機電一體化技術(shù)的應用與發(fā)展（定）

1、機電一體化技術(shù)應用與研究摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，機電一體化技術(shù)也得到了快速發(fā)展，在數(shù)字化、智能化、模塊 化、網(wǎng)絡化、集成化、綠色化等方面有了較廣泛的研究和發(fā)展，對于改變整個機械制 造就業(yè)面貌起到了重要作用。木文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)；應用；發(fā)展緒論51 機電一體化技術(shù)的概述51. 1基本彳既念51.2機電產(chǎn)品的優(yōu)越性51.2. 1使用安全性和可靠性提高51.2. 2生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高61.2.3使用性能改善6 1.2.4具有復合功能并且適用面廣1.2.5改變工作方式61.3機電產(chǎn)品的分

2、類71.3.1數(shù)控機械類7 1.3.2電子設備類1.3.3機電結(jié)合類713 4電液伺服類71.3.5信息控制類71 4機電產(chǎn)品的構(gòu)成及牛寺點81.4. 1機械系統(tǒng)8 1.4.2動力系統(tǒng) 1.4.3傳感與檢測系統(tǒng)1.4.4信息處理及控制系統(tǒng)91.4. 5執(zhí)行機構(gòu)92機電一體化技術(shù)的主要要素92. 1機械技術(shù)92. 2計算機與信息技術(shù)92. 3系統(tǒng)技術(shù)102.4自動控制技術(shù)102. 5傳感檢測技術(shù)102.6伺服傳動技術(shù)103機電一體化技術(shù)的應用103.1在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用103. 2在飲料行業(yè)中的應用 113. 3在鋼鐵企業(yè)中的應用113. 3. 1計算機集成制造系統(tǒng)(cims) 113.

3、3.2現(xiàn)場總線技術(shù)(fbt) 113. 3 3交流傳動技術(shù)113. 3. 4開放式控制系統(tǒng)113. 3.5分布式控制系統(tǒng)(dcs) 124機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢124. 1機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程124. 2機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向134. 2. 1 光機電體化方向134.2.2柔性化方向134.2.3智能化方向134.2.4仿生物系統(tǒng)化方向 134.2.5微型化方向144. 3機電一體化技術(shù)的應用144. 3. 1在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用 144.3.2在飲料行業(yè)中的應用 144. 3. 3在鋼鐵企業(yè)中的應用154. 4機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢154. 4.1智能化154. 4 2數(shù)字化1

4、54. 4 3模塊化164. 4 4網(wǎng)絡化164. 4.5自源化164. 4 6人性化164. 4 7微型化164. 4 8綠色化174. 5典型機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢174.5.1數(shù)控機床174.5.2自動機與自動生產(chǎn)線185 我國的發(fā)展現(xiàn)狀185.1計算機軟件方面195. 2數(shù)控技術(shù)方面195.3t業(yè)機器人方面195. 4中國機電一體化的前景20總結(jié)20參考文獻21緒論隨著科學技術(shù)以及新興科技突飛猛進的發(fā)展，極大地促進了學科之間的相互滲透、 融合，同時也促進了工程建設領域的革新與創(chuàng)新。目前，機電一體化已經(jīng)漸漸成為一 種獨立的技術(shù)，在各行各業(yè)都有不同程度的應用。尤其是科學技術(shù)的發(fā)展，在很大

5、程 度上促進了機電一體化的進步與創(chuàng)新，并且在工程機械中得到了很好的應用。積極地 采用機電一體化，將機械、電子技術(shù)和液壓技術(shù)進行了有效的結(jié)合，大大地提高了機 械的多種功能，比如說，動力性能提升，燃油的經(jīng)濟效益提高，安全性和可靠性大增， 操作的精準度和舒適度都大幅度提高，機械的使用壽命也隨之延長。所以，研究機電 一體化的應用與發(fā)展有著重大意義。1機電一體化技術(shù)的概述1.1基本概念機電一體化技術(shù)是在以微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展向機 械工業(yè)領域迅猛滲透并與機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎上，綜合應用機械 技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口

6、 技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu) 目標，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信 息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結(jié) 合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量 的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技 術(shù)功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。2機電產(chǎn)品的優(yōu)越性與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品相比，機電一體化產(chǎn)品具有下述優(yōu)越性。1.2.1使用安全性和可靠性提高機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。 在工作過程

