機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

胡環(huán)宇

摘要

進(jìn)入21世紀(jì)以來，機(jī)電一體化技術(shù)已逐漸發(fā)展成為了我國(guó)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，它不僅有力促進(jìn)了傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，提高了產(chǎn)品的工作性能與自動(dòng)化程度，而且還極大提高了生產(chǎn)加工過程的智能化與柔性化控制水平。本文結(jié)合工作實(shí)踐，首先分析了機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用，并就其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探索與研究。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化技術(shù)，是將現(xiàn)代微電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等多種技術(shù)所交叉與融合的一門新興技術(shù)。與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化產(chǎn)品普遍具有使用可靠性、安全性高，反應(yīng)靈敏快速，提高生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量等多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前的生產(chǎn)過程控制、企業(yè)自動(dòng)化以及各行業(yè)技術(shù)應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域中，都有著非常廣泛的普及與應(yīng)用。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用分析

1.1 在過程控制中的應(yīng)用

隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，使得生產(chǎn)規(guī)模越來越大，生產(chǎn)的過程也越來越復(fù)雜。特別是在連續(xù)化、流程化的生產(chǎn)過程中，尋求最佳工況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，己成為了人們主要追求的目標(biāo)。利用機(jī)電一體化技術(shù)具有的高可靠性、安全性及反應(yīng)速度，不僅能提高生產(chǎn)過程中的加工效率與加工精度，而且能簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)柔性化與智能化的生產(chǎn)目標(biāo)。

1.1.1 提高生產(chǎn)效率和加工精度

目前，多數(shù)機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)），均具備了較強(qiáng)的自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)計(jì)算以及連續(xù)作業(yè)的能力，從而極大減少了輔助時(shí)間，增加了有效工時(shí)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率的大幅度提升。例如，利用普通車床上加工生產(chǎn)時(shí)，約有50%的時(shí)間花費(fèi)在了測(cè)量檢查、裝夾零件、看圖樣等輔助時(shí)間上，而通過數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，則能明顯縮短輔助時(shí)間，并使整個(gè)加工時(shí)間減少1/2以上，提高了生產(chǎn)效率。

同時(shí)，利用機(jī)電一體化產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)校正、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)監(jiān)控等多項(xiàng)功能，從而使得生產(chǎn)加工的一致性良好、互換性更強(qiáng)，以極大的提高加工精度，減少?gòu)U次品的產(chǎn)生。

1.1.2 簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，原有機(jī)電產(chǎn)品中部分笨重的結(jié)構(gòu)，被取代為新型的電子裝置，從而使得機(jī)電一體化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)得到了大幅度簡(jiǎn)化。例如，利用電子調(diào)速系統(tǒng)替代復(fù)雜、笨重的齒輪結(jié)構(gòu)，不僅能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速控制，而且能明顯提高機(jī)電產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度與靈敏性。

1.1.3 實(shí)現(xiàn)柔性化、智能化生產(chǎn)過程控制

隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，目前機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作狀態(tài)，己基本實(shí)現(xiàn)了程序化控制。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工藝發(fā)生改變時(shí)，只需要重新編寫軟件程序，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備控制操作的改變，因此尤其適用于生產(chǎn)過程中的多品種、大批量的柔性化、智能化操作控制。

1.2 在行業(yè)技術(shù)中的應(yīng)用

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)正越來越廣泛的我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的行業(yè)技術(shù)相結(jié)合起來，如農(nóng)業(yè)、鋼鐵、紡織、建材、化工等等，并產(chǎn)生出了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)效益。以農(nóng)業(yè)和紡織工業(yè)為例：

1.2.1 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

（1）提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)代化與自動(dòng)化。例如，我國(guó)近年來研制的聯(lián)合收割機(jī)，利用機(jī)電一體化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)收割機(jī)切割器速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定，減少谷物收割時(shí)的損失；而新研制的播種機(jī)械，利用機(jī)電一體化技術(shù)，則實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)播種、自動(dòng)駕駛、自動(dòng)對(duì)行等多種功能，有效提高了播種的效率。

