王芝蘭

摘 要：對機(jī)電一體化技術(shù)的主要功能特性進(jìn)行簡單闡述后，指明機(jī)電一體化技術(shù)研究應(yīng)用核心技術(shù)內(nèi)涵，并對機(jī)電一體化技術(shù)的智能化、模塊化、輕量化、帶源化、綠色化等發(fā)展方向進(jìn)行了展望。人機(jī)一體化的機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品，在各行各業(yè)中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；智能化；模塊化

機(jī)電一體化技術(shù)是集機(jī)械技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、信息處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為一體的高科技新技術(shù)，其應(yīng)用小到兒童玩具、家用電器、車輛電子設(shè)備，大到數(shù)控機(jī)床、施工機(jī)械、自動化過程生產(chǎn)總線、航天航空等，對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有著巨大的推動力，是各行各業(yè)智能化、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化研究的重點(diǎn)。以計(jì)算機(jī)為核心的檢測、監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)功能的日益完善和性能的不斷提高，被廣泛應(yīng)用到各行業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)的過程控制中，使得機(jī)、電、測量、控制保護(hù)等得到有機(jī)地整合，發(fā)展成為具有良好過程控制性能的機(jī)電一體化技術(shù)[1]。以機(jī)電一體化技術(shù)邏輯控制為核心思想的軟件系統(tǒng)的使用，給機(jī)械行業(yè)帶來了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益，不僅提高了生產(chǎn)作業(yè)全過程的生產(chǎn)效率和安全可靠性，同時(shí)充分發(fā)揮各功能系統(tǒng)的性能，提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，降低了工作人員的勞動強(qiáng)度和原材料消耗量，提高了單位產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)在市場中的綜合競爭力。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的主要功能特性

先進(jìn)機(jī)電一體化制造技術(shù)是在常規(guī)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分引進(jìn)和吸收機(jī)械電子、電力電子、計(jì)算機(jī)信息、傳感器、能源及現(xiàn)代管理等技術(shù)，發(fā)展起來的優(yōu)良產(chǎn)物，綜合應(yīng)用到機(jī)械制造生產(chǎn)全過程，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、操控便捷、清潔環(huán)保的生產(chǎn)，取得非常良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)電一體化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的主要功能特性，體現(xiàn)在以下多個(gè)方面，即：

1.1 能夠根據(jù)邏輯程序控制要求完成各種功能，并具備記憶、數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯控制、歷史數(shù)據(jù)分析、信息功能相互轉(zhuǎn)換等功能。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的高性能、多功能化、數(shù)字智能化、網(wǎng)絡(luò)集成化等功能特性。

1.2 結(jié)構(gòu)緊湊集約化。使機(jī)電產(chǎn)品向著輕、薄、細(xì)、巧等方向迅速發(fā)展，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化集成體系進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用，可以大大提高機(jī)械結(jié)構(gòu)、電控系統(tǒng)間的交互共享性能和兼容性。微機(jī)電一體化設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用，其具有的體積小、耗能少、運(yùn)動靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)入到常規(guī)機(jī)械設(shè)備無法達(dá)到的空間進(jìn)行操作，易于實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、精益化操控，在生物醫(yī)療、軍事、信息等工程領(lǐng)域，具有不可比擬的強(qiáng)大優(yōu)勢。

1.3 結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)部的DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以根據(jù)負(fù)荷及設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行工況狀態(tài)，按照預(yù)設(shè)程序要求進(jìn)行調(diào)整與控制，確保設(shè)備長期工作在最優(yōu)工況，具有明顯的節(jié)能降耗優(yōu)點(diǎn)。

1.4 具有遠(yuǎn)程操控、在線監(jiān)測、自動監(jiān)視、自診斷功能，以及一些智能決策等功能，使系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性和性能水平得到大幅度提高。

2 機(jī)電一體化技術(shù)研究應(yīng)用技術(shù)核心

在人們的日常生活、工作、生產(chǎn)、休閑等過程中，自動化機(jī)械、電子產(chǎn)品、信息化處理設(shè)備、智能化控制系統(tǒng)、自動化醫(yī)療器械、集成網(wǎng)絡(luò)化安全監(jiān)控系統(tǒng)等機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)，其運(yùn)行過程中均離不開相關(guān)執(zhí)行機(jī)電元器件為其提供動力或驅(qū)動信號。由于執(zhí)行元件或機(jī)構(gòu)與電子控制系統(tǒng)間不能直接互聯(lián)，即需要一個(gè)中間驅(qū)動部件來實(shí)現(xiàn)機(jī)與電間的相互轉(zhuǎn)化。被驅(qū)動機(jī)械元件通過驅(qū)動部件在電子控制系統(tǒng)下，按照流程接收調(diào)控指令，并將相應(yīng)電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號，通過能量轉(zhuǎn)換完成相應(yīng)的目標(biāo)輸出。常規(guī)的機(jī)電一體化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，僅考慮機(jī)械技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)的簡單互聯(lián)，其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品體積結(jié)構(gòu)龐大，操作笨拙，性能偏差大，已經(jīng)不能滿足用戶提出的更高調(diào)控性能和功能需求。為了滿足用戶需求，并且提高各控制子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息資源的交互共享能力，確保其有較高性能水平，就必須在發(fā)展機(jī)械技術(shù)、精加工技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、接口技術(shù)、帶源化技術(shù)、通信技術(shù)等基本核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，從全局功能結(jié)構(gòu)出發(fā)，用系統(tǒng)順序邏輯控制觀點(diǎn)和方法，通過合理的系統(tǒng)集成和信息互享，解決好每個(gè)功能子系統(tǒng)和模塊間的信息處理和傳輸，實(shí)現(xiàn)各功能子系統(tǒng)間信息的相互集成共享，完成機(jī)、電、控系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成和功能的集成統(tǒng)一，使整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)功能得到正常發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的系統(tǒng)控制功能水平。

