淺談我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程與趨勢(shì)_第1頁(yè)
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1、中南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專科畢業(yè)大作業(yè)學(xué)習(xí)中心:電大學(xué)習(xí)中心 專 業(yè):機(jī)械電子工程學(xué)生: 學(xué) 號(hào):評(píng)定成績(jī): 評(píng)閱教師:淺談我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程與趨勢(shì)一、機(jī)電一體化的基本概要11.1 基本概要21.2 機(jī)電產(chǎn)品的優(yōu)越性21.3 機(jī)電產(chǎn)品的分類3二、機(jī)電化產(chǎn)品的構(gòu)成與特點(diǎn)4三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程與應(yīng)用領(lǐng)域53.1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程53.2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向63.3 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域7四、我國(guó)發(fā)展“機(jī)電一體化”面臨的形勢(shì)和任務(wù)94.1 我國(guó)“機(jī)電一體化”工作面臨的形勢(shì)94.2 我國(guó)“機(jī)電一體化”工作的任務(wù)9五、機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)105.1 機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展

2、趨勢(shì)105.2 發(fā)展機(jī)電一體化的對(duì)策125.3 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景13結(jié)束語(yǔ)14容提要:在機(jī)械工程領(lǐng)域,由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展與其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化,使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式與管理體系發(fā)生了巨大變化,使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階。機(jī)電一體化是一種復(fù)合技術(shù),是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)與信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物,是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)日益走向整體化、交叉化和數(shù)字化以與微電子技術(shù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展,機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。機(jī)電一體化技術(shù)是跨學(xué)科技術(shù),其發(fā)展趨勢(shì)是光機(jī)電一體化、柔性化、智

3、能化、仿生物系統(tǒng)化、微型化。其產(chǎn)品功能是通過(guò)其部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來(lái)共同實(shí)現(xiàn)的。文章簡(jiǎn)述了機(jī)電一體化技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)組成和主要應(yīng)用領(lǐng)域,并指出其發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化;基本要素;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì),一、機(jī)電一體化的基本概要1.1 基本概要機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展,還將被賦予新的容。但其基本特征可概括為:機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以與軟件編程技術(shù)等群體技術(shù),根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo),合理配置與布局各功能單元,

4、在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值,并使整個(gè)系統(tǒng)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),則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化是在以機(jī)械、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)為主的多門學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科,而機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,采用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的新一代產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)同時(shí)也是工程領(lǐng)域不同種類技術(shù)的綜合與集合,它是建立在機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以與系統(tǒng)總體技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。1.2 機(jī)電產(chǎn)品的優(yōu)越性與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品相比

5、,機(jī)電一體化產(chǎn)品具有下述優(yōu)越性:1. 使用安全性和可靠性提高機(jī)電一體化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)等功能。在工作過(guò)程中,遇到過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、短路等電力故障時(shí),能自動(dòng)采取保護(hù)措施,避免和減少人身和設(shè)備事故,顯著提高設(shè)備的使用安全性。2. 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高機(jī)電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能,其控制和檢測(cè)的靈敏度、精度以與圍都有很大程度的提高,通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作,使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響,從而實(shí)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(shí),由于機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工作的自動(dòng)化,使得生產(chǎn)能力大大

6、提高。例如,數(shù)控機(jī)床對(duì)工件的加工穩(wěn)定性大大提高,生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高5 6 倍。3使用性能改善機(jī)電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示,操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少,使得操作大大簡(jiǎn)化并且方便、簡(jiǎn)單。機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作過(guò)程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)可重復(fù)實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)作。高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品可通過(guò)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以與外界參數(shù)的變化隨機(jī)自尋最佳工作程序,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)最優(yōu)化操作。 4. 具有復(fù)合功能并且適用面廣機(jī)電一體化產(chǎn)品跳出了機(jī)電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制,具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能,使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)化程度大大提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)化控制、

7、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校驗(yàn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)保護(hù)和智能化等多種功能,能應(yīng)用于不同的場(chǎng)合和不同領(lǐng)域,滿足用戶需求的應(yīng)變能力較強(qiáng)。例如,電子式空氣斷路器具有保護(hù)特性可調(diào)、選擇性脫扣、正常通過(guò)電流與脫扣時(shí)電流的測(cè)量、顯示和故障自動(dòng)診斷等功能,使其應(yīng)用圍大為擴(kuò)大。1.3 機(jī)電產(chǎn)品的分類機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用圍非常廣泛,涉與到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的所有領(lǐng)域,因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類很多,而且還在不斷地增加。按照機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能,可以將其分成下述幾類: 1. 數(shù)控機(jī)械類主要產(chǎn)品包括數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)以與全自動(dòng)洗衣機(jī)等。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械裝置。2. 電子設(shè)備類主要產(chǎn)品包括電火花加

