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關鍵詞:機電一體化技術;應用;若干問題
1.機電一體化技術的概念
機電一體化技術是指在機械工業領域內引進先進的微電子技術、計算機技術、機械技術、自動控制技術、傳感測控技術、信息技術、電力電子技術、信息變換技術、軟件編程技術以及接口技術等許多群體技術,根據機電一體化系統功能目標,優化組織目標,系統、合理地配置個功能單元,使得每一個小單元實現自己的特定功能價值的技術。當今社會隨著科學技術的快速發展,機電一體化技術也隨之發展,已經成了有著自身體系的一門新興學科。機電一體化技術根據執行部分、動力部分和傳感部分的不同功能完成系統的數字信息化過程,使得機構的主功能、控制功能、動力功能和信息處理功能得到極大的提升,實現機械工業企業的高質量、多功能、低耗能、高可靠性的目標,提升整個系統的工作效率,為企業創造更大的社會效益和經濟效益。
2.機電一體化的發展現狀
由于我國機電一體化技術的步伐比西方國家較晚,在幾十年的努力工作,我國在機電一體化技術領域取得了一定的成果,但是與先進的發達國家相比仍有很大的差距。通過我國研究人員對國外先進技術的吸收和消化,研究人員已經自己研制出了許多具有機電一體化技術的機械系統,促進了我國機電一體化技術的發展。下面對機電一體化全球性的發展情況綜述三點內容:
2.1.機電一體化發展的初級階段。20世紀60年代以前為機電一體化技術發展的第一階段,這一階段作為機電一體化技術發展的初級階段,人們還不知道機電一體化技術的概念,他們只會利用電子技術的初步成果來完善機械工業產品的功能和性能,為當今的機電一體化技術的發展打好了相當扎實的基礎。機電一體化技術的初級階段的發展受到了第二次世界大戰的刺激,電子技術與機械產品的結合受到了戰爭的刺激,這是機電一體化技術在軍用武器領域內的應用,戰爭結束后軍用技術開始為人們利用了,使得戰后混亂的經濟發展狀況快速恢復,對戰后西方國家的迅速發展產生了積極的作用。
2.2.機電一體化技術的蓬勃發展階段。20世紀70-80年代為機電一體化技術發展的第二階段,可稱為蓬勃發展階段,這一階段的機電一體化技術已經有了通信技術、計算機技術、控制技術等眾多技術的基礎,為以后的機電一體化技術的發展做了較好的鋪墊。當時集成電路和微型計算機的大規模、超大規模的迅猛發展,為機電一體化以后的發展提供了充分的物質基礎。
2.3.機電一體化技術進入深入發展階段。20世紀90年代后期是機電一體化發展的第三階段,這一時期機電一體化技術已經開始邁進了向智能化方向的發展,是機電一體化技術進入深入發展的重要時期。這一階段機電一體化發生了很多變化,其一,機電一體化技術領域引進了光學通信技術和微細加工技術等先進的科學技術,出現了機電一體化的很多新分支,比如說光學通信技術的引進出現了光機電一體化的新分支,微細加工技術的引進出現了微細加工機電一體化的新分支。其二,研究人員對機電一體化的發展趨勢和學科體系進行了深入研究,改善并優化了機電一體化系統的設計建模,分析和集成方法,使得機電一體化的發展引進了全新的階段。其三,在神經網絡技術、光纖技術以及人工智能技術領域取得的巨大利益促使機電一體化技術建立完整的基礎,為它開辟了發展的廣闊天地。
3.機電一體化的發展趨勢
3.1.智能化。21世紀是眾所周知的信息化時代,在信息化時代機電一體化技術向智能化發展,這是機電一體化技術最重要的發展方向之一。機電一體化研究者對人工智能越來越重視,將人工智能技術廣泛應用在機器人與數控機床的智能化,極大的提升了當代科學技術的工作效率。智能化是指在控制理論的基礎上,對機器行為的描述,吸收運籌學、人工智能、模糊數學、計算機科學、混沌動力學、心理學和生理學等新方法、新思想,模擬人類職能,使機械系統具有邏輯思維、判斷推理和自主決策等能力,實現機器人與數控機床的更高控制目標。
3.2.數字化。機電一體化產品數字化的基礎是微控制器的發展,它的設計與制造依賴于計算機網絡的迅速崛起,比如機器人、數控機床和計算機集成制造等。由于機電一體化技術的數字化發展能夠實現機器的遠程操作、診斷和修復,因此,對產品的軟件的可靠性、可維護性、操作性等具有較高的要求。
3.3.網絡化。當今社會網絡普遍使用,作為機電一體化產品的網絡的各種遠程控制和監控技術在迅速發展,這說明機電一體化已經向網絡化方向發展。家用電器的網絡已成大勢,以計算機為中心的計算機集成家電系統,是機電一體化在家用電器身上的體現,所以說它已經邁進網絡化方向的發展道路。
3.4.集成化。機電一體化本身就融合眾多的相關技術,在相關技術的滲透和相互交叉結果下,實現各種結構的優化與復合,使生產過程的效率更高,環境更安全。集成化首先將機械系統分成若干層次,各部分協調、安全地運轉,使得系統功能分散,然后再通過硬、軟件將各個層次有機的聯系起來,優化并強化其性能和功能。
結語:綜上所述,機電一體化技術是集微電子技術、計算機技術、機械技術、自動控制技術、傳感測控技術、信息技術、電力電子技術等眾多先進技術的各種特點,依賴于眾多相關技術的發展和進步。從機電一體化技術的現狀可以看出,機電一體化正處于向智能化、數字化、網絡化、集成化和微型化等方向發展的情況,說明著機電一體化具有更好的發展前景。
參考文獻:
[1]艾述亮.對機電一體化技術若干問題的思考[J]. 赤峰學院學報(自然科學版). 2010(11)
[2]張翠梅.機電一體化技術現狀和發展趨勢[J]. 黑龍江科技信息. 2010(04)
關鍵詞:機電一體化 技術 現狀 發展趨
現代科學技術的不斷發展,極大地推動了不同學科的交叉與滲透,工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。
1機電一體化概述
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制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系統的總稱。
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三個階段:(1)20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時,研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。(2)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、控制技術、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出現,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:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認;機電一體化技術和產品得到了極大發展;各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。(3)20世紀90年代后期,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。一方面,光學、通信技術等進入機電一體化,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。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組,并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,取得了一定成果。但與日本等先進國家相比,仍有相當差距。
3 機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面:
3.1 智能化
方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,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,使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。誠然,使機電一體化產品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能,則是完全可能而且必要的。
3.2 模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品,同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的,還需要制定各項標準,以便于各部件、單元的匹配。
3.3 網絡化
由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡(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系統(computer integrated appliance system,CIAS),能使人們呆在家里就可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將朝著網絡化方向發展。
3.4 環保化
