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我国机电一体化发展的现状和趋势机械081班 郑汪震 200808310123摘要:探讨了机电一体化的发展趋势,在分析我国机电一体化的进展情况和存在问题的基础上,对发展我国的机电一体化的途径提出了建议。关键词:机电一体化;现状;发展趋势随着科学技术和人类社会的进步,机电一体化的概念内涵也在发展。当初的机电一体化是指机械与电子的结合,机电一体化产品也比较简单。但随着微电子技术、信息技术、自动化技术、新材料技术、生物技术等向经济、军事和社会生活的各个领域渗透,引起了传统产业的深刻变革。机电一体化也在这场新技术革命中产生了新的变化,此时的机电一体化已不只是机械装置与电子装置的简单组合,而是机械技术、电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术及软件编程技术等多种技术的相互交叉与融合,代表着机械工业技术革命的前沿方向,对国民经济产生的影响更是巨大和深远的。因此,只有从机电一体化的发展中去认识机电一体化的动向及其作用,认清我国机电一体化的现状,制定出确实可行的发展途径,才能使我国的机电一体化技术赶上或超过世界先进水平。一、机电一体化的发展趋势机电一体化是指机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉融合,它的发展和进步依赖于也促进相关技术的发展和进步。因此,纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着如下几个方向发展:1 个性化。 在知识经济时代,求新、求异、追求个性是消费需求的一个特征,而柔性化为产品个性化创造了技术条件。所以,在信息时代,机电一体化产品将呈现个性化趋势。与此相适应,机电一体化产品的生产模式及观念也在发生改变。因此精益生产、敏捷制造、智能制造、虚拟制造等得以相继出现。2 高性能化。 高性能化一般包含高速、高精度、高效率、高可靠性。新一代CNC 系统就是以此“四高”为满足生产而诞生的。它采用多CPU结构,以多总线连接,进行高速数据传递,采用精简指令集机, 实时多任务操作系统并行处理,设置多重缓冲器,故障诊断、自动检错、纠错、系统自动恢复等技术保证该机电一体化产品具有高性能。3 智能化。 人类社会的发展和进步体现在人脑的智能上,当然,机电一体化的发展和进步也体现在其产品的智能上, 智能化是机电一体化技术与传统机械自动化技术的主要区别之一,也是21 世纪机电一体化技术发展的主要方向。它是在控制理论的基础上,吸收人工智能、心理学、生理学、运筹学、计算机科学等新思想、新方法,模拟人类智能,对诊断过程、人- 机接口、自动编程和加工过程等问题进行分析、判断、推理、构思和决策,以取代或延伸制造工程中人的部分脑力劳动,并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承和发展,以求得到更高的控制目标。4 人格化。未来的机电一体化将会加强它们与生命机体的相似性,更加注重产品与人的关系(人- 机的协调) ,并与人共生(人- 系统一体化) 。因为产品是为人服务的,所以机电一体化产品应适宜人的使用与操作,更关注人的生理、心理特性和限度,人机功能的合理分配,人的可靠性及安全性问题。并应强调人在系统中的重要性,重新安排人与系统的位置,突破现有系统将人排除在外的旧格局,开发新一代的机电一体化系统。5 系统化。系统化的表现特征之一是系统体系结构进一步采用开放式和模块化的结构。系统可以灵活组态,进行任意裁减和组合,同时寻求实现多坐标系列控制功能的NC 系统。表现特征之二是通信功能的大大加强,即网络化趋势。由于网络技术的兴起和发展,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。因此,机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。6 微型化。微型机电一体化系统是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物,是机电一体化的一个新发展方向,国外称微电子机械系统(Micro2Elect ro2Mechanical System , MEMS) 。微型机电一体化产品,泛指几何尺寸不超过一立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展,体积小,耗能小,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优越性,是近年和将来十大关键技术之一。