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機(jī)電一體化特點(diǎn)及發(fā)展研究論文
機(jī)電一體化特點(diǎn)及發(fā)展研究論文
摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化已成為機(jī)電行業(yè)一個(gè)主流的發(fā)展趨勢(shì)。
本文基于機(jī)電一體化概念和特點(diǎn)的分析，探討機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：智能 進(jìn)程核心技術(shù) 發(fā)展 綠色 機(jī)電一體化 發(fā)展趨勢(shì)
1 機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化就是將微電子技術(shù)引入機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、控制功能、信息功能的研究，并且將機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備通過軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機(jī)電一體化的目的是在科學(xué)專業(yè)化和深度專業(yè)之間達(dá)到平衡和兩者的集合，讓系統(tǒng)工程以及解決問題方法出現(xiàn)突破。
“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。
首先，機(jī)電一體化技術(shù)并非機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)機(jī)械的組合或拼湊，而是基于一定的技術(shù)研究，將機(jī)械、微電子元素有機(jī)整合而成的一種綜合技術(shù)。
它的發(fā)展進(jìn)程有別于機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化的發(fā)展過程。
某些機(jī)械部件的原有功能可以通過機(jī)電一體化中的微電子裝置代替，這種裝置的應(yīng)用在一定程度上豐富了機(jī)電系統(tǒng)功能，而且機(jī)電一體化產(chǎn)品的智能特征改善了機(jī)械性能。
智能化是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化的本質(zhì)區(qū)別。
2 機(jī)電一體化的特點(diǎn)
2.1 具有綜合性 從某種意義上講，機(jī)電一體化技術(shù)可謂是一種跨學(xué)科的邊緣科學(xué)，它將微電子、計(jì)算機(jī)等多門技術(shù)整合于機(jī)械主體構(gòu)造中，使之形成一套一體化的系統(tǒng)。
這套機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合了多門學(xué)科的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這些技術(shù)協(xié)調(diào)運(yùn)作，彼此取長(zhǎng)補(bǔ)短，使整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的性能得到最大發(fā)揮。
可以說，機(jī)電一體化技術(shù)是具有綜合性的高水平技術(shù)。
2.2 廣而強(qiáng)的應(yīng)用性 機(jī)電一體化的目的是基于機(jī)械的主體構(gòu)造通過機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)，完善機(jī)電功能，實(shí)現(xiàn)過程控制。
機(jī)電一體化是當(dāng)前機(jī)械系統(tǒng)的一個(gè)主流發(fā)展趨勢(shì)，它與機(jī)械系統(tǒng)能夠有機(jī)融合，打破了行業(yè)的限制。
智能化是機(jī)電一體化的主要特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入為智能化開辟了廣闊的發(fā)展空間。
2.3 多層次的系統(tǒng)化 從本質(zhì)上講，機(jī)電一體化就是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)整合于主體機(jī)械，不斷優(yōu)化機(jī)械的主體功能，使其形成一套完整的系統(tǒng)。
機(jī)電一體化注重各種技術(shù)(尤其是微電子技術(shù)與精密機(jī)械技術(shù))的集成，強(qiáng)調(diào)主體結(jié)構(gòu)的層次化和系統(tǒng)化。
無論從單參數(shù)、單擊控制到多參數(shù)、多級(jí)控制，還是從單件單品生產(chǎn)工藝到流暢、自動(dòng)化的生產(chǎn)線，直至完成整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，各個(gè)層次的開發(fā)和應(yīng)用都會(huì)涉及智能化的機(jī)電一體化技術(shù)。
2.4 整體的最優(yōu)化 基于系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)理念，將智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)有機(jī)整合，形成整體優(yōu)勢(shì)，以提高機(jī)電系統(tǒng)的主體性能，提高運(yùn)行效率和附加值，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
比如，應(yīng)用數(shù)控機(jī)床、柔性生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人和計(jì)算機(jī)管理等高端機(jī)電一體化系統(tǒng)后，企業(yè)就要及時(shí)更新觀念，將機(jī)電一體化概念引入生產(chǎn)系統(tǒng)，不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程，以壓縮生產(chǎn)周期，滿足不斷增長(zhǎng)的社會(huì)需求。
2.5 使用簡(jiǎn)易化 從產(chǎn)品開發(fā)來看，機(jī)電一體化技術(shù)主要包括技術(shù)原理和使機(jī)電一體化系統(tǒng)和產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)。
作為開發(fā)者，除了要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，對(duì)于技術(shù)架構(gòu)也要有豐富的積淀，要有創(chuàng)新精神。
從用戶角度來講，無需深入學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)原理，只要掌握機(jī)電系統(tǒng)的操作規(guī)程，能夠確保系統(tǒng)操作正確、合規(guī)，在人機(jī)磨合的過程中形成協(xié)作關(guān)系即可。
2.6 提高了安全性 機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能技術(shù)使系統(tǒng)具備自我保護(hù)功能，可以有效規(guī)避運(yùn)行中的故障或風(fēng)險(xiǎn)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。
一些高端機(jī)電一體化系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)操作，而且被廣泛應(yīng)用在海底、高空等惡劣的作業(yè)環(huán)境中。
2.7 具有高可靠性、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命 機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)生機(jī)械磨損的程度非常小，因而故障少，運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)的服務(wù)年限比普通機(jī)電系統(tǒng)長(zhǎng)。
