机电一体化论文5000字.doc

机电一体化的研究现状及发展应用前景

前言

机电一体化是微电子技术向传统机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念, 是机械技术与微电子技术相互融合的产物。机电一体化打破了传统的机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等旧模块的划分, 形成了融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的一门新兴的交叉学科。

目前, 国内对机电一体化的涵义有各种各样的认识及各自的出发点和着眼点不尽相同, 再加上机电一体化本身的涵义还在随着生产和科学技术的发展不断被赋予新的内容。到目前为止, 较为人们所接受的涵义是日本机械振兴协会经济研究所1981年3 月提出的解释: 机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展。以机械为主体的工业产品和民用产品, 不断采用诸学科的新技术, 在机械化的基础上, 正向自动化和智能化方向发展, 以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。

机电一体化的内容

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术, 将机械装置与电

子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展, 还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为: ( 1) 机电一体化技术是一种技术群的总称。机电一体化是从系统的观点出发, 综合运用机械技术、微电子

技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术, 根据系统功能目标和优化组织目标, 合理配置与布局各功能单元, 在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值, 并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统, 则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。

( 2) 机电一体化系统由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体, 具有满足人的使用要求的最佳功能。机电一体化系统主要是指机械系统与微电子系统相互置换和有机结合, 从而赋予新功能的戏能的新一代产品, 有良好的人际协作关系。

( 3) 机电一体化思想体现了“系统设计原理”和“综合集成技巧”。系统工程、控制论和信息论是机电一

体化的方法论。从某种意义上讲, 机电一体化思想相当于“一体化”思想。它带来了诸如光电一体化、科工贸一体化、人机一体化等技术及其产品。

( 4) 机电一体化与机械电器化的区别。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术, 而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化, 仍属传统机械, 其主要功能依然是代替和放大体力。但是发展到机电一体化后, 其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外, 还能赋予许多新的功能, 如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸, 还是人的感官与头脑的延伸, 具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

机电一体化的现状

近年来机电一体化研究进展很快, 成果累累, 在以下几个方面取得了较快发展。

1. 1 计算机数控机床

计算机数控机床( CNC) 是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化机床。它综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等方面的最新成就, 是典型的机电一体化产品, 是机床发展的必然趋势 数控机床发展至今, 已经经历了从电子管数控、晶体管数控、集成电路数控、计算机数控、微型计算机数控等五代演变 3 当前计算机数控机床已经成为促进国民经济发展的重要产品。近10多年来, 随着微电子技术的飞跃发展, 能自动更换刀具的高度自动化的计算机数控机床- 机械加工中心( MC) 发展更为迅速。

1. 2 工业机器人

工业机器人( IR) 一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成 4 是一种能模拟人的手、臂的部分动作, 按照预定程序、轨迹及其他要求, 实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置, 是具有发展前途的机电一体化典型产品, 将在实现柔性自动化生产, 提高产品质量,代替人在恶劣环境条件下工作中发挥重大作用。机器人技术的发展, 要求提高机器人机构实用效果, 扩大其应用范围, 使虚拟轴机器有进一步发展。

1. 3 先进制造系统

目前, 先进制造系统有柔性制造单元( FMC) 、柔性制造系统( FMS) 、柔性生产线等几种形式。柔性制造单元( FMC) 是由加工中心( MC) 与自动交换工件的装置, 同时, 数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。柔性制造单元可以作为组成柔性制造系统的基础, 也可用作独立的自动化加工设备。近来FMC 以惊人的速度在发展。柔性制造系统是由若干个柔性制造单元或3~20 台CNC 机床、物料输送装置或无人搬运小车、自动化储料仓库等组成的自动化生产系统。目前全世界拥有的柔性制造系统很多, 并以很快的速度增长,具有良好的经济效益和社会效益, 加工质量稳定, 单机使用率从50%提高到70% ~ 90%。1985 年, 我国第一条FMS( JCS- FMS- 1 型系统) , 由北京机床研究所与精密机床厂研制成功。

1. 4 汽车的机电一体化

汽车的机电一体化的中心内容是以微机为中心的自动控制改善汽车的性能, 增加汽车的功能, 实现汽车降低油耗, 减少排气污染, 提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作方便和舒适性。汽车行驶控制的重点是发动机的正时点火、燃油喷射、空燃比和废气再循环, 使燃烧充分, 减少污染, 节省能源; 汽车行驶中的自动变速和排气净化控制, 以使其行驶状态最佳化; 汽车的防滑制动、防碰撞, 以提高行驶的安全性;汽车的自动空调, 自动高速车控制, 以提高其舒适性。近几十年, 国际各大汽车公司都加大了对汽车一体化的研究, 使汽车发展有了质的飞跃。

1. 5 智能控制系统

智能控制是由人工智能与自动控制两部分组成, 目标就是使计算机去做那些只有人才能做具有智能的工作。由于科技发展, 人工智能按照两条不同途径探索电脑对人脑智能的模拟: 仿学脑模型, 即从结构和功能模拟人脑; 不考虑脑结构, 直接通过启发式程序模拟人脑。智能控制系统有多级递阶智能控制系统、专家控制系统、仿人智能控制系统、自寻优模糊智能控制系统、自学习控制系统、学习控制系统、基于神经元网络的控制系统几种类型。近年来, 智能控制技术在工程上的应用有了很大突破, 各种机电设备和建设工程的智能化控制广泛普及。

机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合, 它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此, 作者认为现阶段我国机电一体化的主要发展