8、工機(jī)床、線切割機(jī)、超聲波加工機(jī)以與激光測(cè)量?jī)x等。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電子裝置。 3.機(jī)電結(jié)合類產(chǎn)品包括自動(dòng)探傷機(jī)、形狀自動(dòng)識(shí)別裝置、CT 掃描診斷機(jī)以與自動(dòng)售貨機(jī)等。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電子裝置和機(jī)械裝置的有機(jī)結(jié)合。4.電液伺服類主要產(chǎn)品為機(jī)電液一體化的伺服裝置, 如電子伺服萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置,控制機(jī)構(gòu)是接受電信號(hào)的液壓伺服閥。 5.信息控制類包括 機(jī)、磁盤存儲(chǔ)器、磁帶錄像機(jī)、錄音機(jī)、復(fù)印機(jī)等。這類產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作由所接收的信息類信號(hào)來(lái)控制。除此之外,機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機(jī)電技術(shù)的結(jié)合

9、程度分為功能附加型、功能替代型和機(jī)電融合型三類。二、機(jī)電化產(chǎn)品的構(gòu)成與特點(diǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能是通過(guò)其部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來(lái)共同實(shí)現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來(lái)看,機(jī)電一體化產(chǎn)品具有自動(dòng)化、智能化和多功能的特性,而實(shí)現(xiàn)這種多功能一般需要機(jī)電一體化產(chǎn)品具備五種部功能,即主功能、動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能和執(zhí)行功能,而實(shí)現(xiàn)這些功能的各個(gè)組成部分與其技術(shù)就構(gòu)成了機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。1機(jī)械系統(tǒng)機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身、框架、機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)接等機(jī)械部分。這部分是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ), 因此對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求, 需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工與幾。2.動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)為機(jī)電一

10、體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能,去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。動(dòng)力系統(tǒng)包括電、液、氣等動(dòng)力源。機(jī)電一體化產(chǎn)品以電能利用為主,包括電源、電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路等。3.傳感與檢測(cè)系統(tǒng)傳感器的作用是將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測(cè)定的物理量,同時(shí)利用檢測(cè)系統(tǒng)的功能對(duì)這些物理量進(jìn)行測(cè)定,為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各種信息。傳感與檢測(cè)系統(tǒng)的功能一般由測(cè)量?jī)x器或儀表來(lái)實(shí)現(xiàn),對(duì)其要體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測(cè)精度高、抗干擾等。 4.信息處理與控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求,信息處理與控制系統(tǒng)接收傳感與檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息,并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理

11、、運(yùn)算和決策,以對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行施以按照要求的控制,實(shí)現(xiàn)控制功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品中,信息處理與控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)的軟件和硬件以與相應(yīng)的接口所組成。 5.執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作, 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是運(yùn)動(dòng)部件,常采用機(jī)械、電液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)因機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對(duì)象不同而有較大的差異。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)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(gè)產(chǎn)品的性能,因而是機(jī)電一體化產(chǎn)品中最重要的組成部分。機(jī)電一體化產(chǎn)品的五個(gè)組成部分在工作時(shí)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(guò)各種接口與其相應(yīng)的軟

12、件有機(jī)地結(jié)合在一起,構(gòu)成一個(gè)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程與應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科的技術(shù),它是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果。今天機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展飛速,機(jī)電一體化產(chǎn)品更新日新月異。3.1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程“機(jī)電一體化”這個(gè)詞是日本安川電機(jī)公司在上世紀(jì)60年代末作商業(yè)注冊(cè)時(shí)最先創(chuàng)用的。當(dāng)時(shí)與70年代,人們一直把機(jī)電一體化看作是機(jī)械與電子的結(jié)合。國(guó)早期將“機(jī)電一體化技術(shù)”與“機(jī)械電子學(xué)”并用,近年來(lái)“機(jī)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(jī)的性能提高,為更高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品所采用

