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      機電一體化的發展范文

      時間:2023-08-11 16:56:31

      序論:在您撰寫機電一體化的發展時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。

      機電一體化的發展

      第1篇

      關鍵詞:機電一體化;自動控制技術;發展趨勢

      機電一體化的外文名詞是Mechantronics,起源于日本,是取英語Mechanics的前半部和Electronics的后半部拼合而成的,表示機械學與電子學兩種學科的綜合。目前,國內外對機電一體化的涵義有各種各樣的認識,其各自的出發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展不斷被賦予新的內容。機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體,是現代科學技術發展的必然結果。隨著現代科學技術日新月異的發展,不斷地推動不同學科的交叉和滲透,從而導致整個工程領域的技術革命。

      1.機電一體化概要

      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的總稱。機電一體化發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展,還將被賦予新的內容。機電一體化涵蓋技術和產品兩個方面,只是機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術以及其他新技術的簡單組合、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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化,仍屬傳統機械。機電一體化系統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。

      2.我國機電一體化的現狀

      世界范圍內機電一體化的發展大體可以分為3個階段。第一階段也稱為初級階段。20世紀60年代以前由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。第二階段可稱為蓬勃發展階段。這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的發展,為機電一體化的發展奠定了技術基礎。第三階段,20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。

      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,是機床發展的必然趨勢。

      汽車的機電一體化中心內容是以微機為中心通過自動控制來改善汽車的性能,增加汽車的功能,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、操作方便和舒適性。近幾十年,國際各大汽車公司都加大了對汽車機電一體化的研究,使其發展有了質的飛躍。

      工業機器人(IR)一般應由機械系統、驅動系統、控制系統、檢測傳感系統和人工智能系統等組成,是一種能模擬人的手、臂的部分動作,按照預定程序、軌跡及其要求,實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置,是具有發展前途的機電一體化典型產品。

      3.機電一體化的發展趨勢

      3.1自律分配系統化

      未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”,有較強的“柔性”,能較好地應付突發事件,被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中,各個子系統是相互獨立工作的,其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息,在總的前提下,具體“行動”是可以改變的。這樣,既明顯地增加了系統的適應能力(柔性),又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

      3.2系統化

      系統化的表現特征之一是系統體系結構進一步采用開放和模塊化的結構。系統可以靈活組套,進行任意裁減和組合,同時要求實現多坐標系列控制功能的NC系統。表現特征之二是通話功能的大大加強,即網絡化趨勢。

      3.3人工智能化

      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。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全息系統化

      機電一體化產品“全息”特征越來越明顯,智能化水平越來越高。其系統的層次結構,也由簡單的“從上到下”的形勢而變為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

      3.5綠色化

      環境、資源、人口是當今人類社會面臨的三大主題。

      3.6微型機電化

      微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發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。

      3.7面向21世紀的制造模式

      一次制造成功,采用成組技術和分組作業方式,按質、按量、按時完成,做到零廢品、零庫存、零設備故障、零環境污染,從以“技術”為中心向以“人”為中心轉變,從“金字塔式多層次管理”向“網絡式管理”、由順序工作方式向并行工作方式、由固定組織

      加工向敏捷制造加工轉變。

      4.結語

      機電一體化的出現并不是孤立的,它是許多科學技術發展的結晶,傳統的機械設計方法和設計概念正在發生著革命性的變化。21世紀,機電一體化技術將扮演機械工業的主角,與機電一體化相關的技術還有很多。隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯。我國可以利用后發的成本優勢和廣闊的市場潛力,用全新的方式和更短的時間研發更多具有知識產權的機電一體化產品。隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

      第2篇

      關鍵詞 機電一體化;PLC技術;發展趨勢

      中圖分類號TH-39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2012)78-0041-02

      0 引言

      當前,電子、通訊等方面的技術得到了革新,有效的推動了機電一體化的研究,并實現了機械和電子技術之間的融合。尤其是在微型計算機、集成電路產品進入到市場后,為機電一體化的深入研究和發展創設了積極的條件。與此同時,國內高等院校以及相關企業單位都在進行了相關的研究,為機電一體化的發展和技術革新搭建了堅實的基礎。

