機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與相關(guān)問(wèn)題闡述

余軍

（中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司，江蘇常州213179）

機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與相關(guān)問(wèn)題闡述

余軍

（中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司，江蘇常州213179）

結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用情況，淺析機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展策略。

機(jī)電一體化；應(yīng)用；發(fā)展

引言

機(jī)電一體化技術(shù)是一種集信號(hào)變換技術(shù)、信息傳感器技術(shù)、電工電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和接口技術(shù)等為一體的綜合技術(shù)，涵蓋了產(chǎn)品和技術(shù)兩個(gè)層面的含義。同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)是人的手、肢體、頭腦和感官的延伸，具有明顯的智能化特征。目前，機(jī)電一體化技術(shù)已在數(shù)控機(jī)床、CIMS、FMS及工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且正向光機(jī)電一體化、柔性化、智能化和微型機(jī)電化等方向發(fā)展[1]。可見，在未來(lái)的發(fā)展中，機(jī)電一體化技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)此，筆者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，淺析機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

目前，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下一些方面：

數(shù)控機(jī)床。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，無(wú)論是在結(jié)構(gòu)、功能或是在操控精度上，都充分反映了機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中良好的應(yīng)用效果。其中，在結(jié)構(gòu)上，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)向總線式、緊湊型和模塊化方向發(fā)展，而應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)當(dāng)屬多總線、多CPU的體系結(jié)構(gòu)；在功能上，開放式的設(shè)計(jì)手法、模塊化的軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用WOP技術(shù)和大容量的儲(chǔ)存器等都將有助于提升數(shù)控機(jī)床的技術(shù)精度及操控性，從而為產(chǎn)品的生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持。

CIMS。CIMS（或稱計(jì)算機(jī)集成與制造系統(tǒng)）通過(guò)應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)的綜合化和最優(yōu)化，從而消除了傳統(tǒng)部門間的界限，同時(shí)以制造為基干的物流和信息流將有助于實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)和管理的有機(jī)結(jié)合。換而言之，機(jī)電一體化技術(shù)在CIMS中的應(yīng)用提升了企業(yè)的集成度，優(yōu)化了生產(chǎn)要素間的配置，從而為充分挖掘生產(chǎn)要素的潛力提供了可能。

FMS。FMS（或稱柔性制造系統(tǒng)）主要由自動(dòng)搬運(yùn)小車、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)和料盤等組合而成。機(jī)電一體化技術(shù)在FMS中的應(yīng)用支持從裝配的實(shí)際需要出發(fā)，隨機(jī)、按量地生產(chǎn)能力范圍所能完成的工件，特別適合用來(lái)生產(chǎn)小批量、多品種且需反復(fù)更改的零散工件。

工業(yè)機(jī)器人。在工業(yè)機(jī)器人中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用先后經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：在第一階段，工業(yè)機(jī)器人按示教重復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此當(dāng)作業(yè)環(huán)境或?qū)ο蟀l(fā)生改變時(shí)，其無(wú)法靈活適應(yīng)；在第二階段，工業(yè)機(jī)器人通過(guò)先進(jìn)的傳感元件，可獲取到作業(yè)環(huán)境及對(duì)象的常規(guī)信息，然后再利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行處理和分析，并作出判斷，最后再通過(guò)反饋動(dòng)作信息來(lái)控制動(dòng)作，因此第二代工業(yè)機(jī)器人具有低水平的職能及開始向?qū)嵱没较虬l(fā)展；在第三階段，出現(xiàn)了智能機(jī)器人，其具有良好的感知能力、復(fù)雜的邏輯思維，并能通過(guò)分析作出判斷和決策，因此表現(xiàn)出極強(qiáng)的行動(dòng)獨(dú)立性、環(huán)境適應(yīng)性，這第三代機(jī)器人與第五代計(jì)算機(jī)的聯(lián)系十分密切[2]。目前，在機(jī)電一體化技術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)機(jī)器人已發(fā)展到了第四代，其中標(biāo)志性的事件是思維車的研發(fā)，其不僅實(shí)現(xiàn)了人機(jī)互動(dòng)，還獨(dú)創(chuàng)了全天候無(wú)障礙行車技術(shù)，從而為社會(huì)活動(dòng)的開展提供了更大的方便。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展

