探析机电一体化技术

【摘 要】机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势.文章简述了机电一体化技术的基本含义和主要应用领域,并指出其发展趋势.

【关 键 词】机电一体化；应用领域；发展；状况

一、机电一体化的含义

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.机电一体化技术包括机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、和伺服传动技术.其基本特征为：机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术.

二、机电一体化技术的应用

机电一体化技术及其产品在工业生产过程得到了广泛的应用,按照机电一体化产品的功能,可以将其分成以下几种：

1、电子设备

主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等.这类产品的特点是执行机构为电子装置.

2、信息控制

主要产品包括传真机、磁盘存储器、复印机等.这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制.

3、机电结合

主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等.这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合.

4、数控机械

主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等.这类产品的特点是执行机构为机械装置.

5、电液伺服

主要产品为机电液一体化的伺服装置,如电子伺服万能材料试验机.这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置,控制机构是接受电信号的液压伺服阀.

三、机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：

1、第一阶段（20世纪60年代以前）为初级阶段.在这一时期,研制和开发从总体上看还处于自发状态.由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广.

2、第二阶段（20世纪70-80年代）为蓬勃发展阶段.这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础.大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础.

3、第三阶段（20世纪90年代后期）为机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期.一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中暂露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支.

我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用.许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果.但与日本等先进国家相比,仍有相当差距.

四、机电一体化技术发展前景

机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合,其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展,其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化.

1、数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础,计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面.数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复.

2、智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向.人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一.诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的.但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的.

3、模块化

模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程.由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口.

4、网络化

由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾.而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统,使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处,因此,机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展.

5、人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面与环境相协调,使用这些产品,对人来说还是一种艺术享受.

6、微型化

微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向.由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景.

7、集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序.为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性.

8、绿色化

绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高.机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用.绿色制造业是现造业的可持续发展模式.

【参考文献】

[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京:科学出版社,2004.

[2]李运华.机电控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3]高钟毓.机电控制工程[M].北京:清华大学出版社,2002.