而且某些自診斷、自修復(fù)的機(jī)電一體化系統(tǒng)甚至可以實(shí)現(xiàn)“零故障”。
2.8 具有柔性 柔性是機(jī)電一體化系統(tǒng)的特點(diǎn)。
根據(jù)需要的變化，用機(jī)電一體化技術(shù)無需改裝系統(tǒng)就可以及時(shí)地對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程作必要的處理，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智能、調(diào)整、修改，因此機(jī)電一體化技術(shù)是解決多品種、小批量生產(chǎn)的重要途徑。
3 機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀分析
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：①20世紀(jì)60年代以前，利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能的初級(jí)發(fā)展階段;②20世紀(jì)70～80年代以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)為代表的蓬勃發(fā)展階段;③20世紀(jì)90年代后期，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。
現(xiàn)階段，光學(xué)、通信技術(shù)等領(lǐng)域正循著機(jī)電一體化的發(fā)展步伐大踏步邁進(jìn)，微細(xì)加工技術(shù)開始在機(jī)電行業(yè)初露鋒芒，光學(xué)、通信技術(shù)的融入使機(jī)電一體化由最初單一的模式逐步衍生出光機(jī)電一體化、微機(jī)電一體化等多個(gè)分支。
另一方面，我國現(xiàn)階段在光纖、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展較快，這對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。
在未來的技術(shù)研究領(lǐng)域，機(jī)電一體化將有望形成完整的基礎(chǔ)科學(xué)體系。
4 機(jī)電一體化技術(shù)未來的發(fā)展
4.1 智能化 智能化是當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)未來發(fā)展趨勢(shì)。
智能化是運(yùn)用控制理論，將計(jì)算機(jī)科學(xué)、混沌動(dòng)力學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、人工智能、心理學(xué)、生理學(xué)以及運(yùn)籌學(xué)等多個(gè)學(xué)科有機(jī)整合，智能模擬人類的邏輯思維、判斷推理和自主決策等能力，以便得到更高的控制目標(biāo)。
按照目前人工智能技術(shù)的研究狀況，未來時(shí)間將有可能發(fā)展高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能，這是人工智能技術(shù)研究的一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。
4.2 模塊化 模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。
由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元，需要針對(duì)各個(gè)研究項(xiàng)目制定不同的標(biāo)準(zhǔn)，各部件、單元或借口才能很好的完成配型。
但是由于該技術(shù)領(lǐng)域存在利益紛爭(zhēng)，當(dāng)前國內(nèi)外尚未形成一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
但是模塊化的生產(chǎn)理念已逐漸被機(jī)電生產(chǎn)領(lǐng)域認(rèn)可，在未來的機(jī)電一體化研究領(lǐng)域，規(guī)模化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
4.3 網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在上世紀(jì)九十年代風(fēng)靡全球，帶動(dòng)了科技研究、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等眾多領(lǐng)域的技術(shù)研究或經(jīng)濟(jì)模式的革新。
機(jī)電一體化產(chǎn)品的市場(chǎng)前景是廣闊的，產(chǎn)品一經(jīng)研發(fā)，配以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助推廣，必將在短時(shí)間內(nèi)成為業(yè)界矚目的焦點(diǎn)。
基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程控制終端設(shè)備就屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品其中的一類。
另外，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)在機(jī)電領(lǐng)域的應(yīng)用，恰恰是機(jī)電一體化產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)的最好印證。
4.4 微型化 微型化指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。
微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，但其技術(shù)應(yīng)用尚存在微機(jī)械技術(shù)這一發(fā)展瓶頸，在未來的發(fā)展進(jìn)程中還有待進(jìn)一步研究。
4.5 綠色化 綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的過程中，資源利用率大幅提高，有利于節(jié)約生產(chǎn)成本，而且健康環(huán)保，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度較小。
無論是生產(chǎn)成本角度來考慮，還是從生態(tài)保護(hù)的角度來分析，機(jī)電一體化產(chǎn)品綠色化已是機(jī)電研究領(lǐng)域的必然趨勢(shì)，具有廣闊的開發(fā)前景。
機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。
4.6 系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。
另外，通信功能除了rs232外，還有rs485、dcs人格化。
5 結(jié)語
機(jī)電一體化的產(chǎn)生與迅速發(fā)展的根本原因在于社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。
系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)，也是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。
微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，則為機(jī)電一體化技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
現(xiàn)代產(chǎn)品的機(jī)電一體化進(jìn)入到實(shí)用階段。
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)人員掌握機(jī)電一體化技術(shù)與應(yīng)用中的理論和方法對(duì)今后的工作是非常有用的。
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