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機(jī)電一體化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探討
機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，同時社會對一體化的需求為之提供了動力，下面是小編搜集的一篇關(guān)于機(jī)電一體化現(xiàn)狀探究的論文范文，供大家閱讀參考。
[摘 要]機(jī)電一體化對社會的發(fā)展有巨大的推動力，同時也是科技發(fā)展的必然結(jié)果。本文主要闡述機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行簡要的分析。
[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化 發(fā)展趨勢
機(jī)電一體化不是機(jī)械裝置與電子裝置的簡單組合，是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。其目的是增加系統(tǒng)的功能，提高其效率、可靠性和性能/價格比，節(jié)省原材料和能源，降低生產(chǎn)成本。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有智能化的特征�，F(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機(jī)電一體化設(shè)備。
1.機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域
1.1 自動生產(chǎn)
在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動機(jī)械、自動生產(chǎn)線及各種自動化設(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)。自動機(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。機(jī)電一體化的應(yīng)用對生產(chǎn)效率的提高具有顯著的作用。
1.2 機(jī)器人
機(jī)器人是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。從某種意義上講，一個國家機(jī)器人技術(shù)水平的高低反映了這個國家綜合技術(shù)實力的高低。機(jī)器人已在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且正以驚人的速度不斷向軍事、醫(yī)療、服務(wù)、娛樂等非工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展。毋庸質(zhì)疑，21世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)必將得到更大的發(fā)展，成為各國必爭的知識經(jīng)濟(jì)至高點。
在計算機(jī)技術(shù)和人工智能科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了具有感知、思維和行動功能的智能機(jī)器人，是機(jī)構(gòu)學(xué)、自動控制、計算機(jī)、人工智能、微電子學(xué)、光學(xué)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、仿生學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)的綜合成果。智能機(jī)器人可獲取、處理和識別多種信息，自主地完成較為復(fù)雜的操作任務(wù)，比一般的工業(yè)機(jī)器人具有更大的靈活登、機(jī)動性和更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。智能機(jī)器人作為新一代生產(chǎn)和服務(wù)工具，在制造領(lǐng)域和非制造領(lǐng)域具有更廣泛、更重要的位置，如核工業(yè)、水下、空間、農(nóng)業(yè)、工程機(jī)械、建筑、醫(yī)用、救災(zāi)、排驗、軍事、服務(wù)、娛樂等方面，可代替人完成各種工作。同時智能機(jī)器人作為自動化、信息化的裝置與設(shè)備，完全可以進(jìn)人網(wǎng)絡(luò)世界，發(fā)揮更多、更大的作用，這對人類開辟新的產(chǎn)業(yè)，提高生產(chǎn)水平與生活水平具有十分現(xiàn)實的意義。
1.3 汽車電子化
產(chǎn)品汽車上比較常用的一般有5種儀表和3種相應(yīng)的傳惑器，即電流表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、車速里程表等指示儀表和機(jī)油壓力傳感器、水溫傳感器和油量傳感器。目前，電子化儀表已經(jīng)取代機(jī)械式儀表。這是由于機(jī)械式儀表一旦出現(xiàn)故障將很難處理，而電子化儀表則不同。采用電子化儀表不僅可以改進(jìn)駕駛員的目視性，還有助于汽車儀表的多樣化。
2.機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。
2.1 數(shù)字化
微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人;而計算機(jī)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，如虛擬設(shè)計、計算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。4.3網(wǎng)絡(luò)化20世紀(jì)末，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展給世界帶來了巨大的變革，同樣也給機(jī)電一體化技術(shù)以重大影響，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。通過網(wǎng)絡(luò)對機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，例如當(dāng)代數(shù)控機(jī)床配裝的CNC系統(tǒng)不少具有以太網(wǎng)接口，可以直接連入企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，實現(xiàn)制造過程的集成，當(dāng)然進(jìn)一步還要通過企業(yè)的主干通訊網(wǎng)實現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)級的ERP等系統(tǒng)的集成。在此基礎(chǔ)上，再通過因特網(wǎng)就可以實現(xiàn)企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化了。此外，基于PC的CNC系統(tǒng)連接調(diào)制和通訊軟件，還能借助因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。
可見遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)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(jī)為中心的計算機(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
