本文就现就机电一体化在工程机械上的应用现状及前景进行论述。
1 机电一体化技术优点
1.1 安全性能高
机电一体化产品在很多领域具有较强的功能,其中包括有监视、报警、自动保护等方面。工作中发生一些电力故障的时候,机电一体化产品能够自动启动保护措施,使人和设备的损害降到最低,提高了使用设备的安全性能。
1.2 较高的生产能力
机电一体化产品自动处理信息和自动控制能力很强,在控制和检测方面的灵敏度和精度等都很高。机电一体化产品有自身的控制系统,通过启动这个系统可以使机械执行机构按照设计的要求完成动作,可以保证工作完成的质量和产品的高合格率。机电一体化产品的生产能力也随着自动化的成功实现得以提高。
1.3 较高的使用性能
机电一体化产品采用了数字显示和程序控制,这使得手柄和按钮的数量得到很大程度的减少,方便了操作过程。机电一体化产品可以重复大量的动作,更先进的产品还能够筛选工作程序。
1.4 适用范围大
机电一体化产品具有复合技术和功能,不具有单技术、单功能的局限性,这使得机电一体化产品的功能得到很大提高,也深化了自动化的程度。机电一体化产品具有的自动和智能功能可以轻松应对用户的需求。
1.5 维护方便
程度的控制可以对安装调试机电一体化产品,在其控制系统中输入控制程序就可以对产品进行调控了,这样就不用改变产品的零件或者哪一个部件了。机电一体化产品还能够对工作中的故障自动进行检验和监视等,并且可以自动采取应对措施。工作对象不同时,具有存储功能的机电一体化产品可以根据存储的执行程序自动工作。
2 工程机械中机电一体化的应用现状
2.1 机电一体化和工程机械的关系
在工程机械领域引入机电一体化技术大大提高了机械性能,而工程机械性能的不断提高也使机电一体化应用更加广泛,两者相互影响,共同促进形成了一个良性发展的循环系统。
2.2 机电一体化对工程机械功效的改进
现代工程施工通常要求工程机械具有较高的性能:①机械功效高且能耗小;②自动化程度及精度越高越好;③操作安全、简单,使用寿命长;④较高的技术性价比;⑤较低的使用成本;⑥具备运行状态的监视功能、自动报警及故障自诊功能,以降低停机维修频率,提高工作效率。以下对工程机械的电子控制系统功效进行具体说明:
2.2.1 及时发现故障,提高设备利用率
监视功能、自动报警及故障自诊功能即针对工程机械的传动系统、制动系统、工作装置、液压系统及发动机的运行状态实施电子监视,一旦工程机械在运行过程中出现异常情况,能够发出自动警报,同时准确地对故障部位进行定位,因此,能够最大限度地提高操作人员的工作安全性及工程机械的使用效率,使机械设备的维修工作难度降低,缩短停机维修时间,降低维修作业频率,延长设备使用寿命,最终提高机械设备的利用效率,降低生产成本。
2.2.2 降低能耗,提高生产效率
与传统工程机械相比,现代工程机械的能源利用率高出很多,目前国家正在倡导节能减排,这就要求对能源利用率低的传统机械设备进行节能改造。
2.2.3 提高作业精度和作业效率
现代工程施工中的水泥混凝土搅拌设备应用了先进的微机控制电子称量系统,使称量过程最终实现了现代化,成品料的作业精度和作用效率得以保证。沥青混凝土摊铺机设备采用了自动找平系统,使工程施工质量得到了很大程度的提高;同时,供料系统中引入的超声波技术也提高了沥青混凝土摊铺机的摊铺质量。而电子控制系统应用于铲运机铲斗刀刃、平地机刮刀以及推土机铲刀中,不仅可以使作业精度和作业效率得到提高,还能使操作人员的劳动强度降低。
2.2.4 降低劳动强度,提高劳动生产率
在工程机械领域实现自动化或半自动化控制,可以大大降低操作人员的劳动强度,提高设备的工作效率和劳动生产率,还能降低由于操作人员缺乏经验造成的对作业精度的影响程度。如日本小松公司生产的挖掘机配备轨迹控制系统,它能够根据操作者所操控的铲斗运动轨迹,自动感应不同角度的传感信号,控制斗杆和铲刀的运动,自动进行斜面精确挖掘、断面沟槽等动作,大大提高了机械设备的利用效率,进而提高了劳动生产率。
3 工程机械中机电一体化的应用前景
机电一体化的发展依赖于电子、控制、光学、计算机信息等多种技术和学科的发展,其在工程机械领域的应用趋势可概括为以下几点:
3.1 智能化
作为21 世纪机电一体化的重要发展方向,在工程机械领域,智能化的应用趋势将更加明显。从目前看来,人工智能方面的研究越来越多,数控机床与机器人的智能化应用就是其中的重要表现。我们通常所说的智能化是指在相关控制理论的基础上,通过对运筹学、人工智能、模糊数学、计算机科学、心理学、生理学等新思想、新方法在工程机械上的分析和应用,使工程机械的行为能够具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以满足机电一体化的更高要求。虽然使工程机械具有等同或接近人的智能是不可能的,但工程机械的智能化仍是时展的大势所趋。
3.2 模块化
