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現xian代dai科ke學xue技ji術shu的de不bu斷duan發fa展zhan,極ji大da地di推tui動dong了le不bu同tong學xue科ke的de交jiao叉cha與yu滲shen透tou,導dao致zhi了le工gong程cheng領ling域yu的de技ji術shu革ge命ming與yu改gai造zao。在zai機ji械xie工gong程cheng領ling域yu,由you於yu微wei電dian子zi技ji術shu和he計ji算suan機ji技ji術shu的de迅xun速su發fa展zhan及ji其qi向xiang機ji械xie工gong業ye的de滲shen透tou所suo形xing成cheng的de機ji電dian一yi體ti化hua,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體係發生了巨大變化,使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
1.機電一體化概要
機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控製功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的係統的總稱。
機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體係的新型學科,隨著科學技術的不但發展,還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從係統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控製技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術,根據係統功能目標和優化組織目標,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低(di)能(neng)耗(hao)的(de)意(yi)義(yi)上(shang)實(shi)現(xian)特(te)定(ding)功(gong)能(neng)價(jia)值(zhi),並(bing)使(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)最(zui)優(you)化(hua)的(de)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)。由(you)此(ci)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)功(gong)能(neng)係(xi)統(tong),則(ze)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)係(xi)統(tong)或(huo)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)產(chan)品(pin)。
因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方麵。隻是,機電一體化技術是基於上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、pincou。zheshijidianyitihuayujixiejiadianqisuoxingchengdejixiedianqihuazaigainianshangdegenbenqubie。jixiegongchengjishuyouchunjishufazhandaojixiedianqihua,rengshuchuantongjixie,qizhuyaogongnengyiranshidaitihefangdadetili。danshifazhandaojidianyitihuahou,qizhongdeweidianzizhuangzhichukequdaimouxiejixiebujiandeyuanyougongnengwai,hainengfuyuxuduoxindegongneng,ruzidongjiance、自動處理信息、自動顯示記錄、zidongtiaojieyukongzhizidongzhenduanyubaohudeng。jijidianyitihuachanpinbujinshirendeshouyuzhitideyanshen,haishirendeganguanyutounaodeyanshen,juyouzhinenghuadetezhengshijidianyitihuayujixiedianqihuazaigongnengshangdebenzhiqubie。
2.機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60niandaiyiqianweidiyijieduan,zheyijieduanchengweichujijieduan。zaizheyishiqi,renmenzijiaobuzijiaodiliyongdianzijishudechubuchengguolaiwanshanjixiechanpindexingneng。tebieshizaidiercishijiedazhanqijian,zhanzhengcijilejixiechanpinyudianzijishudejiehe,zhexiejidianjiehedejunyongjishu,zhanhouzhuanweiminyong,duizhanhoujingjidehuifuqilejijidezuoyong。nashiyanzhihekaifacongzongtishangkanhaichuyuzifazhuangtai。youyudangshidianzijishudefazhanshangweidadaoyidingshuiping,jixiejishuyudianzijishudejiehehaibukenengguangfanheshenrufazhan,yijingkaifadechanpinyewufadaliangtuiguang。
20世紀70~80年代為第二階段,可稱為蓬勃發展階段。這一時期,計算機技術、控製技術、通信技術的發展,為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展,為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是:①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀80年代末期在世界範圍內得到比較廣泛的承認;②機電一體化技術和產品得到了極大發展;③各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。
