对机电一体化的认识

1、引言现代科学技术的不断开展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的 技术改造与革命.在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速开展及其 向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能 与构成、生产方式及治理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化迈入 以“机电一体化为特征的开展阶段.机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和限制功能上引 进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称.机电一体化开展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术 的不但开展,还将被赋予新的内容.但其根本特征可概括为：机电一体化是从系

2、 统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动限制技术、计算机技术、 信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编 程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能 单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使 整个系统最优化的系统工程技术.由此而产生的功能系统,那么成为一个机电一体 化系统或机电一体化产品.机械工业是整个国民经济的装备工业,是根底的根底.没有“精良的机械 工业,其它工业的“精良就无从谈起.因此,“精益求精地把根底搞好,对 国民经济有非常重要的意义.机电一体化技术的构成问题就有了一个共同的思想 根底.

3、机电一体化包括软件和硬件两方面技术.硬件是由机械本体、传感器、信 息处理单元和驱动单元等局部组成.因此,为加速推进机电一体化的开展,必须 从以下几方面着手：机械本体技术传感技术信息处理技术驱动技术接 口技术软件技术.机电一体化的开展大体可以分为 3个阶段.20世纪60年代以前为第一阶段, 这一阶段称为初级阶段.在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成 果来完善机械产品的性能.特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品 与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起了积极的作用.那时研制和开发从总体上看还处于自发状态.由于当时电子 技术的开展尚未到达一定水

4、平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入 开展,已经开发的产品也无法大量推广.20世纪7080年代为第二阶段,可称为蓬勃开展阶段.这一时期,计算机技 术、限制技术、通信技术的开展,为机电一体化的开展奠定了技术根底.大规模、 超大规模集成电路和微型计算机的迅猛开展,为机电一体化的开展提供了充分的 物质根底.这个时期的特点是： mechatronics 一词首先在日本被普遍接受,大 约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比拟广泛的成认；机电一体化技术 和产品得到了极大开展；各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注 和支持.20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新

5、阶段,机电一体化进入深入开展时期.一方面,光学、通信技术等进入了机电一体化,微 细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等 新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化 的学科体系和开展趋势都进行了深入研究.同时,由于人工智能技术、神经网络 技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了开展的广阔大 地.这些研究,将促使机电一体化进一步建立完整的根底和逐渐形成完整的科学 体系.我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用.国务院成立了机电 一体化领导小组并将该技术列为“ 863方案中.在制定“九五规划和 2021年 开展纲

6、要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的开展动向和由此可能带来的 影响.许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的开展及应用做了 大量的工作,不取得了一定成果,但与日本等先进国家相比仍有相当差距.从方法学的观点出发,机电一体化技术应遵循以下设计原理：整体最优化原理机电一体化技术要求从系统的观点出发,综合机械技术和信息技术,实现整 体最优化智能化原理这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开展的主要方向.仿生原理如果说智能化是“仿人智能,那么“仿生便是对所有生物行为的模仿. 生物世界是亿万年生物进化的结果,是“适者生存这条自然规律“精雕细刻 的结果

7、,是人类的学习宝库.现代信息技术和机械技术使这一 “模仿比拟容易, 成为可能.柔性化原理也可称之为“软化原理.由于使用了微电子技术,可以而且应当尽量用软 件功能代替硬件功能.由于“软化可以使机械系统近乎完全“贴近实际工况 的需要,极大地提升产品的性能.例如,加工中央机床、电梯的“加减速无感控 制、汽车发动机的电喷技术、汽车的防抱死装置 一都广泛地采用了软件限制 原理.融合原理也可称之为“合二为一原理.这里指的是产品的各个局部的相互融合.例 如,机械传动局部的轴与电动机的轴的联接,传统方法是用联轴节.在机电一体 化设计中,就可以把电机设计成机械传动的一局部,在一些家电、航空航天和纺 织机械等产品

8、中,已经这样设计了,并且取得节材、节能和提升性能的显著效果.可再生原理可再生原理要求：从开始设计之初,就应当考虑当产品生命结束时,产品残 存局部的可分解性和再生利用问题.在一些国家已经制定了有关产品可回收的法 律.可以预见,在不久的将来,我国也一定会制订要求产品可回收的法律.美学原理人们的生活本身就追求美好.用机电一体化技术设计的产品,除了完美的性能之外,还要求设计者从美学的角度出发,使其无论在色彩方面,或是在造型方 面都与环境相协调,柔和一体,小巧玲珑、精益求精.使用这些产品,对人来说 还是一种艺术享受.机电一体化技术在数控机床及相应的数控技术的得到了很大的应用.经过40年的开展,在结构、功

9、能、操作和限制精度上都有迅速提升,具体表现在：总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多 CPU多主总线的体系结构.开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口 标准,能最大限度地提升用户的使用效益.WO啦术和智能化.系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工 过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊限制等智能机制. 大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也 增强了 CNCS统的限制功能.能实现多过程、多通道限制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务 或限制多台和多种机床的水平,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等限制都 集成到系统中去.系统的多级网络

10、功能,增强了系统组合及构成复杂加工系统的水平.以单板、单片机作为限制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装 置.随着机电一体化的深入开展,它的开展越来越表现出智能化、数字化、模块 化、网络化、自源化、人性化、微型化、绿色化的趋势.我国用机电一体化技术加速产品更新换代,提升市场占有率的呼声高,有压 力.我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污 染、扰民产品的责任重,有意义.在我国工业系统中,能耗、耗水大户,对环境 污染严重的企业还占相当大的比重.近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经 调整,但由于多种原因,成效一直不够明显.这里面固然有上级领导部门的问题, 有企业的

11、“故土难离 “死守故业的问题,但不可否认也有优化不出理想的产业, 优选不出中意的产品问题.答案早就摆在了这些企业的面前,这就是开展机电一 体化,开发和生产有关的机电一体化产品.机电一体化产品功能强、性能好、质 量高、本钱低,且具有柔性,可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程 做必要的调整、改革,而无须改换设备.这是解决机电产品多品种、少批量生产 的重要出路.同时,可为传统的机械工业注入新鲜血液,带来新的活力,把机械 生产从繁重的体力劳动中解脱出来,实现文明生产.另外,从市场需求的角度看,由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不 长,差距较大,许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求,每年进口 量都比拟大,因此亟需开展.