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機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與探析

2013-04-29 15:55:02楊瑩
科協(xié)論壇·下半月 2013年6期
關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化優(yōu)勢(shì)現(xiàn)狀

楊瑩

摘 要:機(jī)電一體化是機(jī)電工業(yè)實(shí)際應(yīng)用效果的復(fù)合技術(shù)之一,也是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。同時(shí),機(jī)電一體化是多種學(xué)科的綜合交叉,具有一定的復(fù)雜性。當(dāng)前,機(jī)電一體化的應(yīng)用范圍日益廣泛,已成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的部分。對(duì)機(jī)電一體化做出探討,分析機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化 優(yōu)勢(shì) 現(xiàn)狀 發(fā)展

中圖分類號(hào):TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973(2013)006-052-02

機(jī)電一體化(Mechatronics)是一門綜合的技術(shù),是指在結(jié)構(gòu)的主功能、信息處理功能、動(dòng)力功能與控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),將電子化設(shè)計(jì)、機(jī)械裝置與軟件相結(jié)合所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化技術(shù)包括有計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)與傳感檢測(cè)等技術(shù)。機(jī)電一體化涵蓋了“產(chǎn)品”與“技術(shù)”兩個(gè)概念,它的應(yīng)用對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式以及管理方式都產(chǎn)生了很重要的影響并促使其發(fā)生了改變。機(jī)電一體化具有一定的進(jìn)化性,隨著科技的發(fā)展與技術(shù)、生產(chǎn)理念的更新,機(jī)電一體化也在不斷的被改進(jìn)?,F(xiàn)階段可以看到的是,由于機(jī)電一體化具備有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)正由“機(jī)械電氣化”向“機(jī)電一體化”邁進(jìn)中。機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面。

1 機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)

1.1 生產(chǎn)使用的安全性與可靠性獲得提升

應(yīng)用了機(jī)電一體化的生產(chǎn)器械,一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、診斷、報(bào)警及自我保護(hù)的功能。在生產(chǎn)過程中,一旦發(fā)生過壓、過載、過流、短路等電力故障時(shí),生產(chǎn)器械能夠自動(dòng)采取保護(hù)措施,降低或減少事故發(fā)生的可能性,這明顯能提高生產(chǎn)使用的安全性與可靠性。

1.2 生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)能力都獲得提升

應(yīng)用了機(jī)電一體化的生產(chǎn)器械基本都具控制功能和信息自動(dòng)處理功能,故而其檢測(cè)與控制的精度、范圍以及靈敏度都會(huì)有提升。除此之外,機(jī)電一體化的應(yīng)用能夠使機(jī)械的工作不受操控者主管因素的影響,可精確的保障器械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)設(shè)動(dòng)作,如此以來便可實(shí)現(xiàn)最佳的操作方案,保障最佳的工作質(zhì)量,并能保障最高的產(chǎn)品合格率。同時(shí),應(yīng)用了機(jī)電一體化的器械能夠進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)工作,克服了人力及時(shí)間的限制能夠大大提升生產(chǎn)能力。因此,應(yīng)用了機(jī)電一體化,生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)能力都獲得提升。

1.3 使用性能的提升

應(yīng)用了機(jī)電一體化的器械多會(huì)采用數(shù)字顯示與程序控制,手柄、按鈕之類的操作部件減少,使得操作程序更加簡單化、方便化。機(jī)電一體化器械可通過預(yù)設(shè)由電子控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程,并可重復(fù)。高級(jí)的機(jī)電一體化器械還可根據(jù)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以及外部參數(shù)的變化而自動(dòng)選擇最佳工作程序,能夠自動(dòng)進(jìn)行最優(yōu)化操作。故而,應(yīng)用了機(jī)電一體化,器械的使用性能獲得了提升。

