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淺談機電一體化的發(fā)展及趨勢
淺談機電一體化的發(fā)展及趨勢 摘要:機電一體化是現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。文章概述機電一體化的核心技術(shù),分析機電一體化發(fā)展進程,提出機電一體化向智能化邁進的趨勢。
關(guān)鍵詞:機電一體化;核心技術(shù);發(fā)展進程;發(fā)展趨勢
機電一體化技術(shù)是面向應用的跨學科技術(shù),是機械、微電子、信息和控制技術(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)品更日新月異。
一、機電一體化的核心技術(shù)
1.機械技術(shù):是機電一體化的基礎,機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應,利用其高、新技術(shù)來更新概念,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
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)。
3.系統(tǒng)技術(shù):即以整體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,是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。
4.自動控制技術(shù):其范圍很廣,在控制理論指導下,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。
5.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。
6.伺服傳動技術(shù):包括電動、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。
二、機電一體化的發(fā)展進程
1.數(shù)控機床問世:自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段,尤其是在1999年后,國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金,使數(shù)控設備制造市場一派繁榮。
2.微電子技術(shù)的發(fā)展:我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年,經(jīng)過30多年發(fā)展,已初步形成包括設計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
3.可編程序控制器(PLC)的應用于工業(yè):上世紀60年代后期,美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種Modular DigitalController(MODICON)取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起,并首先在汽車工業(yè)獲得大量應用。80年代是它走向成熟,全面采用微電子及微處理器技術(shù)。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是:在保留PLC功能的前提下,采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu),采用開放的通信接口,如以太網(wǎng)、高速串口;采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準;從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng),正隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展,趨向于建立同一硬件平臺,運用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng),執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。
4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn):以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術(shù)的科研成就,成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科,對于國家經(jīng)濟、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。
三、機電一體化向智能化邁進
20世紀90年代后期,各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段。一方面,光學、通信技術(shù)等進入了機電一體化,微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭角,出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新支;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發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步,為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地,也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有:
1.智能化:是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向,是在控制理論的基礎上,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。
2.網(wǎng)絡化:20世紀90年代,計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡技術(shù)。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來,只要其功能獨到,質(zhì)量可靠,很快就會暢銷全球。因此,機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
3.微型化:興起于20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)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比擬的優(yōu)勢。
4.綠色化:機電一體化產(chǎn)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。綠色產(chǎn)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)境保護和人類健康的要求,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(chǎn)品,具有遠大的發(fā)展前途。
5.系統(tǒng)化:其表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進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),進行任意剪裁和組合,同時尋求實現(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的大大加強,特別是“人格化”發(fā)展引人注目,即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。一是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理,研制各種機電一體化產(chǎn)品。
結(jié)束語:
當然,機電一體化的發(fā)展不是孤立的,與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多,并隨著科學技術(shù)的發(fā)展,各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應用也將更加廣闊。
參考文獻:
[1]王靜。淺析機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].同煤科技。2006.(4)
[2]石美峰。機電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考[J].山西焦煤科技。2007.(3)
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