机电一体化技术的应用与发展前景

机电一体化技术的应用与发展前景机电一体化技术的应用与发展前景机电一体化技术的应用与发展前景xxx公司机电一体化技术的应用与发展前景文件编号：文件日期：修订次数：第1.0次更改批准审核制定方案设计，管理制度摘要机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。关键词:机电一体化核心技术应用领域发展趋势ABSTRACTMechatronicsisacomplextechnology,mechanicaltechnologyandmicroelectronictechnology,aproductofmutualpenetrationofinformationtechnology,mechanicalandelectricalindustrialdevelopmenttrend.Articleoutlinesthebasicstructureofmechatronicscomponentsandmainapplicationareas,andpointouttrends.Keyword:MechatronicsCoretechnologyApplicationsDevelopment目录引言……………………1一、机电一体化的发展状况和阶段…………………2二、机电一体化的核心技术…………21.机械制造技术…………………32.软件技术………………………43、信息处理技术…………………4三、机电一体化技术的主要应用领域………………41.数控机床……………………42.计算机集成制造系统（CIMS）………………43.柔性制造系统（FMS）…………54.工业机器人…………………5四、机电一体化技术的发展前景……………………51.光机电一体化…………………52.智能化…………53.系统化…………64.微型化…………65.模块化…………66.网络化…………67.带源化…………68.自律分配系统化——柔性化…………………79.生物一软件化—仿生物系统化………………710.绿色化………………………7结论……………………8参考文献………………9致谢…………………10引言机电一体化（Mechatronics）一词最早（20世纪70年代初）起源于日本。它取英语Mechanics（机械学）的前半部和Electronics（电子学）的后半部拼合而成，字面上表示机械学与电子学两个学科的综合，我国通常称为机电一体化或机械电子学。但是，“机电一体化”并非是机械技术与电子技术的简单叠加，而是有着自身体系的新型学科。现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化、柔性化、智能化、仿生物系统化方向发展，应用范围愈来愈广。机电一体化技术的应用与发展前景一、机电一体化的发展状况和阶段历史上的历次技术革命和当今全球化背景下的新技术成果，都是通过制造技术将其物质化从而进入实用状态的，并在生产中推广应用，进一步转化为巨大的生产力。机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。机电一体化能够使前沿科技成果转变为现实生产力更为迅速有效。1、20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。受制于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。2、20世纪70,80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，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。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：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予很大的关注和支持。3、20世纪90年代后期，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。不同学科的交叉与渗透成为这一阶段的主要标志。二、机电一体化的核心技术机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件一般可以理解为机械制造技术，它是机电一体化的基础，只有机械制造技术达到一定的高度，才能与其学科技术有机的结合，才能实现复合的最佳系统。机械制造持术是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。软件技术则主要指信息处理技术和

1、机械制造技术机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。在信息技术得到广泛运用并迅速发展的社会背景下，机械制造业也将是由信息主导的，并采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理方式，打造全新机械制造业。21世纪的机械制造技术已经不是传统意义上的制造技术，它是制造技术的最新发展阶段，它由传统的制造技术发展而来，既保持了过去制造技术中的有效要素，又不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。它与现代高新技术结合而产生了一个完整的技术链，是一个全新的技术领域，被称为现代机械制造技术，也被称之为先进制造技术。在经济全球化和能源危机背景下的今天，机械制造技术将朝着全球化,网络化，虚拟化，自动化和绿色化的方向发展。（1）机械本体技术机械本体必须从改善性能、增加新型材料的应用和提高精度等几方面考虑。传统机械产品一般都是以钢铁等金属为主，但随着材料科学的不断发展及新型材料的广泛应用，现代机械本体正装备越来越多的新型材料。伴随着信息科学的发展及不断深入机械技术领域，现代机械本体精度控制也达到了前所未有的高度。（2）传感技术传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。（3）接口技术机电一体化系统各部分连接须具备一定条件，这个联系条件通常称为接口。一般将接口分为人机与机电接口两大类。接口的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技术是机电一体化系统的关键环节。（4）驱动技术电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。带源驱动化也将成为机电一体化的重要里程碑。（5）新材料技术新材料技术作为新世纪的高科技，正越来越泛的在机电一体领域里发挥着革命性的作用。2、软件技术软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。3、信息处理技术机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。三、机电一体化技术的主要应用领域1、数控机床数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：①总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。②开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。③WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。④大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。⑤能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。⑥系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。⑦以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。2、计算机集成制造系统（CIMS）CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。3、柔性制造系统（FMS）柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。4、工业机器人工业机器人可以看作机电一体化的一个缩影，工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。随着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，工业机器人已在众多领域得到了应用。四、机电一体化技术的发展前景

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展。1、光机电一体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋势.2、智能化主要体现在：智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。3、系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强，一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。4、微型化目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时,就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”,机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向5、模块化模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，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、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。6、网络化网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。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。7、带源化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。8、自律分配系统化——柔性化未来的机电一体化产品,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。在自律分配系统中，各个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，可根据不同的环境条件作出不同反应。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，具体行动是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。9、生物一软件化—仿生物系统化今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于静态时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便死亡，而当控制系统(大脑)工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的生命还有待于深入研究。这一研究领域称为生物——软件或生物系统，而生物的特点是硬件(肌体)——软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。10、绿色化工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害