      1 我國機電一體化技術的發展現狀

      我國于上世紀80年代開始針對機電一體化技術進行了研究,國家也為此投入了多項人力物力,在2010年的發展綱要中,明確指出要針對機電一體化技術進行革新和發展,并提出了相關的策略。及至到上世紀90年代,機電一體化已經邁入到另一個發展的進程,其突出特征主要體現在以下三個方面:其一,光學、通信等社會領域的技術已經應用到機電一體化技術的研創過程中,尤其是隨著微細加工技術在其中的廣泛應用,有效的帶動了微機電一體化技術的發展;其二,機電一體化系統無論是在設計階段,還是在集成分析過程中,都已經邁入了智能化的發展階段,并把其作為一門學科進行獨立的研究;其三,隨著光纖技術、人工智能技術等新型技術的深入研究和應用,有效的為機電一體化技術的發展創設了一個更為寬廣的發展空間。

      2 機電一體化的發展趨勢

      長期以來,工業一直都占據我國社會經濟的主導地位,工業的領先發展也在不同程度上促進了機械制造產業的快速發展,特別是對機電一體化的技術發展上發揮了重要的作用。事實上,機電一體化是一種綜合的技術領域,以電子技術及其相關的應用作為發展的中心部分,其中微型計算機在社會各個領域中發揮的作用更加的突出。

      2.1 智能化

      在機電一體化的不斷發展進程中,智能化是作為它根本的發展趨勢,同時也是體現相關機電產品的有效渠道。智能化是對工業機械操作系統的一種簡述,它還具備多個方面的能力,如推斷力、決策力等?,F代化的機電一體化與傳統的技術相比較,要真正保證它的智能化推進就應該基于現代機械理論的發展過程中,同時還應不斷的結合生理學、計算機科學等方法和理念,在吸收芯片技術等取得的成果來實現?;谥悄芑幕A上,機電一體化的視角焦點集中在產品的整體性能上,當前自動清潔機等產品都已經步入到了研創的發展階段,正是通過對這些產品實行智能化的控制和處理,才能進一步的保證產品的綜合質量。

      2.2 集中監控化

      集中監控化在機電一體化中的應用日益深入,它的突出優勢就是能有效的保證設備的正常運行和管理。它與傳統的機電產品相對比可以得知,在集中監控下的設計過程中,更多的是注重各個支部功能的合一作用行,換句話說,在中央監控系統的監測下,只要其中某一個系統發生了阻礙,就可以得到及時的發現,并對其進行處理。隨著機電一體化不斷的發展,更加注重相關設備的安全性,并借助技術上的革新來保證機電設備的集中監控化。

      2.3 網絡化

      當前已經進入到了計算機網絡的時代,網絡也已經覆蓋到各個社會領域中,自上世紀90年代后,我國的機電一體化在研創的過程中就開始與網絡技術相接軌,并在網絡技術的支撐下取得了一定的成效。特別是進入到21世紀后,以網絡技術為基本媒介的遠程技術在社會上興起,促使遠程控制技術在我國的機電一體化領域中得到了廣泛的應用,從而有效的引領機電技術邁向了新時代。在今后的機電一體化發展過程中,網絡技術能在一定程度上保證產品的安全性和作用性。

      2.4 微型化

      微型化的基本特征是不需要對機械和控制進行相互的區別,而是實現了兩者之間的充分融合,所以對于機電一體化的研究和應用來說,就不需要把傳感器、CPU等核心部分進行相的分離,并且縮減了產品的體積,促使機電一體化在技術上取得了全新的成就。我國已經陸續的研創出一些微機電一體化產品,這些產品也在我國軍事、通訊等領域中得到應用,但我國現今仍然還存在微機械技術處在低水平的棘手問題,在今后的技術研究中應針對這些問題進行突破。

      2.5 PLC技術的應用

      PLC的全稱是可編程邏輯控制器,它具備邏輯監控、數據采集等功能,因此,它在機電一體化的領域中,可以實現高速脈沖輸出與接收,并在這一功能下還具備了傳感器。這與傳統的機電系統相對比,PLC技術在機電一體化中廣泛運用可以保證數量的控制,并可以使相關的數據得以顯現,這就有助于管理人員對各種數據進行及時的統計。另外,PLC技術在機電一體化中的應用還表現出通訊功能,實現了運動控制、通信聯網等功能的實現。

