機電一體（tǐ）化技術的應用

摘要： 隨著科學技術日益走向整體化、交叉化和（hé）數字化以及微電子（zǐ）技術信息技（jì）術的迅速發展，機電一體化技術的應用也越來越廣泛。本文對機電（diàn）一體化技術的應用進行闡述，並對其發展進行探究。隨著科技的發展（zhǎn）和市場（chǎng）需求（qiú）的多樣化，國內外工程機械廠家（jiā）日益關注產品的多功能開發。機械製造業在經曆了內燃機的動（dòng）力革命（mìng）和液壓、氣壓傳動（dòng）的傳動革命之後，現正致力於（yú）應用電控技術來完成（chéng）產品的操（cāo）縱和控製革命，以滿足用戶對產品環保、節能、操作舒適性及智能化監控維護的要求。
　　機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體係的新型學（xué）科，隨著相關技術的不斷發展，其內容將不斷更新。但其基本特征可概括為：機電一體化是從係統的觀點出發，綜合運（yùn）用機械技術、微電子技術、自動控製技術、計算機技術、光學技術、電力電子技術（shù）、接口技術（shù）等群體技術，合理配置各功能單元（yuán），在多功能、高質量、高可靠性、低（dī）能耗的意義上實（shí）現特定功能價值，並使整個係統最優化的係統工程技術，它使工業（yè）生產由機械電氣化邁入（rù）了機電一體化為特征的（de）發展（zhǎn）階段。
　　一個機電一體化係（xì）統中一般（bān）由結構組（zǔ）成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職（zhí）能組成要素（sù）五大組成（chéng）要素有機結合而成。機械本體（結構組成要素）是係統的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支（zhī）撐、聯接等。動力驅動（dòng）部分（動力組（zǔ）成要素）依據係統控製要求，為係（xì）統提供能量和動力以使（shǐ）係統（tǒng）正常運行。測試傳感部分（fèn）（感知（zhī）組成要素）對係（xì）統的運行所需要的本身和（hé）外部環境（jìng）的各種參數和狀態進行檢測，並變成可識別（bié）的信（xìn）號，傳輸給信息處理單元，經過分析、處理後產生相應的控（kòng）製信息。控製及信息處理部分（職能組成要素）將來（lái）之測試傳（chuán）感部分的信（xìn）息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理後，按照信息處理（lǐ）結果和規定的程序與節（jiē）奏發（fā）出相應的指令，控製（zhì）整（zhěng）個係統有目的的運行（háng）。執行機構（運動（dòng）組成要素）<BR> 根據控製（zhì）及信息處理部分發出的指令，完成（chéng）規定的（de）動作和功能。
　　機電一體化（huà）技術的應用在現（xiàn）代機械製造業中的應用（yòng）。傳統機械製造業是建立在規（guī）模經（jīng）濟（jì）的基礎上，靠（kào）企業規模、生產批量（liàng）、產品結構和重複性來獲得（dé）競（jìng）爭優勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率，其生產盈利是靠機器取代人力，靠複（fù）雜的專業加工取代人（rén）的技能來獲取的。先（xiān）進的機（jī）械製造業（yè）是以信息為主導，采用（yòng）先進生產模式、先進製造（zào）係統、先（xiān）進製（zhì）造技術和先進組織管理形式的全（quán）新的機械製造業，其特征（zhēng）是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環（huán）保協調的綠色製造。現代製造業集成了現（xiàn）代科（kē）學技術的發展，充分利用電（diàn）子（zǐ）計算機技（jì）術，使製造技術（shù）提高到新的高（gāo）度（dù）。近年來，製造工程領域的新技（jì）術相繼誕生，如計算機數字控製、現（xiàn）代（dài）集成製造係統、柔性製造技術、敏（mǐn）捷（jié）製造、虛擬製（zhì）造、並行工程等。
　　在（zài）飲料行業中的應用。機電一體化技術是當今發展（zhǎn）最快、應（yīng）用前景最為廣（guǎng）泛的技術之一。機電一體化技術在食品、飲料包（bāo）裝機械的開發、設計和（hé）製造過程中的應用。
　　不僅使單機的自（zì）動化程度大（dà）大提高，而且使整條包裝生產線的自動化控製（zhì）水平、生（shēng）產能力得到很大提高，使其競爭能力遠遠超過傳統的機械控製的（de）同類設（shè）備。可以大大改善食品飲料包裝生產設備產品的質量，提高其國內、國際競爭能（néng）力。
　　在鋼鐵企業中的應用。①計算機集成（chéng）製造係統(CIMS)。鋼鐵企業的CIMS 是將人與生產經營、生產管理以及過程控製連成一體（tǐ），用（yòng）以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控製。
　　②現場總線技術(FBT)。現場總線技（jì）術是連接設置在現場的儀（yí）表與設置在控製室內的控（kòng）製設備（bèi）之間的數字（zì）式、雙向（xiàng）、多站通信鏈路。采用現場（chǎng）總線技術取代現行的信號傳輸技術就能使更多的（de）信息（xī）在智（zhì）能化現場儀表（biǎo）裝置與（yǔ）更高（gāo）一級的控製係（xì）統（tǒng）之間在共（gòng）同的通信媒體上進（jìn）行雙向傳送。
　　③交流傳動技術。隨著電力電子技術和微電子（zǐ）技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由於交流傳動的優越性，電氣傳動技術在（zài）不久的將來由交流傳動全麵取代直流傳動（dòng），數字技術的發展，使複雜的矢量控製技術實用化得以實（shí）現，交（jiāo）流調速係統的調速性能已達到和超過直流調速水平。交流傳動（dòng）係統在軋鋼生產中一出現就（jiù）受到用戶的歡迎，應（yīng）用不斷擴大。
