引领电气CAD、PLM以及模拟仿真的未来

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综合技术发展的重要标志:机电一体化

发表时间:2017-09-11 
机电一体化技术已成为一门有着比较完善的自身体系的新型学科,在当今科学技术的不断发展的以后,机电一体化技术还将被赋予新的内涵。

一、新型机电一体化的产生与应用

    机电一体化技术是指在原机械传动工作机构中的主功能、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。

    上世纪20年代以来,人们在传统的机械传动技术发展基础上,大力发展了机械工业化革命,推动了工业化社会的发展,在二十世纪40年代以后,又利用电子技术的初步成果,来完善机械产品的性能后,刺激了机械产品与电子技术的结合。通过计算机技术、控制技术、通信技术的共同发展,为机电一体化的发展更进一步奠定了技术基础。

    20世纪70年代末期,机电一体化技术和产品得到了极大发展。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。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,机电一体化进入了深入发展时期。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展露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。

    我国从20世纪80年代以后的改革开放时期,就开始开展机电一体化研究和应用,在工业制造、通讯技术、航天航空技术、电气自动化控制技术应用等领域取得了一定成果,它的发展和进步依赖并促进工业技术的综合发展。机电一体化技术已成为一门有着比较完善的自身体系的新型学科,在当今科学技术的不断发展的以后,机电一体化技术还将被赋予新的内涵。

二、机电一体化的发展现状

    机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。20世纪40年代以前为第一阶段(称为初级阶段),在传统机械传动技术应用中,人们利用电子技术的初步成果来完善机械传动与控制的性能。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萌芽状态。因为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,鉴于技术难度与价格诸问题,已经开发的产品也无法大量推广。

    20世纪70年代~80年代为第二阶段(称为蓬勃发展阶段)。这一时期,由于微型计算机技术、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。随着大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化技术的发展和应用提供了充分的物质基础。

    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、传感器技术和通信技术等进入了机电一体化,数控加工技术和微细加工技术也在机电一体化中展露头脚,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,更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。

    我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010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也做了大量的工作,在机械制造、通讯、交通、航空航天技术等领域虽然取得了一定成果,但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

三、机电一体化的发展趋势

    (一)智能化趋势

    所谓“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。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。机电一体化产品不可能具有与人完全相同的智能。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。

    (二)模块化趋势

    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等,是一项十分复杂但又是非常重要的系统工程。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,也可以扩大生产规模,制定各项标准,以便各部件、单元的匹配和接口。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)微型化趋势

    微型化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1cm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,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,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术。

    (四)网络化趋势

    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、工业生产等领域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使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络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,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朝着网络化方向发展是为大势所趋。

    (五)绿色化趋势

    工业的发达给人们生活带来了巨大变化。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。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。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)人性化

    未来的机电一体化更注重产品与人的关系,机电一体化产品的最终使用对象是人如何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,对人来说还是一种艺术享受,如家用机器人最高境界就是人机一体化。