探析機電一體化的未來(lái)發(fā)展趨勢

【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術(shù)特征，研究了國內外技術(shù)現狀和發(fā)展趨勢，指出了未來(lái)發(fā)展前景和一些重要技術(shù)熱點(diǎn)。 
　　 
　　　　 
　　 近些年來(lái)，光機電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛地應用。因此，光機電一體化技術(shù)成為當今機械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢。 
　　 
　　1.光機電一體化技術(shù)特征 
　　 
　　 光機電一體化系統主要由動(dòng)力、機構、執行器、計算機和傳感器五個(gè)部分組成，相互構成一個(gè)功能完善的柔性自動(dòng)化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術(shù)的重要組成要素。與傳統的機械產(chǎn)品比較，光機電一體化產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。 
　　 1.1 體積小，重量輕，適應性強，操作更方便 
　　 光機電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進(jìn)行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動(dòng)作，可由預設的程序一步一步控制實(shí)現，甚至實(shí)現操作全自動(dòng)化和智能化。 
　　 1.2 功能增加，精度大幅提高 
　　 光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術(shù)集成開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術(shù)的采用使得包饋控制 水平提高，運算速度加快，通過(guò)電子自動(dòng)控制系統可精確按預設動(dòng)作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實(shí)現的工作精度。同時(shí)，由于機械傳動(dòng)部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。 
　　 1.3 部分硬件實(shí)現軟件化，智能化程度提高 
　　 傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術(shù)使得電子裝置能按照人的意圖進(jìn)行自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動(dòng)保護直至自動(dòng)記錄、顯示、打印工作結果。通過(guò)改變程序，指令等軟件內容而無(wú)需改動(dòng)硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。 
　　 1.4 產(chǎn)品可靠性得到提高，使用壽命增長(cháng) 
　　 傳統的機械裝置的運動(dòng)部分，一般都伴隨著(zhù)磨損及運動(dòng)部件配合間隙所引起的動(dòng)作誤差，導致可動(dòng)摩擦、撞擊、振動(dòng)等加重，嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術(shù)的應用，使裝置的可動(dòng)部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開(kāi)關(guān)甚至無(wú)可動(dòng)部件、無(wú)機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩定性。 
　　 1.5 融合了多種學(xué)科新技術(shù)，衍生出許多功能更強、性能更好的新產(chǎn)品 
　　 光機電一體化產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)涉及到許多學(xué)科和專(zhuān)業(yè)知識，包括數學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、機械工程學(xué)、電力電子學(xué)、電工學(xué)、系統工程學(xué)、光學(xué)、控制論、信息論和計算機科學(xué)等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)復合創(chuàng )新的新型產(chǎn)品。光機電一體化技術(shù)將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機械技術(shù)各自的優(yōu)勢結合起來(lái)，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術(shù)裝備。 
　　 1.6 產(chǎn)品系統性增強，各部分系統間協(xié)調性要求提高 
　　 光機電一體化是一門(mén)學(xué)科的邊緣科學(xué)技術(shù)，多種技術(shù)的綜合及多個(gè)部分的組合，使得光機電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統性、完整性和科學(xué)性。其各個(gè)組成部分在綜合成一個(gè)完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術(shù)揚長(cháng)避短，提高系統協(xié)調性。 
　　 
　　2.研究現狀和發(fā)展趨勢 
　　 
　　 2.1研究現狀 
　　 自從我國實(shí)行改革開(kāi)放以來(lái)，科技領(lǐng)域急起直追，我國的光機電一體化技術(shù)已取得明顯的成效，數控產(chǎn)品有了很大的提高，尤其是經(jīng)濟型靈敏數控裝置發(fā)展很快，是我國特有的經(jīng)濟實(shí)用產(chǎn)品，不但適用國內市場(chǎng)的需要，部分產(chǎn)品還隨主機配套出口。國內的機械產(chǎn)品采用可編程控制器（PC）和微電子技術(shù)控制設備也越來(lái)越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業(yè)機械都是如此，我國自行研制和生產(chǎn)的光機電設備，在質(zhì)量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。
　　 2.2 發(fā)展趨勢 
　　 光機電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域，成為一種新興的學(xué)科，并逐漸成為一種產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)越來(lái)越受到高度重視。

 從世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，光機電一體化技術(shù)的未來(lái)技術(shù)熱點(diǎn)主要包括： 
　　 （1）激光技術(shù) 
　　 1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時(shí)，可極大地提高測量精度和量程。 
　　 2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進(jìn)行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。 
　　 3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點(diǎn)附近可產(chǎn)生幾千到幾萬(wàn)度的高溫，可使照射點(diǎn)物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產(chǎn)品進(jìn)行特種加工。 
　　 4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學(xué)計算機的研制，而在實(shí)際運用中也會(huì )通過(guò)一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。