工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面,物質豐富,生活舒適;另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品,具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指,使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。
綜上所述,機電一體化的出現不是孤立的,它是許多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然,與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。
參考文獻
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制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系統的總稱。
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不斷發展,還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術,根據系統功能目標要求,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值,并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統,則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化,仍屬傳統機械,其主要功能依然是代替和放大的體系。但是,發展到機電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外,還被賦予許多新的功能,如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說,機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸,還是人的感官與頭腦的延伸,智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
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三個階段:(1)20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時,研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。(2)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、控制技術、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出現,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:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認;機電一體化技術和產品得到了極大發展;各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。(3)20世紀90年代后期,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。一方面,光學、通信技術等進入機電一體化,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;另一方面,對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,使機電一體化進一步建立了堅實的基礎,并且逐漸形成完整的學科體系。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組,并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,取得了一定成果。但與日本等先進國家相比,仍有相當差距。
3機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面:
3.1智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,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,使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。誠然,使機電一體化產品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能,則是完全可能而且必要的。
3.2模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品,同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的,還需要制定各項標準,以便于各部件、單元的匹配。由于利益沖突,近期很難制定出國際或國內這方面的標準,但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然,從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產標準機電一體化單元的企業,還是對生產機電一體化產品的企業,模塊化將給機電一體化企業帶來美好的前程。
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、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片,企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到、質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡(homenet)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系統(computerintegratedappliancesystem,CIAS),能使人們呆在家里就可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將朝著網絡化方向發展。
3.4微型化
微型化興起于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系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,并向微米、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、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術,即超精密技術,它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3.5環保化
工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面,物質豐富,生活舒適;另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品,具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指,使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。
3.6系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外,還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,機電一體化的人格化有兩層含義:一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等,顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化;另一層是模仿生物機理,研制出各種機電一體化產品。事實上,許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。
綜上所述,機電一體化的出現不是孤立的,它是許多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然,與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。
參考文獻:
[1]李建勇.機電一體化技術[M].北京:科學出版社,2004.
[2]李運華.機電控制[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.
