论机电一体化技术的应用与发展趋势

　　摘要:本文笔者结合多年的工作经验,首先阐述了机电一体化的原理及现状，并重点分析了机电一体化的应用情况，期望能给同行有所借鉴。
　　关键词：机电一体化技术；微细加工技术；智能化；应用领域；
　　引言
　　知识经济时代最突出的特点在于知识和信息的传播不同于以往的制造和技术的传播,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。
　　机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。
　　一、我国机电一体化的现状
　　全球范围内机电一体化的发展通常可以分为三个阶段。第一阶段为20世纪60年代以前,因为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；第二阶段为20世纪70~80年代。第三阶段为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,机电一体化呈现深入发展时期。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。
　　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”。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。
　　二、机电一体化的核心技术
　　机电一体化包括：软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须掌握机械本体技术；传感技术；信息处理技术；驱动技术；接口技术；软件技术。
　　三、机电一体化技术的主要应用领域
　　（一）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：
　　1、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。
　　2、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。
　　3、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。
　　4、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。
　　5、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。
　　6、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。
　　7、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。
　　（二）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。
　　（三）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。
　　（四）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。
　　四、我国机电一体化的发展前景
　　4.1网络一体化
　　知识经济时代的突出特征是计算机技术和网络技术的迅猛发展。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、教育以及人们日常生活都带来了巨大的变革。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球。
　　4.2模块标准化
　　模块化是一项重要而艰巨的工程。因为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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂又是非常重要的事。这需要制定各项标准,以便各部件、单元的匹配和接口。
　　4.3人工智能化
　　21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向就是智能化。人工智能在机电一体化建设者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。但是,高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能,则是完全可能而又必要的。
　　五、结语：
　　机电一体化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。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强大之路。
　　参考文献：
　　1、李运华：机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.
　　2、芮延年：机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.
　　3、柴天佑：智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).
　　4、周士冲：机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).
　　5、李玉翔：机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).

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