3 機(jī)電一體化研究應(yīng)用發(fā)展方向展望

機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科相互交融發(fā)展起來的優(yōu)良技術(shù)，它的發(fā)展和進(jìn)步大大推動現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展[2]。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展的主要方向是：智能化、模塊化、輕量化、帶源化、綠色化等。

3.1 智能化

隨著集成電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、通訊技術(shù)等在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的進(jìn)一步完善，以全數(shù)字式現(xiàn)場總線技術(shù)為代表的現(xiàn)場控制總線儀表和機(jī)電設(shè)備的大量應(yīng)用，使得常規(guī)現(xiàn)場控制技術(shù)及現(xiàn)場控制機(jī)電設(shè)備的功能發(fā)揮和性能得到全面提高。尤其是PLC控制器、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、IED智能電子元件，以及其它智能控制設(shè)備和運(yùn)算方法的飛速發(fā)展及在機(jī)電設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，使得機(jī)電設(shè)備的綜合網(wǎng)絡(luò)化、集成自動化、網(wǎng)絡(luò)智能化水平程度越來越高，不僅使得機(jī)電設(shè)備的操作變得更加便利、安全，同時(shí)使其能源消耗降低，達(dá)到較好的節(jié)能降耗效果。高性能、高速度微處理器在機(jī)電一體化產(chǎn)品中的應(yīng)用，賦有其低級智能或人的部分智能運(yùn)算分析功能，使其具有一定判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，獲得更高的控制性能和目標(biāo)決策，是完全可能且非常必要的。智能化是機(jī)電一體化研究發(fā)展的一個(gè)非常重要的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)對人類專家制造智能知識的統(tǒng)一收集、完善、繼承和發(fā)展。

3.2 模塊化

機(jī)電一體化產(chǎn)品其種類和功能作用較繁雜，讓其自由進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互共享是一項(xiàng)十分復(fù)雜的事，尤其是產(chǎn)品性能兼容性和功能通用性。因此，為了提高機(jī)電設(shè)備應(yīng)用范圍和普及型水平，有必要研制具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口或電氣動力接口等模塊化的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即可以實(shí)現(xiàn)像“搭積木”一樣讓客戶根據(jù)功能要求自由選配組合。根據(jù)需要選擇“性價(jià)比”較優(yōu)越的機(jī)電一體化產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息資源的集約和優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

3.3 輕量化

結(jié)合機(jī)械設(shè)備的精細(xì)化和集成電路的微細(xì)加工技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動器、信號傳感器、控制器、以及電源等功能模塊有機(jī)集成在一個(gè)很小的多晶硅上，獲得機(jī)構(gòu)完整、性能完備的MEMS微型電子機(jī)械系統(tǒng)，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)尺寸壓縮到幾個(gè)毫米甚至幾百微米。MEMS微型機(jī)電一體化技術(shù)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、生物醫(yī)學(xué)、家庭服務(wù)等行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，機(jī)電產(chǎn)品將像緊湊化、集約小、輕量化、精細(xì)化等方向發(fā)展，給機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)制造領(lǐng)域帶來深刻的技術(shù)革命。

3.4 帶源化

機(jī)電一體化產(chǎn)品自帶能源無需外部供電，通過太陽能電池、燃料電池，以及各種高性能大容量電池的合理運(yùn)用，將給機(jī)電一體化產(chǎn)品帶來巨大的使用便利性。

3.5 綠色化

設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是未來機(jī)電產(chǎn)品符合生態(tài)環(huán)保功能的重要技術(shù)手段。綠色化機(jī)電一體化產(chǎn)品，其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，生產(chǎn)時(shí)不產(chǎn)生機(jī)電垃圾，同時(shí)能回收再利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和綠色環(huán)保的性能。

參考文獻(xiàn)

[1]楊春光.我國機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].科技促進(jìn)發(fā)展，2007，3（28）：6-8.

[2]楊兆偉，劉錦.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢與分析[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，21（2）：32-34.