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浅谈机电一体化技术及应用研究
毕业论文
机电一体化的应用与发展方向
机电一体化的应用与发展方向
摘要:
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也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。
近几十年来,鉴于电力电子技术、微电子技术及现代控制理论在中国的发展状况越来越趋于实践化,中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。
所以说,机电一体化是未来工农业生产的必经发展趋势。
关键词:
机电一体化;发展趋势;应用
一、引言
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,近几十年来,随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展,中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。
作为机电一体化专业的学生,将来工作学习都会以机械为主,所以必须掌握好各种机械的专业知识,我会本着认真的态度对待专业课的学习,提高自己的专业素养.为此我用自己学到的知识介绍一下我对机电一体化这个专业的认识。
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。
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。
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。
本文主要针对机电一体化的发展现状、发展趋势、发展形势以及发展任务做出一些相关的对策。
二、机电一体化的概要与发展状况
(一)机电一体化的概要
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也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,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、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。
只是,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、微电子技术以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。
机械工程技术有纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体力。
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,还能赋予许多新的功能,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。
即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眼神,具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
(二)机电一体化的发展状况
1.发展第一阶段
20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。
在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。
特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起了积极的作用。
那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。
由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。
2.发展第二阶段
20世纪70-80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。
这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。
大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
在这个时期首先mechatronics一词在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;其次机电一体化技术和产品得到了极大发展;最后各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。
3.发展第三阶段
20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。
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脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;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。
这些研究,将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
三、机电一体化技术的应用
随着机电一体化技术的发展,各种产品与装置实现了机电一体化,有利实现整体优化,提高产品质量和生产效率,缩短开发新产品的生产准备周期,加速科技成果向商品转化,有利推动传统产业发生深刻变革。
迄今为止它的应用领域也十分广阔啦。
从现在的发展来看,主要应用的领域有以下几个方面。
(一)钢铁企业中的应用
1、计算机集成制造系统(CIMS)。
钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体,用以实现从原料进厂,生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。
2、智能化控制技术(IC)。
由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点,传统的控制技术遇到了难以克服的困难,因此非常有必要采用智能控制技术。
智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等,智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面,如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。
3、交流传动技术。
随着电力电子技术和微电子技术的发展,交流调速技术的发展非常迅速。
由于交流传动的优越性,电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动,数字技术的发展,使复杂的矢量控制技术实用化得以实现,交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。
交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎,应用不断扩大。
4、开放式控制系统。
“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。
(二)饮食行业中的应用
机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。
机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。
不仅使单机的自动化程度大大提高,而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高,使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。
可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量,提高其国内、国际竞争能力。
(三)汽车和工业机器人中的应用
当今汽车产品市场的激烈竞争,实质上就是汽车制造家自动化生产发展的直接动因,因此面向市场的生产自动化的目的,不仅仅在于节省大量的劳动力和改善人们的劳动条件,更主要的目的是在于提高汽车制造业的竞争能力,即提高对市场变化的响应速度,包括提高生产效率优化控制过程,提高产品质量和保持产品质量的一致性和降低产品的成本、缩短制造周期,加速产品的更新换代。
从而使现代化的、高质量优性能、多品种、低成本的汽车源源不断地生产出来,并牢牢地占领市场。
第一代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第二代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第三代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第五代计算机关系密切。
(四)当地家用电器中的应用
机电一体化技术的普及,我们当地也引进了这方面的技术,现就将当地的应用做一下简单的介绍:
全自动洗衣机中得到了广泛的应用。
这主要体现在我们当地的长虹集团生产的产品,它在生产这些产品的同时将机电一体化技术得到了合理的应用,也使得产品的性能方面有了很大的提上。
它就是把这种技术用到全自动洗衣机的漂洗、脱水、电机的正反转和电机的转速和时间以及机械运转靠微电脑控制等一系列问题中都得到了合理应用。
数字化空调中的应用就是将系统制冷剂质流量用电子膨胀阀作旁通实现;各室内机负荷变化由电子膨胀阀调对;冷暖转换由四通换向阎和电子膨胀阀实现。
空调运行,旁通阀开,其本试验中电子膨胀阀是接吸气压力、吸气温度及进出风温差的反馈信号来进行调节的。
电冰箱中机电一体化技术的应用是体现在两大系统中的,即压缩机的智能控制和触摸屏智能显示系统就充分体现了机电一体化技术的结合理应用。
