浅谈机电一体化技术的发展趋势.pdf

科 l 技 I 论 l 坛 科 浅谈机电一体化技术的发展趋势 许 向 东宋 新 庆 哈尔滨东字农业工程机械有限公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 9 0 摘要 重 点对机 电一体化技 术的发展进程和发展趋势进行 了论述。 关键词 机 电一体化 ； 发展进程 ； 发展趋 势 当今世界电子技术迅速发展 ，微处理器、 微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对 各领域技术 的发展起到 了极大 的推动作用 。一 个较完善的机电一体化系统 ，应包含以下几个 基本要素机械本体、动力与驱动部分、执行 机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。 机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技 术、自 动控制技术、检测传感技术、伺服传动 技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的 技术密集型系统工程。 1机 电一体化概述 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 已 经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科 学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但 其基本特征可概括为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 测控技术及 电力电子技术 ，根据系统功能 目标 要求，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。因此， “ 机电一体化 ”涵盖 “ 技术 ”和 “ 产品 ”两个 方面。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 术发晨到机械电气化，仍属传统机械，其主要 功能依然是代替和放大的体系。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，还被赋予许多新的 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。 也就是说，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，智能 化特征是机 电一体化与机械电气化在功能上的 本质 区别。 2机电一体化技术的发展进程 “ 机 电一 体化”这 个词是 日本安川 电机公 司在 2 O 世纪 6 0年代末作商业注册时最先创用 的。当时及 7 O 年代，人们一直把机电一体化 看作是机械与电子的结合。国内早期将 “ 机电 一 体化技术”与 “ 机械电子学”并用 ，近年来 “ 机电一体化”更流行使用。 2 O世纪 8 O年代 ，信 息技术崭露 头角。微 处理机的性能提高 ，为更 高级的机电一体化产 品所 采用 ，典型 的机 电一体 化 产 品如数 控机 床 、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微 机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机 械一电子系统在高度控制、排气控制、振动控 制和保险气袋等方面获得广泛应用。 信息技术驱使机械系统在不同程度上利用 数据库 ， 连洗衣机和其他消费品也用上了数据 库驱动 系统 。这样 ，对机 电一体化的系统设计 方法 的探索 、成型和系统集成 以及并行工程设 计和控制的实施 日 显重要。此外，光学也进入 了机电一体化，产生了 “ 光机电一体化”的新 领域 。 进入 2 O世纪 9 O年代 ，通信技术进入了机 电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚 拟现实多媒体等技术紧密联 系的计算机控制的 网络化机 电一体化 日益普及 。有些机电一体化 机 械可两用 ，有 的在性能上更是多用途的 ，尤 其是微传感器和执行器技术的发展 ，和半导体 技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体 化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系 统集成为特点的机电一体化新分支 “ 微机电一 体化” 。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐 成为集成控制系统的一个组成部分。之后 ，机 电一体 化随着 自动化技术的发展 而 日益发 展 ， 稳 步进入 了 2 1 世纪 。 我 国是从 2 O世纪 8 O年代初才开始进行 这 方 面的研究和应用 。当时国家成立了机电一体 化 领 导 小组 ，并 将该 技 术 列 入 “ 8 6 3计 划 ” 巾。在 制定 “ 九 五”规划 和 2 0 1 0年发展 纲要 时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发 展动向和由此可能带来的影响。许多大专院 校 、研究机构及一些大中型企业对这一技术 的 发 展及应 用做 了大量 的工 作 ，取得 了一定 成 果 。但 与 13本 等先进 国 家相 比 ，仍 有相 当差 距 。 3机电一体化技术的发展趋势 2 O 世纪 9 O 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 。出现 了光机电一体化和微机电一体化等新 支 ；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，也为产业化发展提供了坚实的 基础。未来机电一体化的主要发展方向有 智 能化 是 2 1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 。 b 阀 络化 2 0世 纪 9 0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。 c ． 微型化 兴起 于 2 O世纪 8 O年代末 ，指 的是机 电一体化向微型机器和微观领域发展的 趋势。国外称其为微电子机械系统 M E M S ， 泛指几何尺寸不超过 1 立方厘米的机电一体化 产品，并向微米、纳米级发展。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。 d ． 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。设计绿色的机电一体化产品，具 有远大 的发展前途。 e ． 系统化其表现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 。表 现 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 。一是如何赋予机 电一体化产品人的智能、情感 、人性显得越来 越重要 ，特别是对家用机器人 ，其高层境界就 是人 机一体化 。另 一层含义是模 仿生物 机理 ， 研制各种机电一体化产品。 综 上所述 ，机 电一 体化 的 出现 不是 孤立 的，它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 和产物 。当 然 ，与机 电一体化相关的技术还有很多 ，并且 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前景 也将越来越光 明。 上接 l O页} 系统改造， 认 为， 改造前期的通风 系统调整和对改造后的矿井风量 、阻力预测以及 改造前合理补掘巷道是比较关键的。 3 改造前 ， 应尽量考虑通过增补巷道 ，降低矿井的通风阻力 简化通风系统。同时 ， 也要进行通风系统调整 ， 系 统合理后， 才能保证改造后通风系统的稳定可靠。 4 准确预测矿井改造后的风量、 阻力， 才能保证 合理选择主扇及调整主扇叶片角度 ，以满足矿井 实际需风量的要求，确保通风系统改造期问矿井 的安全。 5 由于我矿在通风系统改造前已将改造 通风设施施工完毕， 预测的风量 、 阻力与实际基本 相同， 而且 ， 改造前 已将改造所需巷道工程施工完 毕， 所以， 这次通风系统改造是比较成功的。 作者简介 薛宪领 1 9 6 3 ～ ， 大专学历， 毕业 2 6 年来一直在益新煤矿从 事技 术工作。 一9 一