【機電一體化的應用現狀及發展】 機電一體化 工作

發布時間:2019-08-28 01:29:14 來源: 案例分析 點擊:

  摘要:近幾十年來,工業化進程的加快和科學技術的進步,促進了機電一體化技術的快速發展。機電一體化是機電工業發展的必然趨勢和現代科學技術發展到一定程度的結果。本文首先對機電一體化進行概述,然后分析機電一體化的應用現狀,再探究其發展趨勢。
  關鍵詞:機電一體化;應用;現狀;發展
  中圖分類號:TH-39 文獻標識碼:A
  引言:現代科學技術的發展極大地推動機械工業領域的技術改造與革命。在機械工業領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”的發展階段。迄今為止,世界各國都在大力推廣機電一體化技術。在人們生活的各個領域已得到廣泛的應用,并蓬勃向前發展,不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展,而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。
  1.機電一體化概述
  1.1機電一體化的定義
  所謂機電一體化就是指通過將微電子技術應用在機械的主功能、動力功能、信息功能以及控制功能等其他功能模塊上,并利用相關軟件將電子裝置與機械裝置有機整合在一起所構成的系統的總稱。從字面上的定義可以看出,機電一體化技術并不是機械與電子簡單的疊加,而是在信息論、控制論和系統論的基礎上建立起來的應用技術。因此,機電一體化涵蓋“技術”和“產品”兩個方面的內容。
  1.2機電一體化的關鍵技術
  機電一體化的關鍵技術主要包括信息處理技術、精密機械技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、伺服驅動技術以及系統總體技術等幾個方面的關鍵技術,以下將分別給予詳細的說明。
  1.2.1信息處理技術
  所謂的信息處理技術就是指在生產基于機電技術的相關產品的過程中,對與產品生產過程相關的各種參數和狀態以及自動控制有關的信息所進行的處理。
  1.2.2精密機械技術
  精密機械技術作為實現大多數機電產品的核心和基礎技術,它是實現大多數機電產品的相關功能和構造功能的重要前提和首要的技術支撐。
  1.2.3自動控制技術
  自動控制技術主要包括精度較高的速度控制、定位控制、自適應控制以及補償和校正等技術。而且隨著自動控制技術的不斷發展以及功能的不斷增強,基于自動控制技術產品的質量在獲得不斷的提高。
  1.2.4檢測與傳感器技術
  檢測與傳感器技術主要用于實現各種基于機電技術產品運行時的相關參數、工作狀態以及其他相關信息的接受,以及參數和相關信息準確度的檢測,通過檢測以后,將其接受的信息傳送給處理裝置,然后由處理裝置來實現產品運行過程的自動控制。
  1.2.5伺服驅動技術
  伺服驅動技術主要是基于機電技術產品的驅動裝置設計中的核心技術,它作為驅動設備執行操作的重要支撐技術,在很大程度上決定了基于機電一體化技術的產品質量。
  1.2.6系統總體技術
  系統總體技術是用系統的觀點和方法,從整體目標出發,將基于機電技術產品的總體功能劃分為若干個各功能模塊,然后結合各個功能模塊的實際情況,找出能夠有效解決各個功能模塊實際需求的可行技術方案,再把相應的技術方案進行匯總,從而設計出合理的功能技術方案。
  2.當前機電一體化技術主要的應用領域
  2.1數控機床數控機床及相應的數控技術
  經過40年的發展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在:總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多CPU、多主總線的體系結構;開放性設計,即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益;WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機制;大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計,不僅豐富了數控功能,同時也加強了CNC系統的控制功能;能實現多過程、多通道控制;系統的多級網絡功能,加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
  2.2柔性制造系統(FMS)
  柔性制造系統是計算機化的制造系統,主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
  2.3交流傳動技術
  傳動技術在鋼鐵工業中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展,交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性,電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動,數字技術的發展,使復雜的矢量控制技術實用化得以實現,交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎,應用不斷擴大。
  3.機電一體化的發展狀況及趨勢
  3.1機電一體化的發展狀況
  機電一體化的發展大體可以分為三個階段:
  (1)20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺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期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時,研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。
  (2)20世紀70—80年代為第二階段,可稱為蓬勃發展階段。這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的發展,為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現,為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受,末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認;機電一體化技術和產品得到了極大發展;各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。
  (3)20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。一方面,光學、通信技術等進入機電一體化,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,對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,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發展的廣闊天地。這些研究,使機電一體化進一步建立了堅實的基礎,并且逐漸形成完整的學科體系。
  3.2未來機電一體化技術的發展趨勢
  在未來,利用高新技術對機電一體化進行改造與提升,機電一體化涉及的學科領域很廣,是一門獨立的綜合性、交叉性學科,我國應更加注重對機電一體化產品的自主開發與技術創新,利用高新技術對機電一體化產品進行創新設計,推進產品設計的智能化,自動化和快速化,才能趕上或超過世界發達國家機電一體化水平,提高產品的市場競爭能力。
  此外,新一代的機電一體化系統的開發,設計和研制各種性能優良、穩定高效的機器人和機電一體化設備,實現各種作業的柔性化和自動化,使機械設備具有更高的柔性。其具體表現在:
  (1)計算機集成制造系統。在CIMS發展過程中,要注重人機一體化。在CIMS系統,中處于核心地位的過程控制級計算機,應配備必要的硬件和一定的軟件功能。在軟件方面,要做到計算輔助設計(CAD)和計算輔助制造(CAM)與硬件的有機結合,在發展過程中,要重視基本技術,不盲目追求高度自動化,數字化,逐步實現機電一體化的柔性、自動化、全局化。
  (2)智能制造技術。智能制造系統(IMT)是由智能機器和人類專家組成的人機一體化系統,是在人類專家的指導下,做到人機的有機結合,而不是取代人,智能制造系統具有很強的自律能力。人機一體化能力,高水平的人機一體化(即虛擬制造技術),在軟件的支持下,有一定自組織能力,自我優化能力,自我修正能力,歐美各國都花費了很多人力物力在這方面的研究。
  (3)綠色化也是機電一體化未來的一個研究熱點,綠色化是指產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,而且是低能耗、低材耗、協調而可再生的產品。
  4.結語
  機電一體化是很多學科相互發展和相互促進的結果,隨著科學技術的不斷發展和進步,機電一體化相關技術所融合的技術將越來越廣泛,而以機械和微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術將成為機電一體化的必然發展趨勢,機電一體化的發展前景非常廣闊。
  參考文獻:
  [1]董自立,機電一體化技術的現狀和發展前景分析[J],云南交通科技,2010(05).
  [32]張漢初,淺析機電一體化技術的發展趨勢[J],汽車技術,2008(11).

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