浅谈机电一体化技术及其应用

浅谈机电一体化技术及其应用

王跃腾

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摘要：现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。机电一体化是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。机电一体化技术目前越来越广泛被采用于钢铁、电力、石油化工、采矿冶金、汽车、造船、航空工程等行业中。要想实现机电一体化技术的快速发展，首先要对机电一体化技术的基本结构和核心技术有准确的认识，只有在此基础上才能实现技术进步的科学合理化发展。

关键词：机电一体化技术；应用；研究

随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。

1机电一体化技术概述

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，则称为一个机电一体化系统或机电一体化产品。

机电一体化技术的最大作用是扩展新功能，增强柔性。首先，它是众多自动化技术中最重要的一种，如实现过程自动化（PA，即连续体自动化）、机械自动化（FA，即固体自动化）、办公自动化（OA，即信息自动化）等；其次，机电一体化技术又是按照用户个人的特殊需求来制造和提供产品的关键技术。一个机电一体化系统主要是由机械装置、执行装置、动力源、传感器、计算机这五个要素构成，如机器人就是一个十分典型的机电一体化系统。

2机电一体化技术的应用

2.1数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40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：总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、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，能最大限度地提高用户的使用效益。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。

2.2制造工程领域的应用

现代制造业充分的利用现代化的科学技术，使用电子计算机技术，对其自身的制造技术进行提升。因此，制造工程领域的新技术也不断的被研发出来，例如：计算机的数字控制、现代集成制造系统、敏捷制造、柔性制造技术、并行工程、虚拟制造等。

2.3开放式控制系统（OCS）

开放控制系统（OpenControlSystem）是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

2.4分布式控制系统（DCS）

DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。

2.5检测与传感技术的应用

在数控机床中测量与反馈是由检测元件和相应的电路组成，它们将检测到的信号反馈至比较电路，经信号比较和信号放大驱动机床，以准确的速度做准确的定位。这是由于检测与传感技术是机电一体化的关键技术，它主要是将所测得的各种参量如位移、位置、速度、加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号灯转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感与检测技术是数控机床不可或缺的一部分，它实现的是数控机床自身的实时监控与检测，保证每一个行动都按照下发的指令去操作，从而有效地保证了机床的正常运行与产品的质量。

2.6机械设计技术的应用

机械技术是机电一体化的基础。在机械与电子相互结合的实践中，机电一体化不断对机械设计技术提出更高的要求（如结构更新颖、体积更小、质量更轻、精度更高、动态性能更好等），使现代机械技术相对于传统机械技术发生了很大改变。数控机床采用封闭防护装置可防止切屑或切削液飞出，给操作者带来意外伤害。采用自动排屑装置。数控机床大都采用斜床身结构布局，便于采用自动排屑机，排屑方便。主轴速高，工件装夹安全可靠。数控机床主轴箱大都由电主轴或传统机械主轴单元加变频电动机和变频器组成，以适应更高的转速要求；采用液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，同时也降低了操作工人的劳动强度。可自动换刀数控机床都采用了自动回转刀架，在加工过程中可自动换刀，连续完成多道工序的加工。主、进给传动分离。数控机床的主传动与进给传动采用了各自独立的伺服电机，使传动链变得简单、可靠。

2.7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，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以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。

2.8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。

3结语

机电一体化是一门新兴的边缘性的技术学科，它是由机械、电子技术及计算机科学等多个学科互相结合渗透而形成并发展起来的，而机电一体化产品则是运用最新的微电子、计算机技术以机械产品为基础研发出来的新产品。机电一体化的出现是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。

参考文献：

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