随着科技的进步和社会分工的不断深入,机电一体化产品的种类和数量也越来越多,因此,机械产品的电气接口、动力接口和机械接口等的生产一定要实现标准化,这虽然比较复杂却至关重要,所以说,模块化是工程机械机电一体化发展的一项长期而又艰巨的任务。模块化有利于各部件或单元之间的匹配,例如研制集智能调速、减速于一体的动力单元,或具备图像处理、视觉、识别等功能的控制单元等。唯有如此,才能促进社会的进一步分工,加快新产品的研发速度,扩大工程机械的生产规模。模块化必将进一步促进机电一体化在工程机械中的应用。
3.3 信息化
计算机网络技术的迅速发展也必将促进机电一体化在工程机械中的应用。新型的机电一体化产品只要质量可靠、功能强大,具有很好的经济价值和社会价值,就会在最短的时间内借助网络迅速畅销。此外,远程控制技术和监视技术将会在工程机械中得到越来越多的应用。总之,机电一体化将逐渐趋向网络化和信息化。
3.4 环保化
工业化进程的不断深入虽然在很大程度上改善了人类的生活质量,但也对我们的生存环境造成了严重的破坏,导致了自然资源的大量浪费。21 世纪以来,社会对环保的关注和投入越来越多,公众的环保意识也在不断加强,绿色产品的概念和设计制造已成为新形势下的必然趋势。工程机械产品在其设计、制造、使用和销毁的每个环节,都要适应环保的要求,满足人类对健康的需求,提高资源的利用效率。所以,绿色机电一体化产品将会在工程机械中占据优势。
3.5 系统化
系统化的表现特征主要有以下两点:①工程机械系统体系结构将进一步采用开放式和模式化的总体结构,系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理;②机械的通信功能将得到极大的提高。
4 结束语
随着机电一体化技术在工程机械领域占据的优势和广泛应用,受到了越来越多企业的重视,从而为工程机械领域作出更大的贡献。作为工程机械的管理者和使用者,我们也必须顺应科技发展的潮流,尽快地了解、学习和掌握机电一体化技术,只有这样才能更好地参与到现代化的工程施工当中,为我国的建设事业作出更大的贡献。
参考文献
关键词:机电一体化;工程;机械;运用
中图分类号:TH-39 文献标识码:A 文章编号:1001-828X(2012)04-0-01
机电一体化又称机械电子学。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术。随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术,是机械和微电子技术紧密集合的一门技术。
在国外,从上世纪70年代开始,机电一体化技术被应用到工程机械上。80年代开始,微电子技术也被广泛应用,进一步推动了机电一体化技术的发展。计算机控制、信息处理以及传感技术等在工程机械中的应用,使工程机械技术发生了本质的变化,使各个领域的工程机械制造与控制都向数字化、自动化以及智能化的方向发展。不但提高了施工工艺,还节约了大量的人力、物力和资源,使工程机械的性能得到了前所未有的提高,无论是在动力性、安全性、节能性和操控性上都有了极大的改善,充分满足了现代社会与经济发展的需求。
目前机电一体化技术在工程机械中的应用主要是通过电子控制系统来实现的。随着电子控制系统在工程机械中的比重不断增加,其重要作用也就体现得更为明显,电子控制系统的优劣直接影响到工程机械施工的工艺和施工进度,其应用的广泛性和复杂性也对从事相关应用与维修的技术人员提出了更高的要求。
一、机电一体化技术在工程机械中的作用与功能
(一)监控作用
工程机械的电子监控系统可以对机械设备进行监控,具有故障报警与自动诊断的功能,对机械设备及时进行检查,及时发现故障和问题,提醒操作人员注意排除和维修。一旦出现异常情况,电子监控系统可以迅速确定故障部位和原因,便于工作人员及时检修,极大地提高了工作效率,减少不必要的损失,也可以避免重大故障的发生。
(二)节能功能
传统的工程机械设备能量利用率较低,能源浪费比较严重。采取新型的电子节能控制器则可以大幅度提高挖掘机等大型工程机械设备的能量利用率,达到较好的节能效果,不但节约了能源,还安全、环保。操作起来也比较简便,还可以减少机械磨损,提高工作效率。
(三)保证成品的作业精度
电子控制系统应用到工程机械设备上,可以使称量变得更为精确,使称量过程自动化,避免了人工测量误差较大的弱点,使成品的作业精度明显提高。电子自动测量还节约了人力资源,降低了施工人员的工作强度,高效、快捷,符合现代工程施工的要求。
(四)降低劳动强度
机电一体化技术的引入,使工程机械施工操作过程实现自动化或者半自动化。操作者可以更好地借助机械设备完成各种工作,劳动强度降低,工作效率却提高了,也减少了由于技术原因而导致的失误,实现了自动化、标准化的操作。工程质量和精度得到了充分保证,劳动力资源也可以得到更加合理的配置。
二、机电一体化技术的发展趋势与方向
(一)智能化趋势
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。智能化是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。