还有很多的常用电子产品,例如,数字电视、液晶、等离子、投影、DMB移动电视等都体现出了这方面技术的应用,这里就不一一列举啦。
绵阳市九洲电器集团有限责任公司所从事空中交通管制二次雷达系统、数字电视设备、有线电视宽带综合业务信息网络系统、光缆、电缆、线缆、应用电视系统、电子政务和电子商务软件等产品就也体现了机电一体化技术。
我们当地机械产品中也有所应用。
例如,绵阳市梓江橡胶机械厂,它是一家集研发、生产、销售为一体的橡胶设备专业制造企业。
经过多年努力,坚持精耕细作、科技创新,广泛借鉴国内外橡胶机械的先进技术,和橡塑制品生产实际经验,生产的产品就体现了这方面的技术。
如数控切条机、切胶机、切管机、分条机、多功能修边机、冷冻修边机等。
绵阳川力农用机械厂,它主要生产小型电控挖掘机、扒渣机、装载机吊车等。
现在的厂里有各种型号的扒渣机,如链条刮板的,输送带的;钢轮的,胶轮的。
电控挖掘机这类型产品是指在普通的液压先导式操作挖掘机的基础上,采用电液比例技术控制的挖掘机,相应的以电比例手柄取代液压先导手柄。
其基本原理是首先采集电手柄的动作信号,然后利用控制器进行运算,最后输出相应的PWM值控制比例阀。
结合布置于机器上的传感器,电控挖掘机还可以实现某些自动或者半自动功能。
四、机电一体化的发展方向
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。
因此,机电一体化的主要发展方向如下:
(一)智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。
人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,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。
诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。
但是,高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能,则是完全可能而又必要的。
(二)模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。
如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置。
这样,可利用标准单元迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。
这需要制定各项标准,以便各部件、单元的匹配和接口。
由于利益冲突,近期很难制定国际或国内这方面的标准,但可以通过组建一些大企业逐渐形成。
显然,从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业,规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
(三)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。
网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。
各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化。
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。
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem,CIAS),使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。
因此,机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。
(四)微型化
微型化兴起于20世纪80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(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3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。
微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术,微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,是一种超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
(五)绿色化
工业的发达给人们生活带来了巨大变化。
一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。
于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。
绿色产品的概念在这种呼声下应运而生,人们对绿色化的倡导是时代的趋势。
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。
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。
(六)系统化
系统化的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。
表现之二是通信功能的大大加强,一般除RS232外,还有RS485、DCS人格化。
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义。
一层是,机电一体化产品的最终使用对象是人,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。
另一层是模仿生物机理,研制各种机电一体花产品。
事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。
五、我国几点一体化面临的形势和任务
(一)“机电一体化”工作面临的形势
1.到“机电一体化”的工作量大
我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广,有难度。
2.亟待解决的问题就是提高市场占有率
我国用机电一体化技术加速产品更新换代,提高市场占有率的呼声高,有压力。
3.产业结构的调整会受到不定因素的阻碍
我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、扰民产品的责任重,有意义。
在我国工业系统中,能耗、耗水大户,对环境污染严重的企业还占相当大的比重。
近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整,但由于多种原因,成效一直不够明显。
这里面固然有上级领导部门的政出多门问题,有企业的“故土难离”、“死守故业”问题,但不可否认也有优化不出理想的产业,优选不出中意的产品问题。
上佳的答案早就摆在了这些企业的面前,这就是发展机电一体化,开发和生产有关的机电一体化产品。
机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低,且具有柔性,可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革,而无须改换设备。
这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。
同时,可为传统的机械工业注入新鲜血液,带来新的活力,把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来,实现文明生产。
(二)我国当前实现“机电一体化”工作的主要任务
我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话:
一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业;另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品,促进机电产品的更新换代。
推行一系列政策的目的就是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。
总之,机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力,又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。
六、结论
机电一体化技术对创新新型经济的贡献已经显现,成为当今工业生产的主流技术,并拥有广阔的发展前景。
我国的机电一体化技术经过20多年的发展取得了较大的成就,但是与发达国建仍有相当大的差距,机电一体化技术是各种高新技术的升华,需要多学科、多技术和多机构的共同结合与努力才能不断提高其应用水平。
参考文献:
[1]立新.钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究[J].冶金.2009(12)
[2]李运华.机电控制[M].北京.北京航空航天大学出版社,2003
[3]章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7)
[4]李建勇.机电一体化技术[M].北京.北京科学出版社,2004
[5]李丽.浅谈机电一体化技术的应用现状及发展趋势[J].中小企业管理与科技.2009(09)
[6]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京.北京机械工业出版社,2004
[7]王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6)
[8]武维承,王叶青.机械维修与安装[M].北京.中国矿业大学出版社,2010
[9]袁中凡.机电一体化技术[M].北京.电子工业出版社,2004
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