陳德光

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 201900)

我國機電一體化的發(fā)展探究

陳德光

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 201900)

科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,計算機技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè),促使機電一體化技術(shù)在企業(yè)中國得到了普遍應(yīng)用。在出現(xiàn)機電一體化之后,生產(chǎn)從機械電氣化轉(zhuǎn)化為機電一體化,推動了企業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品的進步,也表現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性。本文主要介紹機電一體化技術(shù)的組成和特點、探究其在國外和國內(nèi)的發(fā)展情況,并分析了機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

機電一體化 特點 組成 發(fā)展情況 發(fā)展趨勢

機電一體化，也稱作機械電子工程。目前已經(jīng)進入知識經(jīng)濟時代，知識的普及和信息的傳播更加快捷。由于機械工程行業(yè)開始廣泛應(yīng)用計算機技術(shù)和微電子技術(shù)，產(chǎn)生了機電一體化，并潛移默化的改變了生產(chǎn)方式、工程以及構(gòu)成等。

1 機電一體化概述

在1971年雜志中第一次出現(xiàn)機電一體化的概念，然后機電一體化快速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。機電一體化是新興的交叉學(xué)科，也就是將電子器件的控制功能附加和信息處理或者是融合在機械裝置中的復(fù)合技術(shù)。機械在應(yīng)用機電一體化技術(shù)之后，不再僅僅具有機械化的特點，同時具備智能化和人性化特點，促使機械結(jié)構(gòu)更加簡單，提高了自動化水平。機電一體化包括多種技術(shù)：機械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等，并且在實踐中發(fā)揮了很大的作用。

機電一體化系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)組成要素、感知組成要素、動力組成要素、運動組成要素、智能組成要素五大組成要素構(gòu)成。結(jié)構(gòu)組成要素指的是機械本體，支撐系統(tǒng)的功能；感知組成要素指的是傳感的測試，檢測參數(shù)以及狀態(tài)；動力組成要素指的是動力驅(qū)動，供應(yīng)能量；運動組成要素指的是執(zhí)行機構(gòu)，以指令為依據(jù)執(zhí)行和動作；職能組成要素指的是控制和信息處理，控制系統(tǒng)運行。

機電一體化具有智能化、模塊化和系統(tǒng)化的特點。從智能化角度來看，信息技術(shù)和模糊技術(shù)的快速發(fā)展提高了其智能化水平，在很大程度上不同于傳統(tǒng)機械自動化。因為其增加了人工智能的機械，具有更高的效率和精度。最近幾年，優(yōu)化了微機的性能，提高了處理器的速度，所以機電一體化更加智能。以模塊的角度來看，它是機電一體化重要工程的發(fā)展趨勢。以系統(tǒng)化角度來看，應(yīng)用模式化和開放化的總線結(jié)構(gòu)改變了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，促使系統(tǒng)更加靈活、協(xié)調(diào)和易管理。綜上所述，機電一體化具有高精度、高性能、高效率、更強可編程適應(yīng)性，促使控制變得更加復(fù)雜。

2 機電一體化的發(fā)展情況

2.1 國外機電一體化的發(fā)展

國外機電一體化的發(fā)展主要分為初級階段、第二階段、第三階段。初級階段指的是20世紀(jì)60年代之前，人們開始逐漸應(yīng)用電子技術(shù)，所以被廣泛應(yīng)用。第二個階段，機電一體化產(chǎn)品以及技術(shù)發(fā)展迅速。第三個階段，各個國家非常關(guān)注節(jié)電一體化。比如日本，日本在1989年第一屆國際先進機電一體化會議中，討論了機電一體化的發(fā)展，并制定了其發(fā)展的具體計劃。國外機電一體化發(fā)展的一個重要因素是可以應(yīng)用于各個制造領(lǐng)域，并從單機發(fā)展到制造產(chǎn)業(yè)的集成化。

2.2 國內(nèi)機電一體化的發(fā)展情況

電子計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)的迅速發(fā)展為我國研究和應(yīng)用機電一體化技術(shù)打下了基礎(chǔ)，加強了機械和電子技術(shù)的融合水平。尤其是在我國完成微型計算機、大規(guī)模集成電路產(chǎn)品的研發(fā)和上市之后，進一步推動了機電一體化的發(fā)展。我國從20世紀(jì)80年代開始正式研究機電一體化技術(shù)，國務(wù)院將其列入“863”計劃的一個重點項目，同時成立了專門的機電一體化技術(shù)研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組。同時，在制定“九五”規(guī)劃以及2010年發(fā)展綱要時，尤其指出加快機電一體化技術(shù)發(fā)展的重要作用和詳細實施措施。我國很多科研機構(gòu)、高等院校、生產(chǎn)企業(yè)針對這方面也做了研究，在一定程度上推動我國機電一體化的發(fā)展。我國機電一體化技術(shù)在20世紀(jì)90年代進入快速發(fā)展階段。機電一體化技術(shù)研發(fā)融入光學(xué)、通信、電子等現(xiàn)代技術(shù)，尤其是逐漸應(yīng)用微細加工技術(shù)，推動新型技術(shù)，例如光機電一體化、微機電一體化等的發(fā)展。設(shè)計、集成和分析機電一體化系統(tǒng)開始向智能化發(fā)展，并且深入研究這一邊緣學(xué)科體系。此外，機電一體化廣泛應(yīng)用光纖技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)等，拓展了發(fā)展空間和完善了其科學(xué)體系。

3 機電一體化的發(fā)展趨勢

工業(yè)在我國社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，并且推動了工業(yè)機械制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級。機電一體化的發(fā)展重點是研發(fā)以及應(yīng)用微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)，尤其是應(yīng)用微型計算機和微處理器。我國機電一體化當(dāng)前向著智能化、集中控制化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化和綠色化發(fā)展。

