機電一體化的開展前景

...wd......wd......wd...機電一體化的開展前景在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速開展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術構造、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產由“機械電氣化〞邁入了“機電一體化〞為特征的開展階。關鍵詞：機電一體化開展系統(tǒng)目錄引言......................................................1一、機電一體化概述........................................11、機電一體化技術開展.....................................1(1)數(shù)字化................................................1(2)智能化................................................1(3)模塊化................................................1(4)網絡化................................................2(5)人性化................................................2(6)微型化................................................2(7)集成化................................................2(8)帶源化................................................2(9)綠色化................................................22、機電一體化產品.........................................2二、機電一體化的現(xiàn)狀和開展趨勢...........................2三、機電一體化的未來開展..................................4四、我國開展“機電一體化〞面臨的形勢和任務................51、我國“機電一體化〞工作面臨的形勢.......................52、我國“機電一體化〞工作的任務..........................6五、開展機電一體化的對策..................................61、加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調開展方案.............................62、強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會〞作用.........................63、優(yōu)化開展環(huán)境、增大支持力度.............................64、突出開展重點，兼顧“兩個層次〞.........................6完畢語....................................................7引言近幾十年來，中國機電工程類行業(yè)已經有了突飛猛進的開展，同時這也是中國一直對比重視的工程工程。而在這項工程實施過程中，相關機械設備的管理工作又是重中之重，如果不有效落實機械設備管理工作，整個工程的施工過程以及整體施工質量都會受到嚴重的影響。因此，分析研究機電工程機械設備管理工作當中存在的問題，采取有效措施解決這些問題，完善機電工程機械設備管理工作，才能提升機電工程整體質量水平。機電一體化概述機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化開展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但開展，還將被賦予新的內容。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、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，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)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。因此，“機電一體化〞涵蓋“技術〞和“產品〞兩個方面。機電一體化技術開展機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的穿插融合，其開展和進步有賴于相關技術的進步與開展，其主要開展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。(1)數(shù)字化微控制器及其開展奠定了機電產品數(shù)字化的根基，如不斷開展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，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品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。(2)智能化即要求機電產品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與開展，為機電一體化技術開展開辟了廣闊天地。(3)模塊化由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產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力驅動單元；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，在產品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產品。(4)網絡化由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現(xiàn)場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡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(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向開展。給人們帶來無窮的知識和方便。(5)人性化機電一體化產品的最終使用對象是人，若何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產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，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。(6)微型化微型化是精細加工技術開展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(MicroElectronicMechanicalSystems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、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、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器〔壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器〕，各種微構件〔微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等〕。(7)集成化集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同構造的優(yōu)化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。(8)帶源化是指機電一體化產品自身帶有能源，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。帶源化是機電一體化產品的開展方向之一。(9)綠色化科學技術的開展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)開展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類安康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產品壽命完畢時，產品可分解和再生利用。2、機電一體化產品機電一體化產品分系統(tǒng)(整機)和根基元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現(xiàn)狀、開展趨勢、市場前景分析從略。二、機電一體化的現(xiàn)狀和開展趨勢 機電一體化開展至今已經成為一門自成一體的新型學科,隨著科學技術的不斷開展,必將被賦一予新的內容。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、微電子技術、自動控制技術、、汁算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術,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)最終到達最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產生的功能系統(tǒng),就成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。因此,“機電一體化〞涵蓋“技術〞和“產品〞兩個方面。只是,機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、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基本區(qū)別。機械工程技術由純技術開展到機械電氣化,仍屬傳統(tǒng)機械,其主要功能依然是代替和放大的表達。但一一機電一體化的開展狀況機電一體化的開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的初步成果來完善機械產品的性能,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品與電子技術的結合,這些機電相結合的軍用技術,戰(zhàn)后轉為民用,對戰(zhàn)后經濟的恢復起到了積極的作用。從當時研制和開發(fā)的總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的開展尚未到達一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入開展,已經開發(fā)的產品也無法大量推廣使用。世紀一年代為第二階段,可稱為蓬勃開展階段,這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的開展,為機電一體化的開展奠定了堅實的技術根基。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛開展,為機電一體化的開展提供了充分的物質根基。世紀年代后期,開場了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進人深人開展時期。一方面,光學、通信技術等進人了機電一體化,微細加工技術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)的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和開展趨勢都進展了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了開展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建設完整的根基和逐漸形成完整的科學體系。