机电一体化技术的应用

摘 要：机电一体化技术在当今世界的生产、生活中展现了其自身的巨大优越性.文章简单阐述了机电一体化的基本概念,介绍了机电一体化技术发展过程中各种技术相互协调,以达到整体系统最佳状态的思想,同时简单对我国目前机电一体化的发展现状进行了分析,并对机电一体化技术的发展趋势做出规划.

关 键 词：机电一体化；智能化；微型化；数控机床；分布式控制系统

中图分类号：TM359文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）26-0007-02

科技的发展所带来的是技术水平的不断上升.通过将几种科技相结合的方式来开发新的技术,提高生产技术水平是目前最为常见的科学发展方式.机电一体化就是通过将软件的各种技术相融合,例如编写程序的技术,运用传感器的技术,使用计算机的技术以及各种相关的电子技术等,然后根据实际生产需求来对产品各功能单元作合理配置与改动,以达到实现低能耗、高质量的方式完成产品生产目标.

1机电一体化概述及现状

机电一体化主要是将新型的电子技术引进到机械机构的各个方面,随后把该技术与原先的装置相结合的一种方式.因此,机电一体化可分为技术层面和产品层面.也可以说,机电一体化是一种由不同的先进技术相融合的技术综合体,而不是电子技术与计算机技术的简单组合.机械电气化则不同于此.其是由单纯的机械技术逐渐转变为机械电气化技术的过程,其本质仍然属于传统机械技术,其主要功能是将人工的力量放大并且运用,减少人力输出.但是机电一体化技术出现后,其微电子装置不仅能够代替部分机械元件的自身功能,还能产生大量新功能,例如对产品进行自动检测的功能、自主显示故障数据的功能、自主调节不恰当运行方式的功能、保护机械正常运行的功能以及对上述功能的控制功能等.因此通过使用机电一体化所加工而成的产品不但可以取代人类的手工技术,更可以变为人类的眼睛和大脑,是真正具有智能化特征的技术.机电一体化技术所包含的功能是多种多样的,基本不受范围限制,且通过这个方式加工出来的产品具有多技术、多功能的效果,称得上是一种高自动化的新产品.通过机电一体化所生产的产品一般都具有很高的自动化水准,能够被广泛地运用于各种场合及各种领域,达到从很大程度上满足客户需求的目的.

2机电一体化的发展趋势

根据社会需要,机电一体化的发展趋势必须符合可持续发展的要求和以人为本的发展目的.机电一体化的发展,不仅要满足工业需求,更要提高其自身的便捷性和艺术性.在保持原有技术功能的基础上,对产品的外观、性能做出进一步改善,满足人们的需求.由于计算机技术的发展,人们越来越依赖机械产品,手工逐渐被机器所取代.因此,机电一体化的发展要逐步向智能化迈进.其次,占地面积大、操作方式困难同样成为了机电一体化发展道路上的绊脚石,由此便引进了产品微型化及科技网络化的概念.最后,为了保护人类赖以生存的环境,所有工业产品都必须向绿色化发展,以达到可持续发展的目的.

2.1智能化

在人工智能不断发展的现代,产品的智能化成为机电一体化发展的必然趋势.智能化是指通过某些编程方法将程序输入到机器之中,使机器具有部分人类的思维方式,赋予机械一定的人工智能,以使机械达到更高的技术控制水准.人工智能不要求能够完全达到人类的智能标准,这也是不可能达到的目标.但是,利用高性能的微处理器则可以使产品拥有部分低级智能,使其可以充分运用于某些技术方面.人工智能,就是指可以将机器拟人化,达到用机器代替人类部分功能的技术.人工智能的发展和应用逐渐受到重视,在机电一体化技术中的运用也逐渐增加.加之当前阶段的工业产品均有外形庞大、生产过程连续性高以及生产速度快等特点,以往的机械技术已经不能满足工业的发展,因此,智能化的出现就显得尤为重要.如今,智能化技术已经被广泛用于钢铁企业的生产,如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢――连铸――轧钢综合调度系统、冷连轧等.

