机电一体化技术的应用与相关问题阐述

2016-03-01余军

现代工业经济和信息化 2016年16期

关键词：数控机床机电机器人

余军

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏常州213179）

机电一体化技术的应用与相关问题阐述

余军

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏常州213179）

结合机电一体化技术的应用情况，浅析机电一体化技术的发展趋势和发展策略。

机电一体化；应用；发展

引言

机电一体化技术是一种集信号变换技术、信息传感器技术、电工电子技术、机械技术、微电子技术和接口技术等为一体的综合技术，涵盖了产品和技术两个层面的含义。同时，机电一体化技术是人的手、肢体、头脑和感官的延伸，具有明显的智能化特征。目前，机电一体化技术已在数控机床、CIMS、FMS及工业机器人等领域得到了广泛的应用，且正向光机电一体化、柔性化、智能化和微型机电化等方向发展[1]。可见，在未来的发展中，机电一体化技术具有广阔的应用前景。据此，笔者结合实践经验，浅析机电一体化技术的应用及其发展。

1 机电一体化技术的应用

目前，机电一体化技术的应用主要表现在以下一些方面：

数控机床。经过几十年的发展，无论是在结构、功能或是在操控精度上，都充分反映了机电一体化技术在数控机床中良好的应用效果。其中，在结构上，机电一体化技术的应用推动了数控机床的结构向总线式、紧凑型和模块化方向发展，而应用最广泛的结构当属多总线、多CPU的体系结构；在功能上，开放式的设计手法、模块化的软件设计及应用WOP技术和大容量的储存器等都将有助于提升数控机床的技术精度及操控性，从而为产品的生产提供有力的技术支持。

CIMS。CIMS（或称计算机集成与制造系统）通过应用机电一体化技术来实现全局动态的综合化和最优化，从而消除了传统部门间的界限，同时以制造为基干的物流和信息流将有助于实现经营决策、产品开发及生产准备、实验和管理的有机结合。换而言之，机电一体化技术在CIMS中的应用提升了企业的集成度，优化了生产要素间的配置，从而为充分挖掘生产要素的潜力提供了可能。

FMS。FMS（或称柔性制造系统）主要由自动搬运小车、自动化仓库、数控机床、机器人、计算机和料盘等组合而成。机电一体化技术在FMS中的应用支持从装配的实际需要出发，随机、按量地生产能力范围所能完成的工件，特别适合用来生产小批量、多品种且需反复更改的零散工件。

工业机器人。在工业机器人中，机电一体化技术的应用先后经历了以下三个阶段：在第一阶段，工业机器人按示教重复运动，因此当作业环境或对象发生改变时，其无法灵活适应；在第二阶段，工业机器人通过先进的传感元件，可获取到作业环境及对象的常规信息，然后再利用计算机对这些信息进行处理和分析，并作出判断，最后再通过反馈动作信息来控制动作，因此第二代工业机器人具有低水平的职能及开始向实用化方向发展；在第三阶段，出现了智能机器人，其具有良好的感知能力、复杂的逻辑思维，并能通过分析作出判断和决策，因此表现出极强的行动独立性、环境适应性，这第三代机器人与第五代计算机的联系十分密切[2]。目前，在机电一体化技术的推动下，工业机器人已发展到了第四代，其中标志性的事件是思维车的研发，其不仅实现了人机互动，还独创了全天候无障碍行车技术，从而为社会活动的开展提供了更大的方便。

2 机电一体化技术的发展

2.1 机电一体化技术的发展方向

从应用现状来看，机电一体化技术正向光机电一体化、柔性化、智能化和微型机电化方向发展。其中，光机电一体化是指通过引入光学技术对机电一体化系统的信息处理系统、传感系统及能源或动力系统进行改进，是机电产品的重要发展方向，在一定程度上提高了机电一体化技术的服务能力；柔性化（或称自律分配系统化）是指在未来的机电一体化产品中，控制与执行系统的冗余将更为富足，从而可更加灵活地应对突发事件，且在自律分配系统中，不同的子系统保持相互独立的工作状态及都为总系统提供服务，因此具有极强的自律性，同时其可按环境条件的要求作出不同的反应，从而使得系统的灵活性和适应性更高；智能化（或称全息系统化）是指未来的机电产品将具有更为明显的“全息”功能，这将使其智能化程度更高，而这一发展成果主要得益于软件与芯片技术、模糊技术和信息技术的发展，同时当前“自上而下”的层次结构将逐渐走向复杂化，即双向链路冗余将变得更多；微型机电化是指机电与电子的完全融合，具体将传感器、执行器和机体等CPU集成起来实现更小的体积[3]。

2.2 机电一体化技术的发展策略

机电一体化技术的深入发展是社会生产力发展的要求，是一个国家综合实力的重要体现。在未来的发展中，为了提高机电一体化技术对社会经济的服务能力及适应时代对低碳环保经济的发展要求，笔者认为应从以下方面推动机电一体化技术的发展：1）通过改善性能、减轻质量及提高精度等角度改善机械的本体技术，具体措施包括：改进机械的本体结构及按需以非金属复合型材取代钢铁在机械产品中的应用，从而通过减轻机械的本体重量实现驱动系统的小型化；2）通过提高精确度、可靠性和灵敏度等提升传感技术，特别是技术的抗干扰性和可靠性将直接决定其应用效果，因此可用光线电联传感器防止电干扰，但针对外部信息传感器，则可采用非接触性检测技术；3）为了适应机电一体化技术的发展需要，应设法提升信息处理技术，从而提升其处理速率及解决标准化程度不同、抗干扰性能低等问题；4）提升驱动技术，以解决电机响应速率低等问题，比如将编码与专用控制组件、机电一体化伺服驱动单位及传感器等装在电机的内部。