（2）實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田的智能化管理。利用機(jī)電一體化技術(shù)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田、溫室中溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，以改善農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。

1.2.2 在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

利用機(jī)電一體化技術(shù)，使傳統(tǒng)的紡織機(jī)械與微電子技術(shù)相有機(jī)結(jié)合，不僅能極大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高紡織生產(chǎn)的效率與產(chǎn)品質(zhì)量，而且還能使得紡織機(jī)械具有自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)信息處理、自動(dòng)故障檢測(cè)等多種功能，使紡織工業(yè)由人員密集型生產(chǎn)，向著技術(shù)化、智能化的方向不斷發(fā)展。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)過多年以來的發(fā)展，我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)己取得了較為豐碩的成果，如技術(shù)水平不斷提高，產(chǎn)品品種也不斷增多。但總體而言，我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的研究與開發(fā)成果，仍處于初級(jí)階段，并將主要朝著以下幾個(gè)方向重點(diǎn)發(fā)展：

2.1 高速化

高速的靈敏性與反應(yīng)速度，是所有機(jī)電一體化產(chǎn)品的基本開發(fā)目標(biāo)。然而，目前許多產(chǎn)品在反應(yīng)速度及靈敏性方面，卻不盡如人意。其原因既有機(jī)械方面的因素（摩擦力矩），也有電子方面的因素（軟件程序算法和硬件響應(yīng)速度）。

而隨著近年來各種新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品在反映速度及靈敏性方

面的問題將得到逐步解決，并向不斷促進(jìn)產(chǎn)品向著高速化的方向發(fā)展。

2.2 智能化

智能化也是機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。尤其是伴隨著近年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)等智能化技術(shù)的逐漸成熟，再加上專家知識(shí)庫(kù)、方法庫(kù)的建立與應(yīng)用，各種機(jī)電一體化產(chǎn)品的智能化水平將得到進(jìn)一步提升，以更好的發(fā)揮出在生產(chǎn)加工過程中智能化控制的作用。

2.3 復(fù)合化

復(fù)合化是指以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，并根據(jù)生產(chǎn)工藝和加工過程的實(shí)際需要，通過綜合與匹配使各種技術(shù)能成為一個(gè)有機(jī)的整體，并產(chǎn)生出有利于生產(chǎn)加工的新功能。伴隨著近年來微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)的快速發(fā)展，各種技術(shù)之間的界線正逐漸趨于模糊，并表現(xiàn)出相互滲透與融合的趨勢(shì)，尤其是微電子技術(shù)中的納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，可以使人們?cè)谖⒂^環(huán)境下拆卸與組裝分子和原子，以制造出具備更多功能的電子元件和機(jī)械元件，以更好的滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)與發(fā)展的需要。

2.4 微型化

結(jié)構(gòu)微型化、輕量化，也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)主要發(fā)展方向，例如，我國(guó)己成功研制出了可供電機(jī)提供能源的毫米級(jí)微型電池、制造出了直徑為毫米級(jí)的機(jī)械軸承、研制出了納米級(jí)的中國(guó)地圖顯示儀等等。尤其是隨著近年來納米技術(shù)、分子測(cè)量技術(shù)、原子掃描技術(shù)、微觀顯示技術(shù)等多種新興技術(shù)的快速發(fā)展，相應(yīng)在不久的將來，各種機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步簡(jiǎn)化，微型化和輕量化程度將越來越高。

3 總結(jié)

本文主要就機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探索與研究。伴隨著機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)一步向著高速化、智能化、系統(tǒng)化和微型化的方向發(fā)展，必然將為我國(guó)生產(chǎn)工藝及加工過程帶來更大的變革，并會(huì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到更加有力的推動(dòng)與促進(jìn)作用。

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