淺談機(jī)電一體化的應(yīng)用及發(fā)展前景

吳勇

摘 要：機(jī)電一體化被認(rèn)為是一門學(xué)科，經(jīng)過多門科學(xué)技術(shù)多年發(fā)展后形成的，也是社會機(jī)電行業(yè)發(fā)展的必然產(chǎn)物。隨著社會越來越高智能化的發(fā)展，這項技術(shù)的應(yīng)用也會越來越廣闊。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；數(shù)控機(jī)床；計算機(jī)集成制造系統(tǒng)

機(jī)電一體化被認(rèn)為是一門學(xué)科，經(jīng)過多門科學(xué)技術(shù)多年發(fā)展后形成的，也是社會機(jī)電行業(yè)發(fā)展的必然產(chǎn)物。隨著社會越來越高智能化的發(fā)展，這項技術(shù)的應(yīng)用也會越來越廣闊。接下來就從其歷程、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展前景及我國的發(fā)展形式來分時進(jìn)行簡要介紹。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用歷程

按照系統(tǒng)科學(xué)的構(gòu)成來講，機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械和電子元件于一身的復(fù)合系統(tǒng)，因而又可稱作為機(jī)電一體化系統(tǒng)。

社會步入90年代，通信技術(shù)也趨于機(jī)電一體化。部分機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)械部分可多用，在性能上完全滿足，其中最典型的微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)，以及半導(dǎo)體技術(shù)，以光刻為基礎(chǔ)并結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)電一體化微型化法，開創(chuàng)了機(jī)電一體化新分支“微機(jī)電一體化“，該技術(shù)以精密工程和系統(tǒng)集成為顯著特點，應(yīng)用廣泛。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域

數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)已經(jīng)有40年的發(fā)展歷程，技術(shù)難度有顯著提高，無論在結(jié)構(gòu)、功能、操作還是控制精度上。其中總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)最具有代表性，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用多個CPU、多個主總線，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外還有開放性設(shè)計，這種設(shè)計使硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性，可以大大提高用戶的使用效益。

WOP技術(shù)和智能化。根據(jù)車間實際作業(yè)狀況，可以通過系統(tǒng)完成編程。同時可以仿真加工過程，并實現(xiàn)在線診斷控制、模糊診斷等智能系統(tǒng)。隨著一體化技術(shù)的成熟，如大容量存儲器的出現(xiàn)和軟件的模塊化設(shè)置，使數(shù)控功能極大豐富，同時使得CNC系統(tǒng)的控制功能也加強(qiáng)了。

全方位滿足技術(shù)要求，比如只有一臺機(jī)床的情況下，也可以順利完成多個加工要求，并實現(xiàn)刀具使用檢測、物料流通、機(jī)械手等的集成，統(tǒng)一到系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中，分出多級網(wǎng)絡(luò)，這樣實現(xiàn)了構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的作業(yè)能力。這種數(shù)控裝置以單板、單片機(jī)作為控制中心，并由專用芯片及模板組成。[1]

2.2 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）領(lǐng)域

CIMS的組成并非分散的子系統(tǒng)組合，而是由全局的經(jīng)過實踐積累的最優(yōu)系統(tǒng)綜合。加強(qiáng)了原有的各部門溝通，圍繞制造，控制“物流”和“信息流”，將經(jīng)營策劃、產(chǎn)品研發(fā)、制造準(zhǔn)備、實驗測試、經(jīng)營管理進(jìn)行更好的結(jié)合。當(dāng)集成度越高，就越能夠使各個生產(chǎn)要素間的配置更加合理，使得生產(chǎn)要素的潛力得到更大程度地體現(xiàn)。

2.3 柔性制造系統(tǒng)（FMS）領(lǐng)域

計算機(jī)化的制造系統(tǒng)被稱作柔性制造系統(tǒng)，包括計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械手、料盤、搬運(yùn)車輛和自動化倉庫等?？梢砸勒丈a(chǎn)要求，及時、準(zhǔn)確地進(jìn)行生產(chǎn)，這種靈活的生產(chǎn)方式可應(yīng)用于多品種、中小批量、設(shè)計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

2.4 工業(yè)機(jī)器人

首先出現(xiàn)的是示教再現(xiàn)機(jī)器人，根據(jù)示范動作進(jìn)行重復(fù)運(yùn)動，不會考慮工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化，因此不夠靈活；二代機(jī)器人中附有不同的傳感元件，可以對作業(yè)環(huán)境和對象做出簡單的信息判斷，采用計算機(jī)進(jìn)行分析處理，可以有自己的簡單判斷，但是只對動作進(jìn)行反饋控制，可以提現(xiàn)出低級智能，在逐漸的向?qū)嵱没D(zhuǎn)變；再向前發(fā)展即智能機(jī)器人，可以根據(jù)實際狀況有多種感知，對于復(fù)雜的邏輯思維有判斷、解析功能，可以在作業(yè)中自行完成任務(wù)，其與第5代計算機(jī)互通緊密。[2]

