機電一體化技術(shù)的應(yīng)用
內(nèi)容摘要 隨著科學(xué)技術(shù)日益走向整體化、交叉化和數(shù)字化以及微電子技術(shù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展,機電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。本文對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用進行闡述,并對其發(fā)展進行探究。隨著科技的發(fā)展和市場需求的多樣化,國內(nèi)外工程機械廠家日益關(guān)注產(chǎn)品的多功能開發(fā)。機械制造業(yè)在經(jīng)歷了內(nèi)燃機的動力革命和液壓、氣壓傳動的傳動革命之后,現(xiàn)正致力于應(yīng)用電控技術(shù)來完成產(chǎn)品的操縱和控制革命,以滿足用戶對產(chǎn)品環(huán)保、節(jié)能、操作舒適性及智能化監(jiān)控維護的要求。
機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,其內(nèi)容將不斷更新。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā),綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)等群體技術(shù),合理配置各功能單元,在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值,并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù),它使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。
一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結(jié)合而成。機械本體(結(jié)構(gòu)組成要素)是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu),一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅(qū)動部分(動力組成要素)依據(jù)系統(tǒng)控制要求,為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。測試傳感部分(感知組成要素)對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測,并變成可識別的信號,傳輸給信息處理單元,經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。控制及信息處理部分(職能組成要素)將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后,按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令,控制整個系統(tǒng)有目的的運行。執(zhí)行機構(gòu)(運動組成要素)<BR> 根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令,完成規(guī)定的動作和功能。
機電一體化技術(shù)的應(yīng)用在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應(yīng)用。傳統(tǒng)機械制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟的基礎(chǔ)上,靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來獲得競爭優(yōu)勢的,它強調(diào)資源的有效利用,以低成本獲得高質(zhì)量和高效率,其生產(chǎn)盈利是靠機器取代人力,靠復(fù)雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo),采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術(shù)和先進組織管理形式的全新的機械制造業(yè),其特征是全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造,F(xiàn)代制造業(yè)集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,充分利用電子計算機技術(shù),使制造技術(shù)提高到新的高度。近年來,制造工程領(lǐng)域的新技術(shù)相繼誕生,如計算機數(shù)字控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、柔性制造技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。
在飲料行業(yè)中的應(yīng)用。機電一體化技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最快、應(yīng)用前景最為廣泛的技術(shù)之一。機電一體化技術(shù)在食品、飲料包裝機械的開發(fā)、設(shè)計和制造過程中的應(yīng)用。
不僅使單機的自動化程度大大提高,而且使整條包裝生產(chǎn)線的自動化控制水平、生產(chǎn)能力得到很大提高,使其競爭能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的機械控制的同類設(shè)備?梢源蟠蟾纳剖称凤嬃习b生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量,提高其國內(nèi)、國際競爭能力。
在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用。①計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。鋼鐵企業(yè)的CIMS 是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體,用以實現(xiàn)從原料進廠,生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。
②現(xiàn)場總線技術(shù)(FBT),F(xiàn)場總線技術(shù)是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。
、劢涣鱾鲃蛹夹g(shù)。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性,電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動,數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn),交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎,應(yīng)用不斷擴大。
、荛_放式控制系統(tǒng)。“開放”意味著對一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識和支持,按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的系統(tǒng),可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換,且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計算機互聯(lián),實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成,通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián),實現(xiàn)測量與控制一體化。
、莘植际娇刂葡到y(tǒng)(DCS)。分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。
利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比,其功能更強,具有更高的安全性,是當(dāng)前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。
機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢智能化。智能化即要求機電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC 數(shù)控機床上增加人機對話功能,設(shè)置智能I/O 接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫,會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等人工智能技術(shù)的進步與發(fā)展,為機電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。
數(shù)字化。微控制器和接口技術(shù)的發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ),如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人;而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起,為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路,如虛擬設(shè)計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程控制操作、診斷和修復(fù)。
模塊化。是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元;具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣,在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時,可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。從而避免利益的沖突,并能使之標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給社會各個領(lǐng)域帶來了巨大變革。由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品,現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能,利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng),使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處,因此,機電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
自源化。自源化是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源,如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能,因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品,自帶動力源具有獨特的好處。
人性化。人性化是各類產(chǎn)品的必然發(fā)展方向。機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外,還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào),使用這些產(chǎn)品,對人來說更自然,更接近生活習(xí)慣。
微型化。微型化是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)是指可批量制作的,集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路,直至接口、通信和電源等于一體的微型器件和系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫(yī)療、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
綠色化。工業(yè)發(fā)達給人們的生活帶來巨大變化,在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果,所以綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求,機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境,產(chǎn)品壽命結(jié)束時,產(chǎn)品可分解和再生利用。
隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展,各種產(chǎn)品與裝置實現(xiàn)了機電一體化,有利實現(xiàn)整體優(yōu)化,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,縮短開發(fā)新產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,加速科技成果向商品轉(zhuǎn)化,有利推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻變革,同時,隨著新產(chǎn)品的研發(fā)及高精密等設(shè)備的發(fā)展,要求新一代機電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展,從而為國家?guī)砀蟮慕?jīng)濟效益與社會效益。
作者簡介尹小香,女,單位:水電八局教培中心。
參考文獻
[1]袁中凡,機電一體化技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社.2006。
[2]殷際英,光機電一體化實用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2003。
[3]芮延年,機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:
機械工業(yè)出版社.2004。
【機電一體化技術(shù)的應(yīng)用】相關(guān)文章:
機電一體化技術(shù)在煤礦機械的應(yīng)用03-28
淺析機電一體化技術(shù)在煤礦的應(yīng)用03-28
煤礦機電一體化技術(shù)應(yīng)用及管理11-15
機電技術(shù)一體化的應(yīng)用論文(精選13篇)03-18
機電一體化技術(shù)在智能制造的應(yīng)用論文05-03