淺談機電一體化技術的應用與發展趨勢

侯磊

摘 要：在制造業中，機電一體化技術的應用極大提高了產品的制造水平，將原本人工或傳統機械的勞動用自動化來代替，因此使產品的質量、性能和可靠性等均得到大幅提升。本文對機電一體化技術的應用現狀進行了介紹，并對其未來的發展趨勢展開探討。

關鍵詞：機電一體化；應用；發展趨勢；數控機床

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

機電一體化技術綜合了計算機技術、自動化技術、機械加工、電子信息等諸多領域的學科優勢，其應用在制造業中可將人工或傳統機械的勞動轉變為自動化操作，因此極大提高了產品的制造水平，給機械工業的發展帶來了翻天覆地的變化。機電一體化技術具有安全性高、可操作性強、生產能力強、適用范圍廣、維護方便等諸多優點，因此在諸多領域均得到廣泛的應用。

1 機電一體化技術的應用現狀

目前，機電一體化技術主要應用形式包括數控機床、工業機器人以及分布式控制系統等，以下分別介紹：

1.1 數控機床。數控機床是機電一體化技術應用的成功典型，數控機床在經過多年的發展后，其控制精度更高、功能更豐富、操作更為方便、結構更合理，其結構的發展逐步趨向總線式、模塊化、緊湊型，且采用多CPU、多主總線的體系。在數控機床中采用開放性的設計可提高系統的層次性和兼容性，從而方便用戶的編程和設備的改裝、升級，為提高數控機床的智能化水平，通常會將在線診斷、模糊控制等技術引入到系統中，一旦機床出現刀具破損等故障或出現潛在性的故障時，即可通過在線診斷功能模塊反饋給操作人員，以便進一步采取控制措施，同時由于模塊化的設計使得系統可通過模塊的組合具備豐富的功能，且使控制操作更為簡便，一般通過一臺機床即可同時控制多臺機床，使其同時完成多個獨立的加工任務，實現多過程、多通道的控制。

1.2 工業機器人。工業機器人的出現在一定程度上可替代人的勞動，對于高輻射、高噪聲污染、高濃度有害氣體的工作場合來說，工業機器人是一個理想的選擇。工業機器人的發展經歷了三個階段，第一代工業機器人智能化程度較低，只能通過預設的程序進行簡單的重復動作，無法應對多變的工作環境和工作崗位。隨著科技的發展，在第一代機器人的基礎上通過各種傳感器的應用使其可通過對環境信息的獲取、分析、處理并反饋給動作單元，從而進行一些適應性的工作，這種機器人雖然智能化程度較低，但已經在一些特定的領域得以成功應用。在機電一體化技術相對成熟的今天，第三代機器人的智能化水平已經得到了較大的提升，其可以通過強大的傳感原件收集信息數據，并根據實際情況作出類似于人腦的判斷，因此可以在多種環境下進行獨立作業，但成本較高，在一定程度上限制了實際應用。

1.3 分布式控制系統。分布式控制系統是相對于集中式控制系統而言的，是通過一臺中央計算機對負責現場測控的多臺計算機進行控制和指揮，由于其強大的功能和安全性，使其成為當前大型機電一體化系統的主流技術。根據實際情況分布式控制系統的層級可分為兩級、三級或更多級，通過中央計算機完成對現場生產過程的實時監控、管理和操作控制等，同時，隨著測控技術的不斷發展與創新，分布式控制系統還可以對生產過程實現實時調度、在線最優化、生產計劃統計管理等功能，成為一種集測、控、管于一體的綜合系統，具有功能豐富、可靠性高、操作方便、低故障率、便于維護和可擴展等優點，因此使系統的可靠性大幅提高。

2 機電一體化技術的發展趨勢

2.1 人工智能化。人工智能就是使工業機器人或數控機床模擬人腦的智力，使其在生產過程中具備一定的推理判斷、邏輯思維和自主決策的能力，可大幅提升工業生產過程的自動化程度，甚至實現真正的無人值守，對于降低人力成本，提高加工精度和工作效率具有十分重要的意義。目前，人工智能已經不只是停留在概念上，因此可預見機電一體化技術將向著人工智能化的方向發展。雖然以當前的科學技術水平不可能使機器人或數控機床完全具備人類的思維模式和智力特點，但在工業生產中，使這些機電一體化設備具備部分人類的職能是完全可以通過先進的技術達到的。

2.2 網絡化。網絡技術的發展給機電一體化設備遠程監視和遠程控制提供了便利條件，因此，將網絡技術與機電一體化技術結合起來將是機電一體化技術發展的重點。在生產過程中，操作人員需要在車間內來回走動，對設備的狀態進行掌握，并對機床的操作面板進行操作，通過在機電一體化設備與控制終端之間建立通信協議，并通過光纖等介質實現信息數據的傳遞，即可實現遠程監視和操作，降低工人的勞動量，并且各種控制系統功能的實現，理論上來說都是建立在網絡技術基礎上的。

2.3 環保化。在人類社會發展的最近幾十年里，雖然經濟得到了迅猛的發展，人們生活水平得到了顯著的提高，然而以犧牲資源和環境為代價的發展模式使得人類賴以生存的環境遭到嚴重的污染，因此，在可持續發展戰略提出的今天，發展任何技術都應當以對環境友好作為前提，否則就是沒有前途的，故環保化是機電一體化技術發展的必然趨勢。在機電一體化應用過程中，通過對資源的高效利用，并在制造過程中做到達標排放甚至零排放，產品在使用過程中對生態環境不造成影響，即便報廢后也可對其進行有效回收利用，這就是機電一體化技術環保化的具體表現形式，符合可持續發展的要求。

2.4 模塊化。由于機電一體化裝置的制造商較多，為降低系統升級改造的成本，并為維修提供便利，模塊化將是一個非常有前途的研究方向。通過對功能單元進行模塊化改造，可在需要增加或改變功能時直接將對應的功能模塊進行組裝或更換，即便出現故障，只需將損害的模塊進行更換即可，工作效率極高，通用性的增強為企業節約了大量的成本。

2.5 自帶能源化。機電一體化對電力的要求較高，如果沒有充足的電能供應就會影響生產效率，甚至由于停電造成數據的丟失等，因此通過設備自帶動力能源系統可始終保持充足的電力供應，使系統運行更流暢。

結語

綜上所述，機電一體化技術的應用可使產品的生產效率和精度大幅提高，在當前工業生產中具有較大的技術優勢，相信隨著科技的發展，機電一體化技術水平也會不斷提高，為工業生產做出更大貢獻。

參考文獻

[1]宋江婷.淺談機電一體化技術的應用與發展趨勢[J].通信電源技術，2013，30（06）：140-141，143.

[2]姚全. 21世紀機電一體化技術的發展趨勢[J].科技創新與應用，2012（29）：64.

[3]陳輝，王磊.機電一體化技術的現狀及發展趨勢[J].機械，2008，35（07）：1-4.