13、,典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機(jī)作為關(guān)鍵技術(shù)引入了飛行器系統(tǒng)后,使機(jī)械電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動(dòng)控制和保險(xiǎn)氣袋等方面獲得廣泛應(yīng)用。信息技術(shù)驅(qū)使機(jī)械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫(kù),連洗衣機(jī)和其他消費(fèi)品也用上了數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這樣,對(duì)機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以與并行工程設(shè)計(jì)和控制的實(shí)施日顯重要。此外,光學(xué)也進(jìn)入了機(jī)電一體化,產(chǎn)生了“光機(jī)電一體化”的新領(lǐng)域。進(jìn)入90年代,通信技術(shù)進(jìn)入了機(jī)電一體化,機(jī)器可像機(jī)器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實(shí)多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計(jì)算機(jī)控制的網(wǎng)絡(luò)化機(jī)電一體化日益普與。有些機(jī)電一體化機(jī)械可兩用,有的在性能上更是多

14、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(dǎo)體技術(shù)以光刻為基礎(chǔ)的方法以與和傳統(tǒng)機(jī)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(diǎn)的機(jī)電一體化新分支“微機(jī)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(gè)組成部分。之后,機(jī)電一體化隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而日益發(fā)展,穩(wěn)步進(jìn)入了21世紀(jì)。3.2 機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)為核心而引發(fā)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、個(gè)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(jì)、社會(huì)和軍事的發(fā)展,而且也深刻影響著機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)。專家預(yù)測(cè),機(jī)電一體化技術(shù)將向以下幾個(gè)方向發(fā)展:1.光機(jī)電一體化方向

15、一般機(jī)電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源(動(dòng)力)系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成。引進(jìn)光學(xué)技術(shù),利用光學(xué)技術(shù)的先天特點(diǎn),就能有效地改進(jìn)機(jī)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)。2.柔性化方向 未來(lái)機(jī)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(qiáng)的“柔性”,能較好地應(yīng)付突發(fā)事件,被設(shè)計(jì)成“自律分配系統(tǒng)”。在這系統(tǒng)中,各子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的,子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù),同時(shí)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(yīng)。其特點(diǎn)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(dòng)”是可以改變的。這樣,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(gè)系統(tǒng)

16、。3.智能化方向 今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來(lái)越明顯,智能化水平越來(lái)越高。這主要得益于模糊技術(shù)與信息技術(shù)(尤其是軟件與芯片技術(shù))的發(fā)展。4.仿生物系統(tǒng)化方向 今后的機(jī)電一體化裝置對(duì)信息的依賴性很大,并且往往在結(jié)構(gòu)上處于“靜態(tài)”時(shí)不穩(wěn)定,但在動(dòng)態(tài)(工作)時(shí)卻是穩(wěn)定的。這有點(diǎn)類似于活的生物:當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時(shí),生物便“死亡”,而當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)工作時(shí),生物就很有活力。就目前情況看,機(jī)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(shì),但還有一段很漫長(zhǎng)的道路要走。5.微型化方向 目前,利用半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù),在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。當(dāng)這一成

17、果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí),就沒有必要再區(qū)分機(jī)械部分和控制器部分了。那時(shí),機(jī)械和電子完全可以“融合”機(jī)體,執(zhí)行結(jié)構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起,體積很小,并組成一種自律元件。這種微型化是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。3.3 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域1. 在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上,靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來(lái)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的,它強(qiáng)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(jī)器取代人力,靠復(fù)雜的專業(yè)加工取代人的技能來(lái)獲取的。先進(jìn)的機(jī)械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo),采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理形式的全新的機(jī)械制造業(yè),其特征

18、是全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以與環(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(xué)技術(shù)的發(fā)展,充分利用電子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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。2. 在飲料行業(yè)中的應(yīng)用 機(jī)電一體化技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最快、應(yīng)用前景最為廣泛的技術(shù)之一。機(jī)電一體化技術(shù)在食品、飲料包裝機(jī)械的開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的應(yīng)用。不僅使單機(jī)的自動(dòng)化程度大大提高,而且使整條包裝生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制水平、生產(chǎn)能力得到很大提高,使其競(jìng)爭(zhēng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的機(jī)械控制的同類設(shè)備。可以大大改善食品飲料包裝生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量,提高其

19、國(guó)、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。3. 在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS) 鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以與過(guò)程控制連成一體,用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠,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。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FBT) 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。 交流傳動(dòng)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(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)

20、全面取代直流傳動(dòng),數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn),交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過(guò)直流調(diào)速水平。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎,應(yīng)用不斷擴(kuò)大。 開放式控制系統(tǒng) “開放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持,按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng),可以實(shí)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(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián),實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián),實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。 分布式控制系統(tǒng)(DCS) 分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。利用計(jì)算機(jī)對(duì)