20世紀90年代後期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。一方麵,光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳,出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方麵對機電一體化係統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體係和發展趨勢都進行了深入研究。同時,由於人工智能技術、shenjingwangluojishujiguangxianjishudenglingyuqudedejudajinbu,weijidianyitihuajishukaipilefazhandeguangkuotiandi。zhexieyanjiu,jiangcushijidianyitihuajinyibujianliwanzhengdejichuhezhujianxingchengwanzhengdekexuetixi。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方麵研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組並將該技術列為“863計劃”中。在製定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上賾諢繅惶寤際醯姆⒄苟蠔陀紗絲贍艽吹撓跋臁P磯啻笞ㄔ盒!⒀芯炕辜耙恍┐籩行推笠刀哉庖患際醯姆⒄辜壩τ米雋舜罅康墓ぷ鰨蝗〉昧艘歡ǔ曬肴氈鏡認冉蟻啾熱雜邢嗟輩罹唷?BR>
3.機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控製、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發展和進步依賴並促進相關技術的發展和進步。因此,機電一體化的主要發展方向如下:
3.1智能化
智能化是21世shi紀ji機ji電dian一yi體ti化hua技ji術shu發fa展zhan的de一yi個ge重zhong要yao發fa展zhan方fang向xiang。人ren工gong智zhi能neng在zai機ji電dian一yi體ti化hua建jian設she者zhe的de研yan究jiu日ri益yi得de到dao重zhong視shi,機ji器qi人ren與yu數shu控kong機ji床chuang的de智zhi能neng化hua就jiu是shi重zhong要yao應ying用yong。這zhe裏li所suo說shuo的de“智能化”是對機器行為的描述,是在控製理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,模擬人類智能,使它具有判斷推理、邏輯思維、zizhujuecedengnengli,yiqiudedaogenggaodekongzhimubiao。chengran,shijidianyitihuachanpinjuyouyurenwanquanxiangtongdezhineng,shibukenengde,yeshibubiyaode。danshi,gaoxingneng、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能,則是完全可能而又必要的。
3.2模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由於機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研製和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分複雜但又是非常重要的事。如研製集減速、智能調速、電機於一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識(shi)別(bie)和(he)測(ce)距(ju)等(deng)功(gong)能(neng)的(de)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan),以(yi)及(ji)各(ge)種(zhong)能(neng)完(wan)成(cheng)典(dian)型(xing)操(cao)作(zuo)的(de)機(ji)械(xie)裝(zhuang)置(zhi)。這(zhe)樣(yang),可(ke)利(li)用(yong)標(biao)準(zhun)單(dan)元(yuan)迅(xun)速(su)開(kai)發(fa)出(chu)新(xin)產(chan)品(pin),同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)擴(kuo)大(da)生(sheng)產(chan)規(gui)模(mo)。這(zhe)需(xu)要(yao)製(zhi)定(ding)各(ge)項(xiang)標(biao)準(zhun),以(yi)便(bian)各(ge)部(bu)件(jian)、danyuandepipeihejiekou。youyuliyichongtu,jinqihennanzhidingguojihuoguoneizhefangmiandebiaozhun,dankeyitongguozujianyixiedaqiyezhujianxingcheng。xianran,congdianqichanpindebiaozhunhua、xiliehuadailaidehaochukeyikending,wulunshiduishengchanbiaozhunjidianyitihuadanyuandeqiyehaishiduishengchanjidianyitihuachanpindeqiye,guimohuajianggeijidianyitihuaqiyedailaimeihaodeqiancheng。
3.3網絡化
20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人麼日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、shengchanlianchengyipian,qiyejiandejingzhengyejiangquanqiuhua。jidianyitihuaxinchanpinyidanyanzhichulai,zhiyaoqigongnengdudao,zhiliangkekao,henkuaijiuhuichangxiaoquanqiu。youyuwangluodepuji,jiyuwangluodegezhongyuanchengkongzhihejianshijishufangxingweiai,eryuanchengkongzhidezhongduanshebeibenshenjiushijidianyitihuachanpin。xianchangzongxianhejuyuwangjishushijiayongdianqiwangluohuayichengdashi,liyongjiatingwangluo(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電係統(computer integrated appliance system, CIAS),使人們在家裏分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此,機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。
