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xiandaikexuejishudebuduanfazhan,jidadituidonglebutongxuekedejiaochayushentou,daozhilegongchenglingyudejishugemingyugaizao。zaijixiegongchenglingyu,youyuweidianzijishuhejisuanjijishudexunsufazhanjiqixiangjixiegongyedeshentousuoxingchengdejidianyitihua,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、dinenghaodeyiyishangshixiantedinggongnengjiazhi,bingshizhenggexitongzuiyouhuadexitonggongchengjishu。youcierchanshengdegongnengxitong,zechengweiyigejidianyitihuaxitonghuojidianyitihuachanpin。
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60年nian代dai以yi前qian為wei第di一yi階jie段duan,這zhe一yi階jie段duan稱cheng為wei初chu級ji階jie段duan。在zai這zhe一yi時shi期qi,人ren們men自zi覺jiao不bu自zi覺jiao地di利li用yong電dian子zi技ji術shu的de初chu步bu成cheng果guo來lai完wan善shan機ji械xie產chan品pin的de性xing能neng。特te別bie是shi在zai第di二er次ci世shi界jie大da戰zhan期qi間jian,戰zhan爭zheng刺ci激ji了le機ji械xie產chan品pin與yu電dian子zi技ji術shu的de結jie合he,這zhe些xie機ji電dian結jie合he的de軍jun用yong技ji術shu,戰zhan後hou轉zhuan為wei民min用yong,對dui戰zhan後hou經jing濟ji的de恢hui複fu起qi了le積ji極ji的de作zuo用yong。那na時shi研yan製zhi和he開kai發fa從cong總zong體ti上shang看kan還hai處chu於yu自zi發fa狀zhuang態tai。由you於yu當dang時shi電dian子zi技ji術shu的de發fa展zhan尚shang未wei達da到dao一yi定ding水shui平ping,機ji械xie技ji術shu與yu電dian子zi技ji術shu的de結jie合he還hai不bu可ke能neng廣guang泛fan和he深shen入ru發fa展zhan,已yi經jing開kai發fa的de產chan品pin也ye無wu法fa大da量liang推tui廣guang。
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、神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)技(ji)術(shu)及(ji)光(guang)纖(xian)技(ji)術(shu)等(deng)領(ling)域(yu)取(qu)得(de)的(de)巨(ju)大(da)進(jin)步(bu),為(wei)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)技(ji)術(shu)開(kai)辟(pi)了(le)發(fa)展(zhan)的(de)廣(guang)闊(kuo)天(tian)地(di)。這(zhe)些(xie)研(yan)究(jiu),將(jiang)促(cu)使(shi)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)進(jin)一(yi)步(bu)建(jian)立(li)完(wan)整(zheng)的(de)基(ji)礎(chu)和(he)逐(zhu)漸(jian)形(xing)成(cheng)完(wan)整(zheng)的(de)科(ke)學(xue)體(ti)係(xi)。
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21shijijidianyitihuajishufazhandeyigezhongyaofazhanfangxiang。rengongzhinengzaijidianyitihuajianshezhedeyanjiuriyidedaozhongshi,jiqirenyushukongjichuangdezhinenghuajiushizhongyaoyingyong。zhelisuoshuode“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、單dan元yuan的de匹pi配pei和he接jie口kou。由you於yu利li益yi衝chong突tu,近jin期qi很hen難nan製zhi定ding國guo際ji或huo國guo內nei這zhe方fang麵mian的de標biao準zhun,但dan可ke以yi通tong過guo組zu建jian一yi些xie大da企qi業ye逐zhu漸jian形xing成cheng。顯xian然ran,從cong電dian氣qi產chan品pin的de標biao準zhun化hua、係xi列lie化hua帶dai來lai的de好hao處chu可ke以yi肯ken定ding,無wu論lun是shi對dui生sheng產chan標biao準zhun機ji電dian一yi體ti化hua單dan元yuan的de企qi業ye還hai是shi對dui生sheng產chan機ji電dian一yi體ti化hua產chan品pin的de企qi業ye,規gui模mo化hua將jiang給gei機ji電dian一yi體ti化hua企qi業ye帶dai來lai美mei好hao的de前qian程cheng。
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、信(xin)息(xi)等(deng)方(fang)麵(mian)具(ju)有(you)不(bu)可(ke)比(bi)擬(ni)的(de)優(you)勢(shi)。微(wei)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)發(fa)展(zhan)的(de)瓶(ping)頸(jing)在(zai)於(yu)微(wei)機(ji)械(xie)技(ji)術(shu),微(wei)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)產(chan)品(pin)的(de)加(jia)工(gong)采(cai)用(yong)精(jing)細(xi)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu),即(ji)超(chao)精(jing)密(mi)技(ji)術(shu),它(ta)包(bao)括(kuo)光(guang)刻(ke)技(ji)術(shu)和(he)蝕(shi)刻(ke)技(ji)術(shu)兩(liang)類(lei)。
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;lingyifangmian,ziyuanjianshao,shengtaihuanjingshoudaoyanzhongwuran。yushi,renmenhuxubaohuhuanjingziyuan,huiguiziran。lvsechanpingainianzaizhezhonghushengxiayingyunersheng,lvsehuashishidaidequshi。lvsechanpinzaiqisheji、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、人ren性xing顯xian得de越yue來lai越yue重zhong要yao,特te別bie是shi對dui家jia用yong機ji器qi人ren,其qi高gao層ceng境jing界jie就jiu是shi人ren機ji一yi體ti化hua。另ling一yi層ceng是shi模mo仿fang生sheng物wu機ji理li,研yan製zhi各ge種zhong機ji電dian一yi體ti花hua產chan品pin。事shi實shi上shang,許xu多duo機ji電dian一yi體ti化hua產chan品pin都dou是shi受shou動dong物wu的de啟qi發fa研yan製zhi出chu來lai的de。
4.結語
綜zong上shang所suo述shu,機ji電dian一yi體ti化hua的de出chu現xian不bu是shi孤gu立li的de,它ta是shi許xu多duo科ke學xue技ji術shu發fa展zhan的de結jie晶jing,是shi社she會hui生sheng產chan力li發fa展zhan到dao一yi定ding階jie段duan的de必bi然ran要yao求qiu。當dang然ran,與yu機ji電dian一yi體ti化hua相xiang關guan的de技ji術shu還hai有you很hen多duo,並bing且qie隨sui著zhe科ke學xue技ji術shu的de發fa展zhan,各ge種zhong技ji術shu相xiang互hu融rong合he的de趨qu勢shi將jiang越yue來lai越yue明ming顯xian,機ji電dian一yi體ti化hua技ji術shu的de廣guang闊kuo發fa展zhan前qian景jing也ye將jiang越yue來lai越yue光guang明ming。