1.4 使產(chǎn)品的性能得到提升

應(yīng)用了機(jī)電一體化的器械多具有復(fù)合功能可使用復(fù)合技術(shù),生產(chǎn)出來的產(chǎn)品自動(dòng)化程度與功能水平獲得極大提升。機(jī)電一體化器械通常都具備自動(dòng)控制、自動(dòng)校驗(yàn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)保護(hù)等智能化功能,可以應(yīng)用到不同的領(lǐng)域,對(duì)用戶需求能力的應(yīng)變性增強(qiáng)。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展分析

機(jī)電一體化的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)意義上電子工程、機(jī)械工程、信息工程與控制工程的學(xué)科分類,并將微電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)與信息技術(shù)等多種技術(shù)融為一體,形成了一門新型的交叉學(xué)科。機(jī)電一體化的發(fā)展從最初的自發(fā)狀態(tài)逐漸發(fā)展到了現(xiàn)在的自主發(fā)展?fàn)顟B(tài),應(yīng)用已經(jīng)越來越廣,其重要是被越來越多的人所熟知。

發(fā)展至現(xiàn)在,機(jī)電一體化已經(jīng)形成了自身的體系并且還將會(huì)隨著科技的發(fā)展不斷被賦予新的內(nèi)容。但不管內(nèi)容如何變化,它的基本特征都可概況成以下概念:機(jī)電一體化從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)并綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)與傳感檢測(cè)技術(shù)預(yù)計(jì)編程技術(shù)等群體技術(shù),根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)而優(yōu)化組織,合理進(jìn)行各功能單元的配置,高質(zhì)量、低消耗、多功能的實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值,并使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

機(jī)電一體化的應(yīng)用可分為三個(gè)時(shí)期:第一階段是機(jī)電一體化的產(chǎn)生及初步應(yīng)用階段。機(jī)電一體化產(chǎn)生于上世紀(jì)60年代并隨之初步應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)中。但是這一階段的電子技術(shù)整體發(fā)展水平較低,真正意義上的機(jī)電一體化還為形成,嚴(yán)格而言只能算是電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的初步配合應(yīng)用。第二階段是機(jī)電一體化的快速發(fā)展階段。這階段主要是在上世紀(jì)的七八十年代。在第二階段,控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)都在快速的發(fā)展中,這也給機(jī)電一體化的發(fā)展提供了技術(shù)保障。同時(shí),各國都注意到了機(jī)電一體化對(duì)生產(chǎn)的促進(jìn)作用加大了對(duì)機(jī)電一體化的重視程度,機(jī)電一體化發(fā)展的大環(huán)境變得更加有利。第三階段是機(jī)電一體化的發(fā)展新時(shí)期。這一階段自上世紀(jì)90年代開始,而今的機(jī)電一體化正處于這一階段。在這一階段,機(jī)電一體化主要是向智能化、模塊化及自動(dòng)化發(fā)展。我國的機(jī)電一體化起步雖然較晚,但是在良好的國際發(fā)展基礎(chǔ)上也取得了很高的研究效果。

現(xiàn)在機(jī)電一體化已經(jīng)進(jìn)入了深度發(fā)展時(shí)期,通訊技術(shù)、光學(xué)技術(shù)在機(jī)電一體化中得以大力應(yīng)用,微加工技術(shù)也發(fā)揮除了很大效果,機(jī)電一體化出現(xiàn)了微機(jī)電一體化與光機(jī)電一體化等新分支。

3 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化是一門涉及到計(jì)算機(jī)、光學(xué)、電子、機(jī)械、信息等知識(shí)的綜合學(xué)科,他的發(fā)展與進(jìn)步與相關(guān)技術(shù)呈依賴與相互促進(jìn)的關(guān)系。同時(shí),技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生于實(shí)際的需求。故而,通過對(duì)相關(guān)學(xué)科以及對(duì)市場(chǎng)需求的分析,我們可以得出,機(jī)電一體化將以以下機(jī)電為發(fā)展方向:

