朱廣瑞

摘要：機(jī)電一體化是一門跨學(xué)科的科學(xué)，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)結(jié)合而成的綜合性技術(shù)。這一多技術(shù)的綜合及多個(gè)部分的組合，使得機(jī)電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性、科學(xué)性。其各個(gè)組成部分（如機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、以及軟件技術(shù)等）在綜合成完整的系統(tǒng)中相互配合，這需要取長(zhǎng)補(bǔ)短，嚴(yán)格要求，不斷向理想化方向發(fā)展，使原來(lái)各種技術(shù)取長(zhǎng)補(bǔ)短，更趨于合理性、科學(xué)性，在機(jī)械制造中等到廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)述了其在機(jī)械制造中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化機(jī)械制造業(yè)技術(shù)應(yīng)用

1機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)品和系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1.1體積小，重量輕。由于半導(dǎo)體和集成電路技術(shù)的提高和液晶技術(shù)的發(fā)展使得控制裝置和測(cè)量裝置的重量和體積大大減小迅速向輕型化和小型化發(fā)展。

1.2速度快，精度高。隨著電路集成度的不斷提高，處理速度也迅速提高，使機(jī)電一體化裝置總的處理速度能夠充分滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

1.3可靠性高。由于激光和電磁應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展傳感器和驅(qū)動(dòng)控制器等裝置己采用非接觸式取代了接觸式，避免了原來(lái)機(jī)械接觸存在的注油、磨損、斷裂等問題，使可靠性得到大幅度提高。

1.4柔性好。機(jī)電一體化系統(tǒng)通?？梢酝ㄟ^改變計(jì)算機(jī)軟件就可以實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)動(dòng)并增加新的運(yùn)動(dòng)，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

2機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

2.1開放式控制系統(tǒng)

開放控制系統(tǒng)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展引出的新結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。

2.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

機(jī)械制造的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料，設(shè)計(jì)、加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前機(jī)械制造己基本實(shí)現(xiàn)了過程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)的要求。

2.3智能化控制技術(shù)

由于器械制造具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)己不能滿足需要，因此采用智能控制技術(shù)替代傳統(tǒng)的技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面。

2.4分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制生產(chǎn)過程中多個(gè)控制回路，同時(shí)又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。

2.5現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FieldBusTechnology）是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)，就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。

2.6交流傳動(dòng)技術(shù)

傳動(dòng)技術(shù)在機(jī)械制造中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能己達(dá)到和超過直流調(diào)速水平。

3機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

3.1智能化

即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有人一樣的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了新天地。

3.2模塊化

機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。

3.3數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

3.4網(wǎng)絡(luò)化

遠(yuǎn)程控制終端設(shè)備作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

3.5人性化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

3.6微型化

微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical systems，簡(jiǎn)稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。

3.7集成化

集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

3.8帶源化

機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

4、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)電一體化技術(shù)廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，這必將給機(jī)械行業(yè)帶來(lái)了勃勃生機(jī)。機(jī)械產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌將迅速發(fā)生巨大變化，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，便具有很高的功能水平和附加價(jià)值，這將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。