      3 結論

      總之,雖然我國的機電一體化技術已經取得了較為明顯的成績,但相對于發達國家來說仍然存在一定的差距。但是在我國社會經濟的推動下,尤其是在機械制造業等領域的快速發展下,我國的機電一體化技術必然邁向新的發展道路,對于機電一體化今后發展趨勢的研究也具有現實的意義,是實現農業大國轉向工業大國的基礎條件。與此同時,在推動機電一體化技術革新的過程中,我國也十分注重技術的創新發展,對現存的不合理技術格局進行全面的改編,并使其與國際的技術力量相融合。

      參考文獻

      第3篇

      關鍵詞:學科、滲透、結晶、發展趨勢。

      現代科學技術的不斷發展,極大地推動了不同學科的交叉與滲透,導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,使工業生產由機械電氣化邁入了以機電一體化為特征的發展階段。

      1 機電一體化概要

      機電一體化又稱機械電子學,英語稱為Mechatronics,它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上,隨著機電一體化技術的快速發展,機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展?,F在的機電一體化技術,是機械和微電子技術緊密集合的一門技術,他的發展使冷冰冰的機器有了人性化。智能化機電一體化是指在機構取得主功能、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的總稱。機電一體化發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的觀點出發,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,根據系統功能目標和優化組織目標,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,并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統,則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

      因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術和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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化,仍屬傳統機械,其主要功能依然是代替勞動者的勞力。但是發展到機電一體化后,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和肢體的延伸,還是人的感官和頭腦的眼神。機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別是它具有智能化的特征。

      2 機電一體化的發展概況

      機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺或不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。

      20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。一方面,光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中斬露頭腳,出現了光機電一體化和微電等新的分支;另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

      3 機電一體化的發展趨勢

      3.1 智能化

      智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。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、模糊數學、心理學、生理學和動力學等新思想、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目前是不可能的,但高性能、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,則是完全可能的。

      3.2 環?;?/p>

      工業的發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,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,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。綠色環保產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色環保的機電一體化產品,具有遠大的發展意義。機電一體化產品的環?;饕侵府a品使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。

      3.3 模塊化

      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,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環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。如研制集成減速、智能調速、電機于一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣,可利用標準單元迅速 (下接63頁)

      (上接53頁)開發出新產品,同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準,以便各部件、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,但可以通過組建一些大企業逐漸形成。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還是對生產機電一體化產品的企業,規?;瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。

      3.4 網絡化

      20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么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?,F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(home 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(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將朝著網絡化方向發展。

      3.5 微型化

      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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發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。

      結束語

      綜上所述,機電一體化的出現不是孤立的,它是科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然,與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

      參考文獻

      第4篇

      關鍵詞:機電一體化;發展背景;趨勢

      【分類號】:TU855

      前言:近些年來,隨著現代科學技術的飛速發展,推動了不同學科的相互交叉與滲透,并引發了幾乎所有工程領域的技術革命與改造。再加之微電子技術的飛速發展及其向機械工業的滲透,機械工業的技術結構、產品結構、功能、生產方式及其管理體系均發生了巨大變化,目前,關于“機電一體化”含義尚未取得統一的定義,較為普遍的提法是“日本機械振興協會”經濟研究所對機電一體化概念所做的解釋:“機電一體化是在機械主功能、功力功能、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的總稱?!彪S著生產和科學技術的發展,“機電一體化”還被不斷地賦予新的內容。但其基本概念的含義可概括為:機電一體化是從系統的觀點出發,將機械技術、微電子技術、信息技術、控制技術、計算機技術、傳感器技術、接口技術等在系統工程的基礎上有機地加以綜合,實現整個系統最優化而建立起來的一種新的科學技術。它使生產系統柔性化,機電產品智能化,極大地提高了生產效率。一場“機電一體化”革命蓄勢待發。

      一。機電一體化的發展背景

      隨著機電一體化技術的快速發展,機電一體化產品有逐步取代傳統機電產品的趨勢,這完全取決于機電一體化技術所存在的優越性和潛在的應用性能。

      (一) 使用安全性和可靠性提高

      機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中,遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時,能自動采取保護措施,避免和減少人身和設備事故,顯著提高設備的使用安全性。機電一體化產品由于采用電子元器件,減少了機械產品中的可動構件和磨損部件,從而使其具有較高的靈敏度和可靠性,產品的故障率低,壽命得到了提高。