2.1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向

從應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，機(jī)電一體化技術(shù)正向光機(jī)電一體化、柔性化、智能化和微型機(jī)電化方向發(fā)展。其中，光機(jī)電一體化是指通過(guò)引入光學(xué)技術(shù)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的信息處理系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)及能源或動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，是機(jī)電產(chǎn)品的重要發(fā)展方向，在一定程度上提高了機(jī)電一體化技術(shù)的服務(wù)能力；柔性化（或稱自律分配系統(tǒng)化）是指在未來(lái)的機(jī)電一體化產(chǎn)品中，控制與執(zhí)行系統(tǒng)的冗余將更為富足，從而可更加靈活地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，且在自律分配系統(tǒng)中，不同的子系統(tǒng)保持相互獨(dú)立的工作狀態(tài)及都為總系統(tǒng)提供服務(wù)，因此具有極強(qiáng)的自律性，同時(shí)其可按環(huán)境條件的要求作出不同的反應(yīng)，從而使得系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性更高；智能化（或稱全息系統(tǒng)化）是指未來(lái)的機(jī)電產(chǎn)品將具有更為明顯的“全息”功能，這將使其智能化程度更高，而這一發(fā)展成果主要得益于軟件與芯片技術(shù)、模糊技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)當(dāng)前“自上而下”的層次結(jié)構(gòu)將逐漸走向復(fù)雜化，即雙向鏈路冗余將變得更多；微型機(jī)電化是指機(jī)電與電子的完全融合，具體將傳感器、執(zhí)行器和機(jī)體等CPU集成起來(lái)實(shí)現(xiàn)更小的體積[3]。

2.2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展策略

機(jī)電一體化技術(shù)的深入發(fā)展是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的要求，是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)。在未來(lái)的發(fā)展中，為了提高機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的服務(wù)能力及適應(yīng)時(shí)代對(duì)低碳環(huán)保經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，筆者認(rèn)為應(yīng)從以下方面推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展：1）通過(guò)改善性能、減輕質(zhì)量及提高精度等角度改善機(jī)械的本體技術(shù)，具體措施包括：改進(jìn)機(jī)械的本體結(jié)構(gòu)及按需以非金屬?gòu)?fù)合型材取代鋼鐵在機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用，從而通過(guò)減輕機(jī)械的本體重量實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化；2）通過(guò)提高精確度、可靠性和靈敏度等提升傳感技術(shù)，特別是技術(shù)的抗干擾性和可靠性將直接決定其應(yīng)用效果，因此可用光線電聯(lián)傳感器防止電干擾，但針對(duì)外部信息傳感器，則可采用非接觸性檢測(cè)技術(shù)；3）為了適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展需要，應(yīng)設(shè)法提升信息處理技術(shù)，從而提升其處理速率及解決標(biāo)準(zhǔn)化程度不同、抗干擾性能低等問(wèn)題；4）提升驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以解決電機(jī)響應(yīng)速率低等問(wèn)題，比如將編碼與專用控制組件、機(jī)電一體化伺服驅(qū)動(dòng)單位及傳感器等裝在電機(jī)的內(nèi)部。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化技術(shù)的研究在推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中具有重要作用，但在這一研究過(guò)程中應(yīng)正確解讀機(jī)電一體化的概念及明確其發(fā)展方向，從而不斷改進(jìn)這一技術(shù)在應(yīng)用中的不足，提高其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的服務(wù)能力。

[1]劉耀海.淺談機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].信息系統(tǒng)工程,2012(10):89-89;95.

[2]李銳鋒.機(jī)電一體化技術(shù)在靈新煤礦生產(chǎn)繪圖中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2014(35):60-61.

[3]張旭.低壓電器元件產(chǎn)品中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用略述[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（上）,2015(7):326-327.

（編輯：王紅霖）

The Application of Electromechanical Integration Technology and Related Problem s

Yu Jun
(China Railway Construction Electrification Bureau Group Orbit Traffic Equipment Co.,Ltd., Changzhou Jiangsu 213179)

Combined the application of electromechanical integration technology,this paper analyzes its development trend and development strategies.

mechanical and electrical integration;application;development

TH-39

A

2095-0748(2016)16-0072-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.16.31

2016-07-01

余軍（1988—），男，江蘇常州人，大專，畢業(yè)于常州建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助理工程師，現(xiàn)就職于中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司，研究方向：機(jī)電一體化及接觸網(wǎng)方面。