朱廣瑞

摘要：機電一體化是一門跨學科的科學，它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)與機械技術(shù)結(jié)合而成的綜合性技術(shù)。這一多技術(shù)的綜合及多個部分的組合，使得機電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性、科學性。其各個組成部分（如機械技術(shù)、自動控制技術(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，這需要取長補短，嚴格要求，不斷向理想化方向發(fā)展，使原來各種技術(shù)取長補短，更趨于合理性、科學性，在機械制造中等到廣泛應用。本文簡述了其在機械制造中的應用及其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機電一體化機械制造業(yè)技術(shù)應用

1機電一體化技術(shù)的產(chǎn)品和系統(tǒng)的特點：

1.1體積小，重量輕。由于半導體和集成電路技術(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，使機電一體化裝置總的處理速度能夠充分滿足實際應用的需要。

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

1.4柔性好。機電一體化系統(tǒng)通常可以通過改變計算機軟件就可以實現(xiàn)最佳運動并增加新的運動，具有很強的可擴展性。

2機電一體化技術(shù)的應用

2.1開放式控制系統(tǒng)

開放控制系統(tǒng)是目前計算機技術(shù)發(fā)展引出的新結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設(shè)計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。

2.2計算機集成制造系統(tǒng)

機械制造的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料，設(shè)計、加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前機械制造己基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動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，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)廣泛應用于機械制造的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面。

2.4分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)由多臺計算機分別控制生產(chǎn)過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。

2.5現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線技術(shù)（FieldBusTechnology）是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(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)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù)，就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。

2.6交流傳動技術(shù)

傳動技術(shù)在機械制造中起作至關(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。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能己達到和超過直流調(diào)速水平。

3機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關(guān)技術(shù)的進步與發(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)控機床上增加人機對話功能。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)的進步與發(fā)展，為機電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了新天地。

3.2模塊化

機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，可以利用這些標準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)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。

3.4網(wǎng)絡(luò)化

遠程控制終端設(shè)備作為機電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(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算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

3.5人性化

機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(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，對人來說還是一種享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

3.6微型化

微型化是精細加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical systems，簡稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，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)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性，使其性能最優(yōu)、功能最強。

3.8帶源化

機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

4、結(jié)束語

機電一體化技術(shù)廣泛的應用于現(xiàn)代機械制造業(yè)中，這必將給機械行業(yè)帶來了勃勃生機。機械產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌將迅速發(fā)生巨大變化，產(chǎn)品實現(xiàn)機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，這將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會經(jīng)濟效益。