机电一体化技术的应用及其发展趋势浅析

-1-机电一体化技术的应用及其发展趋势浅析摘要：将机械、电子、计算机和自动控制技术有机地结合在一起便是机电一体化技术，将该技术应用于各行业中能够大幅提高产品的性能、质量以及可靠性，提高制造技术水平；基于机电一体化技术以上优点，本文综述了机电一体化技术的应用现状，并浅析了我国机电一体化技术未来的发展趋势。关键词：机电一体化技术；应用现状；发展趋势；0.引言随着现代科学技术的不断发展，不同学科之间的交叉与渗透得到了极大地推动，也加速了工程领域的技术革命与改造。机械工程这一领域中，机电一体化随着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逐渐形成并不断完善，对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产生了巨大的变化，我国工业生产正式迈人以“机电一体化”为特征的发展阶段。1.机电一体化技术的优点（1）安全性高。相对其他产品，机电一体化产品在自动监视、报警、自动诊断、自动保护等方面功能更强。工作过程中遇到各种电力故障时，都能自动启动保护措施，最大限度避免和减少人身和设备事故，使设备的使用安全性显著提高。（2）生产能力高。由于具有信息自动处理和自动控制功能，机电一体化产品的控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统，可确保机械执行机构的预定动作按照设计的要求完成，工作质量和产品的合格率得到最佳保证。此外，由于工作自动化的实现，机电一体化产品的生产能力大大提高。（3）使用性能高。由于程序控制和数字显示的普遍采用，机电一体化产品操作按钮和手柄数量显著减少，大大简化了操作。预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，机电一体化产品可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品甚至可以随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。（4）适用面广。由于跳出了机电产品的单技术和单功能限制，机电一体化产品具有复合技术和复合功能，大大提高产品的功能水平和自动化程度。另外，由于具备了自动化和智能化等多种功能，机电一体化产品能应用于各种不同的场合和不同领域，对用户需求的应变能力比较强。（5）维护方便。机电一体化产品的安装调试，可通过改变控制程序的方式来实现。通过各种手段将这些控制程序输入到机电一体化产品的控制系统中，避免产品中的任何部件或零件的改变。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以根据不同的工作对象，事先存入若干不同的执行程序，然后输入一个代码信号，便能按指定的预定程序自动工作。对于工作过程中出现的故障自动采取措施，机电一体化产品能够自动检验和自动监视，恢复正常工作。-2-2.机电一体化技术主要应用领域2.1数控机床经历了40多年的发展，数控机床及相应的数控技术在结构、功能、操作和控制精度上都有了快速地提高，其结构逐步趋向总线式、模块化、紧凑型发展，该结构采用多CPU、多主总线的体系。开放性设计能最大限度地提高用户的使用效益，硬件体系的结构和功能模块更具有层次性、兼容性、符合接口标准。为了能实现面向车间的编程技术和二、三维加工过程的动态仿真，系统引入在线诊断、模糊控制等智能机制。此外，软件的模块化设计和大容量存储器的应用，在丰富数控功能的同时，也让CNC系统的控制功能得到了加强。一台机床具备同时完成多个独立加工任务、同时控制多台和多种机床的能力，能实现多过程、多通道控制，刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都被集成到系统中去。2.2工业机器人第一代机器人，即示教再现机器人，它们只局限于根据示教进行简单重复运动，随着工作环境和作业对象的变化，其适应性和灵活性明显不足；随着技术的改进，第二代机器人有了各种先进的传感元件，通过对作业环境和操作对象简单信息的获取、计算机处理与分析，能够做出一定的判断，进行反馈并控制动作，其智能化还比较低级，并开始走向实用化；第三代机器人，也即智能机器人，它们具有多种感知功能，能够处理复杂的逻辑思维、判断和决策，并在各种作业环境中进行独立行动。