(二)微型化趋势
微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术,微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
(三)网络化趋势
网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育及人们的日常生活都带来了翻天覆地的变化。机电一体化新产品一经研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术迅速发展起来,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势,利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统,使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。这也使机电一体化技术朝着网络化方向发展成为必然趋势。
(四)系统化趋势
系统化的特点之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构,系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。系统化的特点之二是通信功能的大大加强,即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。机电一体化产品的最终使用对象是人,如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化。
总之,机电一体化技术具有广阔的发展前景和极高的应用价值,对机电一体化专业人才的需求也是社会发展的必然趋势。如何把机电一体化技术应用到工程机械乃至更广泛的领域中,为社会经济发展做出更大的贡献,为人们的生活提供更多的便利和乐趣,是我们应该思考和努力的。
参考文献:
[1]黄宋义.工程机械中机电一体化的应用[J].科技资讯,2009(18).
[2]魏建碑.浅谈机电一体化在工程机械中的应用[J].黑龙江科技信息,2009(25).
[3]冷俊.机电一体化在工程机械中的应用[J].科技资讯,2009(07).
关键词:机电一体化;工程机械;应用
1机电一体化的应用优势以及在工程机械中的应用
(1)机电一体化的应用优势。机电一体化的技术应用有着诸多的优势,能有效提高生产力,工程机械机电一体化设备的应用,在信息自动化的处理能力上比较突出,自动化的信息处理能力大大提高了作业效率,可进行高精度控制以及检测。机械系统的启动控制能力强,这些优势就使得机电一体化技术的应用比较广泛。机电一体化的应用优势还体现在安全性能强的层面,一体化技术的科学应用能大大提高机械设备的性能,功能比较全,其中报警以及监控的功能下,能保障机械应用的安全。(2)机电一体化的应用发展。机电一体化的技术应用在工程机械当中,在20世纪70年代就已经开始了,一些西方发达国家意识到机电一体化技术和工程机械领域结合的重要性,到了20世纪80年代的时候,微电子技术的发展比较快速,对机电一体化的技术发展有着促进作用,并加强了机电一体化在工程机械当中的应用程度,工程机械的技术水平得到了显著提高。当前工程机械设备总体研发的理论有着突破,架构在电子计算机技术基础上的数控技术成为工程机械发展的主流技术,工程机械的智能化发展将会成为未来的发展趋势,工程机械设备技术水平将会进一步的升级。(3)机电一体化在工程机械中的应用。机电一体化应用在工程机械当中,能发挥其积极作用,在节能机械设备方面应用可发挥节约能源的作用。以往的工程机械应用,生产过程中机械设备的运行不稳定以及不畅的现象比较突出,这会造成能源资源的浪费。由于机械设备自身的功能协调性差、功能性不强,就出现了这些问题。机电一体化技术的应用就能够提高机械设备自身的性能,在自动化的程度上大大提高了,从而有助于减少材料资源的使用,材料成本就能有效降低,机电一体化下的工程机械应用安全性能好,环保性能也好,提高了设备使用效率。机电一体化在工程机械中的应用,自动化作业的功能发挥比较突出,自动化技术和机械设备的结合,就能带动机械设备的运行效率。机电一体化技术应用对工程机械的自动化水平得到了有效提高,能有效实现半自动化以及全自动化的操作,和传统工程机械的作业方式相比就有着很大转变,大大提高了生产效率。工程机械当中机电一体化的应用过程中,监控的功能应用发挥着重要作用,能有效保障工程机械的应用安全,及时解决故障。监控技术在工程机械运作当中,是对电子技术的应用构建了远程监控系统,运用到了电子以及控制多项的技术,对电子监控装置有效进行了创造,改善了整体工程的工作状态,也有助于设备内部传动系统的性能提高,能有效实现自动故障诊断的目标诊断。在机械设备出现故障的时候,系统就会发出警报,工作人员根据警报所提示的信息找到解决故障的方案,大大提高了故障解决效率,也能有效降低故障发生率。
