302运行四班李刚.docx
- 文档编号:10646721
- 上传时间:2023-02-22
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:24.57KB
302运行四班李刚.docx
《302运行四班李刚.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《302运行四班李刚.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
302运行四班李刚
化二动力检修分厂
题目:
浅谈机电一体化技术发展现状及其趋势
作者:
苗建军
2012年8月15日
浅谈机电一体化技术发展现状及其趋势
摘要
本文讲述了机电一体化技术的由来、基本结构组成、主要应用领域和我国的发展状况,并指出其发展趋势。
在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发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、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
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。
同时对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,以及学科体系和发展趋势都进行了深入研究。
人工智能技术、神经网络技术及光纤技术也为机电一体化技术开辟广阔的发展天地。
机电一体化是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。
21世纪,机电一体化技术将成为机械工业的主角,在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。
机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。
随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势,机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
关键词:
机械工业 机电一体化 核心技术 数控 模块化 发展趋势人工智能技术
前言
机电一体化又称机械电子学,英语称为Mechatronics,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。
机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上,随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。
现在的机电一体化技术,是机械和微电子技术紧密集合的一门技术,他的发展使冷冰冰的机器有了人性化,智能化。
现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造。
在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发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、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,"机电一体化"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意.
1机电一体化的概要
1.1机电一体化的概述
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控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。
机电一体化发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发展,还将被赋予新的内容。
但其基本特征可概括为:
机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、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,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。
只是,机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。
这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。
机械工程技术有纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体力。
但是发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还能赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。
即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的眼神,具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
1.2机电一体化的核心技术
。
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部分组成。
因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手:
1.2.1机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。
现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。
只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
1.2.1传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。
为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。
对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。
1.2.3信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。
为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。
1.2.4驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。
目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
1.2.5接口技术
为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。
接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。
目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
1.2.6软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。
为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
2机电一体化的主要应用领域
2.1数控机床
数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在:
(1)、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。
(2)、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,能最大限度地提高用户的使用效益。
(3)、WOP技术和智能化。
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、模糊控制等智能机制。
(4)、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,同时也加强了CNC系统的控制功能。
(5)、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
(6)、系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
(7)、以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
2.2计算机集成制造系统(CIMS)
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。
它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。
企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
2.3柔性制造系统(FMS)
柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。
它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
2.4工业机器
第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。
3机电一体化的发展阶段及我国的状况
机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。
3.1第一阶段发展
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。
3.2第二阶段
20世纪70~80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。
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。
这个时期的特点是:
①mechatronics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较广泛的承认;②机电一体化技术和产品得到了极大发展;③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。
