浅析机电一体化技术的发展和趋势

　　[摘要]机电一体化是机电与微电子技术的有机结合，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概要和发展背景，分析了机电一体化技术的发展趋势。
　　[关键词]机电一体化技术；国内现状；数控FMS;CIMS
　　20世纪80年代中期以来，计算机特别是微型计算机已日益广泛应用于机械产品和生产过程的控制，使机、电有机地结合，发展成机电一体化技术。此技术经历了三十多年的发展，其内涵随科技的发展不断更新。70年代主要是指机械与电子的简单结合机电一体化产品，也较简单主要涉及到高性能的伺服技术；在80年代高性能微处理器的出现立即在机电一体化产品中得到应用，大大提高了机电一体化产品的自动化智能化程度；进入90年代计算机网络和通讯技术的迅速发展使机电一体化系统向着智能化和自动化方向发展，此时机电一体化是机械电子控制光学信息和计算机等技术的相互交叉和融合。
　　机电一体化技术的应用，给机械行业带来了显著的效益，降低了原材料消耗，减轻了操作工人的劳动强度，增强了企业在市场中的竞争力。
　　1.机电一体化基本结构要素
　　1.1机械本体部分
　　机械本体就像人体的身躯骨架它是系统所有功能元素的机械支持结构包括机身框架机械连接等。
　　1.2动力部分
　　动力部分与人体内脏产生能量去维持生命运动一样为系统提供能量和动力功能驱动执行机构使系统按照控制要求正常运行。
　　1.3传感部分
　　传感部分就像人的眼鼻耳口等感觉器官将系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测变成可识别的信号传输到信息处理单元经过分析处理后产生相应的控制信息其功能一般由专门的传感器和仪器仪表完成。
　　1.4驱动部分
　　驱动部分就像人体的肌肋腱接受大脑指挥驱动四肢运动一样在控制信息作用下驱动执行机构完成各种动作和功能。
　　1.5执行部分
　　执行部分如同人的四肢由大脑支配完成各项工作任务一样根据控制信息和指令完成各种动作和功能执行机构是运动部件一般采用机械电磁电液等机构。
　　1.6控制及信息处理部分
　　控制及信息处理部分犹如人的大脑指挥和控制全身运动并能记忆思考和判断问题一样将来自各传感器的检测信息集中存储分析加工并根据信息处理的结果按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的的运行它一般由计算机可编程序控制器数控装置以及逻辑电路A/D与D/A转换I/O输入输出接口和计算机外部设备等组成。
　　2.机电一体化的具体内容
　　2.1机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术，主要包括技术原理和使用机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称。
　　2.2机电一体化系统产品由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体，具有满足人的使用要求的最佳功能，机电一体化系统产品。主要是指机械系统或部件与微电子系统或部件相互置换和有机结合，从而赋予新的功能和性能的新一代产品，有良好的人机协作关系。一个机电一体化的系统主要是由机械装置、执行装置、动力源、传感器、计算机这5个要素构成。
　　2.3机电一体化工程机械电子工程是机械工程与电子工程的综合集成，即给定机电一体化系统或产品“目的功能”与“规格”后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程体系。
　　2.4机电一体化思想体现了“系统设计原理”和“综合集成技巧”。系统工程、控制论和信息论是机电一体化技术的方法论。从某种意义上讲、机电一体化思想相当于“一体化”思想。
　　3.机电一体化技术的主要应用领域
　　3.1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：
　　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；
　　3.2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。
　　3.3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以开始走向实用化；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。
　　4.机电一体化的发展趋势
　　4.1机电一体化的高性能化
　　高性能化一般包括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而诞生的。
　　4.2机电一体化的智能化趋势
　　人工智能在机电一体化技术中的研究日益得到重视机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
　　4.3机电一体化的系统化发展趋势
　　系统化的表现特征之一是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构；表现特征之二是通信功能的大大加强一般除RS232外还有RS485DCS分布式计算机控制和FCS现场总线控制等多种功能；
　　4.4机电一体化的轻量化及微型化发展趋势
　　机电一体化产品除了机械主体部分其他部分均涉及电子技术随着片式元器件SMD的发展表面组装技术SMT正在逐渐取代传统的通孔插装技术THT成为电子组装的重要手段电子设备正朝着小型化轻量化多功能方向发展微型化是指机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。

《浅析机电一体化技术的发展和趋势》

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