浅论机电一体化技术的应用及发展趋势

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  【摘 要】 本文首先介绍了机电一体化的概念与特征,对这项技术的发展趋势做了详细的分析。
  【关键词】 机电一体化;发展趋势;机械工业
  前言:
  现代科学技术的不断发展.极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造。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。
  一、机电一体化技术简介
  所谓机电一体化指的是将电子技术引入机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上,从而形成一个电子化设计及软件与机械装置相融合的系统。
  以系统功能目标要求和系统的观点为依据,以机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术以及电力电子技术为途径,通过对个功能单位进行合理配置和布局,使系统实现功能齐全、产品品质高、可靠性高、耗能低的特定价值,从而使系统工程技术最优化,这是机电一体化的基本特征。在此基础上生成的系统我们将之称为机电一体化系统或者机电一体化产品。所以说,机电一体化的内涵两个方面,即“产品”与“技术”。
  二、对机电一体化发展现状的思考
  至到上世纪八十年代,我国才开始在机电一体化方面进行研究和应用。虽然我国在此方面的研究起步较晚,但是,我国政府给予了十分的重视,这可以从国家将机电一体化列入“863计划”即国家高技术研究发展计划,并成立相关的领导小组足以认识到。
  第一、在数控技术方面
  目前我国在数控技术方面已经取得了一些成绩。然而,到上世纪末期在我国国内市场上已经有1/2的国产数控机床占有率,1/10的普及型国产数控系统的占有率;在数控系统的生产能力上,我国已经达到了超过3000套/年;在主轴与进给装置上,我国的生产能力也达到了超过5000套/年;在数控机床(普通级)的加工精度上已经突破了10μm的瓶颈达到了5μm;在超精密加工精度上,我国的数控技术已经可以精确到0.01μm,也就是纳米级别。
  第二、在工业机器人方面
  如今,已经有200多家单位进行了在机器人方面的研发,有50多家专门对机器人产业进行开发的企业,已经有大概10000台工业机器人在我国市场上,其中有1/3是我国自行产出的。从以上数据中,我国可以看出,在机器人操作机的优化制造技术方面,我国的相关科学研究机构和企业已经充分掌握了,并使机器人生产的关键技术,例如机器人控制、软件设计和编程、驱动系统的设计等等,同时拥有了大型机器人自动工作站与周边配套设施的开发和制备技术。
  三、机电一体化的优点
  机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术.将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称其涵盖“技术”和“产品”两个方面.是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术.而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑.这是机电一体化与机械+电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别机械工程技术由纯机械发展到机械电气化.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.还能赋予许多新的功能,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伸.还是人的感官与头脑的眼神。机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别是智能化机电一体化产品的典型例子有:数控加工中心、机器人以及具有检测控制性能的数码相机等。总之.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、计算机这五个要素构成。
  四、机电一体化发展趋势的分析
  机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此,机电一体化的主要发展方向如下:
  1、智能化
  智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者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。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。
  2、环保化
  所谓环保产品,指的是在产品的整个生命过程(设计、制造、使用、销毁)中是与人类的健康、环境的保护具有相符性,因而,它对于生态环境来说,不仅拥有极高的资源利用率和极少甚至无害的环境污染率。对于环保的机电一体化产品来说,它主要指的是在产品的使用过程中,它不会产生环境污染物,并且在产品报废后可以进行回收再利用,使资源再循环。在工业的迅猛发展之下,严重地污染了环境、损耗了资源。因而,在国际环保的呼吁下,工业生产必然会走向环保化、绿色化。
  3、微型化
  微型化兴起于20世纪80年代末,是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,可进入一般机械无法进入的空间,易于进行精细操作,因此在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。
  4、结束语
  机电一体化技术的发展使机电产品功能和质量得到提高,在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。机电一体化的出现不是孤立的,它是许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。当然与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
  参考文献:
  [1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京:化学工业出版,2003.
  [2]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版,2004.
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