關鍵詞:機電一體化;技術;現狀;制造技術;發展趨勢
中圖分類號:TH-39 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2009)04-0286-01
1 機電一體化概要
“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是機電一體化技術是基于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、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化,仍屬傳統機械,其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外。還能賦予許多新的功能,如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸,還是人的感官與頭腦的眼神,具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
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年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合。這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。
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、控制技術、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年代末期在世界范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年代后期,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。一方面,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;另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,不取得了一定成果難;但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
3 機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發展和進步依賴并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世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,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、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。誠然,使機電一體化產品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、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。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制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復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣,可利用標準單元迅速開發出新產品,同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準,以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突,近期很難制定國際或國內這方面的標準,但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然,從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業,規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。
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、教育義舉人民日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片,企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到,質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡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系統,使人們在家里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
微型化興起于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系統,泛指幾何尺寸不超過1cms的機電一體化產品,并向微米、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、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術,微機電一體化產品的加工采用精細加工技術,即超精密技術,它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3.5 綠色化
工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面,物質豐富-生活舒適;另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品,具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指,使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。
3.6 系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理;表現之二是通信功能的大大加強,一般除RS232外,還有RS486、Dcs人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,機電一體化的人格化有兩層含義。一層是,機電一體化產品的最終使用對象是人。如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化;另一層是模仿生物機理,研制各種機電一體花產品。事實上,許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。
【關鍵詞】機電一體化 設備 保養 維修
機電一體化設備包含有多個方面的內容,它是企業生良好運行的關鍵。隨著機電一體化技術的不斷創新和發展,它逐漸成為了一個獨立的管理范疇,所涵蓋的范圍也越來越廣。加強重工企業機電一體化設備的日常管理,做好保養和維修工作具有重要的現實意義。
1機電一體化設備的綜述
所謂的機電一體化就是指把電子技術和機械技術兩者充分融合,并在兩者結合的基礎上,發揮出設備的最佳性能,它是一種先進技術的總稱。從它的產生和發展來看,它最早誕生在美國,后來經過日本的廣泛應用和宣傳,概念體系有了進一步的完整和健全,“機電一體化”逐漸形成了一個通用的名稱。它的形成和發展在現代社會發展中具有重要作用,在當前社會的各行各領域都有不同程度的體現,其未來的發展空間相當大[1]。機電一體化設備在現代重工企業中發揮的作用愈加明顯,對于其的日常保養和維修工作就不能忽視。首先需要對它的工作運行原理進行理清,從當前最為主流的說法來看,它從廣義的角度來講,機電一體化系統是利用計算機設備來作為運作的中心,在計算機的利用下把從傳感檢測系統所接收到的信息經過檢測和處理之后,再向外界進行信息的反饋,也可以是對各種機械設備進行控制并執行相應的操作命令,進而使機械設備完成一些列相關操作,那么在這一過程中,它的子系統的各個驅動元件和執行元件就會潛在的工作運行,然后在和其他設備的協作作用下形成一個廣義的執行機構。
2機電一體化設備的保養與維修
對于重工企業生產來說,機電一體化設備發揮著不可忽視的作用,它是企業順利生產、高效生產的重要保障,同時也是企業實現經濟效益的關鍵所在,可以說兩者在生產流程方面具有密切的相關性。上海振華重工長興分公司特別重視這一點,采購時對所需的設備性能和質量有嚴格的檢測和把握;并且在設備采購之后,也投入了大量的人力、物力以及財力來保證保養和維修工作的順利開展。
2.1保養方面
機電一體化設備作為生產順利進行的重要保障,就必須在日常管理中加大這方面的關注,定期的進行保養和檢修。對于設備運行中可能存在的安全隱患可以及時的發現和解決,特別是重點環節的問題解決。因此,對于設備管理來說,就要根據生產節奏以及設備使用的間歇期,合理安排時間對設備進行保養、檢修,并不斷加深檢修的深度,排除潛在的安全隱患,變故障搶修為預防檢修。首先,設備操作人員做好設備的一級保養。重視設備現場管理人員和操作人員的職業素養的提高,利用設備現場管理人員、操作人員考核和獎懲的控制,讓設備現場管理人員、操作人員在設備使用的間歇期對設備進行電氣系統除塵、旋轉部件的以及設備表面的清掃。這樣不僅能預防設備的潛在故障,還美化了設備的外觀。其次,維修人員做好設備的二級保養。設備管理人員和維修人員根據設備的特點和使用頻率制定設備的二級保養計劃,并根據計劃實施保養。設備二級保養根據設備的種類要做旋轉部件的檢修和、電氣系統的檢修、液壓系統液壓油的更換、機械部件的探傷和維護等,并根據設備現場管理人員、操作人員反映的問題做針對性檢修。
2.2維修方面
首先,制定健全的設備維修制度,科學維修、有效維修。機電一體化設備的工作原理和實際運作流程較為復雜,這會對維修帶來一定的難度。因此,對于技術人員來說,在開始維修之前就要對機器設備的結構構成以及運行原理有一個綜合全面的把握,并且對于檢修中的要點也有明確。在檢修的過程中要嚴格按照制度的規定,對重點部位的檢修做好事前準備工作,按照標準化的操作維修手冊,運用專業的檢修工具和檢修技術提高檢修質量和效率,減少檢修過程中不必要出現的問題,形成一套科學的檢修模式,對傳統的檢修方式存在的不當之處進行改善和創新[2]。其次,重視對檢修現場的基本設施管理。這里所講的管理并不只是簡單的機械設備管理,更重要的是對設備操作人員的管理,因為設備的操作主體是操作人員,針對的對象是機電一體化這種復雜的設備。從這一層面來講,這種管理根據其構成可以將其劃分為兩個部分:第一是對于生產現場的各種設施進行的管理,因為在機電一體化設備中,設備的運行是需要有一定的場地環境的,對于檢修人員來說就要重視對現場各種基本設施的管理,排除潛在的安全影響因素,對不利于設備運行的各種因素進行事前規避;第二是對基本設施的管理,因為在進行維修的過程中會不可避免的采用一些新的配件,此時就需要在配件的供應商保證供應的及時性、完整性以及新配件的標準化和通用性,同時也要保證對供應配件的質量有特別重視,具體的配件數量和標準還要按照程序的要求來提出合理申請。第三,加強對人才的培育,打造高素質的維修隊伍。機電一體化設備由于其自身構成結構較為復雜,在實際運行的過程中各個設備所發揮的作用也各不相同,有些專業性和技術性較強的設備在維修處理的過程中需要有相應的設備和技術來支持,但是,在具體的維修措施落實上,對于檢修設備和檢修技術的應用還必須要有專業素質較高的人才來進行操作,確保檢修人員具有很高的檢修技術水平,對機電一體化設備的構成有十分清晰的認知和把握,而且對于不同設備的檢修和管理也有相應的維修技術和應對方法。對于設備管理來說,就要重視打造一支專業化的維修隊伍,對檢修人員進行技術和素質方面的教育和培訓,使之可以最大程度的解決機械設備運行中出現的各種問題,對于潛在的安全隱患也可以起到規避排查作用,這樣就可以大大減小企業的損失,保證企業的生產經營始終是良好有序的。
3結語
設備是企業生產的基礎,機電一體化設備更是其重要的構成部分,它是企業順利生產、高效生產的重要保障。上海振華重工長興分公司設備數量龐大、種類繁多,并且機電一體化設備的構成較為復雜,并且涉及到的細節較多,設備維修部門利用科學、有效的設備管理,在對其進行日常保養和維修上就要從總體上入手,根據不同設備的運行特點和規律,采取正確合理的保養和維修方法,保證生產一直在高效地、有條不紊地進行。
參考文獻:
[1]趙祥坤,蘇奎,李帥三.淺析機電一體化設備的保養和維修[J].中國新通信,2014,(5):40~40.
