基于機(jī)電一體化背景下的工程機(jī)械應(yīng)用的調(diào)研報告
一、機(jī)電一體化在工程機(jī)械中應(yīng)用
機(jī)電一體化是當(dāng)今自動化技術(shù)發(fā)展的最高階段。早期的自動化技術(shù)主要是借助凸輪、機(jī)械機(jī)構(gòu)等實現(xiàn)的,這一時期的自動化實際上是機(jī)械自動化;隨著電子技術(shù)的發(fā)展,凸輪、機(jī)械機(jī)構(gòu)逐漸被繼電器、接觸器、電磁開關(guān)等機(jī)構(gòu)所取代,實現(xiàn)了電氣自動化,機(jī)械機(jī)構(gòu)大大簡化,自動化水平大為提高;機(jī)電一體化則是生產(chǎn)實踐對自動化技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的需要,也是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)等發(fā)展的必然產(chǎn)物,是以計算機(jī)為主要特征的自動化技術(shù)。如果說機(jī)械系統(tǒng)處理的對象是運動、力、物質(zhì)和能量,電子系統(tǒng)處理的對象是信息和知識,則機(jī)電一體化系統(tǒng)不僅有處理能量和物質(zhì)的功能,而且還有處理信息和知識的能力。機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展至今已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,其發(fā)展歷程可分為4個階段:
①數(shù)控機(jī)床的問世是機(jī)電一體化發(fā)展的開始;
�、谖㈦娮蛹夹g(shù)為機(jī)電一體化帶來勃勃生機(jī);
③可編程序控制器的發(fā)展為機(jī)電一體化提供了堅強(qiáng)基礎(chǔ);
�、芗す饧夹g(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)使機(jī)電一體化躍上新臺階。機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展初期,人們的目的是利用電子技術(shù)的.初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能,那時研制和開發(fā)還處于萌芽狀態(tài),而且由于當(dāng)時電子技術(shù)水平不高,機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不廣泛和深入。其后計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、大規(guī)模集成電路的發(fā)展,為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。
二、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
1、個性化。在知識經(jīng)濟(jì)時代,求新、求異、追求個性是消費需求的一個特征,而柔性化為產(chǎn)品個性化創(chuàng)造了技術(shù)條件。所以,在信息時代,機(jī)電一體化產(chǎn)品將呈現(xiàn)個性化趨勢。與此相適應(yīng),機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)模式及觀念也在發(fā)生改變。因此精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造、虛擬制造等得以相繼出現(xiàn)。
2、高性能化。高性能化一般包含高速、高精度、高效率、高可靠性。新一代cnc系統(tǒng)就是以此“四高”為滿足生產(chǎn)而誕生的。它采用多cpu結(jié)構(gòu),以多總線連接,進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞;采用精簡指令集機(jī),實時多任務(wù)操作系統(tǒng)并行處理;設(shè)置多重緩沖器,故障診斷、自動檢錯、糾錯、系統(tǒng)自動恢復(fù)等技術(shù)保證該機(jī)電一體化產(chǎn)品具有高性能。
3、智能化。人工智能可使機(jī)器具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,雖然機(jī)電一體化產(chǎn)品不可能具有與人完全相同的智能,但依賴高性能、高速的微處理器可使其具有低級智能或人的部分智能,從而達(dá)到更精確的控制目標(biāo)。機(jī)電一體化的發(fā)展和進(jìn)步體現(xiàn)在其產(chǎn)品的智能上,智能化是機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械自動化技術(shù)的主要區(qū)別之一。它是在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、心理學(xué)、生理學(xué)、運籌學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等新思想、新方法,模擬人類智能,對診斷過程、人-機(jī)接口、自動編程和加工過程等問題進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策,以取代或延伸制造工程中人的部分腦力勞動,并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展,以求得到更高的控制目標(biāo)。
4、微型化。微型機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物,是機(jī)電一體化的一個新發(fā)展方向,微型機(jī)電一體化產(chǎn)品,泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展,其體積小、耗能小、運動靈活,微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù),目前已可運用蝕刻技術(shù)在實驗室制造出亞微米級的機(jī)械元件,當(dāng)將這一成果真正應(yīng)用到實際產(chǎn)品時,其機(jī)械部分和電子元件即可完全集成在一起,組成一種體積很小的自律元件。在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)越性,是近年和將來十大關(guān)鍵技術(shù)之一。
5、綠色化。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報廢時能回收利用。工業(yè)的發(fā)展,使得資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。因此綠色化成了時代的趨勢,產(chǎn)品的綠色化成了適應(yīng)未來發(fā)展的一大特色。
6、系統(tǒng)化。系統(tǒng)化要求系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu),系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進(jìn)行任意剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。其中,仿生物系統(tǒng)化就是根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機(jī)體,引導(dǎo)機(jī)電一體化產(chǎn)品向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。
7、網(wǎng)絡(luò)化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來,只要其功能獨到,質(zhì)量可靠,很快就會暢銷全球,由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾,而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品,現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已形成優(yōu)勢,利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計算機(jī)為中心的計算機(jī)集成家電系統(tǒng),能使人們待在家里就可分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此,其產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
8、柔性化。機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制和執(zhí)行系統(tǒng)具有足夠的“冗余度”,即有較強(qiáng)的“柔性”。
結(jié)語:
大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品,不僅是改造和武裝傳統(tǒng)機(jī)械老設(shè)備的一條新路,而且是推動機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)覆蓋面非常廣,而我國人力、物力、財力有限,機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可能面面俱到、平鋪直敘。因此,要分清主次,突出重點,大膽取舍。既要抓住傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的電子信息技術(shù)改造,使機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)初步結(jié)合;又要在新產(chǎn)品設(shè)計之初,就統(tǒng)一考慮機(jī)械與電子的融合,使機(jī)械與電子密不可分,從而使設(shè)計、生產(chǎn)出來的新產(chǎn)品真正做到機(jī)電一體化。另外,政府職能部門應(yīng)合理調(diào)配資源要素,對開辦、生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)提供方便,增大支持力度。同時,嚴(yán)格限制資源消耗較高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展,對未適時采用機(jī)電一體化技術(shù)的落后產(chǎn)品強(qiáng)制淘汰,大力提倡傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造,凡涉及到機(jī)電一體化技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用等項目應(yīng)優(yōu)先立項、大力支持。此外,還可以設(shè)立機(jī)電一體化科研技術(shù)專項基金,從經(jīng)濟(jì)上促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。
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