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機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與診進(jìn), 推進(jìn)了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展, 計(jì)算機(jī)日益小型化, 功能增強(qiáng), 抗干擾能力提高, 而且價(jià)格日益便宜, 這就為計(jì)算機(jī)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科的技術(shù), 它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的綜合性高新技術(shù), 是機(jī)械技術(shù)與徽電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合的結(jié)果。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用, 給機(jī)械行業(yè)帶來了顯著的效益, 提高了生產(chǎn)率, 提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。
一、機(jī)電一體化技術(shù)的主要包含內(nèi)容一機(jī)械制造技術(shù)。機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ),機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng), 利用其它高、新技術(shù)來更新概念, 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更, 滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中, 經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù), 同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等, 形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。
二計(jì)葬機(jī)與信息技術(shù)。其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。
三系統(tǒng)技術(shù)。系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù), 從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā), 將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元, 接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面, 它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
四自動(dòng)拉制技術(shù)。其范圍很廣, 在控制理論指導(dǎo)下, 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì), 設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真, 現(xiàn)場調(diào)試, 控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
五傳感檢測技術(shù)。傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官, 是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng),系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高�，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn), 它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。
六伺服傳動(dòng)技術(shù)。包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝, 伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝與部件、對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)和功能有決定性的影響二、我國機(jī)電一體化現(xiàn)狀用信息化帶動(dòng)工業(yè)化是我國世紀(jì)的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略舉措。信息化是由計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)工具的革命所引起的工業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向信息經(jīng)濟(jì)的社會經(jīng)濟(jì)過程。它包括信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的信息化、荃礎(chǔ)設(shè)施的信息化、生活方式的信息化等內(nèi)容。我國在信息技術(shù)的開發(fā)領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家都存在著巨大差距。美國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到多億美元, 而我國同期的產(chǎn)值不足美國的。我國軟件產(chǎn)業(yè)的銷售額占世界軟件市場份額不到, 我國與西方國家相比計(jì)算機(jī)人均擁有盆相差巨大。這種差距制約著我國的機(jī)電一體化進(jìn)程。但同時(shí)應(yīng)看到我國從世紀(jì)年代已開始在這方面研究和應(yīng)用。
國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“計(jì)劃” 。
而且信息產(chǎn)業(yè)容易跨越, 具有后發(fā)成本優(yōu)勢。能夠通過貿(mào)易、技術(shù)轉(zhuǎn)讓, 超越一些歷史發(fā)展階段, 直接學(xué)習(xí)和利用發(fā)達(dá)國家已有經(jīng)驗(yàn)和技術(shù), 享受后發(fā)優(yōu)勢。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展, 為機(jī)電一體化的發(fā)展莫定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和徽型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展, 為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。
我國的機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品正逐步壯大發(fā)展。
三、典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢一數(shù)控機(jī)床。目前我國是全世界機(jī)床擁有盆最多的國家近萬臺, 但數(shù)控機(jī)床只占約且大多數(shù)是普通數(shù)控發(fā)達(dá)國家數(shù)控機(jī)床占。近些年來數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展, 在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。
高速化。由于高速加工技術(shù)普及, 機(jī)床普通提高了各方面的速度。車床主軸轉(zhuǎn)速由《】一月儀犯提高到以力一以洲】擴(kuò)面銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由悶以刃 呂以刃曲提高到咖一的面以上快速移動(dòng)速度由過去的一耐而提高到耐面, 印耐幽, 勸耐‘ , 叮面在提高速度的同時(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度, 由過去一般機(jī)床的重力加速度提高到, 最高可達(dá)份直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用, 主軸上大采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。
高精度化。數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的工提高到的左右亞徽米級機(jī)床達(dá)到以犯二左右納米級機(jī)床達(dá)到加一最小分辨率為刀漢洲刃的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已間世。
復(fù)合加工, 斷結(jié)構(gòu)機(jī)床大出現(xiàn)。如軸面體復(fù)合加工機(jī)床, 軸聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件。同時(shí)派生出各種新城的機(jī)床結(jié)構(gòu), 包括軸虛擬軸機(jī)床, 申并聯(lián)絞鏈機(jī)床等, 采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu), 數(shù)控的特殊運(yùn)算方式, 特殊編程要求。
使用各種高效特珠功能的刀其使數(shù)拉機(jī)床“ 知虎添其” 。如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑, 在轉(zhuǎn)深孔時(shí)大大提高效率。加工剛件切削速度能達(dá)儀舊耐面, 加工鋁件能達(dá)犯耐面毅拉機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理。數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求, 它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段, 而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此, 計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、盛擬制造、并行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床墓礎(chǔ)上發(fā)展起來, 這必然成為世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。
二自動(dòng)機(jī)與自動(dòng)生產(chǎn)線。在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)生產(chǎn)線及各種自動(dòng)化設(shè)備,是當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一具體體現(xiàn)。這些自動(dòng)機(jī)或生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用了現(xiàn)代電子技術(shù)與傳感技術(shù)。如可編程序控制器, 變頻調(diào)速器, 人機(jī)界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等。我國的自動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)線產(chǎn)品的水平, 比多年前躍升了一大步, 其 技術(shù)水平已達(dá)到或超過發(fā)達(dá)國家上一世紀(jì)年代后期的水平。使用這些自動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多, 對維護(hù)和管理這些設(shè)備的相關(guān)人員的需求也越來越多。
四、機(jī)電一體化的發(fā)晨趨勢機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合, 它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此, 機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下。
一光機(jī)電一體化。一般的機(jī)電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成的,因此, 引進(jìn)光學(xué)技術(shù), 實(shí)現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn)是能有效地改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源動(dòng)力系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng), 光機(jī)電一體化是機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢。
二全息系統(tǒng)化—鉀能化。今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“ 全息”特征越來越明顯, 智能化水平越來越高。模擬人類智能, 使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力, 以求得到更高的控制目標(biāo)。
三技術(shù)產(chǎn)品—網(wǎng)絡(luò)化。世紀(jì)卯年代, 計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片, 企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來, 只要其功能獨(dú)到, 質(zhì)量可靠, 很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及, 基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾, 而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此, 機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
四徽型機(jī)電化—徽型化。泛指幾何尺寸不超過。擴(kuò)的機(jī)電一體化產(chǎn)品, 并向微米、納米級發(fā)展。目前, 利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù), 在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞徽米級的機(jī)械元件。當(dāng)將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí),就沒有必要區(qū)分機(jī)械部分和控制器了。屆時(shí)機(jī)械和電子完全可以“ 融合” , 機(jī)體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、等可集成在一起, 體積很小, 并組成一種自律元件。這種徽型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。
五自律分取系統(tǒng)化—柔性化。未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品, 控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“ 冗余度” , 有較強(qiáng)的“ 柔性” , 能較好地應(yīng)付突發(fā)事件, 被設(shè)計(jì)成“ 自律分配系統(tǒng)” 。
在自律分配系統(tǒng)中, 各個(gè)子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的, 子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù), 同時(shí)其有本身的“ 自律性” , 可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。
六設(shè)計(jì)產(chǎn)品—綠色化。工業(yè)的發(fā)展給人們生活帶來了巨大變化。一方面, 物質(zhì)豐富, 生活舒適另一方面,資源減少, 生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是, 人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源, 回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生,綠色化是時(shí)代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中, 符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求,對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少, 資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品, 具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。
五、結(jié)語綜上所述, 機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的, 它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶, 是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯, 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越光明。
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