当代机械制造业的机电一体化技术应用

朱广瑞

摘要：机电一体化是一门跨学科的科学，它是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性技术。这一多技术的综合及多个部分的组合，使得机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性、科学性。其各个组成部分（如机械技术、自动控制技术、微电子技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、以及软件技术等）在综合成完整的系统中相互配合，这需要取长补短，严格要求，不断向理想化方向发展，使原来各种技术取长补短，更趋于合理性、科学性，在机械制造中等到广泛应用。本文简述了其在机械制造中的应用及其发展趋势。

关键词：机电一体化机械制造业技术应用

1机电一体化技术的产品和系统的特点：

1.1体积小，重量轻。由于半导体和集成电路技术的提高和液晶技术的发展使得控制装置和测量装置的重量和体积大大减小迅速向轻型化和小型化发展。

1.2速度快，精度高。随着电路集成度的不断提高，处理速度也迅速提高，使机电一体化装置总的处理速度能够充分满足实际应用的需要。

1.3可靠性高。由于激光和电磁应用技术的发展传感器和驱动控制器等装置己采用非接触式取代了接触式，避免了原来机械接触存在的注油、磨损、断裂等问题，使可靠性得到大幅度提高。

1.4柔性好。机电一体化系统通常可以通过改变计算机软件就可以实现最佳运动并增加新的运动，具有很强的可扩展性。

2机电一体化技术的应用

2.1开放式控制系统

开放控制系统是目前计算机技术发展引出的新结构体系概念。“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。

2.2计算机集成制造系统

机械制造的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，设计、加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前机械制造己基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代企业产的要求。

2.3智能化控制技术

由于器械制造具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术己不能满足需要，因此采用智能控制技术替代传统的技术。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机械制造的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面。

2.4分布式控制系统

分布式控制系统由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。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。

2.5现场总线技术

现场总线技术（FieldBusTechnology）是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术，就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。

2.6交流传动技术

传动技术在机械制造中起作至关重要的作用。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己达到和超过直流调速水平。

3机电一体化技术发展趋势

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。

3.1智能化

即要求机电产品有一定的智能，使它具有人一样的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了新天地。

3.2模块化

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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

3.3数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

3.4网络化

远程控制终端设备作为机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

3.5人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

3.6微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统（Micro Electro Mechanical systems，简称MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

3.7集成化

集成化既包含各種技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性，使其性能最优、功能最强。

3.8带源化

机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

4、结束语

机电一体化技术广泛的应用于现代机械制造业中，这必将给机械行业带来了勃勃生机。机械产品的面貌和行业的面貌将迅速发生巨大变化，产品实现机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，这将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。