2023年机电体化技术的应用及发展趋势.doc

机电一体化技术的应用及开展趋势 现代科学技术的开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。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速开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〞为特征的开展阶段。机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业开展的必然趋势。本文简述了机电一体化技术的根本结构组成和主要应用领域，并指出其开展趋势。 关键词：机电一体化技术 开展趋势 应用 目录 第1章机电一体化的核心技术……………………………………………………3 第2章机电一体化技术的开展趋势　 2.1机电一体化技术的开展现状…………………………………………………4 2.2机电一体化技术的开展趋势…………………………………………………4 2.3机电一体化典型产品的开展趋势……………………………………………6 2.4机电一体化技术的开展前景…………………………………………………8 第3章 机电一体化技术的应用 3.1钢铁企业中的应用……………………………………………………………9 3.2汽车和工业机器人中的应用…………………………………………………9 第4章我国机电一体化技术面临的形势及任务与其相应对策 4.1形势…………………………………………………………………………10 4.2任务…………………………………………………………………………11 4.3对策…………………………………………………………………………11 参考文献…………………………………………………………………………13 机电一体化技术的应用及开展趋势 第1章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局部组成。因此，为加速推进机电一体化的开展，必须从以下几方面着手： 〔一〕 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良，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。 〔二〕 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。为了防止电干扰，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，目前主要开展非接触型检测技术。 〔三〕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。为进一步开展机电一体化，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。 〔四〕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，正在积极开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。 〔五〕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本钱、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。 〔六〕软件技术 软件与硬件必须协调一致地开展。为了减少软件的研制本钱，提高生产维修的效率，耍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。 第2章 机电一体化技术的开展趋势 随着机电一体化技术的更深层次的革新与开展，它现在已经到达了跨学科的技术水平上了，它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等多方面技术的有机整理和融合、相互渗透的效果，就其开展形式而言，已经是很迅猛了。 2.1机电一体化技术的开展现状 当今世界工业国家数控机床拥有量就直接反映了这个国家的经济实力。就目前我国而言，我们是拥有机床最多的国家，大约有300万台，但是我国的机床数控化的占有率就只有1.9%左右，然而西方工业国家一般的都能到达20%,这就可以知道我们国家和别个国家在智能化上的差距是多么的巨大的。对于这样的问题，我国已经采取了相应的措施来改善现有的问题，希望能够重点支持数控系统、设备和技术方面的一系列问题的解决，使其能够有更多种类产品出现的繁荣景象。但是在信息化和工业化的关系上，我国对于机电一体化技术有两种极端的观点 ： 一种观点认为：我国的工业化水平相对其他国家来说不是很高，离开了工业根底谈这种问题只能是空中楼阁，信息化这种新经济现象是兴旺国家的事。由于我国工业化的完成率很低，所以我们必须坚守传统产业，把注意力放在工业化上。 另一种观点认为：信息化与工业化没有必然联系。我们必须紧跟时代步伐，放弃夕阳工业，大力开展信息产业这种朝阳产业。这种观点是“放弃——跨越论〞，即放弃传统产业，在信息产业领域实现全方位的跨越。 2.2机电一体化技术的开展趋势 20世纪90年代后期，各兴旺国家开始了向智能化方向开展机电一体化技术这方 面迈进。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化行业，微细加工技术也在其中 有了更深层次的开展， 于是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分析和集成方法， 机电一体化的学科体系和开展趋势都进行了深入研究。从现在来看未来的机电一体化技术的开展方向大致有以下几个方面： 一、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 化的开展方向。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 向开展。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局部脑力劳动。目前, 专家系统、模糊 系统、神经网络以及遗传算法, 是机电一体化产品〔系统〕 实现智能化的4种主要 技术，它们各自独立开展又彼此相互渗透。随着制造自动化程度的不断提高, 将会出 现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动, 并会对制造中出现的问题 进行分析、判断、推理、构思和决策 。例如，在CNC数控机床上增加人机对话功能， 设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。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 步与开展，为机电一体化技术开展开辟了广阔天地。 二、模块化 模块化也是机电一体化产品的一个开展趋势, 也是一项重要而又艰巨的任务。简单的来说就是将各种接口或单元标准化，有点像机械咀的标准件，由于机电一体化产品种类和生产厂家都比拟多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，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。从而防止利益的冲突，并能使之标准化、系列化。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，这样更利于制定标准，以便各部件、单元的匹配和接口。 三、微型化 微型化是指机电一体化向微型机器和微观领域开展的趋势。它是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，面临许多课题，涉及许多关键技术。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。微型机械加工技术作为微型机械的最关键技术，也必将有一个大的开展。硅加工、LIGA加工和准LIGA加工正向着更复杂、更高深度适合各种要求的材料特性和外表特性的微结构以及制作不同材料特别是功能材料微结构，更易于与电路集成的方向开展，多种加工技术结合也是其重要方向。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。 四、系统化 系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。 它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R S232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以及模仿生物机理等方面的产品。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开展。 五、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。 六、绿色化 工业的兴旺给人们生活带来巨大变化。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。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的开展前景。 2.3机电一体化典型产品的开展趋势 一、数控机床 数控机床是计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。 目前我国是全世界机床拥有量最多的国家〔近320万台〕，但数控机床只占约5％且大多数是普通数控〔兴旺国家数控机床占10％〕。近些年来数控机床为适应加工技术的开展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 1、高速化。由于高速加工技术的普及，机床普遍提高了各方面的速度。例如，车床主轴现在采用的是电主轴，主轴的转速最高可达200 000r/min；进给速度是指快速移动速度高速化和切削进给速度的高速化；微处理器的使用，大大提高了数控系统的运算速度；最后就是换刀速度得到很到提升，高达0.5s。 2、高精度化。精密加工化是为了适应高新技术开展的需要。数控机床的定位精度已由以前的0.02mm提高到现在的0.008mm；亚微米级机床到达0.0005mm左右；纳米级机床到达0.005～0.01um；最小分辨率为1nm的数控系统和机床已问世。这样的开展很明显体现了高精度的开展迅猛。 3、使用各种高效特殊功能的刀具。如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。 4、数控机床的开放性和联网管理。数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的根本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最正确化利用这些制造手段的方法。 二 、 自动机与自动生产线  　　在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。例如：2023～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120230瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生