機電一體化畢業(yè)論文淺談機電一體化發(fā)展走向

1、淺談機電一體化發(fā)展走向摘 要：在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè) 的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結構、產(chǎn)品機構、功能與構成、生產(chǎn)方式 及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了 “機電一體化”為特征 的發(fā)展階。關鍵詞：機電一體化；發(fā)展趨勢；系統(tǒng)發(fā)展1機電一體化概要機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技 術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發(fā) 展，還將被賦予新的容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的

2、觀點出發(fā)，綜合 運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電 力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據(jù)系統(tǒng)功能目標 和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的 意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)， 則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產(chǎn) 品”兩個方面。1.1機電一體化技術發(fā)展機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展 和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、

3、模塊化、網(wǎng)絡 化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。(1)數(shù)字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控 機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、 計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護 性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。(2)智能化 即要求機電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推 理、自主決策等能力。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人 工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。WORD版本.(

4、3)模塊化 由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械 接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研 制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等 功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅 速開發(fā)出新的產(chǎn)品。(4)網(wǎng)絡化 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)技術使家用電器網(wǎng)絡化 成為可能，利用家庭網(wǎng)絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系 統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高

5、技術帶來的好欠，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng) 絡化方向發(fā)展。給人們帶來無窮的知識和方便。(5)人性化 機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人 的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、 造型等方面與環(huán)境相協(xié)調，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的 最高境界就是人機一體化。(6)微型化 微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系 統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems »簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、 微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控

6、制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微 型器件或系統(tǒng)。(7)集成化 集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結構的 優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時欠理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實 現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。(8)帶源化 是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容 量電池。由于在許多場合無法使用電能。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。(9)綠色化 科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶 來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā) 展，綠色產(chǎn)品概念在

7、這種呼聲中應運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、 協(xié)調而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求， 機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時，產(chǎn)品可 分解和再生利用。1.2機電一體化產(chǎn)品機電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)（整機）和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數(shù) 控機床、機器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)' CAD/CAM系統(tǒng) 等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、 微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產(chǎn)品的技術現(xiàn)狀、

8、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。2機電一體化的未來發(fā)展全息系統(tǒng)化全息系統(tǒng)化也即智能化，是對機器的行為描述，即在控制理論的基礎上， 吸收計算機科學、模糊數(shù)學、運籌學、混沌動力學、人工智能、心理學和生理學等新的學 科方法、新的設計思想，從而模擬人類的思維能力，使它如同人一樣具有思維、意識等能 力，以便達到更高水平的控制目標。隨著機電一體化技術的發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品智能特 征也越來越明顯，智能化水平也是日趨上升，新世紀機電一體化技術中的智能化的快速發(fā) 展，人工智能在機電一體化的研究中也日益得到重視，其中機器人與數(shù)控機床的智能結合 就是一項重要應用。當然，要使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能永遠是不可

9、能的， 也沒有這個必要，但是，高性能、高速的微火理器使機電一體化產(chǎn)品具有低級智能或者人 的部分智能，則是完全可能而又必要的。微型機電化在實驗室中，目前，通過半導體蝕刻技術，已經(jīng)制造出亞微米級的機械元 件，如果這一成果應用于實際產(chǎn)品時，那么就沒有必要再區(qū)分什么是控制器、什么是機械 部分了，這時就完全的實現(xiàn)機械和電子的“融合”，這樣CPU、機體、傳感器、執(zhí)行機構就 可以集成在一起，而且體積小，同時組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的 一個重要的前進方向，更是機電一體化向微觀領域和微型機器的發(fā)展趨勢，在國外，人們 稱其為微電子機械系統(tǒng)，也指外觀尺寸不超過lcm3的機電一體化產(chǎn)品，一并向微米

10、級、 納米級發(fā)展，正因為微機電一體化產(chǎn)品耗能少、體積小、運動靈活，在軍事、生物醫(yī)療、 信息等方面占有很高的地位和很大的優(yōu)勢。光機電一體化光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢，因為機電一體化系統(tǒng)是由機 械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息父理系統(tǒng)等部件構成的，因此，在機電一體化技術中 引進光學技術，充分利用光學技術的先天優(yōu)點，有效地改進機電一體化系統(tǒng)的能源系統(tǒng)、 傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。產(chǎn)品網(wǎng)絡全球化計算機網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展帶動了科學技術的巨大發(fā)展，同時 給日常生活都帶來了全新的面貌，全球生產(chǎn)、經(jīng)濟被各種網(wǎng)絡連成一片，企業(yè)間的競爭也 將出現(xiàn)網(wǎng)絡全球化，一旦研制出機電一體化新產(chǎn)品，只要其質量有保

11、證，功能可靠，必然 WORD版本.會暢銷全球。因為有了網(wǎng)絡的普及，那么只要是關于網(wǎng)絡的各種遠程監(jiān)視和控制技術也就 方興未艾，然而遠程控制的終端設備就是機電一體化產(chǎn)品，因此，機電一體化產(chǎn)品也必然 會朝著網(wǎng)絡全球化發(fā)展。產(chǎn)品綠色化隨著工業(yè)的發(fā)達，人們的生活也發(fā)生了巨大的變化，物質需求豐富，生活 舒適可用資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞。因為這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，人們開始呼吁保護環(huán) 境資源，回歸自然，那么此時，綠色產(chǎn)品的概念也就應運而生，這是一個時代的綠色化趨 勢，在這里，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指：使用時不破壞生態(tài)環(huán)境，報廢后還能回 收利用。因此，機電一體化綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的過程中，

12、應完全符合 生存環(huán)境和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境盡可能的無害或危害極少，資源利用率要極高。 由于這種客觀的存在性，設計綠色的機電一體化產(chǎn)品所需要的技術成本很高，但其具有遠 大的發(fā)展空間。機電一體化的人格化，其有兩層含義：機電一體化產(chǎn)品的使用對象是人，怎樣將人 的智能、情感、人性賦予機電一體化產(chǎn)品顯得越來越重要，尤其是家用機器人，其最高境 界就是人機一體化；模仿生物機理，研制出各種機電一體化產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，機 電一體化裝置對信息的依賴性越來越大，很多時候類似于活的生物：當大腦停止工作時， 生物便死亡，而大腦工作時，生物就充滿活力，即信息決定系統(tǒng)的工作與否。目前，在仿 生學研究領域中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)

13、的一些生物體優(yōu)良的機構，可為機電一體化產(chǎn)品提供新型的機 體，但是如何使這些新型機體具有生命力還是研究中的一大難題，這一研究領域被稱之為 “生物軟件”或者說“生物系統(tǒng)”，而生物的特點正是“肌體（硬件）大腦（軟件）” 一體，不可分割。機電一體化產(chǎn)品向生物系統(tǒng)化發(fā)展是好，但是目前的技術與理論 還是有很大的差距，因此，還需要更加倍的努力。WORD版本.結論綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生 產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科 學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景 也將越來越光明。參考文獻I自厚-人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用J 冶金自動化，1994 (5)2唐懷斌-工業(yè)控制的進展與趨勢J 自動化與儀器儀