7 绿色化。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,报废时能回收利用。工业的发展,使得资源减少,生态环境受到严重污染。因此绿色化成了时代的趋势,产品的绿色化更成了适应未来发展的一大特色。二、我国机电一体化的现状1 我国机电一体化的发展和应用情况。新技术革命使机电一体化迅猛兴起,我国也加大了对它的研究和发展力度,还将其确定为国家高技术重点研究领域,给予优先支持,并取得了可喜的成绩。(1) 数控技术。我国从1958 年开始研究数控技术,经技术引进、消化吸收和开发自主版权的数控系统三个阶段的发展,建立起了具有自主版权的数控平台,开发出了数控机床和加工中心6 种典型系统及针对特定功能要求的16 种派生系列,奠定了我国数控机床产业化的基础。目前,已形成了年产数控系统3000 多台,主轴与进给装置5000 多套的生产能力。(2) 工业机器人。从1986 年开始,我国将机器人的研究开发列入国家科技计划。目前,已掌握了机器人操作机的设计制造技术,控制系统和软件编程技术,可生产部分机器人的关键元器件。开发出了喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运及水下作业等机器人。2000 年,国防科技大学开发出了类人机器人,海军总医院与北航机器人研究所联合研制的医用机器人成功地为51 位患者做了开颅手术等,这些都标志着我国的机器人研制及应用跻身于国际先进水平。(3) 计算机集成制造系统。我国CIMS 高技术经过多年的理论和技术准备,在“八五”期间得到较快的发展,“九五”期间,全国试行推广实施CIMS 高技术。到2000 年,全国已有20 多个省市,十几个行业,200 多家不同规模、类型的企业通过实施CIMS 应用示范工程,取得了巨大的经济效益。2 我国机电一体化存在的主要问题。我国的机电一体化经过十多年的发展取得了重大进展,但从总体上看,离国民经济对先进技术的要求还有相当距离。主要问题:一是产品质量不稳定,产品水平低,二是科技基础薄弱,自主开发能力差,发展后劲不足,某些技术领域与国际差距有拉大的趋势。三是技术进步体现不够,高水平产品比重小,技术进步对经济增长的贡献低。三、发展我国机电一体化的几点建议早在1985 年12 月,国家科委就组织完成了我国机电一体化的发展途径与对策的课题研究。提出数控机床、工业自动化控制仪表等15 个机电一体化发展领域和6 项共性关键技术的研究方向和课题,提出机电一体化产值比率在2000 年达到15 %20 %的发展目标。而在21 世纪,机电一体化的发展更离不开以下几个方面:1 用高新技术改造与提升机电一体化。我国的机电一体化虽已取得了许多成果,但随着科技的发展和社会经济的进步,对机电一体化技术提出了许多新的和更高的要求,所以机电一体化也必须要用高新技术改造自身、提升自己,提高产品的市场竞争能力。2 自主开发与技术创新。在21 世纪创新是企业竞争的焦点,市场是用户的市场,只有不断满足用户日益增长的要求,开发出新产品,才能使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。而我国长期以来习惯对引进技术消化、吸收,而创新则重视不够,更不易形成自主开发能力。所以,加大技术引进中的消化吸收,以市场需求为导向进行创新性的研究, 以形成自主开发和技术创新能力为根本目的,才是提高产品技术含量和增强市场竞争能力的根本途径。3 走依靠科学技术的轨道。一是以重点项目为突破口,将国家科技计划中有关机电一体化的项目集成,资金集中使用,支持一批重点技术、重点产品、重点工程的创新活动,实施重点跨越式的发展战略,集中解决一些重大问题。二是抓好机电一体化中共性技术和基础技术的研究开发。机电一体化涉及的学科领域很广,是一门独立的综合性、交叉性学科,与各种基础理论和专业技术息息相关,它的发展依赖于科学技术的进步。因此,要赶上或超过世界发达国家机电一体化水平,就必须加强相关领域的基础理论研究,利用新原理、新理论带动机电一体化的突破。4 提高人员素质。当代国际经济竞争,实质上是科技和人才的竞争,我国机电一体化技术与国外发达国家存在差距,关键是科技的落后、教育的落后、人的素质的落后。所以在机电一体化迈向知识经济的艰巨进程中,人才及所受教育是最为重要的。这一点在培养机电一体化人才的高校中尤其应当加以足够的重视。一是合理设置课程体系;二是选择好的教材;三是加强实验教学