關鍵詞:機械工業機電一體化數控模塊化
現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透,引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,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。
一、機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此,為加速推進機電一體化的發展,必須從以下幾方面著手:
(一)機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主,為了減輕質量除了在結構上加以改進,還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量,才有可能實現驅動系統的小型化,進而在控制方面改善快速響應特性,減少能量消耗,提高效率。
(二)傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面,提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾,目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說,目前主要發展非接觸型檢測技術。
(三)信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備(特別是微型計算機)的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化,必須提高信息處理設備的可靠性,包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性,進而提高處理速度,并解決抗干擾及標準化問題。
(四)驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用,但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前,正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
(五)接口技術
為了與計算機進行通信,必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修,而且可以簡化設計。目前,技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口,來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。
(六)軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本,提高生產維修的效率,要逐步推行軟件標準化,包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
二、機電一體化技術的主要應用領域
(一)數控機床
數控機床及相應的數控技術經過40年的發展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在:
1、總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多CPU、多主總線的體系結構。
2、開放性設計,即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。
3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計,不僅豐富了數控功能,同時也加強了CNC系統的控制功能。
5、能實現多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
6、系統的多級網絡功能,加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
7、以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
(二)計算機集成制造系統(CIMS)
CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合,而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化,各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
(三)柔性制造系統(FMS)
柔性制造系統是計算機化的制造系統,主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
(四)工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人,它們只能根據示教進行重復運動,對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性;第2代機器人帶有各種先進的傳感元件,能獲取作業環境和操作對象的簡單信息,通過計算機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智能,已開始走向實用化;第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業環境中獨立行動,與第5代計算機關系密切。
三、機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發展:
(一)智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一,也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件,有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
(二)系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強,一般除RS232等常用通信方式外,實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體,使其向著生物系統化方向發展。
(三)微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3,并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作,故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域,都有廣闊的應用前景。目前,利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
(四)模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品,同時也可以不斷擴大生產規模。
(五)網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多,面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
(六)綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態環境受到嚴重污染,于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中,對生態環境無危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境,報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。
綜上所述,機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革,使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品,不僅是改造傳統機械設備的要求,而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
參考文獻:
1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.
2、芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.
3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制綜述[J].基礎自動化,2006(6).
關鍵詞:機電工程技術;應用及其自動化;問題
中圖分類號:TH-39文獻標識碼:A文章編號:
引言:
機電一體化是當今自動化技術發展的最高階段。也是微電子技術、計算機技術、信息技術、控制技術和精密機械技術等發展的必然產物,是以計算機為主要特征的自動化技術。如果說機械系統處理的對象是運動、力、物質和能量,電子系統處理的對象是信息和知識,則機電一體化系統不僅有處理能量和物質的功能,而且還有處理信息和知識的能力。
1.機電技術應用的內容含義
1.1機器的構造及工作原料
生產機器的構造一般都是由主體部位的發動機、曲柄連桿、配氣、起動、傳動、行駛、轉向、制動等構成,要提高機器的工作效率,必須從其主體部位改善性能、減輕質重和提高運轉精度等方面考慮。而傳統機器產品一般以鋼鐵材料為主,已經不具備很強的市場競爭能力。要想改進機器的效率不但要從結構上加以改進,還應該多考慮利用非傳統鋼鐵材料為主的生產概念,如用非金屬復合材料,或者更高層次的金屬材料。當機器主體重量減輕了,方能實現驅動系統的功率的最大化,減少不必要的能量消耗,提高機器的工作效率。
1.2提高弱電控制線路
提高弱電控制線路關鍵在于提高部件間的綜合性能,可從電機、傳感器、信息處理設備、軟件等方面進行提高。
驅動機最為廣泛使用的是電機,但其工作效率及響應速度還存在著諸多間題。我們面對此類問題要更為全面的發展新型的驅動單位,如驅動單元中裝了編碼器的電機以及控制專用組件、傳感器等多位一機的伺服驅動單元。
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面,提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾,目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。目前,對外部信息傳感器來說主要發展非接觸型檢測技術。
微型計算機作為信息處理設備的主要設備,大大推進了機電技術應用與微電子學的進步。為進一步發展機電技術應用,必須提高信息處理設備的可靠性、準確性、快速性等特點,最大程度的提高處理速度,并解決好抗干擾及其它可能出現的問題。除此之外,在與信息處理設備進去通信時,必須規范數據傳遞的格式,采用同一標準,這樣不僅有利于信息傳遞和后續維修,而且可以簡化設計流程。培養專業技術人才,除低開發成本、開發高速傳遞方式,以便解決日后更為大容量化的機器運作能力。
2.機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此,為加速推進機電一體化的發展,必須從以下幾方面著手:
2.1機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主,為了減輕質量除了在結構上加以改進,還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量,才有可能實現驅動系統的小型化,進而在控制方面改善快速響應特性,減少能量消耗,提高效率。
2.2傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面,提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾,目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說,目前主要發展非接觸型檢測技術。
2.3信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備(特別是微型計算機)的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化,必須提高信息處理設備的可靠性,包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性,進而提高處理速度,并解決抗干擾及標準化問題。
2.4驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用,但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前,正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
2.5接口技術
為了與計算機進行通信,必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修,而且可以簡化設計。目前,技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口,來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。
2.6軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本,提高生產維修的效率,要逐步推行軟件標準化,包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
3.機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發展:
3.1智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一,也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件,有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
3.2系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強,一般除RS232等常用通信方式外,實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體,使其向著生物系統化方向發展。
3.3微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3,并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作,故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域,都有廣闊的應用前景。目前,利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
3.4模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品,同時也可以不斷擴大生產規模。
3.5網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多,面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
3.6綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態環境受到嚴重污染,于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中,對生態環境無危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境,報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。
4.結束語
綜上所述,機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革,使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品,不僅是改造傳統機械設備的要求,而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
參考文獻:
[1]李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.
