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机电一体化的应用及未来发展

作者：王林峰

来源：《装饰装修天地》2015年第08期

摘要：在机械工程这一领域中，机电一体化随着微电子技术和计算机技术的迅速发展以及向机械工业的渗透开始逐渐形成并不断完善，其对机械工业的产品机构、技术结构、功能与构成、生产方式及管理体系产生了巨大的变化，我国工业生产已经迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。文章论述了机电一体化技术的应用现状，并分析了我国机电一体化技术未来的发展趋势。

关键词：机电一体化技术;数控机床;工业机器人 前 ;言

随着现代科学技术的不断发展，不同学科之间有着极大的交叉与渗透，加速了工程领域的技术革命与改造。机械、电子、计算机和自动控制技术的有机结合便是机电一体化技术，该技术在各行业中的广泛应用能够大幅提高产品的性能、质量以及可靠性等，提高产品制造水平。基于机电一体化技术以上优点。 一、机电一体化技术的优点 1.安全性高

相对而言，机电一体化产品在自动监视、报警、自动诊断、自动保护等方面具有更强的功能。当遇到工作过程中的各种电力故障时，它都能自动启动相应保护措施，最大限度避免和减少人身和设备事故，使设备的使用安全性得到显著提高。 2.使用性能高

由于数字显示和程序控制的普遍采用，机电一体化产品的手柄数量和操作按钮大大减少，简化操作，使用方便。由于预设程序开始逐步被电子控制系统操控，机电一体化产品实现了对全部动作的大量重复。此外，更高级的机电一体化产品甚至还可以实现随机自动寻找最佳的工作程序，实现了自动最优化操作。 3.生产能力高

由于具备了较强的信息自动处理和自动控制功能，机电一体化产品在控制和检测灵敏度、精度、范围等方面都有很大程度的提高。通过自身自动控制系统，可确保机械执行机构的动作

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能够按已设计的要求完成，工作质量和产品的合格率也能得到最佳保证。此外，由于自动化的成功实现，机电一体化产品的生产能力也有显著的提高。 4.适用面广

由于不受机电产品单技术、单功能的限制，机电一体化产品的复合技术和复合功能，大大提高了产品的自动化程度和功能水平。另外，机电一体化产品还因具备了自动化和智能化等多种功能而应用于各种不同的场合和不同领域，对用户需求的应变能力较强。 二、机电一体化技术主要应用领域 1.数控机床

经过 40 多年的发展，数控机床及相应的数控技术在功能、结构、操作和控制精度上都有广泛的应用以及快速的提高，其结构的发展逐步趋向总线式、模块化、紧凑型，且采用多CPU、多主总线的体系。由于开放性设计能最大限度地提高用户的使用效益，硬件体系的结 构和功能模块相对而言更具有层次性、兼容性、符合接口标准。为了面向车间编程技术和二、三维加工过程动态仿真的实现，系统一般会引入在线诊断、模糊控制等智能机制。此外，大量模块化软件的设计和大容量存储器的广泛应用，在丰富数控功能的同时，也使系统的控制功能有了很大加强。一台机床往往具备了同时控制多台和多种机床、同时完成多个独立加工任务的能力，实现了多过程、多通道的控制，同时，系统中也集成了包括刀具破损检测、物料搬运、机械手控制等操作。 2.工业机器人

由于第一代机器人即示教再现机器人只能局限于根据示教内容进行简单的重复运动，面对各种不同的工作环境和作业对象，其适应性和灵活性存在明显不足;随着技术的不断改进，第二代机器人具备了各种先进的传感元件，通过对作业环境和操作对象进行简单的信息获取、计算机处理与分析，机器人能够做出一些相应的判断，并进行反馈、控制动作，其智能化程度还处比较低级阶段，并已开始走向实用化;现代智能机器人也即第三代机器人，由于具有多种感知功能，它们能够很好地处理复杂的逻辑思维、判断与决策，而且能够在各种作业环境中进行独立的行动。 3.分布式控制系统

由一台中央计算机对若干台现场测控计算机或智能控制单元进行指挥控制，便是分布式控制系统，一般可分为两级、三级或者更多级。对于生产过程中的集中操作、监视、管理和分散控制等，计算机都能顺利完成。随着测控技术的不断发展与创新，分布式控制系统的功能也越

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来越强大，除了可对生产过程进行实时控制，还可以对生产过程实现实时调度、在线最优化、生产计划统计管理等功能，成为一种集测、控、管于一体的综合系统。分布式控制系统特点主要表现在控制功能多、系统可扩展、可靠性高、操作简便、维护方便等方面，其故障影响面较小。除此之外系统还具有连锁保护的功能，通过系统故障人工手动控制，较好地提高了系统的可靠性。相比较集中型控制系统，分布式控制系统功能更加强大，安全性也更高，成为当前大型机电一体化系统的主流。 三、机电一体化技术发展趋势 1.高性能化

现实应用对机电一体化技术提出越来越高的要求，为了满足社会生产快速发展的需要，新一代机电一体化系统对速度、精度、效率以及可靠度等方面的要求更高了。所以，以高速度、高精度、高效率和高可靠度为标准的高性能化是未来机电一体化技术发展的一大趋势。 2.微型化

所谓微型化，就是指机电一体化技术趋向微型机器或微型领域发展，它源于人们对高新技术不断微型化的追求。比较而言，微型机电一体化的产品在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势，主要表现有产品的体积小、少耗能、运动灵活等，对常人无法想象的各种任务都能成功胜任。 3.智能化

作为 21 世纪机电一体化技术发展的主要方向之一，人工智能日益引起了机电一体化建设者的研究重视，主要应用包括有机器人智能化与数控机床智能化。“智能化”是描述机器行为而言的，它在控制理论的基础上，吸收了各种新的思想和方法，通过对人类智能的模拟，使其具备了进行推理判断、逻辑思维、自主决策的能力，控制的目标也就更高。虽然我们没有必要也不可能要求机电一体化产品具有与人类完全相同的智能，但是，我们完全有可能、有必要通过高性能、高速的微处理器的使用，使机电一体化产品拥有一定的高级智能或人类部分智能。 4.系统化

系统化主要有两大特征：特征一就是开放式和模式化总线结构的采用更进一步，系统可以进行任意的剪裁和组合，灵活组态，寻求多子系统的协调控制和综合管理;特征二就是通信功能有了很大的升级，产品与人的关系将得到未来机电一体化技术的更多关注，机电一体化产品将向更人性化的方向发展。现实中的许多机电一体化产品大都是受到动物或人类的启发而研制成功的，如何赋予机电一体化产品更多智能、情感、人性和通过生物机理的模拟，研制出各种人性化的产品是机电一体化技术未来的两个研究方向。