3.4微型化
微型化興起於20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械係統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,並向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、xinxidengfangmianjuyoubukebinideyoushi。weijidianyitihuafazhandepingjingzaiyuweijixiejishu,weijidianyitihuachanpindejiagongcaiyongjingxijiagongjishu,jichaojingmijishu,tabaokuoguangkejishuheshikejishulianglei。
3.5綠色化
工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方麵,物質豐富,生活舒適;另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),資(zi)源(yuan)減(jian)少(shao),生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)受(shou)到(dao)嚴(yan)重(zhong)汙(wu)染(ran)。於(yu)是(shi),人(ren)們(men)呼(hu)籲(xu)保(bao)護(hu)環(huan)境(jing)資(zi)源(yuan),回(hui)歸(gui)自(zi)然(ran)。綠(lv)色(se)產(chan)品(pin)概(gai)念(nian)在(zai)這(zhe)種(zhong)呼(hu)聲(sheng)下(xia)應(ying)運(yun)而(er)生(sheng),綠(lv)色(se)化(hua)是(shi)時(shi)代(dai)的(de)趨(qu)勢(shi)。綠(lv)色(se)產(chan)品(pin)在(zai)其(qi)設(she)計(ji)、製造、使(shi)用(yong)和(he)銷(xiao)毀(hui)的(de)生(sheng)命(ming)過(guo)程(cheng)中(zhong),符(fu)合(he)特(te)定(ding)的(de)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)和(he)人(ren)類(lei)健(jian)康(kang)的(de)要(yao)求(qiu),對(dui)生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)無(wu)害(hai)或(huo)危(wei)害(hai)極(ji)少(shao),資(zi)源(yuan)利(li)用(yong)率(lv)極(ji)高(gao)。設(she)計(ji)綠(lv)色(se)的(de)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)產(chan)品(pin),具(ju)有(you)遠(yuan)大(da)的(de)發(fa)展(zhan)前(qian)途(tu)。機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)產(chan)品(pin)的(de)綠(lv)色(se)化(hua)主(zhu)要(yao)是(shi)指(zhi),使(shi)用(yong)時(shi)不(bu)汙(wu)染(ran)生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing),報(bao)廢(fei)後(hou)能(neng)回(hui)收(shou)利(li)用(yong)。
3.6係統化
係xi統tong化hua的de表biao現xian特te征zheng之zhi一yi就jiu是shi係xi統tong體ti係xi結jie構gou進jin一yi步bu采cai用yong開kai放fang式shi和he模mo式shi化hua的de總zong線xian結jie構gou。係xi統tong可ke以yi靈ling活huo組zu態tai,進jin行xing任ren意yi剪jian裁cai和he組zu合he,同tong時shi尋xun求qiu實shi現xian多duo子zi係xi統tong協xie調tiao控kong製zhi和he綜zong合he管guan理li。表biao現xian之zhi二er是shi通tong信xin功gong能neng的de大da大da加jia強qiang,一yi般ban除chuRS232外,還有RS485、DCS人ren格ge化hua。未wei來lai的de機ji電dian一yi體ti化hua更geng加jia注zhu重zhong產chan品pin與yu人ren的de關guan係xi,機ji電dian一yi體ti化hua的de人ren格ge化hua有you兩liang層ceng含han義yi。一yi層ceng是shi,機ji電dian一yi體ti化hua產chan品pin的de最zui終zhong使shi用yong對dui象xiang是shi人ren,如ru何he賦fu予yu機ji電dian一yi體ti化hua產chan品pin人ren的de智zhi能neng、情感、renxingxiandeyuelaiyuezhongyao,tebieshiduijiayongjiqiren,qigaocengjingjiejiushirenjiyitihua。lingyicengshimofangshengwujili,yanzhigezhongjidianyitihuachanpin。shishishang,xuduojidianyitihuachanpindoushishoudongwudeqifayanzhichulaide。
4.結語
zongshangsuoshu,jidianyitihuadechuxianbushigulide,tashixuduokexuejishufazhandejiejing,shishehuishengchanlifazhandaoyidingjieduandebiranyaoqiu。dangran,yujidianyitihuaxiangguandejishuhaiyouhenduo,bingqiesuizhekexuejishudefazhan,gezhongjishuxianghuronghedequshijiangyuelaiyuemingxian,jidianyitihuajishudeguangkuofazhanqianjingyejiangyuelaiyueguangming。