21、生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)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(qiáng),具有更高的安全性,是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展,各種產(chǎn)品與裝置實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化,有利實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,縮短開發(fā)新產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,加速科技成果向商品轉(zhuǎn)化,有利推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻變革,同時(shí),隨著新產(chǎn)品的研發(fā)與高精密等設(shè)備的發(fā)展,要求新一代機(jī)電一體化技術(shù)、產(chǎn)品與系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化。四、我國(guó)發(fā)展“機(jī)電一體化”面臨的形勢(shì)和任務(wù)機(jī)電一體化工作主要包括兩個(gè)層次:一是用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),其目的是節(jié)能、節(jié)材,提高工效,提高產(chǎn)品質(zhì)量,把傳統(tǒng)工業(yè)的技

22、術(shù)進(jìn)步提高一步;二是開發(fā)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化機(jī)電產(chǎn)品,促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。4.1 我國(guó)“機(jī)電一體化”工作面臨的形勢(shì)(1)我國(guó)用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣,有難度(2)我國(guó)用機(jī)電一體化技術(shù)加速產(chǎn)品更新?lián)Q代,提高市場(chǎng)占有率的呼聲高,有壓力。(3)我國(guó)用機(jī)電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、擾民產(chǎn)品的責(zé)任重,有意義。在我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)中,能耗、耗水大戶,對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的企業(yè)還占相當(dāng)大的比重。近年來(lái)我國(guó)的工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖然幾經(jīng)調(diào)整,但由于多種原因,成效一直不夠明顯。這里面固然有上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門的政出多門問(wèn)題,有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問(wèn)題,但不可否認(rèn)也有優(yōu)化不出

23、理想的產(chǎn)業(yè),優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問(wèn)題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前,這就是發(fā)展機(jī)電一體化,開發(fā)和生產(chǎn)有關(guān)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品功能強(qiáng)、性能好、質(zhì)量高、成本低,且具有柔性,可根據(jù)市場(chǎng)需要和用戶反映時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過(guò)程做必要的調(diào)整、改革,而無(wú)須改換設(shè)備。這是解決機(jī)電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時(shí),可為傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)注入新鮮血液,帶來(lái)新的活力,把機(jī)械生產(chǎn)從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái),實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。另外,從市場(chǎng)需求的角度看,由于我國(guó)研制、開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品的歷史不長(zhǎng),差距較大,許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求,每年進(jìn)口量都比較大,因此亟需發(fā)展。4.2 我國(guó)“機(jī)電一體化

24、”工作的任務(wù)我國(guó)在機(jī)電一體化方面的任務(wù)可以概括為兩句話:一句話是廣泛深入地用機(jī)電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè);另一句話是大旗鼓地開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品,促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品的更新?lián)Q代。總的目的是促進(jìn)機(jī)電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整作貢獻(xiàn)??傊瑱C(jī)電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機(jī)電工業(yè)的新鮮血液和源動(dòng)力,又是開啟我國(guó)機(jī)電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。五、機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)5.1 機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)1、 全息系統(tǒng)化全息系統(tǒng)化也即智能化,是對(duì)機(jī)器的行為描述,即在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、混沌動(dòng)力學(xué)、人工智能、心理學(xué)和生理學(xué)等新的學(xué)科方法、新的設(shè)計(jì)思想,從而模擬人

25、類的思維能力,使它如同人一樣具有思維、意識(shí)等能力,以便達(dá)到更高水平的控制目標(biāo)。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展,機(jī)電一體化產(chǎn)品智能特征也越來(lái)越明顯,智能化水平也是日趨上升,新世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)中的智能化的快速發(fā)展,人工智能在機(jī)電一體化的研究中也日益得到重視,其中機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能結(jié)合就是一項(xiàng)重要應(yīng)用。當(dāng)然,要使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全一樣的智能永遠(yuǎn)是不可能的,也沒有這個(gè)必要,但是,高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有低級(jí)智能或者人的部分智能,則是完全可能而又必要的。2、微型機(jī)電化在實(shí)驗(yàn)室中,目前,通過(guò)半導(dǎo)體蝕刻技術(shù),已經(jīng)制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件,如果這一成果應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí),那么就沒有必要