2.3分布式控制系统分布式控制系统是指由一台中央计算机指挥控制若干台现场测控计算机或智能控制单元。分布式控制系统一般分为两级、三级或者更多级。对生产过程的集中监视、操作、管理和分散控制都能利用计算机完成。随着测控技术的不断发展，分布式控制系统的功能也越来越强大，除了可对生产过程进行控制，还可以实现生产过程实时调度、在线最优化、生产计划统计管理等功能，成为一种集测、控、管于一体的综合系统。分布式控制系统特点主要表现在操作简便、控制功能多样化、系统可以扩展、、可靠性高、维护方便等及方面，具有较小的故障影响面。该系统还具有连锁保护的功能，通过系统故障人工手动控制操作措施，提高了系统的可靠性。与集中型控制系统相比，分布式控制系统功能更加强大，安全性更高，成为当前大型机电一体化系统的主流。3.机电一体化技术发展趋势3.1智能化作为21世纪机电一体化技术发展的重要方向之一，人工智能日益得到机电一体化建设者的研究重视，其重要应用包括机器人与数控机床的智能化。“智能化”是描述机器行为的，它在控制理论的基础上，吸收了包括人工智能、计算机科学、运筹学、模糊数学、生理学、心理学以及混沌动力学在内的各种新的思想和方法，通过对人类智能的模拟，使其具备了进行推理判断、逻辑思维、自主决策的能力，使得控制目标更高。虽然，我们没有必要使机电一体化产品与人具有完全相同的智能，也是不可能的，但是，我们完全可能和有必要通过高性能、高速的微处理器，使机电一体化产品拥有低级智能或人的部分智能。-3-3.2高性能化现实应用的要求越来越高，新一代机电一体化系统对速度、精度、效率以及可靠度等方面都有更高的要求，以满足社会生产快速发展的需要。所以，以高速度、高精度、高效率和高可靠度为标准的高性能化是未来机电一体化技术发展的一大趋势。3.3微型化所谓微型化，就是机电一体化技术趋向微型机器和微型领域发展，它是人们对高新技术不断追求微型化的结果。相对而言，微型机电一体化的产品在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势，主要表现为产品的体积小、少耗能、运动灵活等，能够胜任常人无法想象的各种任务。3.4网络化随着网络技术的兴起和飞速发展，使得市场竞争环境得到了重大的变革，必将导致网络化与机电一体化的互相融合。由于网络的不断普及，基于网络的各种监视技术和远程控制不断涌现，而远程控制的终端设备就起本身而言，就是机电一体化产品。家用电器因现场总线和局域网技术的应用必将走向网络化，人们通过以计算机为中心的计算机集成家电系统，足不出户地就可以在家享受各种高技术带来的便利与快乐。所以，产品的网络化是未来机电一体化技术发展的趋势之一。3.5系统化系统化主要有两大特征：特征一就是开放式和模式化总线结构的进一步采用。系统可以进行任意的剪裁和组合，灵活组态，寻求多子系统的协调控制和综合管理。特征二就是通信功能有很大加强。产品与人的关系将得到未来机电一体化更多注重，机电一体化将趋于更人性化。如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性和通过模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品是将来的两个研究方向，现实中的许多机电一体化产品大都是受到动物或人类的启发而研制成功的。3.6绿色环保化当今时代的一大特征就是绿色环保。发达的工业让我们的生活更舒适，但同时，资源却不断减少，生态环境污染也很严重，保护环境资源，回归自然得到了人们的呼吁。绿色环保化自然就成为机电一体化的发展趋势。在设计、制造、使用和销毁的生命过程中，环保化产品要符合人类健康和特定的环境保护要求，对资源利用率极高，无害或极少危害生态环境。使用时不污染生态环境，报废后能回收利用，这是机电一体化产品的绿色环保主要体现。机电一体化的绿色环保化发展通过以资源、能源的高效利用为特色的集约型发展模式，寻求可持续发展的根本道路。参考文献：[1]李晶．机电一体化技术应用之我见[J]．价值工程，2011，（03）：160．[2]谢佳．略论机电一体化技术的发展[J]．综合研究，2011，（06）：1-2．[3]张童，王明军．浅谈机电一体化技术的现状和发展趋势[J]．承钢技术，2007，（07）：46-48．