時間：2022-07-17 05:20:48
序論：在您撰寫淺談機電一體化技術發(fā)展及其趨勢時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
摘要:接口技術是在機電一體化技術的基礎上發(fā)展起來的,隨著機電一體化技術的發(fā)展而變得越來越重要。文章以機電一體化控制系統(tǒng)(微電子系統(tǒng))為例,將接口分為人機接口與機電接口兩大類進行探討。
關鍵詞:機電一體化;接口技術;人機接口;機電接口
機電一體化系統(tǒng)可分為機械和微電子系統(tǒng)兩大部分,各部分連接須具備一定條件,這個聯(lián)系條件通常稱為接口。各分系統(tǒng)又由各要素(子系統(tǒng))組成。本文以機電一體化控制系統(tǒng)(微電子系統(tǒng))為例,將接口分為人機與機電接口兩大類。
一、機電接口
由于機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別,兩者間的聯(lián)系須通過機電接口進行調(diào)整、匹配、緩沖,因此機電接口起著非常重要的作用:
(1)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。一般微機的I/O芯片都是TTL電平,而控制設備則不一定,因此必須進行電平轉(zhuǎn)換;另外,在大負載時還需要進行功率放大;
(2)抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入,可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機系統(tǒng)和控制設備在電器上加以隔離;
(3)進行A/D或D/A轉(zhuǎn)換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時,必須在微機系統(tǒng)和被控對象之間設置A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路,以保證微機所處理的數(shù)字量與被控的模擬量之間的匹配。
1、模擬信號輸入接口。在機電一體化系統(tǒng)中,反映被控對象運行狀態(tài)信號是傳感器或變送器的輸出信號,通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號(如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉(zhuǎn)速檢測用的測速發(fā)電機等)計算機要對被控對象進行控制,必須獲得反映系統(tǒng)運行的狀態(tài)信號,而計算機只能接受數(shù)字信號,要達到獲取信息的目的,就應將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的接口——模擬信號輸入接口。
2、模擬信號輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中,控制生產(chǎn)過程執(zhí)行器的信號通常是模擬電壓或電流信號,如交流電動機變頻調(diào)速、直流電動機調(diào)速器、滑差電動機調(diào)速器等。而計算機只能輸出數(shù)字信號,并通過運算產(chǎn)生控制信號,達到控制生產(chǎn)過程的目的,應有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務是把計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號,以便驅(qū)動相應的執(zhí)行器,達到控制對象的目的。模擬信號輸出接口一般由控制接口、數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關和功率放大器幾部分構成。
3、開關信號通道接口。機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中,需要經(jīng)常處理一類最基本的輸入/輸出信號,即數(shù)字量(開關量)信號包括:開關的閉合與斷開;指示燈的亮與滅;繼電器或接觸器的吸合與釋放;電動機的啟動與停止;閥門的打開與關閉等。這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機電一體化控制系統(tǒng)中,對應二進制數(shù)碼的每一位都可以代表生產(chǎn)過程中的一個狀態(tài),此狀態(tài)作為控制依據(jù)。
(1)輸入通道接口。開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統(tǒng)設置開關信號傳送給計算機。這些信號實質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號,所以開關信號輸入通道又稱為數(shù)字輸入通道(DI)。由于開關信號只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數(shù)字信號“1”和“0”,但是其電平一般與計算機的數(shù)字電平不相同,與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題,它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉(zhuǎn)換電路和地址譯碼電路等組成。
(2)輸出通道接口。開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執(zhí)行器(如繼電器或報警指示器)。它實質(zhì)是邏輯數(shù)字的輸出通道,又稱為數(shù)字輸出通道(DO)。DO通道接口設計主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅(qū)動開關執(zhí)行器的功率。開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅(qū)動器和輸出口地址譯碼電路等組成。
二、人機接口
人機接口是操作者與機電系統(tǒng)(主要是控制微機)之間進行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向,可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統(tǒng)通過輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運行參數(shù)及結果等信息;另一方面,操作者通過輸入接口向機電系統(tǒng)輸入各種控制命令,干預系統(tǒng)的運行狀態(tài),以實現(xiàn)所要求的功能。
1、輸入接口。
(1)撥盤輸入接口。撥盤是機電一體化系統(tǒng)中常見的一種輸入設備,若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù),如修正系數(shù)、控制目標等,采用撥盤較為方便,這種方式具有保持性。撥盤的種類很多,作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連,以BCD碼形式輸入信息。