2.2 人性化
近幾年，處理器速度的飛速提高和微機(jī)的高性能化，為嵌入智能控制算法(專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及其混合技術(shù)等)創(chuàng)造了條件，再加上傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化，有力地推動著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展，使其具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力。智能化發(fā)展的結(jié)果出現(xiàn)了智能機(jī)器人、智能醫(yī)用器械、智能探測儀等等。智能機(jī)器人可以獲取、處理和識別多種信號，自主地完成較為復(fù)雜的操作任務(wù)，比一般工業(yè)機(jī)器人具有更大的靈活性、機(jī)動性和更廣泛的用途。在本世紀(jì)，具有像人的四肢、靈巧的雙手、雙目視覺、力覺及觸覺感知功能的仿人型智能機(jī)器人必將被研制出來。
機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機(jī)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(jī)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，對人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。
2.3 光機(jī)電一體化
光機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面：光機(jī)電一體化產(chǎn)品是集光學(xué)、機(jī)械、微電子、自動控制和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有很高功能和附加值;產(chǎn)品具有體積小、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長、操作更方便的特點。光機(jī)電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使光機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實現(xiàn)，使用和發(fā)展的技術(shù)。只要合理采用這種技術(shù)，便能夠產(chǎn)生很高的功能水平和附加價值，給生產(chǎn)商和用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。光機(jī)電一體化的未來技術(shù)熱點主要包括：激光技術(shù)、激光快速成型技術(shù)[1]、傳感檢測技術(shù)以及光能驅(qū)動技術(shù)。比如說激光打孔、刻槽、標(biāo)記、光化學(xué)沉積，還可以制造光制動器和光機(jī)器人[2]等。 2.4 綠色化
綠色設(shè)計，是指以高效利用資源和能源獲得綠色產(chǎn)品為目的的設(shè)計。在20世紀(jì)，機(jī)械工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，其發(fā)展模式基本是以大量消耗資源、能源為代價來取得的。但地球上的一次性資源、能源畢竟有限，隨著世界人口的日益增多和人們對物質(zhì)生活越來越高的要求，這種高投入高輸出發(fā)展模式能否持續(xù)下去、還能持續(xù)多久，已成為國際社會的重點研究課題，分析論證表明：改變高投入高輸出的傳統(tǒng)粗放型發(fā)展模式，采用以資源、能源的高
效利用為特色的集約型發(fā)展模式，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本出路。綠色產(chǎn)品是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、擁有高質(zhì)量生存環(huán)境、享受健康生活的必然要求，也是未來技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大勢所趨。
2.5 自律分配系統(tǒng)化(柔性化)
今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余”，更“靈活”，能更好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計為“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各系統(tǒng)相互獨立工作，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，有其自身的“自律性”。根據(jù)不同的環(huán)境條件的不同反應(yīng)。它的特點是，系統(tǒng)可以生成自己的信息和附加信息，在總的前提下，可以改變的“行動”。在這種方式中，顯著提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，靈活的，而不是因為對整個系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)的故障。
同時，機(jī)械設(shè)備制造商要具備根據(jù)用戶的要求而為用戶定制的能力。實現(xiàn)柔性化的必要條件是產(chǎn)品設(shè)計必須貫徹模塊化的設(shè)計理念。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中，廣泛采用基于 PLC、PCC、(可編程計算機(jī)控制器)、PCS(過程控制系統(tǒng))、FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))的解決方案，以及變頻調(diào)速、交流伺服調(diào)速的普及化，不僅使設(shè)備的自動化水平大大提高，而且使機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)大大簡化。
3.結(jié)語
機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，同時社會對一體化的需求為之提供了動力。另一方面，機(jī)電一體化的發(fā)展又不斷促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會需求。機(jī)電一體化已經(jīng)顯示出了強(qiáng)大的生命力，并會一次又一次地沖擊傳統(tǒng)市場和行業(yè)，使國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域發(fā)生深刻的改革，對技術(shù)思想、生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)造成重大的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]裘加杰.機(jī)電一體化的未來發(fā)展趨勢探微[J].大眾科學(xué)，2007，(4)：85.
[2]徐嘉元，曾家駒，主編.機(jī)械制造工藝學(xué)(含夾具設(shè)計)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.
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