3.1 機電一體化的智能化發(fā)展趨勢

我國機電一體化的一個重要發(fā)展趨勢是智能化，可以充分展現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品“全息”特點。智能化指的是系統(tǒng)描述工業(yè)機械本身行為，可以進行邏輯思維、推理判斷和自主決策等。機電一體化技術(shù)的智能化相對于傳統(tǒng)技術(shù)，以現(xiàn)代機械控制理論為基礎(chǔ)，和人工智能、計算機科學(xué)、心理學(xué)等先進技術(shù)和思想相融合，利用最新的芯片技術(shù)和模糊技術(shù)。機電一體化技術(shù)的智能化重視產(chǎn)品整體的性能，當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)研發(fā)智能機器人、新型微波爐等，通過智能化處理產(chǎn)品控制系統(tǒng)，不斷提高產(chǎn)品的性能。

3.2 我國機電一體化技術(shù)向集中監(jiān)控化發(fā)展

在設(shè)計機電產(chǎn)品時逐漸廣泛應(yīng)用集中監(jiān)控化技術(shù)，促使設(shè)備更好的運行，并良好維護設(shè)備。集中監(jiān)控系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)更加重視統(tǒng)一處理各部分功能，也就是利用中央監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備運行的整個過程，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，有效處理發(fā)現(xiàn)的故障。機電一體化技術(shù)尤為注重安全管理機電設(shè)備和安全運行設(shè)備，通過不斷升級技術(shù)，推動機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的集成化發(fā)展。

3.3 我國機電一體化技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

當(dāng)前不斷更新?lián)Q代計算機產(chǎn)品，也不斷發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，我國機電一體化技術(shù)從20世紀(jì)90年代融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并且獲得了一定成果。在21世紀(jì)到來之后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動了各種遠程監(jiān)控技術(shù)不斷發(fā)展，并且應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，進一步推動了機電一體化技術(shù)的發(fā)展。因此我國機電一體化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展在提高產(chǎn)品安全性和完善產(chǎn)品性能方面發(fā)揮著重要作用。

3.4 機電一體化技術(shù)的微型化發(fā)展

蝕刻技術(shù)是半導(dǎo)體器件制造的一個基本技術(shù)，我國科研人員已經(jīng)應(yīng)用此技術(shù)成功制造出“亞微米級”的微型化機械元件。將此應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品之后不再需要區(qū)分機械和控制部分，而是完全融合機械和電子各部分零件，尤其是將傳感器、CPU等關(guān)鍵部分集于一體，不斷縮小機電一體化產(chǎn)品體積。當(dāng)前，我國已經(jīng)研究和生產(chǎn)了一系列微機電一體化產(chǎn)品，其體積小于1立方厘米，并且逐漸發(fā)展到微米級和納米級。比如，將微機電產(chǎn)品應(yīng)用于軍事、通訊、生物醫(yī)療等產(chǎn)品中，可以消耗更少的能量，占用更小的空間，并更加靈活的運動等，所以逐漸廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域和行業(yè)?？墒俏覈?dāng)前研發(fā)機械技術(shù)、超精密技術(shù)的水平比較低，這是我國研究中需要突破的重點。

3.5 我國機電一體化技術(shù)向綠色化發(fā)展

當(dāng)前，人們不斷提高環(huán)保意識，追求綠色產(chǎn)品，人們當(dāng)前生活追求低碳節(jié)能生活。所以，將來機電一體化產(chǎn)品也要順應(yīng)這一趨勢，促使產(chǎn)品在設(shè)計、制造和使用環(huán)節(jié)滿足法定的環(huán)保要求，不危機人們的生命健康，不破壞生態(tài)平衡，并且在產(chǎn)品達到使用壽命之后也可以進行回收和利用。

3.6 應(yīng)用PLC技術(shù)

PLC指的是可編程邏輯控制器，具有的功能有邏輯控制、數(shù)字量化智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控等。當(dāng)前，我國設(shè)計的機電產(chǎn)品，PLC都配有算數(shù)運算和A/D以及D/A轉(zhuǎn)換功能，有些高精密機電產(chǎn)品甚至有PID功能，閉環(huán)控制模擬量。在控制機電產(chǎn)品的運動和速度方面，應(yīng)用PLC技術(shù)輸出和接受高脈沖，同時配有對應(yīng)的傳感器和伺服設(shè)備。機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)在應(yīng)用PLC技術(shù)之后可以智能控制數(shù)字量，在同時應(yīng)用PLC技術(shù)和可編程序端設(shè)備之后，可以實時采集和現(xiàn)實數(shù)據(jù)，促使設(shè)備管理人員及時統(tǒng)計和分析各種數(shù)據(jù)，進而應(yīng)用PLC自檢信號監(jiān)控機電產(chǎn)品系統(tǒng)。機電一體化技術(shù)在應(yīng)用PLC技術(shù)之后提高了產(chǎn)品的通信功能，更好的控制運動和順序、聯(lián)網(wǎng)通信、處理數(shù)據(jù)等。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國機電一體化技術(shù)取得了一定的成就，可是相對于發(fā)達國家還是比較落后。我國當(dāng)前經(jīng)濟和社會發(fā)展迅速，其中現(xiàn)代工業(yè)和機械制造業(yè)的發(fā)展更為明顯，研究機電一體化技術(shù)是非常重要的，推動我國不斷向工業(yè)大國發(fā)展。我國機電一體化的發(fā)展趨勢是智能化、集中控制化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化和綠色化，將會給人們的生產(chǎn)和生活帶來很大便利。而在發(fā)展機電一體化技術(shù)的過程中，也要重視引入和研究新型技術(shù)，對當(dāng)前的技術(shù)格局進行改善，更快的達到國際技術(shù)水平。

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