肖云飛

（身份證號(hào)：132530198004150018）

淺析機(jī)電一體化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

肖云飛

（身份證號(hào)：132530198004150018）

本文探討了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程與構(gòu)成、優(yōu)勢(shì)，并展望了機(jī)電一體化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

機(jī)電一體化；智能；綠色；微型

1　機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成

（1）機(jī)械本體：機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能。要求：可靠、小型、美觀。

（2）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)：提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)功能。要求：效率高、可靠性好。

（3）檢測(cè)傳感裝置：檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。要求：體積小、精度高、抗干擾。

（4）控制與信息處理：處理、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能。要求：高可靠性、柔性、智能化。

（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主功能。高性能、高精度、高效率。

2　機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

2.1智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類(lèi)智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。

2.2模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

2.3仿生物系統(tǒng)化

今后的機(jī)電一體化裝置對(duì)信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上是處于“靜態(tài)”時(shí)不穩(wěn)定，但在動(dòng)態(tài)（工作）時(shí)卻是穩(wěn)定的。這有點(diǎn)類(lèi)似于活的生物：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時(shí)，生物便“死亡”，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時(shí)，生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機(jī)構(gòu)可為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供新型機(jī)體，但如何使這些新型機(jī)體具有活的“生命”還有待于深入研究。

2.4光機(jī)電一體化

一般的機(jī)電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成的.因此，引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn)是能有效地改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動(dòng)力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機(jī)電一體化是機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢(shì)。

2.5自律分配系統(tǒng)化——柔性化

未來(lái)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強(qiáng)的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計(jì)成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時(shí)具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。其特點(diǎn)是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動(dòng)”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個(gè)系統(tǒng)。

2.6微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。近十余年來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)，作為機(jī)電一體化技術(shù)的新尖端分支而倍受重視，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電系統(tǒng)高度融合了微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，發(fā)展難點(diǎn)在于微機(jī)械并不是簡(jiǎn)單地將大尺寸的機(jī)械按比例縮小，由于結(jié)構(gòu)的微型化，在材料、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、摩擦特性、加工方法、測(cè)試與定位及驅(qū)動(dòng)方式等方面都產(chǎn)生了一些特殊問(wèn)題。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，可進(jìn)入一般機(jī)械無(wú)法進(jìn)入的空間，并易于進(jìn)行精細(xì)操作，因此在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國(guó)防等領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用前景。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。

2.7綠色化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。工業(yè)的發(fā)展使得資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。綠色化成了時(shí)代的趨勢(shì)，產(chǎn)品的綠色化更成了適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的一大特色。如果我們把機(jī)械產(chǎn)品和制造機(jī)械產(chǎn)品的機(jī)械裝置統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械系統(tǒng)，則機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品的功能可歸結(jié)為：提高機(jī)械系統(tǒng)的性能，完成傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)不能完成的功能；提高機(jī)械系統(tǒng)的智能化程度，使人在更舒適的環(huán)境中工作；提高機(jī)械系統(tǒng)的可回收性；降低機(jī)械系統(tǒng)的原材料消耗；降低機(jī)械系統(tǒng)的能耗；降低機(jī)械系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的污染，可以看出其中至少有3條是和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的。

3　結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智能化機(jī)械產(chǎn)品，即提供一種能滿足可持續(xù)性發(fā)展的綠色產(chǎn)品。

[1]張萬(wàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3]劉鍇，周海.深入淺出西門(mén)子S7-300PLC[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2004.

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2015-7-3