简析机电一体化发展状况

[摘 要] 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命,促使形成了机电一体化。简述了机电一体化技术的发展历程、主要内容及其发展趋势。

[关键词] 机电一体化 发展历程 内容 发展趋势

1、引言

“机电一体化”也称为机械电子学,英语称为Mechatronics,最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化技术是一门跨学科的综合性高技术学科, 是由将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用能量流、信息流、物流到实际中去的多学科交叉、渗透的边缘学科技术。

2、机电一体化技术的发展历程

机电一体化的发展就目前来说分为三个阶段。20世纪60年代以前为初级阶段,以微电子技术为主导,自动化技术、信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、激光与红外技术等高新技术逐步形成,引发了第四次技术革命.在这场新技术革命的冲击下,作为传统产业之一的机械工业的产品结构和生产系统结构发生了质的飞跃.通过微电子技术、计算机技术等信息技术与机械装置和动力设备有机结合,一方面极大地提高了机电产品性能和竞争性;另一方面又极大地提高了生产系统的生产效率和企业的竞争能力,促使机械工业开始了一场大规模的技术革命,产生了机电一体化技术。但是由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。

70～80年代为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。1981年日本机械振兴协会经济研究所在《日本机械工业的存在条件(a)—机械工业和电子化》的报告书中所说的“机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息和控制功能上引进了电子技术,并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合起来构成系统的总称”。

90年代后期,是机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期.随着以计算机技术为主的信息技术的迅猛发展,机电一体化也在不断地发展.美国曾在1996年给出了一个较为全面的定义“我们对机电一体化初步定义为‘在工业产品和过程的设计和制造中, 机械工程和电子与智能计算机控制的协同集成’, 包括以下个方面成型和设计系统集成执行器和传感器智能控制机器人制造运动控制,振动和噪声控制微器件和光电子系统汽车系统等其他应用”。

我国于上世纪70年代开始逐渐引进了一些先进技术和设备,我国把机械电子学称为机电一体化.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计划”中。上世纪90年代,我国的机电一体化技术也有了一定的发展,一些企业举办了机电一体化培训班,一些院校开设了机电一体化课程和专业,人们对机电一体化有了更深入的认识。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。毫无疑问,发展高新技术是对传统产业升级的最有力的支持,机电一体化虽然只有二三十年的历史,但已经显示了高科技强大的生命力,世界上工业先进的国家已经在能源、国防、工农业等各个部门广泛地应用了机电一体化技术,机电一体化产品遍布各个领域,如数控机床、计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS)、工业机器人、汽车等,这些产品以省力、高功能、结构简化、节能、安全而著称

3、机电一体化技术的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此,机电一体化的主要发展趋向应包括智能化、数字化、模块化、网络化、自源化、人性化、微型化和绿色化。

3.1智能化

智能化是本世纪高新技发展的一个重要发展方向,在机电一体化上面即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力,从而更好的控制目标。产品智能化优势在实际操作和应用中得到非常好的运用,其主要表现在:大大改善操作者作业环境,减轻了工作强度;提高了作业质量和工作效率;一些危险场合或重点施工应用得到解决;提高了机器的自动化程度及智能化水平;提高了设备的可靠性,降低了维护成本;故障诊断实现了智能化。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展,为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

3.2数字化

微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础,如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。

3.3模块化

由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,不同的厂家就会生产出不同型号的产品,在市场流通、使用下会造成很多的不方便,因此研制和开发出具有标准机械接口、动力接口、环境接口等等机电一体化产品单元模块应运而生,这是一项复杂而有前途的工作。通过产品模块化,在产品开发设计时,可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突,并能使之标准化、系列化,使用市场更大。

3.4网络化

20世纪90年代,计算机技术最突出的成就就是网络技术,网络技术的兴起和飞速发展给工业生产、政治、教育等社会各个领域带来了巨大变革。网络的连接使得全球资源共享,实现全球化。任何机电一体化产品在经过市场实践成功的考验,会通过网络畅销全球,使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处,因此,机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

3.5自源化

自源化是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和可充电电池,从而给自身的使用提供便利。由于在许多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动力源具有独特的好处。

3.6人性化

人性化设计是指在设计过程当中,根据人的行为习惯、人体的生理结构、人的心理情况、人的思维方式等等,在原有设计基本功能和性能的基础上,对建筑和展品进行优化,使观众使用起来非常方便、舒适。是在设计中对人的心理生理需求和精神追求的尊重和满足,是设计中的人文关怀,是对人性的尊重,机电一体化的设计必须考虑到人性化,从而在其发展中稳定。

3.7微型化

微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势,国外称之为微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems—MEMS)。微机电系统是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域,相对于传统的机械,它们的尺寸更小,最大的不超过一个厘米,甚至仅仅为几个微米,其厚度就更加微小,可批量制作。一个完整的微机电系统由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统,其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平微机电系统产品,它具有体积小、耗能少、运动灵活等特点,因此在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

3.8绿色化

工业发达给人们的生活带来巨大变化,在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果,绿色产品也随着而出现。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染的产品,该产品的生产、使用及处理过程均符合环境保护的要求,不危害人体健康,其垃圾无害或危害极小,有利于资源再生和回收利用。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求,同时起到保护环境、节约资源、保护生态平衡的作用。机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境,产品寿命结束时,产品可分解和再生利用。

4、结语

综上所述,机电一体化将在很多领域被逐步应用起来,其必要性和可行性也是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。随着机电一体化技术的发展,各种产品与装置实现了机电一体化,有利实现整体优化,提高产品质量和生产效率,缩短开发新产品的生产准备周期,加速科技成果向商品转化,有利推动传统产业发生深刻变革,同时,随着新产品的研发及高精密等设备的发展,要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展,从而为国家带来更大的经济效益与社会效。

参 考 文 献

[1]李山虎.发展机电一体化促进传统产业技术升级.同煤科技.2005

[2]王恒升.机电一体化及其应用.机床电器.1998

[3]王晓棠.浅谈机电一体化技术的发展趋势及必要性.现代矿业.2009■

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