淺談機電一體化技術的發展及應用

概況：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。機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、電氣自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。

一、機電產品的構成及特點：
　　1．1機械本體是系統的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯接等。
　　機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在電氣自動化控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。
　　1．2動力驅動部分依據系統控制要求，為系統提供能量和動力以使系統正常運行。電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件一傳感器一電機三位一體的伺服驅動單元。
　　1．3測試傳感部分 ，對系統的運行所需要的本身和外部環境的各種參數和狀態進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。
　　1．4機電一體化控制及信息處理部分將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規定的程序與節奏發出相應的指令，控制整個系統有目的的運行。機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模／數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。
1．5執行機構根據控制及信息處理部分發出的指令，完成規定的動作和功能。執行機構是運動部件，一股采用機械、電液等機構。比如搬運站模型(實習鑒定裝置) 組合的形式：它由無桿氣缸、橢圓形活塞氣缸和氣動夾爪等部件組成，通過水平移動、上下伸縮、抓取等動作，將前一站上的工件抓起并輸送到下一工作站。機電一體化搬運站模型配件：1.底車2.鋁合金底板3.I/O接線端子盒4.過濾調壓組件5.電磁閥6.控制面板 7.帶PLC的電氣控制掛板8.磁偶式無桿氣缸9.橢圓型活塞氣缸10.氣動手指11.支架組件、PLC主機：三菱FX2N系列等組成。
二、機電一體化的發展狀況大體可以分為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甩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電氣自動化發展，已經開發的產品也無法大量推廣。
　　20世紀70～8O年代為第二階段，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。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。
　　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。
三、 機電一體化技術的主要應用領域：
　　3．1數控機床數控機床及相應的數控技術經過50年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：
　　(1)總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。
　　(2)開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接FI標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。
　　(3)WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
　　(4)大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。
　　(5)能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
　　(6)系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
　　(7)以單板，單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
　　3．2計算機集成制造系統計算機集成制造系統打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
　　3．3柔性制造系統柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤 自動搬運小車和自動化倉庫等組成。特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
3．4工業機器人目前，被廣泛應用的為第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
四、結語：
　　隨著機電一體化技術的發展，各種產品與裝置實現了機電一體化，有利實現整體優化，提高產品質量和生產效率，縮短開發新產品的生產準備周期，加速科技成果向商品轉化，有利推動傳統產業發生深刻變革，同時，隨著新產品的研發及高精密等設備的發展，要求新一代機電一體化技術、產品及系統朝著高性能、智能化、系統化以及輕量化、微型化方向發展，從而為國家帶來更大的經濟效益與社會效益。