机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本
概要和发展背景。综述了国内外机电一体化技术的现状分析了机电一体化技术的发 展趋势。作为机电系的一名学生将来工作学习都会以机电为主所以必须掌握好各 种机电的专业知识。我会本着认真的态度对待专业课的学习提高自己的专业素养.接下来我将介绍一下我对电动机的认识。
关键词
机电一体化 技术 应用
机电一体化是指在机构得主功能、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。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科随着科学技术的不但发展还
将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为机电一体化是从系统的观点出发综合运用机 械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技 术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术根据系统功能目标和优化组织 目标合理配置与布局各功能单元在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特 定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统则成为一个机 电一体化系统或机电一体化产品。
因此“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是机电一体化技术是基
于上述群体技术有机融合的一种综合技术而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的 简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。 机械工程技术有纯技术发展到机械电气化仍属传统机械其主要功能依然是代替和放大的 体力。但是发展到机电一体化后其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外 还能赋予许多新的功能如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动 诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸还是人的感官与头脑的眼神
具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别 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
1.数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础如不断发展的数控机床和机器人而 计算机网络的迅速崛起为数字化设计与制造铺平了道路如虚拟设计、计算机集成制造等。 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。
2.智能化
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。这里所说的“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。诚然使机电一体化产品具有与人 完全相同的智能是不可能的也是不必要的。 3.模块化
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是一项十分 复杂但又是非常重要的事。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同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准以便各 部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突近期很难制定国际或国内这方面的标准但可以 通过组建一些大企业逐渐形成。显然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。
4.网络化
20世纪 90年代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、政治、军事、教育义举人么日常生活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 网技术是家用电器网络化已成大势利用家庭网络(home net)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(computer integrated appliance system, CIAS)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无疑朝着网络化方向发展。
5.人性化
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的最高境界就是人机
一体化。
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 Electronic 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。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针1988年美国加州大学 Berkeley分校研制出第一个微电机以来国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面 取得了很大进展开发出各种MEMS器件和系统如各种微型传感器压力传感器、微加速
度计、微触觉传感器各种微构件微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微 泵、微弹簧以及微机器人等。
7.集成化
集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合又 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。首先可将系统分解为若干层次使系 统功能分散并使各部分协调而又安全地运转然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系 起来使其性能最优、功能最强。 8.带源化
是指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。
9.绿色化
科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化在物质丰富的同时也带来资源减少、生 态环境恶化的后果。所以人们呼唤保护环境回归自然实现可持续发展绿色产品概念 在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用 的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求机电一体化产品的 绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境产品寿命结束时产品可分解和再生利用。
机电一体化产品的发展趋势
1.机电一体化技术的发展趋势
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综 合化、个性化信息技术革命不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展而 且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测机电一体化技术将向以下几个方向发展
1光机电一体化方向
一般机电一体化系统是由传感系统、能源下转第80页上接第81页动力系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术利用光学技术的先天特点就能有效 地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。
2柔性化方向
未来机电一体化产品控制和执行系统有足够的“冗余度”有较强的“柔性”能较好地 应付突发事件被设计成“自律分配系统”。在这系统中各子系统是相互独立工作的子系
统为总系统服务同时具有本身的“自律性”可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是
子系统可产生本身的信息并附加所给信息在总的前提下具有“行动”是可以改变的。这样
既明显地增加了系统的能力柔性又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
3智能化方向
今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显智能化水平越来越高。这主 要得益于模糊技术与信息技术尤其是软件及芯片技术的发展。
机电一体化技术在钢铁企业中应用
在钢铁企业中机电一体化系统是以微处理机为核心把微机、工控机、数据通讯、显 示装置、仪表等技术有机的结合起来采用组装合并方式为实现工程大系统的综合一体化 创造有力条件增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用 于以下几个方面
1.智能化控制技术(IC)
由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点传统的控制技术遇到了难以克服的 困难因此非常有必要采用智能控制技术。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钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊 断等各个方面如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢 综合调度系统、冷连轧等 。
2.分布式控制系统(DCS)
分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控
制单元。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。随着测控技术的发展分布式控制系统的功能越来越多。 不仅可以实现生产过程控制而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统 计管理功能成为一种测、控、管一体化的综合系统。CS具有特点控制功能多样化、操 作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。CS是监视集中控制分散故障影 响面小而且系统具有连锁保护功能采用了系统故障人工手动控制操作措施使系统可靠 性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比其功能更强具有更高的安全性是当前大 型机电一体化系统的主要潮流。 3.计算机集成制造系统(CIMS)
钢铁企业的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 料进厂生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本 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钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产 质优价廉及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存加速资金周转 实现生产、经营、管理整体优化关键就是加强管理获取必须的经济效益提高了企业的 竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。
结束语
综上所述, 经过20多年的发展机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一并影响到几乎全部的工业行业。我国从80年代初对机电一体化技术和产品开始予以重视先后在国家科技攻关计划、863高科技计划和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以研究并取得了一系列重大科技成果。1990年国家将用电子技术改造传统产业列为“八五”及本世纪后十年发展全民经济的重要战略技术措施机电一体化技术的推广应用已取得相当进展。
三年时光匆匆太匆匆。一切恍如昨日历历在目转眼间各走天涯。回首3年的点 点滴滴生活感慨万分万千思绪在心头。说不出道不尽心中多少欢乐与忧愁。我的指 导老师胡志满老师在大学三年里给了我莫大的帮助无论 是在学习上还是在生活里的过程中都教会了我许多许多。他不仅教授我专业知识更教会了我很多为人处世的道理在他的悉心指导下我也慢慢地理解了更多的专业知识。在我论文的整个写作过程中他从论文的选题、提纲的撰写、格式的要求、内容的修改甚至标点符号各个方面都给了详细的意见和修改使我能够按时按照学院要求顺利地完成整篇论文。我很庆幸在大学里遇上这样一位好老师感谢老师