使人們有更好的開展，給人類帶來生活的方便。機電一體化的開展趨勢機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的穿插綜合,它的開展和進步依賴并促進相關技術的開展和進步。因此,機電一體化的主要開展方向如下智能化智能化是世紀機電一體化技術開展的一個重要開展方向。人工智能在機電一體化建設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,是在控制理論的根基上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,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品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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)出新產品,同時也可以擴大生產規(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,從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產機電一體化產品的企業(yè),規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。網絡化世紀年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速開展給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育、日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片,企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到,質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。因此,機電一體化產品無疑朝著網絡化方向開展。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域開展的趨勢。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品,并向微米、納米級開展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可對比的優(yōu)勢。微機電一體化開展的瓶頸在于微機械技術,微機電一體化產品的加工采用精細加工技術,即超精細技術,它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。綠色化工業(yè)的興旺給人們生活帶來了巨大變化。一方面,物質豐富,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。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環(huán)境保護和人類安康的要求,對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品,具有遠大的開展前途。機電一體化產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。人們大量倡導綠化工業(yè)能夠給人們帶來的美好的生活，良好的生活品質。系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系構造進一步采用開放式和模式化的總線構造。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進展任意剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調控制和綜合管理。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品與人的關系,機電一體化的人格化。三、機電一體化的未來開展1、全息系統(tǒng)化全息系統(tǒng)化也即智能化，是對機器的行為描述，即在控制理論的根基上，吸收計算機科學、模糊數(shù)學、運籌學、混沌動力學、人工智能、心理學和生理學等新的學科方法、新的設計思想，從而模擬人類的思維能力，使它如同人一樣具有思維、意識等能力，以便到達更高水平的控制目標。隨著機電一體化技術的開展，機電一體化產品智能特征也越來越明顯，智能化水平也是日趨上升，新世紀機電一體化技術中的智能化的快速開展，人工智能在機電一體化的研究中也日益得到重視，其中機器人與數(shù)控機床的智能結合就是一項重要應用。當然，要使機電一體化產品具有與人完全一樣的智能永遠是不可能的，也沒有這個必要，但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品具有低級智能或者人的局部智能，則是完全可能而又必要的。2、微型機電化在實驗室中，目前，通過半導體蝕刻技術，已經制造出亞微米級的機械元件，如果這一成果應用于實際產品時，那么就沒有必要再區(qū)分什么是控制器、什么是機械局部了，這時就完全的實現(xiàn)機械和電子的“融合〞，這樣CPU、機體、傳感器、執(zhí)行機構就可以集成在一起，而且體積小，同時組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的一個重要的前進方向，更是機電一體化向微觀領域和微型機器的開展趨勢，在國外，人們稱其為微電子機械系統(tǒng)，也指外觀尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，一并向微米級、納米級開展，正因為微機電一體化產品耗能少、體積小、運動靈活，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。3、光機電一體化光機電一體化是機電產品開展的重要趨勢，因為機電一體化系統(tǒng)是由機械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等部件構成的，因此，在機電一體化技術中引進光學技術，充分利用光學技術的先天優(yōu)點，有效地改進機電一體化系統(tǒng)的能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。4、產品網絡全球化計算機網絡技術的興起和飛速開展帶動了科學技術的巨大開展，同時給日常生活都帶來了全新的面貌，全球生產、經濟被各種網絡連成一片，企業(yè)間的競爭也將出現(xiàn)網絡全球化，一旦研制出機電一體化新產品，只要其質量有保證，功能可靠，必然會暢銷全球。因為有了網絡的普及，那么只要是關于網絡的各種遠程監(jiān)視和控制技術也就方興未艾，然而遠程控制的終端設備就是機電一體化產品，因此，機電一體化產品也必然會朝著網絡全球化開展。5、產品綠色化隨著工業(yè)的興旺，人們的生活也發(fā)生了巨大的變化物質需求豐富，生活舒適可用資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞。因為這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，人們開場呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然，那么此時，綠色產品的概念也就應運而生，這是一個時代的綠色化趨勢，在這里，機電一體化產品的綠色化主要是指：使用時不破壞生態(tài)環(huán)境，報廢后還能回收利用。因此，機電一體化綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的過程中，應完全符合存在環(huán)境和人類安康的要求，對生態(tài)環(huán)境盡可能的無害或危害極少，資源利用率要極高。由于這種客觀的存在性，設計綠色的機電一體化產品所需要的技術成本很高，但其具有遠大的開展空間。6、機電一體化的人格化，其有兩層含義：①機電一體化產品的使用對象是人，若何將人的智能、情感、人性賦予機電一體化產品顯得越來越重要，尤其是家用機器人，其最高境界就是人機一體化;②模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。隨著科技的開展，機電一體化裝置對信息的依賴性越來越大，很多時候類似于活的生物:當大腦停頓工作時，生物便死亡，而大腦工作時，生物就充滿活力，即信息決定系統(tǒng)的工作與否。目前，在仿生學研究領域中已經發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構，可為機電一體化產品提供新型的機體，但是若何使這些新型機體具有生命力還是研究中的一大難題，這一研究領域被稱之為“生物———軟件〞或者說“生物系統(tǒng)〞，而生物的特點正是“肌體(硬件)———大腦(軟件)〞一體，不可分割。機電一體化產品向生物系統(tǒng)化開展是好，但是目前的技術與理論還是有很大的差距，因此，還需要更加倍的努力。四、我國開展“機電一體化〞面臨的形勢和任務機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統(tǒng)產業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產品質量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產品，促進產品的更新?lián)Q代。1、我國“機電一體化〞工作面臨的形勢〔1〕我國用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度〔2〕我國用機電一體化技術加速產品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力?！?〕我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重。近年來我國的工業(yè)構造、產品構造雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離〞“死守故業(yè)〞問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產業(yè)，優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是開展機電一體化，開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據(jù)市場需要和用戶反映時產品構造和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產。另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數(shù)量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都對比大，因此亟需開展。2、我國“機電一體化〞工作的任務我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產品，促進機電產品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業(yè)的形成、為我國產業(yè)構造和產品構造調整作奉獻。總之，機電一體化技術既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業(yè)產品構造、產業(yè)構造調整大門的鑰匙。五、開展機電一體化的對策1、加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調開展方案目前，我國從事“機電一體化〞研究開發(fā)及生產的單位很多。各自都有一套自己的開展策略。建議各主管部門責成有關單位在進展深入調查研究、科學分析的根基上，制定出統(tǒng)管全局的“機電一體化〞研究、開發(fā)、生產方案和規(guī)劃，防止開發(fā)上重復，生產上撞車!以后會開展順利和正確的開展機電一體化。2、強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會〞作用目前，我國“機電一體化〞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，我國有必要明確一個“機電一體化〞行業(yè)的統(tǒng)管機構。國家政治體制改革和經