機電一體化論文5000字

1、機電一體化的研究現狀及發(fā)展應用前景、八前言機電一體化是微電子技術向傳統(tǒng)機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成的一個新概念 , 是機械技 術與微電子技術相互融合的產物。 機電一體化打破了傳統(tǒng)的機械工程、 電子工程、 化學工程、 建筑工程、 信息工程、控制工程等舊模塊的劃分 , 形成了融機械技術、 微電子技術、信息技 術等多種技術為一體的一門新興的交叉學科。到目前目前 , 國內對機電一體化的涵義有各種各樣的認識及各自的出發(fā)點和著眼點不盡相同 再加上機電一體化本身的涵義還在隨著生產和科學技術的發(fā)展不斷被賦予新的內容。為止 , 較為人們所接受的涵義是日本機械振興協會經濟研究所1981年 3 月提出的解釋 : 機電

2、一體化是機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術 , 并將機械裝 置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統(tǒng)的總稱。 隨著微電子技術、 傳感器技術、 精密 機械技術、 自動控制技術以及微型計算機技術、 人工智能技術等新技術的發(fā)展。 以機械為主 體的工業(yè)產品和民用產品 , 不斷采用諸學科的新技術 , 在機械化的基礎上 , 正向自動化和 智能化方向發(fā)展 , 以機械技術、 微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業(yè) 發(fā)展的必然趨勢。機電一體化的內容 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

3、構成的系統(tǒng)的總稱。 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 : ( 1) 機電一體化技術是一種技術群的總稱。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

4、體化系統(tǒng)或 機電一體化產品。( 2) 機電一體化系統(tǒng)由若干具有特定功能的機械和電子要素組成的有機整體 , 具有滿足人 的使用要求的最佳功能。 機電一體化系統(tǒng)主要是指機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)相互置換和有機結 合, 從而賦予新功能的戲能的新一代產品 , 有良好的人際協作關系。( 3) 機電一體化思想體現了“系統(tǒng)設計原理” 和“綜合集成技巧” 。系統(tǒng)工程、控制論和 信息論是機電一體化的方法論。 從某種意義上講 , 機電一體化思想相當于 “一體化”思想。它帶來了諸如光 電一體化、科工貿一體化、人機一體化等技術及其產品。( 4) 機電一體化與機械電器化的區(qū)別。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一 種

5、綜合技術 , 而不是機械技術、 微電子技術以及其它新技術的簡單組合、 拼湊。 這是機電一 體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。 機械工程技術由純技術發(fā)展到 機械電氣化 , 仍屬傳統(tǒng)機械 , 其主要功能依然是代替和放大體力。 但是發(fā)展到機電一體化后 其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外 , 還能賦予許多新的功能 , 如自動 檢測、 自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸 , 還是人的感官與頭腦的延伸 , 具有智能化的特征是機電一 體化與機械電氣化在功能上的本質區(qū)別。機電一體化的現狀近年來機電一體化研究進展

6、很快 , 成果累累 , 在以下幾個方面取得了較快發(fā)展。晶體管1. 1 計算機數控機床 計算機數控機床 ( CNC) 是一種由計算機或專用電子計算裝置控制的高效自動化機床。它綜 合應用了計算機技術、 自動控制、 精密測量和機械設計等方面的最新成就 , 是典型的機電一 體化產品 , , 已經經歷了從電子管數控、能自動3 已經成為促進國民經濟發(fā)展的重要產品。 近10多年來 , 隨著微電子技術的飛躍發(fā)展 , 更換刀具的高度自動化的計算機數控機床 - 機械加工中心 ( MC) 發(fā)展更為迅速。, 實現將在實1. 2 工業(yè)機器人 工業(yè)機器人 ( IR) 一般應由機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)和人

7、工智能系統(tǒng)4 , 按照預定程序、軌跡及其他要求 抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置 , 是具有發(fā)展前途的機電一體化典型產品 ,擴大其應用范圍 , 使虛擬軸機器有進一步發(fā)現柔性自動化生產 , 提高產品質量 , 代替人在惡劣環(huán)境條件下工作中發(fā)揮重大作用。機器人 技術的發(fā)展 , 要求提高機器人機構實用效果 , 展。柔性制造系統(tǒng) ( FMS) 、柔性生產線等幾種形 與自動交換工件的裝置 , 同時 , 數控系統(tǒng)還1. 3 先進制造系統(tǒng) 目前 , 先進制造系統(tǒng)有柔性制造單元 ( FMC) 、 式。柔性制造單元 ( FMC) 是由加工中心 ( MC) 增加了自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能。柔性制造單元可以作