7、中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措 施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。1.2.2生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高機電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈 敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械 的執(zhí)行機構(gòu)按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影 響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時，由于機電 一體化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作的自動化，使得生產(chǎn)能力大大提高。例如，數(shù)控機床對工 件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機床提高56倍。1.2.3使用性能改善機電一體化產(chǎn)品普遍

8、采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯箸減 少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預設的 程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體 化產(chǎn)晶可通過被控對象的數(shù)學模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序, 實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作。1.2.4具有復合功能并且適用面廣機電一體化產(chǎn)品跳出了機電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制，具有復合技術(shù)和復 合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產(chǎn)品一般具有自 動化控制、自動補償、自動校驗、自動調(diào)節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能 應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式

9、空 氣斷路器具有保護特性可調(diào)、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、 顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。1.2.5改變工作方式機電一體化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時，可通過改變控制程序來實現(xiàn)工作方式的改變，以 適應不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸 入到機電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)晶中的任何部件或零件。對于具 有存儲功能的機電一體化產(chǎn)品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同 的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機 電一體化產(chǎn)品的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取措 施，

10、使工作恢復正常。3機電產(chǎn)品的分類機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領域, 因此，機電一體化產(chǎn)品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產(chǎn)品的功 能，可以將其分成下述幾類。1.3.1數(shù)控機械類主要產(chǎn)品包括數(shù)控機床、機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)以及全自動洗衣機等。這類產(chǎn) 品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為機械裝置。1.3.2電子設備類主要產(chǎn)品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這 類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置。1.3.3機電結(jié)合類品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、ct掃描診斷機以及自動售貨機等。這 類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置和機械裝置的有機結(jié)合。

11、13. 4電液伺服類主要產(chǎn)品為機電液一體化的伺服裝置， 如電子伺服萬能材料試驗機。這類產(chǎn)品 的特點是執(zhí)行機構(gòu)為液壓驅(qū)動的機械裝置，控制機構(gòu)是接受電信號的液壓伺服閥。 1.3.5信息控制類包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復卬機等。這類產(chǎn)品的主 要特點是執(zhí)行機構(gòu)的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化 產(chǎn)品還可根據(jù)機電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三 類。4機電產(chǎn)品的構(gòu)成及特點機電一體化產(chǎn)品的功能是通過其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來共同 實現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來看，機電一體化產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性, 而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電一體化產(chǎn)品

12、具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力 功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技 術(shù)就構(gòu)成了機電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。1.4. 1機械系統(tǒng)機電一體化產(chǎn)品的機械系統(tǒng)包括機身、框架、機械傳動和聯(lián)接等機械部分。 這部分是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎， 因此對機械結(jié)構(gòu)提岀了更高的要求， 需在結(jié) 構(gòu)、材料、工藝加工及幾。1.4.2動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作以完 成預定的主功能。動力系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機電一體化產(chǎn)品以電能利 用為主，包扌舌電源、電動機及驅(qū)動電路等。1.4.3傳感與檢測系統(tǒng)傳感器的作用是將機電一體化產(chǎn)品在運行過程中所需要的

13、自身和外界環(huán)境 的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進 行測定，為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功 能一般由測量儀器或儀表來實現(xiàn)，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精 度高、抗干擾等。1.4.4信息處理及控制系統(tǒng)根據(jù)機電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系 統(tǒng)反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產(chǎn)品的運行施以按照要求 的控制，實現(xiàn)控制功能。機電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計算機的 軟件和硬件以及相應的接口所組成。1.4. 5執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)在控制信息的作用下完成要求的動作， 實現(xiàn)

14、產(chǎn)品的主功能。機電一體 化產(chǎn)品的執(zhí)行機構(gòu)一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)因機 電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執(zhí)行機構(gòu)是實現(xiàn)產(chǎn)品目的功能 的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個產(chǎn)品的性能，因而是機電一體化產(chǎn)品中最重要 的組成部分。機電一體化產(chǎn)晶的五個組成部分在工作時相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的 目的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結(jié)合在一起, 構(gòu)成一個內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。2機電一體化技術(shù)的主要要素2. 1機械技術(shù)機械技術(shù)是機電一休化的基礎，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一休化技術(shù)相 適應，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，

15、實現(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。在機電一體化系統(tǒng)制 造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專 家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。2. 2計算機與信息技術(shù)其中信息交換、存取、運算、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)絡技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。2. 3系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出 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)中一個重要方 面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。2. 4自動控制技術(shù)其范圍很廣，在控制理論指導下