2.2微型化

所谓微型化,就是将原本体积庞大、笨重的机械产品进行缩小化.在保持产品性能不变的基础上将产品体积缩到最小.其优点在于节省占地面积且使得操作工作更加简单.微型化的概念兴起于20世纪80年代末,发展至今已经在机电一体化领域小有成就.微型化的产品可精确到微米、纳米级,可广泛运用于军事及医疗方面.其体积小、操作性强、耗能少的优点使得其拥有无可限量的发展前景.在微型化过程中需要注意的是,切勿因为体积的变化而影响产品的实际用途,否则就偏离了产品微型化的发展方向.

2.3网络化

计算机在20世纪已经达到前所未有的广泛应用,几乎每家每户都配备有专属的电脑设备.网络化技术的出现成为计算机技术发展中的转折点.网络的开发是计算机出现后的重大突破,网络将世界紧密地结合在了一起,使得人们的生活水平逐渐提高,人与人之间的联系逐渐密切.科技的发展在计算机网络技术的推动下也呈现出一个新的面貌,经济全球化的发展使企业之间的竞争日益激烈,对产品的要求不断提高,机电一体化也迎来了新的发展趋势.一件新产品只要功能强大、质量过硬、优点突出,通过网络的传播很快就可以遍及全球,网络的普及带来的不仅是产品营销方面的优势,在制作产品方面也有着不可取代的发展前景.

2.4绿色化

由于工业的迅速发展,各种类型的工厂开始在各大城市中出现.工业产品为人类生活带来了便捷与舒适,但是随着工业产品的增加,人们所生活的环境也不断遭到破坏.空气污染、噪音污染、环境污染等问题地出现在人们眼前.所以当下最重要的事情就是及时遏制工业污染,保护人们的生活环境.在环境遭到破坏的同时,原本丰富的自然资源也遭到人类毁灭性的利用.无论是可再生资源还是不可再生资源的发展都受到限制.意识到工业发展对环境具有破坏性之后,绿色生活变成了人们的生活向往.人们开始呼吁保护目前的生态环境资源,做到绿色生活,保证生活环境不再受到工业污染的影响.因此,绿色产品的出现至关重要.3机电一体化技术的应用

机电一体化技术是一门先进的综合性技术.其运用范围之广遍布军事、医学、工业生产等各大领域.机电一体化的技术能够从各方面提高产品的速度和质量,对产品本身也有着质的提高.下文主要介绍机电一体化技术在数控机床和分布式控制系统的应用,用数字对比的方式直观表现出机电一体化的优势.以下结论均为引用其他实验报告所得.

3.1数控机床

我国作为产品出口大国,机床的生产数量更是全球最高.但是在机床生产中,数控机床的生产比例明显较低,甚至不足5%.随着科技的进步,我国在技艺方面有着新的发展,下文简单列举几个效果显著的研究项目.由于高速化加工技术的普及,机床普遍提高了各方面的速度.车床主轴转速由3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移动速度由过去的10～20m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度,由过去一般机床的0.5G提高到1.5～2G,最高可达15G.高精度化数控机床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0005mm左右；纳米级机床达到0.005～0.01um；最小分辨率为1nm的数控系统和机床已问世.

3.2分布式控制系统

分布式控制系统简称DCS,其主要功能在于不仅能够控制生产的过程,还能在线完成生产计划的统计管理、生产过程的实时调度以及生产过程的优化,是一种管、控、测一体化的综合型系统.由于其采用了集中监视、分散控制的工作方式,因此系统的局部故障不会对其他部分造成影响,具有相当的安全性能,在稳定性上也是大有

进步,因此成为我国大型机电系统主要的使用对象.

4结语

在工业革命之后,工业的发展速度可谓日新月异.特别是进入21世纪之后,产品的制作模式也发生了改变.由原先的固定组织模式过渡为敏捷制作加工模式；由顺序加工模式过渡到并向加工模式；由只注重质量生产的观点过渡为适应市场需求的观点；企业的管理模式也从金字塔式管理过渡为网格式管理.机电一体化技术的发展对人们的生活有着巨大的改善作用.因此,人们对产品的要求不再停留在单纯的技术层面上,而是要求“以人为本”,采用智能化生产模式、多元化管理模式,将机电一体化技术的发展推向一个新的高峰.