席忠 牛翠英 王佐

摘 要：機(jī)電一體化技術(shù)指的就是機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等許多領(lǐng)域知識(shí)相結(jié)合的產(chǎn)物。文章主要介紹了現(xiàn)如今機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向，同時(shí)也剖析了鋼鐵制造業(yè)中機(jī)電一體化技術(shù)的使用以及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鋼鐵制造業(yè)；機(jī)電一體化技術(shù)

1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

1.1 智能化

智能化是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一大方向，它需要機(jī)電產(chǎn)品具備一定的智能性，可以有自己的邏輯思考、判斷推理、決策等能力。常見的有人機(jī)對(duì)話功能，它可以更加方便人們對(duì)機(jī)器的使用、操作和維護(hù)。

1.2 集成化

集成化包含兩個(gè)方面，其一是各種技術(shù)之間的相交叉及融合，不同產(chǎn)品各個(gè)結(jié)構(gòu)層次的優(yōu)化與復(fù)合，其二是包含在生產(chǎn)階段中同一時(shí)間進(jìn)行加工處理、裝配、檢驗(yàn)、管理等各個(gè)工序。

1.3 模塊化

機(jī)電一體化生產(chǎn)的產(chǎn)品種類豐富、生產(chǎn)廠家較多，研究并發(fā)展擁有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品單元模塊。例如對(duì)于擁有減速、變頻調(diào)速電機(jī)為一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；或者是集視覺、圖像處理、識(shí)別等功能的電機(jī)一體控制單元等。這些都有利于在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度。

1.4 數(shù)字化

機(jī)電產(chǎn)品的數(shù)字化與微控制器及其發(fā)展息息相關(guān)，最為突出就是數(shù)控機(jī)床以及機(jī)器人的蓬勃發(fā)展。同時(shí)因特網(wǎng)的高速發(fā)展和前景，成為設(shè)計(jì)與制造數(shù)字化的有力推動(dòng)因素，例如網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，數(shù)字化也對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件提出要求如：穩(wěn)定、可操作、可維護(hù)、自我診斷與修復(fù)及良好的人機(jī)交互。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的數(shù)字化具有重要意義，它將提供便捷的遠(yuǎn)程操作，完成診斷和修復(fù)。

1.5 微型化

隨著精細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展加快，微型化的出現(xiàn)不可避免。而微機(jī)電系統(tǒng)（簡稱MEMS）主要指的是能夠進(jìn)行大規(guī)模制作的，綜合微型機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、傳感器還有信號(hào)處理以及控制電路，直接到達(dá)接口、通信和電源合為一體的微型器件或系統(tǒng)。自從1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley 研發(fā)出第一個(gè)微電機(jī)以來，國內(nèi)外對(duì)于MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究等各個(gè)方面都獲得了很大的成功，研究開發(fā)出許多有關(guān)MEMS的器件和系統(tǒng)，最為常見的就是微型傳感器以及微構(gòu)件。

1.6 網(wǎng)絡(luò)化

隨著因特網(wǎng)的普及，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)正在蓬勃發(fā)展。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備就相當(dāng)于一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，現(xiàn)場網(wǎng)路和局域網(wǎng)技術(shù)為日用電器的網(wǎng)絡(luò)化提供了技術(shù)上的保證。通過日用網(wǎng)絡(luò)把各種日用電器連在一起，以計(jì)算機(jī)為核心建立一個(gè)計(jì)算機(jī)集成日用電器系統(tǒng)，就可以讓人們?cè)诩依锞湍芨惺艿娇萍及l(fā)展帶來的便利。因此機(jī)電一體化產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化正順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

1.7 人性化

人作為消費(fèi)機(jī)電一體化所產(chǎn)出商品的最終對(duì)象，需要享受更高層次的產(chǎn)品。這就要求機(jī)電一體化產(chǎn)品需要擁有類似于人類的各種感官以及情感，它們不僅需要齊全的使用功能，同時(shí)還需要在色彩、造型等各個(gè)方面與周邊環(huán)境相一致，給消費(fèi)者以更高的享受。

1.8 綠色化

隨著人們對(duì)精神需求的愿望越來越強(qiáng)烈，城市環(huán)境綠化等都成了人們追求的重要方向。越來越多的人意識(shí)到環(huán)境污染對(duì)人類生存健康的巨大危害，因此呼吁大力保護(hù)環(huán)境，重返大自然。而能夠促進(jìn)世界可持續(xù)發(fā)展的綠色產(chǎn)品就應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)電一體化產(chǎn)品就體現(xiàn)在其產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的整個(gè)過程能夠符合相關(guān)的環(huán)保生產(chǎn)規(guī)定以及人類健康的要求。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵制造業(yè)中的應(yīng)用