16、，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(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、自適應控制、自診斷校正、 補償、再現(xiàn)、檢索等。2. 5傳感檢測技術(shù)傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲 取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。2. 6伺服傳動技術(shù)包扌舌電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機 械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。3機電一體化技術(shù)的應用隨著科學技術(shù)日益走向整體化、交叉化和數(shù)字化以及微電子技術(shù)信

17、息技術(shù)的 迅速發(fā)展，機電一體化技術(shù)的應用也越來越廣泛。3. 1在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用傳統(tǒng)機械制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟的基礎上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復 性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強調(diào)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 是靠機器収代人力，靠復雜的專業(yè)加工収代人的技能來獲収的。先進的機械制造業(yè)是以信息 為主導，采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術(shù)和先進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)絡化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造?，F(xiàn)代制造業(yè)集 成了現(xiàn)代科學技術(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，制 造工程領域的新技術(shù)相

18、繼誕生，如計算機數(shù)字控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、柔性制造技術(shù)、敏捷制 造、虛擬制造、并行工程等。3. 2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、 飲料包裝機械的開發(fā)、設計和制造過程中的應用。不僅使單機的自動化程度大大提高，而且使整 條包裝生產(chǎn)線的自動化控制水平、生產(chǎn)能力得到很大提高，使其競爭能力遠遠超過傳統(tǒng)的機械控 制的同類設備?？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(nèi)、國際競爭能力。3. 3在鋼鐵企業(yè)中的應用3. 3. 1計算機集成制造系統(tǒng)(ci ms)鋼鐵企業(yè)的cims是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實

19、現(xiàn)從原料進廠, 生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。3.3.2現(xiàn)場總線技術(shù)(fbt)現(xiàn)場總線技術(shù)是連接設置在現(xiàn)場的儀表與設置在控制室內(nèi)的控制設備之間的數(shù)字式、雙向、 多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表 裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。3. 3. 3交流傳動技術(shù)隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu) 越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復雜的矢 量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平。交

20、流傳動系 統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。3.3.4開放式控制系統(tǒng)“開放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡使各種控制設備、 管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室 的控制設備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。3.3.5分布式控制系統(tǒng)(dcs)分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺血向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制 單元。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。分布式控制系統(tǒng)與集 中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更

21、高的安全性，是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮 流。4機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢機電一體化技術(shù)是面向應用的跨學科的技術(shù)，它是機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和 控制技術(shù)等有機融合、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更 新日新月異。4. 1機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業(yè)注冊時最先創(chuàng)用 的。當吋及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結(jié)合。國內(nèi)早期將“機電一 體化技術(shù)”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。80年代，信息技術(shù) 嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產(chǎn)品所釆用，典型的機電一

22、體化產(chǎn) 品如數(shù)控機床、工業(yè)機器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機作為關(guān)鍵技術(shù)引入了飛行器系統(tǒng) 后，使機械一電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。 信息技術(shù)驅(qū)使機械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū) 動系統(tǒng)。這樣，對機電一體化的系統(tǒng)設計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設計和 控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產(chǎn)生了 “光機電一體化”的新領域。 進入90年代，通信技術(shù)進入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技 術(shù)緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性 能上

23、更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展，和半導體技術(shù)以光刻為基礎的方法以 及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點的機電一體化新分 支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。 之后，機電一體化隨著自動化技術(shù)的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進入了 21世紀。4. 2機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)、計算機技術(shù)及通信技術(shù)為核心而引發(fā)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、綜合化、 個性化信息技術(shù)革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟、社會和軍事的發(fā)展，而且也深刻影 響著機電一體化的發(fā)展趨勢。專家預測，機電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展：4

24、. 2. 1光機電一體化方向一般機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組 成。引進光學技術(shù)，利用光學技術(shù)的先天特點，就能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能 源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。4.2.2柔性化方向未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的''冗余度”，有較強的"柔性”，能較好地 應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在這系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng) 為總系統(tǒng)服務，同吋具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同環(huán)境條件做出不同反應。其特點是子系 統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有“行動”是可以改變的。這樣，

25、既明 顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。4.2.3智能化方向今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù) 與信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。4.2.4仿生物系統(tǒng)化方向今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定, 但在動態(tài)（工作）吋卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作吋， 生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作吋，生物就很有活力。就日前情況看，機電一 體化產(chǎn)品雖然有仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。4. 2. 5微型化方向日前，利用半