(2)鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合,向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有:
1)編碼鍵盤,自動提供被按鍵的編碼(如ASCII碼或二進制碼);
2)非編碼鍵盤,僅僅簡單地提供按鍵的通或斷(“0”或“1”電位),而按鍵的掃描和識別,則由設計的鍵盤程序來實現(xiàn)。前者使用方便,但結構復雜,成本高;后者電路簡單,便于設計。
2、輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中,發(fā)光二極管顯示器(LED)是典型的輸出設備,由于LED顯示器結構簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜,因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡單,是同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式LED顯示器一般用來顯示復雜符號、字母及表格等,在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。
結語:
接口技術是研究機電一體化系統(tǒng)中的接口問題,使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢,使系統(tǒng)各部分有機地結合在一起,形成完整的系統(tǒng)。接口技術是在機電一體化技術的基礎上發(fā)展起來的,隨著機電一體化技術的發(fā)展而變得越來越重要;同時接口技術的研究也必然促進機電一體化的發(fā)展。從某種意義上講,機電一體化系統(tǒng)的設計,就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進行的接口設計。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統(tǒng)的控制性能,以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性,因此接口技術是機電一體化系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。
摘要:機電一體化是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然結果。文章概述機電一體化的核心技術,分析機電一體化發(fā)展進程,提出機電一體化向智能化邁進的趨勢。
關鍵詞:機電一體化;核心技術;發(fā)展進程;發(fā)展趨勢
機電一體化技術是面向應用的跨學科技術,是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發(fā)展飛速,機電一體化產(chǎn)品更日新月異。
一、機電一體化的核心技術
1.機械技術:是機電一體化的基礎,機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應,利用其高、新技術來更新概念,實現(xiàn)結構上、材料上、性能上變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
2.計算機與信息技術:其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術均屬于計算機信息處理技術。
3.系統(tǒng)技術:即以整體概念組織應用各種相關技術,從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā),將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元,接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面,是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。
4.自動控制技術:其范圍很廣,在控制理論指導下,進行系統(tǒng)設計,設計后的系統(tǒng)仿真,現(xiàn)場調(diào)試,控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。
5.傳感檢測技術:是系統(tǒng)的感受器官,是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強,系統(tǒng)的自動化程序就越高。
6.伺服傳動技術:包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置,伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
二、機電一體化的發(fā)展進程
1.數(shù)控機床問世:自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段,尤其是在1999年后,國家向國防工業(yè)及關鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金,使數(shù)控設備制造市場一派繁榮。
2.微電子技術的發(fā)展:我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年,經(jīng)過30多年發(fā)展,已初步形成包括設計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結構。
3.可編程序控制器(PLC)的應用于工業(yè):上世紀60年代后期,美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種Modular DigitalController(MODICON)取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起,并首先在汽車工業(yè)獲得大量應用。80年代是它走向成熟,全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是:在保留PLC功能的前提下,采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的體系結構,采用開放的通信接口,如以太網(wǎng)、高速串口;采用各種相關的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準;從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng),正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發(fā)展,趨向于建立同一硬件平臺,運用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng),執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。
