當代機械制造業的機電一體化技術應用

朱廣瑞

摘要：機電一體化是一門跨學科的科學，它是微電子技術、計算機技術、信息技術與機械技術結合而成的綜合性技術。這一多技術的綜合及多個部分的組合，使得機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性、科學性。其各個組成部分（如機械技術、自動控制技術、微電子技術、傳感技術、電力電子技術、接口技術、以及軟件技術等）在綜合成完整的系統中相互配合，這需要取長補短，嚴格要求，不斷向理想化方向發展，使原來各種技術取長補短，更趨于合理性、科學性，在機械制造中等到廣泛應用。本文簡述了其在機械制造中的應用及其發展趨勢。

關鍵詞：機電一體化機械制造業技術應用

1機電一體化技術的產品和系統的特點：

1.1體積小，重量輕。由于半導體和集成電路技術的提高和液晶技術的發展使得控制裝置和測量裝置的重量和體積大大減小迅速向輕型化和小型化發展。

1.2速度快，精度高。隨著電路集成度的不斷提高，處理速度也迅速提高，使機電一體化裝置總的處理速度能夠充分滿足實際應用的需要。

1.3可靠性高。由于激光和電磁應用技術的發展傳感器和驅動控制器等裝置己采用非接觸式取代了接觸式，避免了原來機械接觸存在的注油、磨損、斷裂等問題，使可靠性得到大幅度提高。

1.4柔性好。機電一體化系統通常可以通過改變計算機軟件就可以實現最佳運動并增加新的運動，具有很強的可擴展性。

2機電一體化技術的應用

2.1開放式控制系統

開放控制系統是目前計算機技術發展引出的新結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。

2.2計算機集成制造系統

機械制造的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料，設計、加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前機械制造己基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代企業產的要求。

2.3智能化控制技術

由于器械制造具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術己不能滿足需要，因此采用智能控制技術替代傳統的技術。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于機械制造的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面。

2.4分布式控制系統

分布式控制系統由多臺計算機分別控制生產過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數據、集中管理和集中控制的自動控制系統。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。

2.5現場總線技術

現場總線技術（FieldBusTechnology）是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術，就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。

2.6交流傳動技術

傳動技術在機械制造中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能己達到和超過直流調速水平。

3機電一體化技術發展趨勢

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

3.1智能化

即要求機電產品有一定的智能，使它具有人一樣的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了新天地。

3.2模塊化

機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

3.3數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

3.4網絡化

遠程控制終端設備作為機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

3.5人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

3.6微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統（Micro Electro Mechanical systems，簡稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。

3.7集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性，使其性能最優、功能最強。

3.8帶源化

機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

4、結束語

機電一體化技術廣泛的應用于現代機械制造業中，這必將給機械行業帶來了勃勃生機。機械產品的面貌和行業的面貌將迅速發生巨大變化，產品實現機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，這將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。