浅析机电一体化的进程与智能化趋势

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[摘要] 文章先简要论述了机电一体化技术,将这一核心技术的内涵阐述清楚。对该技术在国内、外各个阶段的发展进行了阐述,并着重论述了这一技术的实际应用。机电一体化今后得到主要发展趋势便是人机一体化,文章对此进行了阐述,由此可见,机电一体化技术的前景是极为广阔的。

[关键词] 机电一体化;进程;智能化;趋势

1 机电一体化概述

在国外,称“机电一体化”为Mechatronics,也就是意味着机械技术和电子技术的有机结合[1]。其基础就是深度结合微型计算机和机械电子技术,对一些群体技术加以综合应用,诸如微电子技术、机械技术、信息技术、传感测试技术等。立足于系统理论,按照两大目标来研究各组成要素之间的关系,这里的目标分别是指系统功能目标和优化组织结构目标,这对整个系统的有机结合和综合集成能起到重要的促进作用,并且受控于有序信息流,这主要是来源于系统程序和微电子电路的。

2 机电一体化的核心技术

2.1 机械技术

作为机电一体化的基础,机械技术主要着眼于怎样和机电一体化技术很好的适应,借助其它高、新技术来来进行概念的更新,积极变更结构、材料以及性能,从而使新的需求得到满足,诸如重量的减轻、精度的提高、体积的缩小以及性能的改善等。经典的机械理论、工艺应该积极采用计算机辅助技术,并结合人工智能、专家系统等,从而促使新一代机械制造技术的形成。

2.2计算机与信息技术

计算机信息处理技术主要包括了信息的存储、交换、运算、人工智能技术、神经网络技术和专家系统技术等。

2.3系统技术

系统技术也就是用整体的概念组织多不同的相关技术加以应用,立足于全局和系统目标,分解总体,使其成为彼此关联的一些功能单元,系统技术中重要方面之一就是接口技术,其有助于确保系统各部分的有效连接。

2.4自动控制技术

该技术有着很广的范围,基于控制理论的指导,系统设计之后进行系统仿真、现场调试。主要控制技术有高精度定位控制、自适应控制、速度控制、补偿等。

2.5 传感检测技术

该技术是作为系统的感受器官,作为关键的环节来促使自动控制和调节的实现。具有越强的功能,就会有越强的系统自动化程序。现代工程对传感器提出的要求就是可以对信息进行快速、精确地获取,还可以经受得住严酷环境的考验,从而确保机电一体化系统实现更高的水平。

2.6 伺服传动技术

该技术主要包括了不同类型的传动装置,诸如电动、气动等。作为实现电信号到机械动作的转换装置,伺服系统对系统的控制质量和动态性能等会产生至关重要的影响。

3 机电一体化的发展进程

3.1数控机床的问世

数控铣床问世至今已有五十多年的时间。我国的数控机床制造业曾经在 80年代繁盛过,特别是在1999年以后,主要是由于国家投入了大量资金到国防工业及关键民用工业部门。

3.2微电子技术的发展

我国的集成电路产业最初是始于1965 年。历经30多年的发展历史,如今产业结构已经初步形成,其中包括了设计、包装业和制造共同发展。诸如微机控制的数控机床,早已和传统的机床不同;汽车的电子化致使汽车工业革命的发生,现在先进现代化汽车的电子装备已经在总成本中占了非常大的比重。步入信息化社会,集武器的一个重要组成部分就是电路,随之而来的是电子战和智能武器。雷达的定位和导航功能更加精确,而战略导弹通过减重之后使得行程大大增加,能够更加精确的制造战术导弹等,这些技术的核心正是微电子技术。

3.3 可编程序控制器( PLC )的应用子工业

PLC崛起于70年代,并且首先大量应用于汽车工业。80年代走向成熟,对微电子、微处理器技术进行了全面采用。PLC的第三个发展期始于90年代,PLC 在技术上有了新突破。90 年代后期步入第四阶段。主要特征:前提是对PLC 功能的保留,采用的体系结构是面向现场总线网络的,通信接口是开放的以太网、高速串口等;对于国际工业标准加以积极采用,并遵循一系列实际上的标准,以便促使 PLC 和 DCS 等原本所处硬件平台不一样的系统,渐渐趋于同一平台,这是与计算技术、编程技术和通信技术的发展相随的,最终会用到同一个操作系统和编程系统。这样 EIC三电一体化才算是真正实现。

3.4 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现

是未来信息技术的关键就在于激光技术为首的光电子技术。其集中了多个方面和领域的科研成就,诸如固体物理、材料科学和波导光学等,成为了一门新兴的交叉学科,体现了电子技术和光子技术的良好结合,应用背景广泛。

4 机电一体化的智能化趋势

4.1智能化

作为21世纪机电一体化技术的重要发展方向,智能化主要是基于控制理论,将人工智能、计算机科学和运筹学等新的思想和方法吸收进来,通过对人类智能的模拟,促使其具有判断推理、逻辑思维等能力[2],从而实现更加高远的控制目标。机电一体化的研究中愈发重视人工智能,其中一项重要应用就是机器人和数控机床的智能化。

4.2 网络化

上世纪90年代,网络技术是计算机技术等方面的一大突出成就。一旦将机电一体化新产品研制出来,必然会因为其具有独到的功能和可靠的质量,而快速畅销全球。由于现场总线和局域网技术,如今面临的一大趋势就是家用电器网络化,借助家庭网络(home net)来连接各种家用电器,促使以计算机为中心的计算机集成家电系统的形成。

4.3 微型化

微型化最早是在上世纪80年代末兴起的,是指机电一体化将会趋向微型机器和微观领域发展。在国外其被称作是微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1 立方厘米的机电一体化产品[3],其发展逐步趋向微米和纳米级。由于存在体积小、运动灵活、耗能少等优势,微机电一体化产品在军事和生物医疗等诸多方面存在的优势都是无法取代的。

4.4 绿色化

机电一体化产品的绿色化指的主要是在使用的过程中不会对生态环境产生污染,一旦以后报废也可以再次回收利用。绿色产品在其整个的生命过程中,不违背环保以及人类健康的要求,基本不会危害生态环境,具有很高的资源利用率。进行绿色机电一体化产品的设计,发展前途十分远大。

4.5系统化

系统化的表现特征就在于系统体系结构的变化,将会向采用开放式和模式化的总线结构发展。可对系统进行灵活组态,随意的进行剪裁、组合,并力求促使多子系统协调控制和综合管理得以实现。一方面是怎样才能为机电一体化产品赋予人的情感、智能和人性,这是非常重要的,尤其是对家用机器人,其中人机一体化就是比较高层境界。还有一层含义就是对生物机理的模仿[4],将不同的机电一体化产品不断研制出来。

5.结束语

机电一体化的发展并非是孤立的,类似机电一体化的技术还有非常多,而且伴随着科学技术的发展,很多不同种类的技术都彼此融合,趋势愈发明显,相信机电一体化技术的发展和应用的空间也将会更为广阔。

[参考资料]

[1] 赵松年等.现代机械创新产品分析与设计[M] 机械工业出版社.2000.

[2] 李玲.微电子技术—信息社会的基石[J]了望周刊.2003.

[3] 王伟.浅谈机电一体化技术发展[J]. 青年文学家 ,2011,24:320.

[4] 成文斌.机电一体化技术的现状和发展趋势研究 [J]. 科技致富向导 ,2012,02:239.

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