      (二)生產能力和工作質量提高

      機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能,其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高,通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作,使之不受機械操作者主觀因素的影響,從而實現最佳操作,保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時,由于機電一體化產品實現了工作的自動化,使得生產能力大大提高。

      (三)使用性能改善

      機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示,操作按鈕和手柄數量顯著減少,使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現,系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序,實現自動最優化操作

      二.形勢。

      我國用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣,有難度我國用機電一體化技術加速產品更新換代,提高市場占有率的呼聲高,有壓力。

      我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、擾民產品的責任重,有意義。在我國工業系統中,能耗、耗水大戶,對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重。近年來我國的工業結構、產品結構雖然幾經調整,但由于多種原因,成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題,有企業的“故土難離”“死守故業”問題,但不可否認也有優化不出理想的產業,優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前,這就是發展機電一體化,開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低,且具有柔性,可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革,而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時,可為傳統的機械工業注入新鮮血液,帶來新的活力,把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來,實現文明生產。

      另外,從市場需求的角度看,由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長,差距較大,許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求,每年進口量都比較大,因此亟需發展。

      三.機電一體化的發展趨勢

      (一) 智能系統化

      所謂智能系統化,是指機電產品系統體系結構進一步采用模式化和開放式的總線結構,機電系統各部分可以靈活組態,進行任意組合,這是機電一體化和傳統機械自動化的主要區別之一。另外,機電產品的通信功能大大加強,局部網絡開始被大范圍地使用??傊?,未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,機電產品開始往著生物系統化的方向發展。

      (二) 微型化

      未來的機電一體化將會高度融合微機械技術、軟件技術和微電子技術,所以未來的機電產品系統能進行精細操作,在航空航天、生物醫學和信息技術等領域都將有廣闊的應用前景。

      (三) 規范化

      由于機電一體化產品種類繁多,研制和開發工作相當復雜,所以需要制定一系列標準來規范生產過程。在這種形勢背景下,機電一體化開始向著規范化的方向發展,如此一來,不僅可以迅速開發新產品,而且還可以擴大生產規模。

      (四)網絡化趨勢

      計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產等領域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?,F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,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朝著網絡化方向發展是為大勢所趨。

      (五)綠色化趨勢

      工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。物質豐富,生活舒適;另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環境資源,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,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,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環境,報廢后能回收利用。

      (六) 集成化 集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合,又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率,應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次,使系統功能分散,并使各部分協調而又安全地運轉,然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來,使其性能最優、功能最強。

      (七) 帶源化 是指機電一體化產品自身帶有能源,如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能,因而對于運動的機電一體化產品,自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。 人性化 機電一體化產品的最終使用對象是人,如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要,機電一體化產品除了完善的性能外,還要求在色彩、造型等方面與環境相協調,使用這些產品,對人來說還是一種藝術享受,如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

      第5篇

      關鍵詞: 機電一體化; 特點; 發展趨勢

      中圖分類號: TH-39 文獻標識碼: A 文章編號: 1009-8631(2011)06-0113-02

      一、機電一體化的基本概念

      機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發展,向機械工業領域迅猛滲透,機械電子技術深度結合的現代工業的基礎上,綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術,從系統理論出發,根據系統功能目標和優化組織結構目標,以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎,對各組成要素及其間的信息處理,接口耦合,運動傳遞,物質運動,能量變換進行研究,使得整個系統有機結合與綜合集成,并在系統程序和微電子電路的有序信息流控制下,形成物質的和能量的有規則運動,在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現多種技術功能復合的最佳功能價值系統工程技術。

      二、機電一體化的發展概況

      機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。

      20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。一方面,光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳,出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

      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”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,取得了一定成果,但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

      三、機電一體化產品的構成及特點

      機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看,機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性,而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能,即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能,而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。

      1.機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎,因此對機械結構提出了更高的要求,需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。

      2.動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能,去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主,包括電源、電動機及驅動電路等。

      3.傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量,同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定,為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現,對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。

      4.信息處理及控制系統。根據機電一體化產品的功能和性能要求,信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息,并對其進行相應的處理、運算和決策,以對產品的運行施以按照要求的控制,實現控制功能。機電一體化產品中,信息處理及控制系統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。

