刍议机电一体化的趋势

摘 要：机电一体化发展趋势越来越明显,机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用,本文就机电一体化的发展背景,提出机电一体化发展趋势.

关 键 词：机电一体化；发展背景；趋势

【分类号】：TU855

前言：近些年来,随着现代科学技术的飞速发展,推动了不同学科的相互交叉与渗透,并引发了几乎所有工程领域的技术革命与改造.再加之微电子技术的飞速发展及其向机械工业的渗透,机械工业的技术结构、产品结构、功能、生产方式及其管理体系均发生了巨大变化,目前,关于“机电一体化”含义尚未取得统一的定义,较为普遍的提法是“日本机械振兴协会”经济研究所对机电一体化概念所做的解释：“机电一体化是在机械主功能、功力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称.”随着生产和科学技术的发展,“机电一体化”还被不断地赋予新的内容.但其基本概念的含义可概括为：机电一体化是从系统的观点出发,将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术、计算机技术、传感器技术、接口技术等在系统工程的基础上有机地加以综合,实现整个系统最优化而建立起来的一种新的科学技术.它使生产系统柔性化,机电产品智能化,极大地提高了生产效率.一场“机电一体化”革命蓄势待发.

一、机电一体化的发展背景

随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势,这完全取决于机电一体化技术所存在的优越性和潜在的应用性能.

(一)使用安全性和可靠性提高

机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能.在工作过程中,遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时,能自动采取保护措施,避免和减少人身和设备事故,显著提高设备的使用安全性.机电一体化产品由于采用电子元器件,减少了机械产品中的可动构件和磨损部件,从而使其具有较高的灵敏度和可靠性,产品的故障率低,寿命得到了提高.

(二)生产能力和工作质量提高

机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能,其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高,通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作,使之不受机械操作者主观因素的影响,从而实现最佳操作,保证最佳的工作质量和产品的合格率.同时,由于机电一体化产品实现了工作的自动化,使得生产能力大大提高.

(三)使用性能改善

机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示,操作按钮和手柄数量显著减少,使得操作大大简化并且方便、简单.机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现,系统可重复实现全部动作.高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序,实现自动最优化操作

二、形势.

我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广,有难度我国用机电一体化技术加速产品更新换代,提高市场占有率的呼声高,有压力.

我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、扰民产品的责任重,有意义.在我国工业系统中,能耗、耗水大户,对环境污染严重的企业还占相当大的比重.近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整,但由于多种原因,成效一直不够明显.这里面固然有上级领导部门的政出多门问题,有企业的“故土难离”“死守故业”问题,但不可否认也有优化不出理想的产业,优选不出中意的产品问题.上佳的答案早就摆在了这些企业的面前,这就是发展机电一体化,开发和生产有关的机电一体化产品.机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低,且具有柔性,可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革,而无须改换设备.这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路.同时,可为传统的机械工业注入新鲜血液,带来新的活力,把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来,实现文明生产.

另外,从市场需求的角度看,由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长,差距较大,许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求,每年进口量都比较大,因此亟需发展.

三、机电一体化的发展趋势

所谓智能系统化,是指机电产品系统体系结构进一步采用模式化和开放式的总线结构,机电系统各部分可以灵活组态,进行任意组合,这是机电一体化和传统机械自动化的主要区别之一.另外,机电产品的通信功能大大加强,局部网络开始被大范围地使用.总之,未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电产品开始往着生物系统化的方向发展.

未来的机电一体化将会高度融合微机械技术、软件技术和微电子技术,所以未来的机电产品系统能进行精细操作,在航空航天、生物医学和信息技术等领域都将有广阔的应用前景.

由于机电一体化产品种类繁多,研制和开发工作相当复杂,所以需要制定一系列标准来规范生产过程.在这种形势背景下,机电一体化开始向着规范化的方向发展,如此一来,不仅可以迅速开发新产品,而且还可以扩大生产规模.

(四)网络化趋势

计算机技术等的突出成就是网络技术.网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产等领域都带来了巨大的变革.各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化.机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球.由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品.现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统,使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐,因此机电一体化产品朝着网络化方向发展是为大势所趋.

(五)绿色化趋势

工业的发达给人们生活带来了巨大变化.物质丰富,生活舒适；另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染.于是人们呼吁保护环境资源,回归自然.绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势.绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高.设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前途.机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废后能回收利用.

（六）集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序.为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性.首先可将系统分解为若干层次,使系统功能分散,并使各部分协调而又安全地运转,然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强.

（七）带源化是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电池.由于在许多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动力源具有独特的好处.带源化是机电一体化产品的发展方向之一.人性化机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面与环境相协调,使用这些产品,对人来说还是一种艺术享受,如家用机器人的最高境界就是人机一体化.

结语：

机电一体化的发展历程见证了人类走向了高科技的时代,机电一体化化的发展趋势见证了人类对于高智能化的向往.机电一体化不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求.在走向高智能化的时代步伐下,机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明.