在鋼鐵制造業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心裝置是微處理機(jī)，將其與其他技術(shù)有機(jī)地相結(jié)合，采取組裝合并方式，以加快工程大系統(tǒng)的綜合一體化的步伐。鋼鐵制造業(yè)中機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用有如下幾方面：

2.1 智能化控制技術(shù)（IC）

鋼鐵制造工業(yè)自身所具有的大型、連續(xù)和高速化特點(diǎn)使得它必須在傳統(tǒng)的控制技術(shù)基礎(chǔ)上有所改進(jìn)和提升，那就是開始使用智能控制技術(shù)。專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都是智能化控制技術(shù)的一部分，無論是在鋼鐵制造業(yè)的前期產(chǎn)品設(shè)計(jì)、大規(guī)模生產(chǎn)還是控制、設(shè)備和測評(píng)產(chǎn)品質(zhì)量等其他方面，它都有著不可取代的作用。例如我國的某鋼廠在智能化控制技術(shù)方面關(guān)鍵是以該鋼廠研究院和鋼廠技術(shù)中心為基礎(chǔ)，正在進(jìn)行“三期”工程建設(shè)，并在熱、冷軋薄板、板形在線測探和人工智能控制技術(shù)，維護(hù)、診斷（AI）系統(tǒng)，管理、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域也取得了很好的成績。

2.2 開放式控制系統(tǒng)

“開放”表明對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信息交換規(guī)程的贊成和共識(shí)，是根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)計(jì)而成的系統(tǒng)，它能夠?qū)⒚總€(gè)廠家產(chǎn)品的兼容和互換目的達(dá)成，實(shí)現(xiàn)資源的共享。開放控制系統(tǒng)主要是經(jīng)過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)促使控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，最終達(dá)到控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，利用現(xiàn)場總線來讓現(xiàn)場儀表和控制室中控制設(shè)備互聯(lián)，達(dá)到測量與控制一體化。

2.3 分布式控制系統(tǒng)（DCS）

分布式控制系統(tǒng)的工作原理是通過單獨(dú)的中央計(jì)算機(jī)來進(jìn)行對(duì)于若干臺(tái)面指揮向控制的現(xiàn)場測控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可分為兩三級(jí)的或更多級(jí)的。通過計(jì)算機(jī)來監(jiān)視、操作并管理生產(chǎn)的過程。分布式控制系統(tǒng)隨著科技的發(fā)展從最初僅僅能實(shí)現(xiàn)控制生產(chǎn)過程的功能發(fā)展到如今集測、控、管一體化于一身的綜合系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)能夠控制功能的多樣化、且使用方法方便快捷、后期維護(hù)修理工作簡單、系統(tǒng)可以擴(kuò)展等特點(diǎn)因此在當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)中占有一席之地。

2.4 交流傳動(dòng)技術(shù)

交流轉(zhuǎn)動(dòng)技術(shù)在如今發(fā)展的速度日益加快，而它也是影響鋼鐵制造業(yè)水平的關(guān)鍵因素之一。交流傳動(dòng)技術(shù)自身所具有的優(yōu)點(diǎn)使得它將逐漸取代直流傳動(dòng)。而數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)為復(fù)雜的矢量控制技術(shù)提供實(shí)用平臺(tái)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速能力將會(huì)趕超直流調(diào)速性能。因此交流傳動(dòng)系統(tǒng)在鋼鐵制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.5 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CJMS）

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)主要的工作目的是將生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理和過程控制與人相結(jié)合在一起，從而達(dá)到原料從進(jìn)廠生產(chǎn)加工到產(chǎn)品完成以及后期發(fā)貨這一完整的生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。在我國，大部分鋼鐵企業(yè)已經(jīng)做到了過程自動(dòng)化，但是這一種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化不利于信息資源的共享和企業(yè)統(tǒng)一管理生產(chǎn)過程，阻礙了現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展。

2.6 現(xiàn)場總線技術(shù)（Field Bus Technology）

現(xiàn)場總線技術(shù)（簡稱FBT）就是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化通信，傳送多個(gè)過程變量的同時(shí)可將儀表標(biāo)識(shí)符和簡單診斷信息一并傳送，可以產(chǎn)生最先進(jìn)的現(xiàn)場儀表，多變量變送器以及可以在相同的通信媒體上，使更多的信息量在現(xiàn)場設(shè)備之間進(jìn)行雙向傳送。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)（如4～20mA，DC直流傳輸）就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場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。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號(hào)連接導(dǎo)線。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得到提升。

參考文獻(xiàn)

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