机电一体化技术及其应用

时间：2021-01-20 10:23:17 机电一体化毕业论文我要投稿

机电一体化技术及其应用

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机电一体化技术及其应用

　　机电一体化技术及其应用【1】

　　摘要：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，并说明其在钢铁工业中的应用以及发展趋势。

　　关键词：机电一体化;技术;应用

　　一、机电一体化技术发展

　　机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。

　　1.1 数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。

　　数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。

　　数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

　　1.2 智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。

　　例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。

　　随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

　　1.3 模块化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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。

　　如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。

　　这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

　　1.4 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使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

　　1.5 人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

　　1.6 微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。

　　微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

　　自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器(压力传感器、微加速度计、微触觉传感器)，各种微构件(微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等)。

　　1.7 集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。

　　为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。

　　首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

　　1.8 带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。

　　由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。

　　带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

　　二、机电一体化技术在钢铁企业中应用

　　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。

　　机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：

　　2.1 智能化控制技术(IC) 由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。

　　智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。

　　2.2 分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。

　　分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。

　　利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。

　　随着测控技术的.发展，分布式控制系统的功能越来越多。

　　不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。

　　DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。

　　DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。

　　分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

　　2.3 开放式控制系统(OCS) 开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。

　　“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。

　　开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

　　2.4 计算机集成制造系统(CIMS) 钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。

　　目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。

　　未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。

　　为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。

　　美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。

　　机电一体化的系统构成及应用【2】

　　摘要：机电一体化又称机械电子学，日本企业界在1970年左右最早提出"机电一体化技术"这一概念，即结合应用机械技术和电子技术于一体。

　　随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术发展迅速，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前，机电一体化的系统构成已经越发的完善，应用也越发的广泛。

　　关键字：机电一体化组成要素发展状况技术应用

　　一、机电一体化的研究方向

　　1.机械技术。

　　机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

　　2.计算机与信息技术。

　　其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、技术均属于计算机信息处理技术。

　　3.系统技术，即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

　　4.自动控制技术。

　　其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

　　二、机电一体化的未来发展趋势

　　1.机电一体化的组成。

　　机电一体化的组成部分包括：机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器、动力源。

　　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3个阶段。

　　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。

　　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迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

　　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、通信技术等进入了机电一体化，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;另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。

　　同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤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广阔天地。

　　这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

　　三、机电一体化的应用领域

　　现代机电一体化是一门综合的技术，是机械与微电子技术、信息技术相互渗透融合的产物，是机电工业发展的必然趋势。

　　这意味着，机电一体化的应用在未来的工业发展中将更为广泛。

　　机电一体化的主要应用领域：

　　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、操作和控制上都有迅速的提高，总线式、紧凑型的结构、开放式的设计以及数控编程技术和技术化，这些发展最大限度的提高的用户的效益。

　　2.计算机集成制造系统。

　　它打破原有部门之间的界限，以制造为基础来控制物流和信息流，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产试验到生产经营管理的有机结合。

　　3.柔性制造系统。

　　即计算机化的系统，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。

　　该系统的应用会使冗余度增加，有较好的柔性，能够应付突发事件。

　　4.机电一体化技术在钢铁企业中应用。

　　机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：智能化控制技术(IC)、分布式控制系统(DCS)、开放式控制系统(OCS)、计算机集成制造系统(CIMS)、现场总线技术(FBT)、交流传动技术。

　　5.工业机器人。

　　目前，被广泛应用的为第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。

　　四、机电一体化技术的智能化趋势

　　智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。

　　1.数字化。

　　微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。

　　数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。

　　数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。

　　2.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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。

　　这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

　　从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。

　　3.网络化。

　　网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。

　　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。

　　五、小结

　　综上所述，机电一体化技术是众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。

　　它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。

　　大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

　　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]李运华.机电控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

　　[3]张建民.机电一体化系统设计[M].北京：北京理工大学出版社，1996

　　[4]机电一体化技术手册编委会.机电一体化技术手册.北京：机械工业出版社，1994

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