26、再區(qū)分什么是控制器、什么是機(jī)械部分了,這時(shí)就完全的實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電子的“融合”,這樣CPU、機(jī)體、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)就可以集成在一起,而且體積小,同時(shí)組成一種自律元件。這種微型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的一個(gè)重要的前進(jìn)方向,更是機(jī)電一體化向微觀領(lǐng)域和微型機(jī)器的發(fā)展趨勢(shì),在國(guó)外,人們稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng),也指外觀尺寸不超過(guò)1cm3 的機(jī)電一體化產(chǎn)品,一并向微米級(jí)、納米級(jí)發(fā)展,正因?yàn)槲C(jī)電一體化產(chǎn)品耗能少、體積小、運(yùn)動(dòng)靈活,在軍事、生物醫(yī)療、信息等方面占有很高的地位和很大的優(yōu)勢(shì)。光機(jī)電一體化光機(jī)電一體化是機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢(shì),因?yàn)闄C(jī)電一體化系統(tǒng)是由機(jī)械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等部件構(gòu)成的,因此,

27、在機(jī)電一體化技術(shù)中引進(jìn)光學(xué)技術(shù),充分利用光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn),有效地改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)全球化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的巨大發(fā)展,同時(shí)給日常生活都帶來(lái)了全新的面貌,全球生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)被各種網(wǎng)絡(luò)連成一片,企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全球化,一旦研制出機(jī)電一體化新產(chǎn)品,只要其質(zhì)量有保證,功能可靠,必然會(huì)暢銷全球。因?yàn)橛辛司W(wǎng)絡(luò)的普與,那么只要是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制技術(shù)也就方興未艾,然而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備就是機(jī)電一體化產(chǎn)品,因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品也必然會(huì)朝著網(wǎng)絡(luò)全球化發(fā)展。5、 產(chǎn)品綠色化隨著工業(yè)的發(fā)達(dá),人們的生活也發(fā)生了巨大的變化物質(zhì)需求豐富

28、,生活舒適可用資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。因?yàn)檫@些現(xiàn)象的出現(xiàn),人們開始呼吁保護(hù)環(huán)境資源,回歸自然,那么此時(shí),綠色產(chǎn)品的概念也就應(yīng)運(yùn)而生,這是一個(gè)時(shí)代的綠色化趨勢(shì),在這里,機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指:使用時(shí)不破壞生態(tài)環(huán)境,報(bào)廢后還能回收利用。因此,機(jī)電一體化綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的過(guò)程中,應(yīng)完全符合生存環(huán)境和人類健康的要求,對(duì)生態(tài)環(huán)境盡可能的無(wú)害或危害極少,資源利用率要極高。由于這種客觀的存在性,設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品所需要的技術(shù)成本很高,但其具有遠(yuǎn)大的發(fā)展空間。6、機(jī)電一體化的人格化,其有兩層含義:機(jī)電一體化產(chǎn)品的使用對(duì)象是人,怎樣將人的智能、情感、人性賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品

29、顯得越來(lái)越重要,尤其是家用機(jī)器人,其最高境界就是人機(jī)一體化;模仿生物機(jī)理,研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展,機(jī)電一體化裝置對(duì)信息的依賴性越來(lái)越大,很多時(shí)候類似于活的生物:當(dāng)大腦停止工作時(shí),生物便死亡,而大腦工作時(shí),生物就充滿活力,即信息決定系統(tǒng)的工作與否。目前,在仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機(jī)構(gòu),可為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供新型的機(jī)體,但是如何使這些新型機(jī)體具有生命力還是研究中的一大難題,這一研究領(lǐng)域被稱之為“生物軟件”或者說(shuō)“生物系統(tǒng)”,而生物的特點(diǎn)正是“肌體(硬件)大腦(軟件)”一體,不可分割。機(jī)電一體化產(chǎn)品向生物系統(tǒng)化發(fā)展是好,但是目前的技術(shù)與理論還是有很大的差距,因此,

30、還需要更加倍的努力。5.2 發(fā)展機(jī)電一體化的對(duì)策1、加強(qiáng)統(tǒng)籌安排,協(xié)調(diào)發(fā)展計(jì)劃目前,我國(guó)從事“機(jī)電一體化”研究開發(fā)與生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套自己的發(fā)展策略。建議各主管部門責(zé)成有關(guān)單位在進(jìn)行深入調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上,制定出統(tǒng)管全局的“機(jī)電一體化”研究、開發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃和規(guī)劃,避免開發(fā)上重復(fù),生產(chǎn)上撞車!以后會(huì)發(fā)展順利和正確的發(fā)展機(jī)電一體化。2、強(qiáng)化行業(yè)管理,發(fā)揮“協(xié)會(huì)”作用目前,我國(guó)“機(jī)電一體化”較熱,而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制,“政出多門”是難哆的。因此,我國(guó)有必要明確一個(gè)“機(jī)電一體化”行業(yè)的統(tǒng)管機(jī)構(gòu)。國(guó)家政治體制改革和經(jīng)濟(jì)體制改革的精神,以與機(jī)電一體化行業(yè)特點(diǎn),我們建議,盡快加