3.3后期
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阶段,机电一体化进入深入发展时期。
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发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发展的广阔天地。
这些研究,将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
3.4我国的发展状况
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。
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。
许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发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。
4机电一体化的发展趋势
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方向如下:
4.1智能化
智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。
近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。
智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动
4.2系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。
系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。
表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。
机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。
4.3微型化
微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。
国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。
由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。
目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
4.4模块化
模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。
机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。
4.5网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。
机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
4.6带源化
带源化是指机电一体化产品自身带有能源如,太阳能电池、燃料电池和大容量电池。
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。
带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
4.7环保化
工业的发达给人们生活带来了巨大变化。
一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。
于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。
实现可持续发展,绿色产品概念在这种呼声中应运而生。
绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调和可再生利用的产品。
在设计、制造等方面应符合环保和人类健康的要求,使用时不污染生态环境,产品可分解和再生利用。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。
当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
5我国“机电一体化”工作的任务及发展方向
促进机械技术与电子技术的结合,促进机电一体化技术和产品的开发、应用、推广,促进用微电子技术改造我国传统产业,广泛传播机电一体化技术,推动企业的技术进步和新技术产业的发展。
在当前科学技术日新月异的时代,各种新技术、新工艺、新材料、新设备的出现,已不再是单纯某一门学科的发展,而是各门相关学科、多种先进技术的互相渗透和相辅相成的结果。
机电一体化技术就是这样的一种新技术,它是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的综合技术。
其实质是从系统观点出发,运用过程控制原理,将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合,实现整体最佳化。
具体地讲,它是将微机技术引入到包装机械中。
机电一体化从根本上改变了包装机械的面貌。
在这种包装机械中,微机作为它的大脑,取代了常规的控制系统。
机械结构是其主体和躯干,各种仪器、仪表、传感器是其感官,它们感受各种包装参数的变化,并反馈到大脑(微机)中,各种执行机构则是它的手足,用以完成包装操作所必需的动作。
一个完整的机电一体化系统,一般包括微机、传感器、动力源、传动系统、执行机构等部分。
它摒弃了常规包装机械中的繁琐和不合理部分,而将机械、微机、微电子、传感器等多种学科的先进技术融为一体,给包装机械在设计、制造和控制方面都带来了深刻的变化,从根本上改变了包装机械的面貌。
对包装机械的作用
一种新技术,一旦变成生产力,常常会起到巨大的作用。
如光电定位的误差远小于机械定位,微波干燥的效果远好于电加热干燥等等,机电一体化技术用于包装机械上的时间虽不长,但效果是明显的,作用是巨大的。
使机械结构大为简化
控制系统是机器的发令器官,传统的包装机械控制系统多采用继电器、接触器控制电路,其复杂程度随着执行机构的增多,以及调整部位的增加而加大,使得机器也越来越复杂,给制造、调整、使用和维修均带来不便。
而机电一体化,可用微机、传感技术、新型传动技术取代笨重的电气控制柜和驱动装置,使零部件数量剧减,结构大为简化,体积也随之缩小。
产品质量提高
微机内有一个巨大的存储系统,人们可预先将影响包装机工作的各参数及有关数据存入微机,它能自动跟踪生产过程。
当一个参数或几个参数发生变化,这种变化在瞬间反馈至微机,微机对这些变化参数进行识别、判断并及时进行相应修正,使包装机随时保持最佳工作状态。
而传统包装机在工艺参数变化时,其调整多凭经验,这就难以找到最佳参数;若是几个工艺参数同时改变,更是无所适从。
如最常见的塑料袋封口机,其封口质量与包装材料、热封温度和运行速度等有关。
如材料(材质、厚度)发生变化,那温度和速度也要随之改变,但变化多少却难把握。
如采用微机控制,将各种包装材料的封口温度和速度的最佳参数匹配输入微机存储器,再配上必要的传感器,组成自动跟踪系统,这样,不管哪个工艺参数改变,都能保证最佳的封口质量。
参数变化越多,调整部分越多,机电一体化的优越性也越大,这是一般控制方式无法相比的。
功能增多,可靠性提高机电一体化除可保持原来包装机的功能外,还可赋予其他许多功能。
如液体饮料软包装机,它在气动、电气和机械的共同配合下,可具有制盒、灭菌、灌装、封口等功能,但若将微机引入控制系统,则还可存储如生产速率、产品数量、故障现象、故障原因等数据,同时能对这些数据根据实际情况进行相应处理,并把结果打印出来,或在屏幕上显示,大大方便了操作。
机电一体化还将赋予包装机以自动监控、动态检测、报警等功能,还具有安全连锁控制、过载和失控保护等功能,使包装机的可靠性大为提高。
操作简便,效益提高采用机电一体化技术设计的包装机,具有数字显示和多种信息的高度集中显示,大大减少了操作按钮和手柄,并有程序控制等功能。
使操作程序大为减少,操作人员也易于培训。
常规包装机多采用异步电动机驱动,实际上多处于轻负载工作状态,能源浪费大。
机电一体化技术,用变频电动机代替了异步电动机,由微机自动寻找最佳工作点,随机调整变频电动机的输出功率,一般可节约40%的能源。
此外,它的可靠性提高了,产品质量得到保证,效益也提高了。
机电一体化是包装机械的发展方向,它应用的时间虽不长,却已显示出巨大的优越性,随着机电一体化在包装机械上的普及和推广,必将对我国包装行业的发展起到积极的作用。
结术语
机电一体化是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。
21世纪,机电一体化技术将成为机械工业的主角,在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。
机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。
随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势,机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
如今生态二字是随处可见,无论技术发展有多迅速,遵循保护环境的理念这样的技术才会受到认可。
机电一体化的环保化势必会发展的更强、更大。
参考文献
[1].李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.
[2].2.芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.
[3].王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).
[4].章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).
[5].李成华机电一体化测试技术[T]中国农业大学出版社,2001.
[6].李卫民.谈谈机电一体化技术.教学新视野,2007
(1)
[7].梁锦源.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势.工艺与设备,2008(3)
[8]陈晟.论我国机电一体化技术现状及发展走向.科技资讯,2008(3)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 302 运行 四班李刚