[2]芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.
關鍵詞:機電一體化;智能控制技術;控制策略;
近年來,融合了多種先進技術的機電一體化系統得到了蓬勃發展和廣泛應用,為社會生產生活創造了極大的便利,這顯然離不開智能控制技術的重要作用。因智能控制技術可有效解決非線性、時變性、多層次性等控制領域的復雜難題,利于機電一體化系統的可靠運行。故希望通過對機電一體化中智能控制策略的探討,對推動兩者協調發展有所助益。
1.智能控制技術綜述
智能控制是目前控制領域的研究重點和熱點,簡單的講,其是以自組織、自適應、人機系統、Petri網等智能理論為基礎,以計算機、網絡通信、控制技術等為平臺,然后在無人干預的條件下,由智能機器獨立、自動控制系統設備完成既定目標[1]。
而智能控制技術之所以在機電一體化系統中廣泛應用,并發揮著日益重要的作用,與其自身特點有直接關系,如變結構、非線性較高,核心多為高層控制,任務要求較為復雜,控制模型相對不確定,組織功能、適應能力、學習功能極強等,這些均為其發展和應用提供了良好契機。具體而言,當下的智能控制系統主要涉及下述幾類:專家系統,即將專業知識、控制技能、專家經驗等匯集至專門的數據庫,然后依據程序指令進行運行操作(系統結構如圖1所示),相對而言,實用性較好;神經網絡系統,即基于神經細胞、人工神經元等實現分布處理、非線性映射、人工智能模仿等功能,具有較強的自組織、自適應和并行處理的特點,在機電一體化中的應用最為廣泛;分級控制,即以自組織和自適應為前提,實行相對獨立的組織、執行、協調等控制功能;模糊控制,即專家系統和神經網絡系統的集合體,有助于控制技術智能化和模糊邏輯功能的提高。
2.機電一體化中的智能控制策略
機電一體化為自動化領域發展創造了良好契機,而智能控制技術又為機電一體化提供了有力支持,故兩者的融合發展則為產業化發展打下了堅實基礎,故探討機電一體化中的智能控制策略十分必要,下面就其加以重點分析。
2.1.將智能控制應用于電力電子領域
在電力電子領域中引入智能控制技術,既有利于優化電子器件設計,也有助于節約設備運營成本,其中在電流控制技術中的應用最具代表性。如涵蓋發電機、電動機、變壓器等在內的電機電器設備,無論是規劃設計、投運生產,還是運行控制、日常管理,都具有較強的復雜性,若引入智能控制技術,可基于遺傳算法對設備進行設計優化,可大大節約計算時間和成本費用,并確保設計方案科學先進、經濟合理,同時運用模糊專家和神經網絡系統,可基于電子設備運行狀態實時信息對設備故障進行快速診斷和控制,進而降低故障影響,確保系統運行安全穩定。
2.2.將智能控制應用于機械制造領域
機械制造是機電一體化系統的重要構成,故其采用智能控制技術也是必然選擇,如此一來,其便可以通過改善機械設備的故障自我診斷能力,以提高工作效率和質量。具體的講,就是依托于計算機、信息等技術工具,動態模擬制造過程,此時可借助神經網絡、模糊數學等智能理論經傳感器對采集的信息進行預處理,結合Then-If逆向推理用于優化控制參數和模式,針對殘缺不全的數據信息,可基于模糊理論借助外環決策制定合理的控制動作,如神經網絡系統便可憑借較強的學習功能對其加以科學處理,進而提高機械制造控制活動的效率和精度[2]。目前監控、預報、故障診斷、自我維護以及機械操作、控制與管理的集成是機械制造智能控制的研究熱點。
2.3.將智能控制應用于工業生產工程
將智能控制應用于工業生產過程管理中也有其自身的意義所在,那便是有效解決傳統控制模式的復雜問題,確保工業生產過程有序開展,但其應用一般分為局限級和全局級。其中智能控制的局限級側重的是神經網絡和專家兩類控制器的智能控制,通常限于為工業生產過程中局部單元的控制器進行調整和控制,如參數整定、自適應調整、處理復雜的控制問題等[3];而全局級則是相對于整個工業生產過程而言的,主要用于處理操作異常、診斷控制過程存在的故障等,以便于提高操作工藝的效率和質量。
