淺談機電一體化技術(shù)的應用
摘要：隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)日益走向整體化、交叉化和數字化以及微電子技術(shù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，機電一體化技術(shù)的應用也越來(lái)越廣泛。本文對機電一體化技術(shù)的應用進(jìn)行闡述，并對其發(fā)展進(jìn)行探究。隨著(zhù)科技的發(fā)展和市場(chǎng)需求的多樣化，國內外工程機械廠(chǎng)家日益關(guān)注產(chǎn)品的多功能開(kāi)發(fā)。機械制造業(yè)在經(jīng)歷了內燃機的動(dòng)力革命和液壓、氣壓傳動(dòng)的傳動(dòng)革命之后，現正致力于應用電控技術(shù)來(lái)完成產(chǎn)品的操縱和控制革命，以滿(mǎn)足用戶(hù)對產(chǎn)品環(huán)保、節能、操作舒適性及智能化監控維護的要求。
機電一體化發(fā)展至今也已成為一門(mén)有著(zhù)自身體系的新型學(xué)科，隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，其內容將不斷更新。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)等群體技術(shù)，合理配置各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統最優(yōu)化的系統工程技術(shù)，它使工業(yè)生產(chǎn)由機械電氣化邁入了機電一體化為特征的發(fā)展階段。
一個(gè)機電一體化系統中一般由結構組成要素、動(dòng)力組成要素、運動(dòng)組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結合而成。機械本體(結構組成要素)是系統的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。動(dòng)力驅動(dòng)部分(動(dòng)力組成要素)依據系統控制要求，為系統提供能量和動(dòng)力以使系統正常運行。測試傳感部分(感知組成要素)對系統的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數和狀態(tài)進(jìn)行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過(guò)分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息�？刂萍靶畔⑻幚聿糠�(職能組成要素)將來(lái)之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進(jìn)行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規定的程序與節奏發(fā)出相應的指令，控制整個(gè)系統有目的的運行。執行機構(運動(dòng)組成要素)
根據控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規定的動(dòng)作和功能。
機電一體化技術(shù)的應用在現代機械制造業(yè)中的應用。傳統機械制造業(yè)是建立在規模經(jīng)濟的基礎上，靠企業(yè)規模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結構和重復性來(lái)獲得競爭優(yōu)勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質(zhì)量和高效率，其生產(chǎn)盈利是靠機器取代人力，靠復雜的專(zhuān)業(yè)加工取代人的技能來(lái)獲取的。先進(jìn)的機械制造業(yè)是以信息為主導，采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理形式的全新的機械制造業(yè)，其特征是全球化、網(wǎng)絡(luò )化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調的綠色制造�，F代制造業(yè)集成了現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，充分利用電子計算機技術(shù)，使制造技術(shù)提高到新的高度。近年來(lái)，制造工程領(lǐng)域的新技術(shù)相繼誕生，如計算機數字控制、現代集成制造系統、柔性制造技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。
在飲料行業(yè)中的應用。機電一體化技術(shù)是當今發(fā)展最快、應用前景最為廣泛的技術(shù)之一。機電一體化技術(shù)在食品、飲料包裝機械的開(kāi)發(fā)、設計和制造過(guò)程中的應用。
不僅使單機的自動(dòng)化程度大大提高，而且使整條包裝生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化控制水平、生產(chǎn)能力得到很大提高，使其競爭能力遠遠超過(guò)傳統的機械控制的同類(lèi)設備�？梢源蟠蟾纳剖称凤嬃习b生產(chǎn)設備產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其國內、國際競爭能力。
在鋼鐵企業(yè)中的應用。①計算機集成制造系統(CIMS)。鋼鐵企業(yè)的CIMS 是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體，用以實(shí)現從原料進(jìn)廠(chǎng)，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控制。
�、诂F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(FBT)�，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是連接設置在現場(chǎng)的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)取代現行的信號傳輸技術(shù)就能使更多的信息在智能化現場(chǎng)儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。
�、劢涣鱾鲃�(dòng)技術(shù)。隨著(zhù)電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數字技術(shù)的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現，交流調速系統的調速性能已達到和超過(guò)直流調速水平。交流傳動(dòng)系統在軋鋼生產(chǎn)中一出現就受到用戶(hù)的歡迎，應用不斷擴大。
�、荛_(kāi)放式控制系統。開(kāi)放意味著(zhù)對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實(shí)現不同廠(chǎng)家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開(kāi)放控制系統通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )使各種控制設備、管理計算機互聯(lián)，實(shí)現控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)使現場(chǎng)儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實(shí)現測量與控制一體化。
�、莘植际娇刂葡到y(DCS)。分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場(chǎng)測控計算機和智能控制單元。
利用計算機對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監視、操作、管理和分散控制。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性，是當前大型機電一體化系統的主要潮流。
機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢智能化。智能化即要求機電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有類(lèi)似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC 數控機床上增加人機對話(huà)功能，設置智能I/O 接口和智能工藝數據庫，會(huì )給使用、操作和維護帶來(lái)極大的方便。隨著(zhù)模糊數學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、灰色理論、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。
數字化。微控制器和接口技術(shù)的發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數字化的基礎，如不斷發(fā)展的數控機床和機器人;而計算機網(wǎng)絡(luò )的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實(shí)現將便于遠程控制操作、診斷和修復。
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(lèi)和生產(chǎn)廠(chǎng)家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標準機械接口、動(dòng)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而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動(dòng)力驅動(dòng)單元;具有視覺(jué)、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(kāi)發(fā)設計時(shí)，可以利用這些標準模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。從而避免利益的沖突，并能使之標準化、系列化。
網(wǎng)絡(luò )化。網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給社會(huì )各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了巨大變革。由于網(wǎng)絡(luò )的普及，基于網(wǎng)絡(luò )的各種遠程控制和監視技術(shù)方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現場(chǎng)總線(xiàn)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，使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應朝網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。
自源化。自源化是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對于運動(dòng)的機電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨特的好處。
人性化。人性化是各類(lèi)產(chǎn)品的必然發(fā)展方向。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，使用這些產(chǎn)品，對人來(lái)說(shuō)更自然，更接近生活習慣。
微型化。微型化是機電一體化向微型機器和微觀(guān)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微機電系統是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執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和系統。微機電系統產(chǎn)品體積小、耗能少、運動(dòng)靈活，在生物醫療、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
綠色化。工業(yè)發(fā)達給人們的生活帶來(lái)巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果，所以綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀時(shí)應符合環(huán)保和人類(lèi)健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。
隨著(zhù)機電一體化技術(shù)的發(fā)展，各種產(chǎn)品與裝置實(shí)現了機電一體化，有利實(shí)現整體優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，縮短開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的生產(chǎn)準備周期，加速科技成果向商品轉化，有利推動(dòng)傳統產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻變革，同時(shí)，隨著(zhù)新產(chǎn)品的研發(fā)及高精密等設備的發(fā)展，要求新一代機電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統朝著(zhù)高性能、智能化、系統化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家帶來(lái)更大的經(jīng)濟效益與社會(huì )效益。
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