4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現(xiàn):以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發(fā)展的關鍵技術,它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就,成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科,對于國家經(jīng)濟、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。
三、機電一體化向智能化邁進
20世紀90年代后期,各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。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角,出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新支;另一方面,對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)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(fā)展的廣闊天地,也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有:
1.智能化:是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向,是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,模擬人類智能,使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。
2.網(wǎng)絡化:20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來,只要其功能獨到,質(zhì)量可靠,很快就會暢銷全球。因此,機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
3.微型化:興起于20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
4.綠色化:機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指,使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求,對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品,具有遠大的發(fā)展前途。
5.系統(tǒng)化:其表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強,特別是“人格化”發(fā)展引人注目,即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理,研制各種機電一體化產(chǎn)品。
結束語:
當然,機電一體化的發(fā)展不是孤立的,與機電一體化相關的技術還有很多,并隨著科學技術的發(fā)展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的發(fā)展與應用也將更加廣闊。
一、機電一體化在工程機械中應用
機電一體化是當今自動化技術發(fā)展的最高階段。早期的自動化技術主要是借助凸輪、機械機構等實現(xiàn)的,這一時期的自動化實際上是機械自動化;隨著電子技術的發(fā)展,凸輪、機械機構逐漸被繼電器、接觸器、電磁開關等機構所取代,實現(xiàn)了電氣自動化,機械機構大大簡化,自動化水平大為提高;機電一體化則是生產(chǎn)實踐對自動化技術進一步發(fā)展的需要,也是微電子技術、計算機技術、信息技術、控制技術和精密機械技術等發(fā)展的必然產(chǎn)物,是以計算機為主要特征的自動化技術。如果說機械系統(tǒng)處理的對象是運動、力、物質(zhì)和能量,電子系統(tǒng)處理的對象是信息和知識,則機電一體化系統(tǒng)不僅有處理能量和物質(zhì)的功能,而且還有處理信息和知識的能力。機電一體化技術發(fā)展至今已成為一門有著自身體系的新型學科,其發(fā)展歷程可分為4個階段:
①數(shù)控機床的問世是機電一體化發(fā)展的開始;
②微電子技術為機電一體化帶來勃勃生機;
③可編程序控制器的發(fā)展為機電一體化提供了堅強基礎;
④激光技術、模糊技術、信息技術使機電一體化躍上新臺階。機電一體化技術的發(fā)展初期,人們的目的是利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能,那時研制和開發(fā)還處于萌芽狀態(tài),而且由于當時電子技術水平不高,機械技術與電子技術的結合還不廣泛和深入。其后計算機技術、控制技術、通信技術、大規(guī)模集成電路的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展奠定了技術和物質(zhì)基礎。
二、機電一體化的發(fā)展趨勢
1、個性化。在知識經(jīng)濟時代,求新、求異、追求個性是消費需求的一個特征,而柔性化為產(chǎn)品個性化創(chuàng)造了技術條件。所以,在信息時代,機電一體化產(chǎn)品將呈現(xiàn)個性化趨勢。與此相適應,機電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)模式及觀念也在發(fā)生改變。因此精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造、虛擬制造等得以相繼出現(xiàn)。
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系統(tǒng)就是以此“四高”為滿足生產(chǎn)而誕生的。它采用多cpu結構,以多總線連接,進行高速數(shù)據(jù)傳遞;采用精簡指令集機,實時多任務操作系統(tǒng)并行處理;設置多重緩沖器,故障診斷、自動檢錯、糾錯、系統(tǒng)自動恢復等技術保證該機電一體化產(chǎn)品具有高性能。
3、智能化。人工智能可使機器具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,雖然機電一體化產(chǎn)品不可能具有與人完全相同的智能,但依賴高性能、高速的微處理器可使其具有低級智能或人的部分智能,從而達到更精確的控制目標。機電一體化的發(fā)展和進步體現(xiàn)在其產(chǎn)品的智能上,智能化是機電一體化技術與傳統(tǒng)機械自動化技術的主要區(qū)別之一。它是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、心理學、生理學、運籌學、計算機科學等新思想、新方法,模擬人類智能,對診斷過程、人-機接口、自動編程和加工過程等問題進行分析、判斷、推理、構思和決策,以取代或延伸制造工程中人的部分腦力勞動,并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展,以求得到更高的控制目標。
