机电一体化的发展现状

机电一体化的发展现状

　　机电一体化的发展现状【1】

　　【摘 要】本文阐述的机电一体化技术的定义，特点以及发展历程，并针对机电一体化技术所需的共性关键技术进行了分析，基于此分析，探索了未来机电一体化发展的方向，对机电一体化的研究有参考指导意义。

　　【关键词】机电一体化 发展历程 关键技术 发展趋势

　　机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，现在的机电一体化技术，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。

　　它不是上述技术的简单拼凑，而是从系统的观点出发，合理配置各功能单元，使得整个系统具有高质量，高可靠性的特点。

　　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力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，还能赋扑许多新的功能，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。

　　即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延仲，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

　　现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。

　　1.机电一体化的发展过程

　　机电一体化经历了长期的产生于发展过程，大致分为三个阶段：

　　萌芽阶段：20世纪60年代以前为萌芽阶段。

　　由于电子技术发展迅速，人们逐步使用电子技术的初步成果完善机械产品的性能。

　　特别是第二次世界大战后，机械产品与电子技术的结合使得许多性能优良的产品出现，对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。

　　蓬勃发展阶段：20世纪70年代至20世纪80年代是蓬勃发展阶段。

　　在这一阶段，人们主动地利用新技术的巨大成果创造新的机电一体化产品。

　　应该特别指出的是，日本在推动机电一体化技术的发展方面起了主导作用。

　　日本政府于1971年3月颁布了《特定电子工业与特定机械工业振兴临时措施法》，要求企业界“应特别注意促进为机械配备电子计算机和其他电子设备，从而实现控制的自动化和机械产品的其他功能”。

　　这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为基点一体化的发展奠定了技术基础。

　　智能化阶段：从20世纪90年代开始至今称为智能化阶段。

　　机电一体化技术向智能化新阶段迈进。

　　人工智能技术及网络技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的新天地。

　　大量的智能化机械产品不断涌现。

　　出现了“模糊控制”和“混沌控制”等新概念。

　　机电一体化的目的是使系统高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻薄短小巧化方向发展，不断满足人们的生活多样化需求和生产的省力化、自动化需求。

　　因此，机电一体化的研究方法并不是拼拼凑凑的“混合”设计法，应该从系统的角度出发，采用现代设计分析方法，充分发挥边缘学科技术的优势。

　　2.机电一体化发展的共性关键技术

　　机电一体化发展所采用微电子技术必须解决一些共性关键技术。

　　这些技术包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、精密机械技术及系统总体技术等。

　　各部分所包括的内容如下：

　　检测传感技术：检测传感器的检测对象有位移、压力、温度、速度、加速度、流量等物理量，其检测精度的高低直接影响机电一体化产品的性能好坏。

　　检测传感技术的主要难点在于提高可靠性、精度和灵敏度。

　　信息处理技术：信息处理技术包括信息的输入、变换、运算、次数和输出技术。

　　信息处理是否及时正确，直接影响机电一体化产品的质量和效率，因而成为机电一体化产品的关键技术。

　　在信息处理技术方面存在的问题有减轻重量、提高处理速度、提高可靠性和抗干扰能力以及标准化、提高操作性及便于维修保养等。

　　自动控制技术：自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等技术。

　　其技术难点是现代控制理论的工程化与实用化，以及优化控制模型的建立等。

　　伺服驱动技术：伺服驱动技术主要是指执行元件中的一些技术问题。

　　伺服驱动包括电动、气动、液动等各种类型。

　　希望之星元件满足小型、重量轻和输出功率大等三个方面的要求，以及提高对环境的适应性和可靠性。

　　精密机械技术：机电一体化产品对精密机械提出的新要求有：减轻重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善动态性能等。

　　系统总体技术：系统总体技术是以中国从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。

　　机电一体化产品要求系统的协调性很好，否则即使各个部分的性能、可靠性都很好，性能和产品也很难保证正常运行。

　　3.机电一体化发展趋势

　　随着科技的发展和经济的进步，对机电一体化技术提出了许多新的和更高的要求，出现了新的概念。

　　如数控技术、CNC、FMS、CIMS及机器人等都被一致认为是典型的机电一体化技术、产品及系统。

　　机电一体化的发展趋势有以下几点：

　　高性能化：高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。

　　新一代CNC系统就是以此“四高”为满足生产急需和人诞生的。

　　可实现告诉数据传递，在相当高的分辨率情况下，系统仍有高速度，此外其效率也非常高。

　　智能化：人工智能的研究日益得到重视，其中机器人与数控机床的智能化就是重要应用。

　　智能机器人通过视觉，触觉和听觉等各类传感器检测工作状态，根据实际变化过程反馈信息并作出判断与决定。

　　数控机床智能化，使用各类传感器对切削加工前后和加工过程中的各种参数进行监测，并通过计算机系统做出判断，自动对异常现象进行调整和补偿。

　　此外，机电一体化发展趋势还有系统化，轻量化及微型化等

　　参考文献：

　　[1]机电一体化技术的发展及应用，梁俊彦

　　[2]机电一体化系统设计 张建民 北京理工大学出版社 2006.2

　　[3]机电一体化技术与系统 梁景凯 机械工业出版社 2006.11

　　[4]机电一体化原理及应用 吕强 国防工业出版社 2010.11

　　机电一体化的发展现状及其应用【2】

　　【摘要】机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。

　　本文讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并从对机电一体化的认识出发，概述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。

　　【关键词】机械工业;机电一体化;应用;发展方向

　　1.机电一体化技术的主要应用领域

　　1.1 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，具体表现在：

　　总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。

　　开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。

　　WOP技术和智能化。

　　系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。

　　大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。

　　能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。

　　系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。

　　以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。

　　1.2 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。

　　1.3 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。

　　1.4 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。

　　2.机电一体化技术的发展前景

　　纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展。

　　2.1 智能化

　　智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。

　　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。

　　2.2 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。

　　2.3 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。

　　2.4 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。