2.4.將智能控制應用于數控相關領域
信息技術在蓬勃發展的同時,也推進了數控領域與智能控制的相互融合,因為機電一體化的持續發展需要更高水平的數控技術為基礎,而引入智能控制技術可進一步為其提供重要保障。如在模具制造、機械加工等數控技術領域中,加工環境的感知、網絡通信制造的實現、加工運動的推理等相關能力是對數控技術的高新要求,而融入智能控制技術,可使其智能編程、監控、數據庫構建等目標變為現實,其中借助模糊控制處理模糊問題用于優化機械的加工過程,以及借助專家系統可用于解決不明確的結構問題等已初見成效。
2.5.將智能控制應用于機器人系統
機器人是一個充滿不確定性、非線性且十分復雜的系統,這顯然與智能控制特點相符,故將其應用于機器人領域利于其自身優勢的彰顯,但從某種意義上說,機器人更是驗證智能控制技術是否可行的試金石[4]。其應用主要體現為:機器人軌跡規劃的智能控制策略主要采用了專家系統、模糊系統和神經網絡系統,用于控制其傳感信息的融合、視覺處理、手臂姿態、主要動作等,其中在環境建模、自我定位、監控檢測等方面已得到驗證,日后的研究重點在于使其速度、位置、等狀態變量趨于理想軌跡。
3.機電一體化中智能控制的發展趨勢
由上可知,專家系統、模糊控制、神經網絡等智能控制技術的應用在機電一體化自身性能的完善、工作效率以及安全可靠程度的提高中發揮了不容忽視的效用,這是毋庸置疑的。但是在科技力量的推動下,機電一體化會不斷進步和發展,到時其面臨的環境會隨之復雜,遇到的問題也會更多,若智能控制技術停滯不前。必將會慘遭淘汰,制約機電一體化的順利發展,這就要求我們切實做好下述工作。
3.1.探索更為科學的理論框架
現行的智能控制技術還存在亟待解決的難題,如局部與整體的隔開、微觀與宏觀的分離、應用與理論的脫節等,可見人工智能控制研究所面臨的實際困難遠遠大于預期設想,因此我們應積極探索更新的理論架構,如規范描述控制知識和系統的標準,系統、完整的研究智能控制的動態性、魯棒性、穩定性等,以此為大力發展智能控制技術奠定有力基礎[5]。
3.2.尋求更為廣闊的發展空間
智能控制技術若要取得質的突破,就必須找到技術集成的新方法和新途徑,除了結合信息、控制、系統等理論外,還應進一步加大與計算機圖形學、過程控制、認知科學、并行處理、機器人學等知識的融合力度,唯有如此,才會擁有更高的應用價值;在此基礎上,研發更加完備、成熟、高效的應用方法,其中軟件系統尤為關鍵,要求其可以科學合理的描述不同的控制過程,設計的程序語言既通用又具有獨立的任務等,而應用方法則要注重強化對環境和傳感信息的解釋性能,改善模塊轉換、信息識別和處理能力,提高控制的實時性和運行的高效性等。
結束語:
總之,智能控制在機電一體化中的應用有效解決了機械自動化運行這一傳統模式的缺陷和問題,促使控制水平、性能、效率均有顯著提高。雖然如此,其依然具有較大的提升空間,這就要求我們基于不斷的創新和實踐,積極尋求更為有效的智能控制技術和方法,以期使其性能更可靠、應用更廣泛,進而為機電一體化健康發展提供有力支持。
參考文獻:
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[2] 徐文龍.論智能控制與機電一體化的有機融合[J].科技創新與應用,2012(20).
[3] 孫英.機電一體化智能控制分析[J].科技與企業,2013(15).
[4] 董勇.機電一體化系統中智能控制的應用體會[J].數字技術與應用,2012(18).
[5] 李文悅.探討機電一體化系統中智能控制的應用[J].黑龍江科技信息,2012(25).
