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略論機(jī)電一體化技術(shù)及其發(fā)展
資源天下 2013/2/2 22:23:36
【摘要】機(jī)電一體化是多學(xué)科的交叉綜合，是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)等互相滲透的產(chǎn)物，是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。文章簡述了機(jī)電一體化技術(shù)的概念、基本結(jié)構(gòu)組成、目前發(fā)展?fàn)顩r,并對發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。
【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；核心技術(shù)；發(fā)展?fàn)顩r
引言機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，既是振興傳統(tǒng)機(jī)電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟機(jī)電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大門鑰匙。
機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化的概要機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主體功能、動力功能、信息處理功能、控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化發(fā)展至今已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，并將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，被賦予新的內(nèi)容；但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，機(jī)電一體化涵蓋技術(shù)和產(chǎn)品兩個(gè)方面。只是，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、其它新技術(shù)的簡單組合拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體現(xiàn)。但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，例如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制、自動診斷與保護(hù)等。
機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有智能化的特征，這是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
機(jī)電一體化的核心技術(shù)機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。其中硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元、驅(qū)動單元等組成［1］。為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，須從以下方面著手。
1） 機(jī)械本體技術(shù)： 機(jī)械本體必須從改善性能、減輕重量、提高精度等方面考慮�，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品多以鋼鐵材料為主， 為了減輕重量除在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。
2） 傳感技術(shù)：傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度、精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為避免電干擾，目前有用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。
3） 信息處理技術(shù)： 機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步和信息處理設(shè)備的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化， 必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。
4） 驅(qū)動技術(shù)：電機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動單元［2］。
5） 接口技術(shù)：為與計(jì)算機(jī)通信，須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設(shè)計(jì)。目前，技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維、光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。
6） 軟件技術(shù)：軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。
為了減少軟件的研制成本、提高生產(chǎn)維修的效率，需要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
機(jī)電一體化的發(fā)展機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r機(jī)電一體化的發(fā)展，大體分為3 個(gè)階段。
世紀(jì)60 年代以前為第一階段，稱為初級階段。
這一時(shí)期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。那時(shí)的研制和開發(fā)，從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)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。
世紀(jì)70~80 年代為第二階段，稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成（未完，下一頁）
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