      5.執行機構。執行機構在控制信息的作用下完成要求的動作,實現產品的主功能。機電一體化產品的執行機構一般是運動部件,常采用機械、電液、氣動等機構。執行機構因機電一體化產品的種類和作業對象不同而有較大的差異。執行機構是實現產品目的功能的直接執行者,其性能好壞決定著整個產品的性能,因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協調,共同完成所規定的目的功能。在結構上,各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起,構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。

      四、機電一體化的發展趨勢

      1.智能化

      智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。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。

      2.模塊化

      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,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環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,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣,可利用標準單元迅速開發出新產品,同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準,以便各部件、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,但可以通過組建一些大企業逐漸形成。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還是對生產機電一體化產品的企業,規?;瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。

      3.網絡化

      20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、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。

      4.微型化

      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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發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。

      5.綠色化

      工業的發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,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,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,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,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,使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。

      6.系統化

      系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強,一般除RS232外,還有RS485、DCS人格化。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。一層是,機電一體化產品的最終使用對象是人,如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理,研制各種機電一體化產品。事實上,許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

      綜上所述,機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革,使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品,不僅是改造傳統機械設備的要求,而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。

      參考文獻:

      [1] 李建勇.機電一體化技術[M].北京:科學出版社,2004.

      第6篇

      關鍵詞:機電一體化;核心技術;發展進程;發展趨勢

      機電一體化技術是面向應用的跨學科技術,是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發展飛速,機電一體化產品更日新月異。

      一、機電一體化的核心技術

      1.機械技術:是機電一體化的基礎,機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應,利用其高、新技術來更新概念,實現結構上、材料上、性能上變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

      2.計算機與信息技術:其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

      3.系統技術:即以整體概念組織應用各種相關技術,從全局角度和系統目標出發,將總體分解成相互關聯的若干功能單元,接口技術是系統技術中一個重要方面,是實現系統各部分有機連接的保證。

      4.自動控制技術:其范圍很廣,在控制理論指導下,進行系統設計,設計后的系統仿真,現場調試,控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

      5.傳感檢測技術:是系統的感受器官,是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強,系統的自動化程序就越高。

      6.伺服傳動技術:包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置,伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

      二、機電一體化的發展進程

      1.數控機床問世:自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段,尤其是在1999年后,國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金,使數控設備制造市場一派繁榮。

      2.微電子技術的發展:我國的集成電路產業起步于1965年,經過30多年發展,已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。

      3.可編程序控制器(PLC)的應用于工業:上世紀60年代后期,美國汽車制造業開發一種Modular DigitalController(MODICON)取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC.70年代是PLC崛起,并首先在汽車工業獲得大量應用。80年代是它走向成熟,全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是:在保留PLC功能的前提下,采用面向現場總線網絡的體系結構,采用開放的通信接口,如以太網、高速串口;采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準;從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統,正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發展,趨向于建立同一硬件平臺,運用同一個操作系統、同一個編程系統,執行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。

      4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現:以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術,它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就,成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科,對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。

      三、機電一體化向智能化邁進

      20世紀90年代后期,各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面,光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角,出現了光機電一體化和微機電一體化等新支;另一方面,對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地,也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有:

      1.智能化:是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向,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。

      2.網絡化:20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。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。因此,機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

      3.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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

      4.綠色化:機電一體化產品的綠色化主要是指,使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品,具有遠大的發展前途。

      5.系統化:其表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意剪裁和組合,同時尋求實現多子系統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,特別是“人格化”發展引人注目,即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理,研制各種機電一體化產品。

      結束語:

      當然,機電一體化的發展不是孤立的,與機電一體化相關的技術還有很多,并隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的發展與應用也將更加廣闊。

      參考文獻

      第7篇

      當今世界電子技術迅速發展,微處理器、微型計算機在各技術領域得到了廣泛應用,對各領域技術的發展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統,應包含以下幾個基本要素:機械本體、動力與驅動部分、執行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機電一體化是系統技術、計算機與信息處理技術、自動控制技術、檢測傳感技術、伺服傳動技術和機械技術等多學科技術領域綜合交叉的技術密集型系統工程。新一代的CNC系統這類典型機電一體化產品正朝著高性能、智能化、系統化以及輕量、微型化方向發展。

      關鍵字:機電一體化的基礎

      基本組成要素

      特點

      發展趨勢

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