4、微型化。微型機電一體化系統(tǒng)是機械技術與電子技術在納米尺度上相融合的產(chǎn)物,是機電一體化的一個新發(fā)展方向,微型機電一體化產(chǎn)品,泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展,其體積小、耗能小、運動靈活,微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術,目前已可運用蝕刻技術在實驗室制造出亞微米級的機械元件,當將這一成果真正應用到實際產(chǎn)品時,其機械部分和電子元件即可完全集成在一起,組成一種體積很小的自律元件。在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)越性,是近年和將來十大關鍵技術之一。
5、綠色化。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報廢時能回收利用。工業(yè)的發(fā)展,使得資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。因此綠色化成了時代的趨勢,產(chǎn)品的綠色化成了適應未來發(fā)展的一大特色。
6、系統(tǒng)化。系統(tǒng)化要求系統(tǒng)體系結構采用開放式和模式化的總線結構,系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。其中,仿生物系統(tǒng)化就是根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構造研究某種新型機體,引導機電一體化產(chǎn)品向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。
7、網(wǎng)絡化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來,只要其功能獨到,質(zhì)量可靠,很快就會暢銷全球,由于網(wǎng)絡的普及,基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品,現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術的應用使家用電器網(wǎng)絡化已形成優(yōu)勢,利用家庭網(wǎng)絡將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng),能使人們待在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此,其產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
8、柔性化。機電一體化產(chǎn)品的控制和執(zhí)行系統(tǒng)具有足夠的“冗余度”,即有較強的“柔性”。
結語:大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品,不僅是改造和武裝傳統(tǒng)機械老設備的一條新路,而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。機電一體化產(chǎn)業(yè)覆蓋面非常廣,而我國人力、物力、財力有限,機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可能面面俱到、平鋪直敘。因此,要分清主次,突出重點,大膽取舍。既要抓住傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的電子信息技術改造,使機械技術與電子技術初步結合;又要在新產(chǎn)品設計之初,就統(tǒng)一考慮機械與電子的融合,使機械與電子密不可分,從而使設計、生產(chǎn)出來的新產(chǎn)品真正做到機電一體化。另外,政府職能部門應合理調(diào)配資源要素,對開辦、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的高新技術企業(yè)提供方便,增大支持力度。同時,嚴格限制資源消耗較高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展,對未適時采用機電一體化技術的落后產(chǎn)品強制淘汰,大力提倡傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術改造,凡涉及到機電一體化技術的開發(fā)、應用等項目應優(yōu)先立項、大力支持。此外,還可以設立機電一體化科研技術專項基金,從經(jīng)濟上促進機電一體化的發(fā)展。
一、機電一體化的產(chǎn)生與應用
20世紀60年代以來,人們利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能后,刺激了機械產(chǎn)品與電子技術的結合。計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展更進一步奠定了技術基礎。20世紀80年代末期,機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。各國均開始對機電一體化技術和產(chǎn)品給以很大的關注和支持,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,機電一體化進入了深入發(fā)展時期。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展露頭腳,出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支。我國從20世紀80年代開始開展機電一體化研究和應用。取得了一定成果,它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。機電一體化已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不斷發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。
二、機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
