機電一體化技術的應用與發(fā)展前景畢業(yè)論文

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1、機電一體化技術的應用與發(fā)展前景 摘要:機電一體化是現代科學技術發(fā)展的必然結果,是一種復合技術,是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物,是機電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。文章簡述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域,并指出其發(fā)展趨勢。 關鍵詞:機械工業(yè);機電一體化;數控;模塊化 現代科學技術的發(fā)展極大地推動了不同學科的交叉與滲透,引起了工程領域的技術改造與革命。 機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發(fā)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

2、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。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向. 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

3、交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。 一、機電一體化的核心技術 機電一體化是指在機構的主功能，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。機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。 (一)機械本體技術 機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮?，F代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主,為了減輕質量除了在結構上加以改進,還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量,才有可能實現驅動系統(tǒng)的小型化,進而在控制方面改善快速響應特

4、性,減少能量消耗,提高效率。 (二)傳感技術 傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面,提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾,目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說,目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術。 (三)信息處理技術 機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備(特別是微型計算機)的普及應用緊密相連。為進一步發(fā)展機電一體化,必須提高信息處理設備的可靠性,包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性,進而提高處理速度,并解決抗干擾及標準化問題。 (四)驅動技術 電機作為驅動機構已被廣泛采用,但在快速響應和效率等方面還

5、存在一些問題。目前,正在積極發(fā)展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。 (五)接口技術 為了與計算機進行通信,必須使數據傳遞的格式標準化、規(guī)格化。接口采用同一標準規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修,而且可以簡化設計。目前,技術人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口,來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。 (六)軟件技術 軟件與硬件必須協調一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本,提高生產維修的效率,要逐步推行軟件標準化,包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。 二、機電一體化技

6、術的主要應用領域 (一)數控機床 數控機床及相應的數控技術經過40年的發(fā)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: 1、總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多C PU、多主總線的體系結構。 2、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。 3、W O P技術和智能化。系統(tǒng)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(tài)仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。 4、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C N C系統(tǒng)的控制功能。

7、 5、能實現多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。 6、系統(tǒng)的多級網絡功能,加強了系統(tǒng)組合及構成復雜加工系統(tǒng)的能力。 7、以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。 (二)計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS) C IM S的實現不是現有各分散系統(tǒng)的簡單組合,而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現從經營決策、產品開發(fā)、生產準備、生產實驗到生 產經營管理的有機結合。企業(yè)集成度的提

8、高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優(yōu)化,各種生產要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。 (三)柔性制造系統(tǒng)(FMS) 柔性制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng),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。 (四)工業(yè)機器人 第1代機器人亦稱示教再現機器人, 它們只能根據示教進行重復運動,對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應性和靈活 性;第2代機器人帶有各種先進的傳感元件,能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信 息,通過計算

9、機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智 能,已開始走向實用化;第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業(yè)環(huán)境中獨立行動,與第5代計算機關系密切。 三、機電一體化技術的發(fā)展前景 縱觀國內外機電一體化的發(fā)展現狀和高新技術的發(fā)展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。 (一)智能化 智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數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，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊

10、數學、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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的 (二)系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統(tǒng)協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強,一般除R S232等常用通信方式外,實現遠程及多系統(tǒng)通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未

11、來的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優(yōu)良的構造研究某種新型機體,使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。 (三)微型化 微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發(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1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發(fā)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比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)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，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。 (四)模

12、塊化 模塊化也是機電一體化產品的一個發(fā)展趨勢,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、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產品,同時也可以不斷擴大生產規(guī)模。 (五)網絡化 網絡技術的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發(fā)展。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。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(ho

13、me net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system, CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發(fā)展。 (六)綠色化 工業(yè)的發(fā)達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品，具有遠大的發(fā)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。 參考文獻: 1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003. 2、芮延年.機電一體化系統(tǒng)設計[M].北京機械工業(yè)出版社,2004. 3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制綜述[J].基礎自動化,2006(6). 4、章浩,張西良,周士沖.機電一體化技術的發(fā)展與應用[J].農機化研究,2006(7). 5、梁俊彥,李玉翔.機電一體化技術的發(fā)展及應用[J].科技資訊,2007(9). 8