3 機(jī)電一體化技術(shù)的前景展望

根據(jù)國內(nèi)外高新技術(shù)分析，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展尤為迅速，一下幾個方面將作為其未來的發(fā)展方向。

3.1 智能化

機(jī)電一體化與傳統(tǒng)的機(jī)械自動化的主要區(qū)別就在于智能化方面，智能更加代表機(jī)電一體化的未來方向。隨著中央處理器運(yùn)作速度的提高和計算機(jī)的高性能化，使得嵌入智能控制算法成為了可能，從此機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品向著智能化方向發(fā)展。這種智能機(jī)電一體化產(chǎn)品擁有模擬人類智能的功能，可以做出一些判斷推理以及功能決策，以取代制造作業(yè)中部分人的腦力勞動為目的。

3.2 系統(tǒng)化

系統(tǒng)具有任何組態(tài)的功能，隨時分解、組合是系統(tǒng)的特征，系統(tǒng)也正致力實現(xiàn)多子系統(tǒng)互相調(diào)和及整合管理。系統(tǒng)的具有較強(qiáng)的通信功能，除了通用的通信方式外，遠(yuǎn)程通訊及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)正在興起，以及其需要的局部網(wǎng)絡(luò)正慢慢的被采用。未來，機(jī)電一體化產(chǎn)品會越來越考慮人的因素，令機(jī)電一體化產(chǎn)品模擬人的智能、甚至情感?；蛘咭部梢愿鶕?jù)某種生物的良好結(jié)構(gòu)，模擬出生物機(jī)體，生物系統(tǒng)化越來越成為其發(fā)展的方向之一。

3.3 微型化

微型系統(tǒng)是機(jī)電一體化發(fā)展的一個新方向。其高度融入微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)。有國外專家稱，微型電子機(jī)械的物理體積一般要小于1立方厘米，但這并非最終尺寸，正向微米、納米級方向進(jìn)軍。微機(jī)電一體化系統(tǒng)集合占地小、耗能少、運(yùn)用靈活等特點于一身，更容易進(jìn)入狹小空間，同時便于精細(xì)操作。由此，其在生物、醫(yī)學(xué)、航空、工農(nóng)業(yè)及國防領(lǐng)域，有著廣闊的使用前景。據(jù)目前掌握的技術(shù)，可根據(jù)半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過程中的蝕刻方法，在實驗室中完成亞微米級機(jī)械零件的制造。

3.4 模塊化

有人說機(jī)電一體化產(chǎn)品的模塊化是一項緊迫而艱難的任務(wù)。市場上，機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家很多，統(tǒng)一開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械、電氣、動力、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品并非易事。制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是前提，這樣才能使各部件、單元匹配成功。機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)商可以依照標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新，更新?lián)Q代，為自己的不斷擴(kuò)大再生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

3.5 網(wǎng)絡(luò)化

像所有產(chǎn)業(yè)一樣，網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)及發(fā)展對機(jī)電一體化技術(shù)有著十分重要的影響，使其越來越向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。市場上出現(xiàn)很多種類的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不一樣。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)發(fā)展前景廣闊，其實遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一種。[3]

3.6 綠色化

隨著社會的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，“綠色”產(chǎn)品已成為各產(chǎn)業(yè)所追求的至高目標(biāo)。這是社會發(fā)展的趨勢，并要求產(chǎn)品的全生命周期，包括設(shè)計、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報廢處理的整個過程都要綠色環(huán)保。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化要求產(chǎn)品的制造過程無污染、無浪費(fèi)，結(jié)束產(chǎn)品生命時可回收利用。

4 我國發(fā)展“機(jī)電一體化”所遇形勢及任務(wù)

機(jī)電一體化的核心工作有兩方面，其一是改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用微電子技術(shù)使其達(dá)到節(jié)能、低耗，高質(zhì)、高效的目標(biāo)，從而引領(lǐng)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)一步大發(fā)展；另一方面是促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的及時更新?lián)Q代，未來的機(jī)電產(chǎn)品將集自動化、數(shù)字化、智能化為一身。

參考文獻(xiàn)

[1]楊曉輝.機(jī)電一體化實用手冊[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[2]北京土木建筑協(xié)會.機(jī)電安裝工程[M].中國電力出版社，2009.

[3]雙凱.機(jī)電一體化原理概念應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2008.