探析機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
摘要 簡述了機電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景。綜述了國內(nèi)外機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀,分析了機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 機電一體化 技術(shù) 現(xiàn)狀 產(chǎn)品制造 技術(shù)發(fā)展趨勢
緒論現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 極大地推動了不同學(xué)科之間的交叉與滲透, 決定了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域, 由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化, 使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化, 使工業(yè)生產(chǎn)正式邁人由“ 機械電氣化” 向“ 機電一體化”轉(zhuǎn)化為特征的發(fā)展階段。
是發(fā)展到機電一體化后, 其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外, 還能賦予更多新的功能, 如自動檢測、自動信息處理、自動記錄顯示、自動調(diào)節(jié)與控制、自動診斷與保護等諸多方面。
機電一體化概要機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù), 將機械裝置與電子技術(shù)結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門自成一體的新型學(xué)科, 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 必將被賦一予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā), 綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、、汁算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù), 根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標, 合理配置與布局各功能單元, 在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值, 并使整個系統(tǒng)最終達到最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng), 就成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此, “ 機電一體化” 涵蓋“ 技術(shù)” 和“ 產(chǎn)品” 兩個方面。只是, 機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù), 而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。
機械 工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化, 仍屬傳統(tǒng)機械, 其主要功能依然是代替和放大的體現(xiàn)。但機電一體化的發(fā)展狀況機電一體化的發(fā)展大體可以分為個階段。
世紀年代以前為第一階段, 這一階段稱為初級階段, 在這一時期, 人們不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能, 特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間, 戰(zhàn)爭極大地刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合, 這些機電相結(jié)合的.軍用技術(shù), 戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用, 對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起到了積極的作用。
從當時研制和開發(fā)的總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。
由于當時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平, 機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展,已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣使用。世紀一年代為第二階段, 可稱為蓬勃發(fā)展階段, 這一時期, 計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展, 為機電一體化的發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。
世紀年代后期, 開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段, 機電一體化進人深人發(fā)展時期。一方面, 光學(xué)、通信技術(shù)等進人了機電一體化,微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳, 出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法,機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時, 由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步, 為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究, 將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的機電一體化的發(fā)展趨勢機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合, 它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。因此, 機電一體化的主要發(fā)展方向如下智能化智能化是世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)的研究日益獲得重視, 機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“ 智能化” 是對機器行為的描述, 是在控制理論的基礎(chǔ)上, 吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法, 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。誠然, 使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能, 是不可能的, 也是不必要的。但是, 高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能, 則是完全可能而又必要的。
模塊化模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(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、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元, 具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元, 以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣, 可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品, 同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模這需要制定各項標準, 以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突, 近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標準, 但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然, 從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定, 無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè), 規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
網(wǎng)絡(luò)化世紀年代, 計算機技術(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、日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片, 企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來, 只要其功能獨到, 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)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾, 而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。因此, 機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
微型化微型化興起于世紀年代末, 指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng), 泛指幾何尺寸不超過的機電一體化產(chǎn)品, 并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù), 微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù), 即超精密技術(shù), 它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
綠色化工業(yè)的發(fā)達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)境受到嚴重污染。于是, 人們呼吁保護環(huán)境資源, 回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生, 綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中, 符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求, 對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少, 資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品, 具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境, 報廢后能回收利用。
系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài), 進行任意剪裁和組合, 同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強, 一般除外, 還有、人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系, 機電一體化的人格化有兩層含義。一層是,機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人, 如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要, 特別是對家用機器人‘ ,其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理, 研制各種機電一體花產(chǎn)品。事實上, 許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。
結(jié)語綜上所述, 機電一體化的出現(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。當然, 與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多, 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, 機電一體化技術(shù)的一闊發(fā)展前景也將越來越光........
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