機電一體化的發(fā)展大體可以分為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,人們利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間,戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用,對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)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發(fā)展,已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
20世紀70年代~80年代為第二階段,可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)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(fā)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展露頭腳,出現(xiàn)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(tǒng)的建模設計、分析和集成方法、機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,更為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用也做了大量的工作,雖然取得了一定成果,但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
三、機電一體化的發(fā)展趨勢
(一)智能化趨勢
智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視,機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,模擬人類智能,使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。機電一體化產(chǎn)品不可能具有與人完全相同的智能。
1.機械制造智能化技術的發(fā)展
1.1人機互動的功能發(fā)展方向
機械制造業(yè)對圖形的精密性要求非常高。因此,必須借助計算機技術完成產(chǎn)品的設計與操作,通過計算機的窗口與菜單完成產(chǎn)品生產(chǎn)的操作過程,利用快速編程、藍圖編程、三維彩色動態(tài)圖形展示、圖形動態(tài)跟蹤、圖形模擬、多方向視圖、比例縮放等技術為機械制造提供技術支持,以大量的可視圖形和技術數(shù)據(jù)幫助設計者更好地完成設計過程,提高產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟效益,同時縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的人機互動。
1.2高效化、智能化的性能發(fā)展方向
在目前機械制造的操作系統(tǒng)中,高分辨率檢測元件和多CPU控制能夠提高機械制造過程的效率、精度和速度,形成系統(tǒng)化、科學化、規(guī)范化的數(shù)字伺服系統(tǒng),使機床的運轉(zhuǎn)速度得到大幅度提升,自動化調(diào)整機械生產(chǎn)的信息流和物料流,以機械制造群控系統(tǒng)提高機械制造的效率與水平。
1.3集成化、可控化的體系發(fā)展方向
隨著智能化技術在機械制造領域內(nèi)的不斷應用與推廣,基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)資源的機械制造管理系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)絡深入了解生產(chǎn)工藝流程及設計原理,實現(xiàn)了編程、設定、運行、操作的集成化與可控化,提高了機械設計和制作的效率。機械制造的集成化、可控化的體系發(fā)展方向以軟硬件運行速度和數(shù)控系統(tǒng)的集成度為依據(jù),利用集成化CPU、RISC芯片和可編程集成線路,提高了集成電路的密度,減少互聯(lián)長度和數(shù)量,從而降低了生產(chǎn)成本,提高了產(chǎn)品性能和系統(tǒng)可靠性。這是機械制造智能化技術的發(fā)展方向和任務。
2.機械制造智能化與機電一體化的結合發(fā)展
機械制造智能化與機電一體化的結合是機械制造業(yè)的發(fā)展方向,隨著智能化技術和機電一體化技術水平的提高,機械制造有著非常廣闊的發(fā)展前景。具體說來,機械制造與智能化技術、機電一體化技術相結合的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面:
2.1網(wǎng)絡化
網(wǎng)絡技術是機械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。隨著網(wǎng)絡技術的推廣與普及,企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營過程發(fā)生了極大的變革。物料選擇、產(chǎn)品設計、零件制造、產(chǎn)品銷售和市場開拓的方式都發(fā)生了很大的變化,異地與跨國生產(chǎn)已經(jīng)非常普遍,技術交流、產(chǎn)品開發(fā)合作和經(jīng)營管理學習也在廣泛開展。機械制造企業(yè)在網(wǎng)絡化的發(fā)展環(huán)境下既競爭又合作,為了提高自己的競爭力不斷研發(fā)新產(chǎn)品和新技術,提高了機械制造業(yè)的整體水平。因此,網(wǎng)絡化是機械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。
2.2智能化
在機械制造業(yè)的發(fā)展過程中,不斷吸收運籌學、人工智能、計算機技術、心理學、模糊數(shù)學、生理學、混沌動力學等新思想和新方法,在機械生產(chǎn)過程中模擬人類智能,使機械生產(chǎn)過程更具人性化。
2.3自動化
機械制造的自動化以系統(tǒng)技術、集成技術、人機一體化技術、單元制造技術、柔性制造技術等技術為支撐,為機械制造營造了一個現(xiàn)代化的生產(chǎn)環(huán)境,使機械制造朝著敏捷化、全球化、網(wǎng)絡化、智能化、虛擬化和綠色化的方向發(fā)展。
2.4系統(tǒng)化
機械制造的系統(tǒng)化表現(xiàn)為開發(fā)式和模式化的系統(tǒng)體系結構,實現(xiàn)了靈活組態(tài)、任意裁剪、任意組合,達到了綜合管理和系統(tǒng)控制的目標。此外,機械制造領域內(nèi)的通信功能也在不斷增強,更加注重產(chǎn)品和人的關系,通過模仿生物機理來研制機電一體化產(chǎn)品。
3.結語
總而言之,機電一體化技術和智能化技術是科學技術發(fā)展的結果,也是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。隨著科學技術的發(fā)展與進步,機械制造業(yè)也將不斷吸收智能化和機電一體化技術,實現(xiàn)機電一體化和機械制造智能化的相互融合、相互促進,不斷提高機械制造業(yè)的科技水平和生產(chǎn)效率,促進機械制造業(yè)走向一個新的發(fā)展階段。
