机电一体化的应用与发展趋势

伯特利数控陈生

在机械工程领域 由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化使机械工业的技术结构 产品机构 功能与构成 生产方式及管理体系发生了巨大变化使工业生产由机械电气化 迈入了 机电一体化 为特征的发展阶段

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一 机电一体化的核心技术

机械技术 是机电一体化的基础 机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应 利用其高新技术来更新概念 实现结构上 材料上 性能上变更 满足减小重量 缩小体积 提高精度 提高刚度及改善性能要求

计算机与信息技术 其中信息交换 存取 运算 判断与决策人工智能技术 专家系统技术 神经网络技术均属于计算机信息处理技术

系统技术 即以整体概念组织应用各种相关技术从全局角度和系统目标出发 将总体分解成相互关联的若干功能单元接口技术是系统技术中一个重要方面 是实现系统各部分有机连接的保证

自动控制技术 在控制理论指导下 进行系统设计 设计后的系统仿真 现场调试 控制技术包括如高精度定位控制速度控制自适应控制 自诊断校正 补偿 再现 检索等

传感检测技术 是系统的感受器官 是实现自动控制 自动调节的关键环节 其功能越强 系统的自动化程序就越高

伺服传动技术 包括电动 气动 液压等各种类型的传动装置 伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件 对系统的动态性能控制质量和功能有决定性的影响

二 机电一体化技术的主要应用领域

一 数控机床

数控机床及相应的数控技术经过 年的发展在结构 功能操作和控制精度上都有迅速提高具体表现在

采用多 多主总线的体系结构

开放性设计 即硬件体系结构和功能模块具有层次性兼容性 符合接口标准

WOP技术和智能化 系统能提供面向车间的编程技术和实现二三维加工过程的动态仿真 并引入在线诊断 模糊控制等智能机制

大容量存储器的应用和软件的模块化设计 不仅丰富了数控功能同时也加强了CNC系统的控制功能

能实现多过程 多通道控制 即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力 并将刀具破损检测物料搬运 机械手等控制都集成到系统中去

系统的多级网络功能 加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力

以单板 单片机作为控制机 加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置

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二 计算机集成制造系统（CIMS）

CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合 而是全局动态最优综合 它打破原有部门之间的界线 使各种生产要素之间的配置得到更好的优化 各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥

三 柔性制造系统FMS

柔性制造系统是计算机化的制造系统 主要由计算机数控机床 机器人 料盘 自动搬运小车和自动化仓库等组成它可以随机地 实时地 按量地按照装配部门的要求 生产其能力范围内的任何工件特别适于多品种 中小批量 设计更改频繁的离散零件的批量生产

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四 工业机器人

三 机电一体化的主要发展方向

20世纪90年代后期 各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段一方面 光学 通信技术等进入了机电一体化 微细加工技术也在机电一体化中崭露头角另一方面 对机电一体化系统的建模设计分析和集成方法 机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究同时 由于人工智能技术 神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步 为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地未来机电一体化的主要发展方向有

智能化21 世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向是在控制理论的基础上吸收人工智能 运筹学 计算机科学 模糊数学 心理学 生理学和混沌动力学等新思想新方法 模拟人类智能 使它具有判断推理 逻辑思维 自主决策等能力 以求得到更高的控制目标

网络化 20世纪90年代 计算机技术等的突出成就是网络技术机电一体化新产品一旦研制出来 只要其功能独到质量可靠很快就会畅销全球 因此 机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展

微型化 微机电一体化产品体积小 耗能少 运动灵活 在生物医疗 军事 信息等方面具有不可比拟的优势

绿色化 机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境 报废后能回收利用 绿色产品在其设计 制造 使用和销毁的生命过程中 符合特定的环境保护和人类健康的要求对生态环境无害或危害极少 资源利用率极高

系统化 其特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构系统可以灵活组态 进行任意剪裁和组合 同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理 特征之二是通信功能的大大加强特别是 人格化 发展引人注目 即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系

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当然 机电一体化的发展不是孤立的与机电一体化相关的技术还有很多 并随着科学技术的发展各种技术相互融合的趋势将越来越明显 机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔

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