2机电一体化背景下工程机械应用发展前景
(1)工程机械智能化发展。机电一体化技术的支持下,工程机械的发展在未来将会向着智能化方向迈进。当前已经有诸多国家在工程机械当中运用机电一体化技术,实现了智能化的发展。从我国工程机械智能化的程度来看还处在初期的发展阶段,对于工程机械机电一体化的技术应用研究还在进一步的深化当中,主要的发展方向还是实现全面智能化的目标。当前已经出现机器人和数控机床的结合,通过将混沌动力学以及运筹学和数学等各种学科技术知识进行了整合,使数控的能力水平得到了显著提高,智能化工程机械的发展将会在高技术以及高性能和高效率目标方面得以实现。(2)工程机械自动化发展。机电一体化的技术应用以及技术的进一步升级下,会有助于工程机械的自动化水平提高,这也是我国工程机械技术发展的重要目标。机电一体化下的机械自动化水平的提高,能够将机械系统性能有效优化,使生产的自动化程度提高,保障机械设备的应用质量,最大化的减少事故的发生,保障了机械应用的安全。在未来的进一步技术发展中,我国对工程机械的自动化要求将会有所提高,届时就能从整体上提高工程机械领域发展水平。(3)工程机械微型化及网络化发展。技术水平的进一步提高下,工程机械在微型化的发展方面将会有很大进步。微型机电一体化系统主要是把电子技术、机械技术和纳米尺度进行融合,将机电一体化产品的体积缩小,突出运动灵活的特征,采取精细化加工的技术应用,这样就能有助于保障工程机械性能的提高。另外,网络技术水平的提高和广泛应用,将网络技术和工程机械的发展相结合,这就能进一步强化机电一体化的整体性能,使产品向着网络化的方向发展。
3结语
关键词:机械工业机电一体化数控 模块化
随着电子技术的迅速发展,微处理器、微型机在各个技术领域已经得到广泛应用,对各个领域的发展起了很大的推动作用,正因电子技术的快速发展,进而带动了机电一体化技术的发展,科技的进步更是依赖于其发展,因此其未来的发展对科技的进步起着至关重要的作用。
一、机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
二、机电一体化技术的主要应用
1.数控机床。数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高。
2.计算机集成制造系统(CIMS)
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
3.柔性制造系统(FMS)
柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
4.工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。
三、机电一体化技术的发展趋势
1.智能化。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。
2.系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。
3.微型化。微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
4.模块化。模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。
5.网络化。网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
论文摘要:机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电一体化技术的发展趋势。
现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
1机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪70-80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。
3机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
3.1智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。3.2模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。
3.3网络化
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.4微型化
微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。
3.6系统化
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
参考文献