31、強(qiáng)機(jī)電一體化協(xié)會(huì)的建設(shè),賦予其行業(yè)管理職能?!皡f(xié)會(huì)”要進(jìn)一步擴(kuò)大領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)理事會(huì)的代表層面和復(fù)蓋面,要加強(qiáng)辦公室、秘書處的建設(shè);要通過(guò)其精明干練的辦事機(jī)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)實(shí)體,組織“行業(yè)”發(fā)展計(jì)劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制;指導(dǎo)行業(yè)布點(diǎn)布局的調(diào)整,進(jìn)行發(fā)展突破口的選擇,抓好重點(diǎn)工程的試點(diǎn)和有關(guān)項(xiàng)目的發(fā)展。3、優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度增大支持力度,在技術(shù)政策上,要嚴(yán)格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展,對(duì)未采用機(jī)電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品限制強(qiáng)制淘汰;大力提倡用機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造,對(duì)有關(guān)機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)乾地改造,對(duì)有關(guān)技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用項(xiàng)目?jī)?yōu)先立項(xiàng)、優(yōu)先支持,對(duì)在技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用中做出貢獻(xiàn)的單位領(lǐng)導(dǎo)、

32、科技人員進(jìn)行表彰獎(jiǎng)勵(lì)等。在經(jīng)濟(jì)政策上,要多給機(jī)電一體化科研攻關(guān)課題、開發(fā)應(yīng)用項(xiàng)目利用科技專項(xiàng)基金和科技三項(xiàng)費(fèi)用的機(jī)會(huì);銀行發(fā)設(shè)貸款要多向機(jī)電一體化技術(shù)改進(jìn)、生產(chǎn)合資和機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)規(guī)?;ㄔO(shè)項(xiàng)目上傾斜;成立“機(jī)電一體化”發(fā)展基金,支持機(jī)電一體化生產(chǎn)發(fā)展等。優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過(guò)宣傳群眾,造成一種社會(huì)上下、企業(yè)外都重視、支持“機(jī)電一體化”發(fā)展的氛圍,如盡快為外商到我國(guó)投資發(fā)展“機(jī)電一體化”產(chǎn)業(yè)提供方便;盡可能為興辦開發(fā)、生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)開綠燈;盡力為開發(fā)、生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品調(diào)配好資源要素等。搞好綠色化發(fā)展,促使人們提供更好的發(fā)展。4、突出發(fā)展重點(diǎn),兼顧“兩個(gè)層次”機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)復(fù)蓋面

33、非常廣,而我們的財(cái)力、人力和物力是有限的,因此我們?cè)谧C(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)不能面面俱到、平鋪直敘,而應(yīng)分清主次,大膽取舍,有所為,有所不為。要注意抓兩個(gè)層次上的工作。第一個(gè)層次是“面上”的工作,即用電子信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造,在傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備上植入或嫁接上微電子(計(jì)算機(jī))裝置,使“機(jī)械”和“電子”技術(shù)在淺層次上結(jié)合。第二個(gè)層次是“提高”工作,即在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初,就把“機(jī)械”與“電子”統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行考慮,使“機(jī)械”與“電子”密不可分,深度結(jié)合,生產(chǎn)出來(lái)的新產(chǎn)品起碼正做到機(jī)電一體化。5.3 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景縱觀國(guó)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向機(jī)電一體化將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。

34、1.智能化智能化是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化的主要區(qū)別之一也是21世紀(jì)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機(jī)的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件,有力地推動(dòng)著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機(jī)電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動(dòng)。2.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(jìn)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(jìn)行任意的裁剪和組合,同時(shí)尋現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二,是通信功能大大加強(qiáng)一般除RS232等常用通信方式外,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程與多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未來(lái)機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要。機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機(jī)體,使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。3.微型化微型機(jī)電一體化系統(tǒng)高度融合了微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù),是機(jī)電一體化的一個(gè)新的發(fā)展方向。國(guó)外稱微電子機(jī)械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過(guò)1 cm3并正向微米、納米級(jí)方向發(fā)展。由于微機(jī)電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運(yùn)動(dòng)靈

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