3.1 智能化

智能化是新世紀(jì)各項(xiàng)技術(shù)的最主要發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)電一體化現(xiàn)階段已經(jīng)具備了一定的智能功能,但是隨著人們對(duì)智能需求的提升以及技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,機(jī)電一體化的必然將向更高程度的智能化發(fā)展。我們所談?wù)摰闹悄芑饕菍?duì)機(jī)器行為的描述,是指機(jī)械的制造在控制論的基礎(chǔ)上,吸納計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等知識(shí),模擬人工智能,使機(jī)器具有一定的判斷推理與邏輯思維、自主決策的能力,從而實(shí)現(xiàn)更高的控制目標(biāo)。當(dāng)然,機(jī)電一體化具備有與人一般無二的智能是不需要也不可能的,但是賦予高性能的一體化產(chǎn)品部分人類智能或者其他低級(jí)智能則是可行的,而這,也是機(jī)電一體化智能的發(fā)展方向。

3.2 模塊化

模塊化同樣是機(jī)電一體化的發(fā)展目標(biāo)。模塊化是一項(xiàng)重要且艱難的工程。機(jī)電一體化的產(chǎn)品種類繁多且各個(gè)廠家所研制開發(fā)的器械標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。進(jìn)行具備標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口與電氣接口機(jī)電一體化產(chǎn)品單元研發(fā)是重要且難度較大的問題。比如要研制一種具有特定功能的動(dòng)力單元,如果能利用標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行研發(fā),則能較快的得出結(jié)果并且也可擴(kuò)大生產(chǎn)。但當(dāng)前,由于利益的沖突,國際或者國內(nèi)難以制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。不過,顯而易見的是,模塊化不論是對(duì)機(jī)電一體化單元的生產(chǎn)企業(yè)還是機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)都有很大主要。模塊化的發(fā)展是必然趨勢(shì),非先階段狀況所能阻止。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)階段,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普及,并且應(yīng)用到了幾乎所有的生產(chǎn)生活領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)將全球的生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)連為一體,并帶動(dòng)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的全球化。在這樣的大環(huán)境些,機(jī)電一體化的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是大勢(shì)所趨。網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視功能發(fā)展很迅速,而實(shí)現(xiàn)其功能的產(chǎn)品本身就是機(jī)電一體化的產(chǎn)品。在未來,以計(jì)算機(jī)為中心的家電集成系統(tǒng)必然將在全球家庭中得以應(yīng)用。

3.4 微型化

實(shí)際應(yīng)用表明,體積較小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活的一體化產(chǎn)品應(yīng)用更廣泛,在醫(yī)療、軍事、信息等方面也更有顯著優(yōu)勢(shì),機(jī)電一體化的微型化是實(shí)際的需求,故而將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

3.5 綠色化

工業(yè)的發(fā)展給人們帶來的并不僅僅是有益變化,在人們的物質(zhì)生活在不斷被豐富的同時(shí),資源過度消耗與環(huán)境污染成為了影響人們生活的重要因素。“綠色”成為了現(xiàn)階段生產(chǎn)與生活的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。機(jī)電一體化在未來也必須應(yīng)用綠色理念,在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)、使用過程符合綠色環(huán)保、資源節(jié)約的概念,這,是人類的生產(chǎn)對(duì)機(jī)電一體化發(fā)展提出的不可違背的要求。

4 結(jié)語

機(jī)電一體化是多門學(xué)科的優(yōu)化結(jié)晶,是生產(chǎn)生活的技術(shù)的重要發(fā)展。機(jī)電一體化能推動(dòng)人們的生活與生產(chǎn)方式的改變具有其他技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢(shì)。我們要對(duì)其投入更多的研究并促使其發(fā)展進(jìn)一步加快,使它的應(yīng)用更加廣泛,使人們的生活更加方便有效。

參考文獻(xiàn):

[1] 牟景華.淺析“機(jī)電一體化”的發(fā)展趨勢(shì)[J].黑龍江科技信息,2008(11).

[2] 關(guān)金華,祝貴胤.淺談機(jī)電一體化的發(fā)展方向[J].黑龍江科技信息,2008(03).

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