　　④開放式控製係統。開放意味著對一種標準的（de）信息交換規程的共識和支（zhī）持，按此標準（zhǔn）設計的係統，可以實現不同廠（chǎng）家產品的兼容和（hé）互（hù）換，且資源共享。開放控製（zhì）係統通（tōng）過工業通信網絡使各（gè）種控製設備、管理計算機互聯，實現控製（zhì）與經營、管理、決策的集成，通過現場（chǎng）總線（xiàn）使現場儀表與控製室的控製設備互聯，實現測量（liàng）與控製一體化。
　　⑤分布式控製係統(DCS)。分布（bù）式控製係統采用一台中央計算機指揮若幹台麵向控製的現場測控計算機和智能控製（zhì）單元。
　　利用計算機（jī）對生產過程進行（háng）集中監視、操作、管（guǎn）理（lǐ）和分散控製。分布式控製係統與（yǔ）集中型控製係統相（xiàng）比，其功能更強，具有更高的安全性，是當前（qián）大型機電一（yī）體化係統的主要潮（cháo）流。
　　機電一體化（huà）技術的發展（zhǎn）趨（qū）勢智能化。智（zhì）能（néng）化即要求機電（diàn）產品有一定（dìng）的（de）智能，使它具有類似人的邏輯思（sī）考、判斷（duàn）推理、自主決策等能（néng）力。例如在CNC 數控機床上增加人機對話功能，設（shè）置智能I/O 接口和智能工藝數（shù）據庫，會給使（shǐ）用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數學、神經網絡、灰色理論（lùn）、心理學（xué）、生理（lǐ）學和混沌動力學等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化（huà）技術（shù）發展（zhǎn）開辟了廣闊天地（dì）。
　　數字化。微控製器和（hé）接口技術的發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與製造鋪平了道路，如虛擬設計、計算（suàn）機集成製造等。數字化要求機電（diàn）一體（tǐ）化產品的軟件具（jù）有高可靠性、通用性、易操作性、可（kě）維護性、自診斷能力以及友好人（rén）機界麵。數（shù）字化（huà）的實現將便於遠程控製操（cāo）作、診斷和修複。
　　模（mó）塊化。是一項重要而艱巨的工程。由於機電一體化（huà）產品種類和生產廠家繁多，研製和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一（yī）體化產品單元模塊是（shì）一項複雜而有前（qián）途的工作。如研製具有集減（jiǎn）速、變頻調速電機一體的動力驅動單元（yuán）；具有視覺、圖像（xiàng）處理、識別和測距（jù）等功能的電機一體控製單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標（biāo）準模塊化（huà）單元迅速開發出新（xīn）的產品。從而避免（miǎn）利益的衝突，並能使（shǐ）之標準化、係列化。
　　網絡化。網絡技術的興（xìng）起和飛速（sù）發展（zhǎn）給社會各個（gè）領域帶來了巨大變革。由於網絡的普及，基於（yú）網絡的各種遠程控製（zhì）和監視技術方興未艾。而遠程控製的終端設備（bèi）本身就是機電一體化產品，現（xiàn）場總線和局域網技術使家用電（diàn）器網絡化成為可（kě）能，利（lì）用家（jiā）庭網絡把各種家用電（diàn）器連接成以（yǐ）計算機為中心的計算機集成家用電器係統，使人（rén）們在家裏可（kě）充分享（xiǎng）受各種高技術帶來的好處，因（yīn）此（cǐ），機電一體（tǐ）化產品無疑應朝網絡化方向發展（zhǎn）。
　　自源化。自（zì）源化是指機（jī）電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料（liào）電池和大容量電池。由於在許多場（chǎng）合無法使用電（diàn）能，因而對於運動的機電一體化產品，自帶動力（lì）源具有獨特（tè）的好處。
　　人性（xìng）化（huà）。人性化是各類產品的必然發展方向。機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩（cǎi）、造型（xíng）等方麵與環境相協調，使（shǐ）用這些產品，對人來（lái）說更自然，更接近生（shēng）活習慣。
　　微型化。微型化是機電一（yī）體化向微型機（jī）器和微觀領域發展的趨勢。微機電係統（tǒng）是指可批量（liàng）製作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控製電路，直至接口、通信（xìn）和電（diàn）源等於一體的（de）微型器件和係統。微機電係統產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、信息等方麵具有不可（kě）比（bǐ）擬的優勢。
　　綠色化。工業發達給人們的生活帶來（lái）巨大變化，在物質豐富的同時（shí）也帶來資源減少、生態環境（jìng）惡（è）化的後果，所以（yǐ）綠色產品概（gài）念在這種呼聲中應（yīng）運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低汙染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、製造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化（huà）主要是指在其使用時不汙染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。
隨（suí）著機電一體化技術的發展，各種產品與（yǔ）裝置（zhì）實現了機電（diàn）一體化，有利實現整體優化，提高產（chǎn）品質量和生產效（xiào）率，縮（suō）短開發新（xīn）產品的生產準備周（zhōu）期，加速科技成果向商品轉化，有利推動傳統產業發生深刻變革，同（tóng）時，隨著（zhe）新產品的研發及高精密等（děng）設備的發展，要求新一代機電一體化技術、產品及係（xì）統朝著高性能、智能化、係統化以及輕（qīng）量化、微（wēi）型化方向發展，從而為國家帶來更大的經濟效（xiào）益與社會效益。