26、導體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元 件。當這一成果用于實際產(chǎn)品吋，就沒有必要再區(qū)分機械部分和控制器部分了。那吋，機械 和電子完全可以“融合”機體，執(zhí)行結(jié)構(gòu)、傳感器、cpu等可集成在-起，體積很小，并組 成一種自律元件。這種微型化是機電-體化的重要發(fā)展方向。4. 3機電一體化技術(shù)的應用4. 3. 1在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用傳統(tǒng)機械制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟的基礎上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復 性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強調(diào)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 是靠機器収代人力，靠復雜的專業(yè)加工収代人的技能來獲収的。先進的機械制造業(yè)是以信息 為主導

27、，采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術(shù)和先進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)絡化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造?，F(xiàn)代制造 業(yè)集成了現(xiàn)代科學技術(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，制造工程領域的新技術(shù)相繼誕生，如計算機數(shù)字控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、柔性制造 技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。4.3.2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、飲料包裝機械的開發(fā)、設計和制造過程中的應用。不僅使單機的自動化程度大大提高， 而且使整條包裝生產(chǎn)線的自動化控制水平、生產(chǎn)能力得到很

28、大提高，使其競爭能力遠遠超過 傳統(tǒng)的機械控制的同類設備?？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(nèi)、國際競爭能力。4.3.3在鋼鐵企業(yè)中的應用主要有五個：一是計算機集成制造系統(tǒng)(cims) o鋼鐵企業(yè)的cims是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管 理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過 程一體化控制。二是現(xiàn)場總線技術(shù)(fbt) 0現(xiàn)場總線技術(shù)是連接設置在現(xiàn)場的儀表與設置在控制室 內(nèi)的控制設備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù) 就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙

29、向傳送。三是交流傳動技術(shù)。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常 迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字 技術(shù)的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直 流調(diào)速水平。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。四是開放式 控制系統(tǒng)?！伴_放”意味著對-種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可 以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共亨。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡使各種控制設 備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室

30、 的控制設備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制-體化。五是分布式控制系統(tǒng)(dcs)。分布式控制系統(tǒng)采用一臺 中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。利用計算機對生產(chǎn)過程進行 集屮監(jiān)視、操作、管理和分散控制。分布式控制系統(tǒng)與集屮型控制系統(tǒng)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(tǒng)的主要潮流。4. 4機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢4. 4.1智能化智能化即要求機電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等 能力。例如在cnc數(shù)控機床上增加人機對話功能，設置智能i/o接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使 用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論

31、、心理學、生理學和混沌 動力學等人工智能技術(shù)的進步與發(fā)展，為機電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。4. 4. 2數(shù)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(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機 器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)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(shù)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血。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程控制操作、診斷和修復。4. 4. 3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 標進機械接口、動力接口、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

32、途的工作。 如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、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)品開發(fā)設訃時，可以利用這些標準模塊化單元迅 速開發(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。4. 4. 4網(wǎng)絡化網(wǎng)絡技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給社會各個領域帶來了巨大變革。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng) 絡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備本身就是機電一體化產(chǎn)品， 現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡把各種家用電器連接成以 計算機為中心的訃算機集成家用電器系統(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，機電一體化

33、產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡化方向發(fā)展。4. 4.5自源化自源化是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由 于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。4. 4. 6人性化人性化是各類產(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(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說更自然，更接近生活習慣。4. 4. 7微型化微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，集 微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于-體 的微型器件和系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)產(chǎn)品體積

34、小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、信息等方面具有 不可比擬的優(yōu)勢。4. 4. 8綠色化工業(yè)發(fā)達給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同吋也帶來資源減少、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(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電 -體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用吋不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束吋，產(chǎn)品可分解和再生 利用。4. 5典型機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢4. 5. 1數(shù)控機床目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數(shù)控機床只占約5%且大多數(shù)是 普通數(shù)控（發(fā)達國家數(shù)控

35、機床占10%）。近些年來數(shù)控機床為適應加工技術(shù)的發(fā)展，在以下幾個 技術(shù)領域都有巨大進步。一是高速化。由于高速加工技術(shù)普及，機床普遍提高了各方面的速度。 車床主軸轉(zhuǎn)速有30004000r/min提高到800010000r/min；銃床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000 8000r/min提高到1200040000r/min以上;快速移動速度由過去的1020m/min提高到48m/min, 60m/mni, 80m/min, 120m/min；在提高速度的同吋要求提高運動部件起動的加速度，由過去-般 機床的0.5g （重力加速度）提高到1.5g2g,最高可達15g；直線電機在機床上開始使用，主軸 上大量