8、為組成柔性制造系統(tǒng)的基礎 , 也可用作獨立的自動化加工設備。近來FMC以驚人的速度在發(fā)展。柔性制造系統(tǒng)是由若干個柔性制造單元或320臺CNC機床、物料輸送裝置或無人搬運小車、自動化儲料倉庫等組成 的自動化生產系統(tǒng)。目前全世界擁有的柔性制造系統(tǒng)很多 , 并以很快的速度增長 ,具有良好 的經濟效益和社會效益 , 加工質量穩(wěn)定 , 單機使用率從 50%提高到70% 90%。 1985 年, 我 國第一條 FMS( JCS- FMS- 1 型系統(tǒng) ) , 由北京機床研究所與精密機床廠研制成功。, 增加汽車的功 實現汽車降低油耗 , 減少排氣污染 , 提高汽車行駛的安全性、 可靠性、 操作方便和舒適 汽

9、車行駛控制的重點是發(fā)動機的正時點火、 燃油噴射、 空燃比和廢氣再循環(huán) , 使燃燒充 減少污染 , 節(jié)省能源 ; 汽車行駛中的自動變速和排氣凈化控制 , 以使其行駛狀態(tài)最佳 汽車的防滑制動、防碰撞 , 以提高行駛的安全性 ; 汽車的自動空調 , 自動高速車控制 , , 使汽車發(fā)展1. 4 汽車的機電一體化 汽車的機電一體化的中心內容是以微機為中心的自動控制改善汽車的性能 能, 性。 分, 化;以提高其舒適性。 近幾十年 , 國際各大汽車公司都加大了對汽車一體化的研究 有了質的飛躍。1. 5 智能控制系統(tǒng) 智能控制是由人工智能與自動控制兩部分組成 , 目標就是使計算機去做那些只有人才能做 具有智能

10、的工作。由于科技發(fā)展 , 人工智能按照兩條不同途徑探索電腦對人腦智能的模擬 : 仿學腦模型 , 即從結構和功能模擬人腦 ; 不考慮腦結構 , 直接通過啟發(fā)式程序模擬人腦。 智 能控制系統(tǒng)有多級遞階智能控制系統(tǒng)、 專家控制系統(tǒng)、 仿人智能控制系統(tǒng)、 自尋優(yōu)模糊智能 控制系統(tǒng)、 自學習控制系統(tǒng)、 學習控制系統(tǒng)、 基于神經元網絡的控制系統(tǒng)幾種類型。 近年來, 智能控制技術在工程上的應用有了很大突破 , 各種機電設備和建設工程的智能化控制廣泛 普及。機電一體化的發(fā)展趨勢 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。 因此 ,

11、 作者認為現階段我國機電一體化的主要發(fā)展方向為 :3.1 網絡一體化 知識經濟時代的突出特征是計算機技術和網絡技術的迅猛發(fā)展。 網絡技術的興起和飛速發(fā)展 給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育以及人們日常生活都帶來了巨大的變革。各種網 絡將全球經濟、 生產連成一片 , 企業(yè)間的競爭也將全球化。 機電一體化新產品一旦研制出來 , 只要其功能獨到 , 質量可靠 , 很快就會暢銷全球。 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 網技術使家用電器網絡化已成大勢 , 利用家庭網絡 ( home net) 將各種家用電

12、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。, 具有視覺、圖像處 這樣 , 可利用標, 以便各部件、 , 但可以通過組3.2 模塊標準化 模塊化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、 環(huán)境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但 又是非常重要的事。 如研制集減速、 智能調速、電機于一體的動力單元 理、識別和測距等功能的控制

13、單元 , 以及各種能完成典型操作的機械裝置。 準單元迅速開發(fā)出新產品 , 同時也可以擴大生產規(guī)模。這需要制定各項標準 單元的匹配和接口。 由于利益沖突 , 近期很難制定國際或國內這方面的標準 建一些大企業(yè)逐漸形成。 顯然 , 從電氣產品的標準化、 系列化帶來的好處可以肯定 , 無論是 對生產標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產機電一體化產品的企業(yè) , 規(guī)?；瘜⒔o機電一 體化企業(yè)帶來美好的前程。3.3 人工智能化 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 的研究中日益得到重視 , 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

14、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 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。3.4 微型機電化 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

15、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。3.5 環(huán)保綠色化 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

16、 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。3.6 仿生物系統(tǒng)化 今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大 , 并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定 , 機電一體化的人格化有兩層含義。但在動態(tài) （工作） 時卻是穩(wěn)定的。 這有點類似于活的生物 : 當控制系統(tǒng) （ 大腦） 停止工作時 , 生物便“死亡” , 而當控制系統(tǒng) （ 大腦） 工作時 , 生物就很有活力。 機電一體化產品雖然 有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨 , 但有一段漫長的道路要走。 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的大大加強。 未來的機電 一體化更加注重產品與人的關系 , 機電一體化的人格化有兩層含義。 一層