36、采用內(nèi)裝式主軸電機。二是高精度化。數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.010.02nim提高 到0.008左右;亞微米級機床達到0. 0005mm左右;納米級機床達到0. 0050. olum；最小分辨率 為lnm （0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已問世。數(shù)控中兩軸以上插補技術(shù)大大提高，納米級插 補使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達到lu的圓度，插補前多程序預讀，大大提高了插補質(zhì)量，并可進 行自動拐角處理等。三是復合加工。新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)。如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機床，串并聯(lián)絞 鏈機床等，采用特殊機械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運算方

37、式，特殊編程要求。四是使用各種高效特 殊功能的刀具使數(shù)控機床“如虎添翼”。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)深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達1000in/min,加工鋁件能達 5000m/mino五是數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理。數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控 機床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機床開動率、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，計算機集成制造、網(wǎng)絡制造、界地診斷、虛擬制造、 并行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機床基礎上發(fā)展起來，這必然成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的一 個主要潮流。4.5.2自動機與自動生產(chǎn)線在國民

38、經(jīng)濟生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產(chǎn)線及各種自動化設備，是 當前機電一體化技術(shù)應用的又一具體體現(xiàn)。如：200080000瓶/h的啤酒自動生產(chǎn)線；18000 120000瓶/h的易拉罐灌裝生產(chǎn)線；各種高速香煙生產(chǎn)線；各種印刷包裝生產(chǎn)線；郵政信函自 動分撿處理生產(chǎn)線；易拉罐自動生產(chǎn)線；febopp型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線等等, 這些自動機或生產(chǎn)線中廣泛應用了現(xiàn)在電子技術(shù)與傳感技術(shù)。如可編程序控制器，變頻調(diào)速 器，人機界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等。我國的自動機與生產(chǎn)線產(chǎn)品的水平，比10多年前 躍升了一大步，其技術(shù)水平已達到或超過發(fā)達國家上一世紀80年代后期的水平。使用這些自 動

39、機和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多，對維護和管理這些設備的相關(guān)人員的需求也越來越多。我國的發(fā)展現(xiàn)狀80年代以來，以信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料等高技術(shù)為中心的新的技術(shù)革命浪潮有力地沖擊著全球，它對生產(chǎn)力的發(fā)展，人類創(chuàng)造力的發(fā)揮、產(chǎn)生了巨大的影響，引起了經(jīng)濟、 社會、文化.政治、軍事等各方面深刻的變革。1986年3月3 口，王大術(shù)、王浚昌、楊嘉墀、 陳芳允四位老科學家給中共中央寫信，提出要跟蹤世界先進水平，發(fā)展我國高技術(shù)的建議。這便是重要的863計劃，其中最重要的一點就是自動化技術(shù)領域，充分的考慮到機電一體化的使 用價值和市場期望。許多有志之士為國家機電一體化做出了杰出的貢獻，為機電一體化與國際接 軌打下了

40、非常好的基礎，雖然我國現(xiàn)在的機電一體化的技術(shù)和歐美國家日本比起來有一定的差距, 但是和巴西等發(fā)展中國家比起來卻是排在最前沿的，這要歸功于改革開放的發(fā)展所帶來的機遇和 國家的大力支持，使得機電一體化能夠得到優(yōu)先發(fā)展的權(quán)利，在這-叩寸期內(nèi)取得了非常豐碩的成 果。5. 1計算機軟件方面20世紀90年代隨著cims的推廣和運用，我國建成了 cims試驗工程中心和7個開放實驗室 的硬件環(huán)境，在全國范圍內(nèi)部署了很多的cims的研究項目，國家投入了大量的資金在這個項目上 面，并很快在產(chǎn)品設計自動化，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫技術(shù)，cims集成技術(shù)等方面取得非常豐碩的成果，但 是但部分的大型機械制造企業(yè)和絕大部分的小型機械制

41、造企業(yè)主要局限于cad和管理信息系統(tǒng)。 基層自動化還比較薄弱，國內(nèi)的大部分數(shù)控機床的編程非常的復雜，沒有發(fā)揮應有的作用。因此， 與工業(yè)相對比較發(fā)達的歐美國家等還有一定的差距。5. 2數(shù)控技術(shù)方面中國于1958年研制11!第一臺數(shù)控機床，在20余年間，數(shù)控機床的設計和制造技術(shù)有較大提 高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機 床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術(shù)的差距；通過利用國外先進元部 件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五血或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供 應國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、消化、常握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、 自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨立發(fā)展，基本