關鍵詞:電力拖動 信息化 考核
中圖分類號:G622 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)02(a)-0186-01
由于課程考試對學生選擇學習內容和學習方式有很強的導向作用,因此學校校課程考試改革的研究應該得到高度重視,特別是高職院校,因為高職院校是為社會培養處在生產第一線的人才,要求動手操作能力較強,而對理論教學的要求略次于其他類型高校。《電力拖動》課程的問題尤為突出。
1 考試改革的基本思路
《電力拖動》是機電一體化技術專業的核心課程,是培養技能和能力為主的課程,因此應該重點突出技能和能力的考核,采用自評、互評、師評、企業評價“四位一體”的過程考核評價機制,將項目考核與綜合考核相結合。在考試改革過程中要注意以下原則。
(1)樹立高職實用型人才的素質教育思想,考核內容堅持以知識的運用、技能與能力為主,注重檢測學生創新意識和基本素質。
(2)考核方式要突出多樣性,采取討論、實訓、書面報告等多種形式考核學生。
(3)考核手段多樣化,如利用網絡手段實現模擬和仿真加工的考核,利用實驗手段實現對機電產品的設計、驗證和考核。
2 考試改革的實施與步驟
多年來,《電力拖動》課程沿用傳統期中、期末閉卷考試進行考核,這種單一的考核對培養學生的學習能力和專業技能的形成有很大的弊端,并且《電力拖動》課程教學模式、教學方法等都在不斷改進,因此考試改革也勢在必行。
2.1 實現過程考核評價機制,將項目考核與綜合考核有機結合。
《電力拖動》屬于實踐性較強的課程,知識和技能的培養主要靠平時的積累和訓練,該課程教學主要采用項目法教學,因此考核采用項目考核與綜合考核相結合的方法進行綜合評價,實現評價過程的動態化。其中用項目化考核占70%,期末綜合考核占30%。
總評=項目化考核成績×70%+期末綜合考核成績×30%。
2.2 實現項目化考核
項目化課程包含若干個項目。各項目占一定比例每個項目考核涵蓋知識、技能、態度等多個方面,考核成績的評定在項目化教學中進行,以項目完成情況為基礎,既重視項目成果,也重視項目實施過程中的職業態度、科學性、規范性和創造性。項目化考核成績一般按照項目權重加權平均。評價項目表如圖1所示。
2.3 自評、互評、師評、企業評價“四位一體”的過程考核評價機制
將項目考核與綜合考核相結合,注重對學生實踐能力和自主學習能力、創新能力的全程監控和考核,體現公平、合理、鼓勵創新的原則,有利于學生的自我總結和相互學習。自評:由學生自己判斷和檢查項目完成的情況,學生首先要了解項目學習目標,完成該目標要掌握哪些的知識和技能,學生進行自我評價可以促進學生思考自己期望從完成項目中得到什么,可以提高學生的學習動機,讓他們對自己學習上取得的成績感到驕傲,同時通過對項目完成全過程的自我評價可以讓學生對自己的弱點有充分的認識。互評:小組成員互評,項目實施是以小組為單位,通過小組考核,可以讓學生充分發現其他成員的優點和缺點,從而取長補短。師評:老師對于學生在整個項目的每個方面的表現給予評價。企業評價:為了能使學生實訓技能更好地與企業崗位需求接軌,與行業專家、企業技術能手等共同編制項目規范化操作流程,精選企業內最常見的工作項目作為教學內容,邀請企業技術骨干來校對學生進行每個工作項目的實訓技能考核,作為項目評價的重要部分。
3 考試改革的效果
《電力拖動》考試改革在邵陽職業技術學院機電工程系機電一體化專業實施2年,提高了學生運用所學知識分析問題解決問題的能力,并養成嚴謹、認真、負責的學習態度,在一定程度上強化學習動機,激發學習興趣,培養進取精神,促進能力和素質的發展與提高。2012年維修電工中級獲證率為92%,高級工獲證率為88%,2013年中級工獲證率為96%,高級工獲證率為91%,2013年中級工獲證率為97%,高級工獲證率為92%,2014年湖南省機電一體化技術專業技能抽查通過率為88.9%,名列全省第九。
通過對高職機電一體化技術專業自評、互評、師評、企業評價“四位一體”的過程考核評價機制實施,進一步推動我院其他專業人考試的改革,加強校企合作,實現產業對接,推行工學交替,全面提高培養人才質量,可為同類院校同類專業考試改革起到積極的引導和借鑒作用。
參考文獻
[1] 王麗娜,楊亭亭,劉仁坤.國內外高等教育學習評價現狀研究綜述-兼論對國家開放大學學習評價體系建設的啟示[J].現代遠距離教育,2012(2):34-39.
[2] 汪炎珍.高職機電類專業教學改革的探索與實踐[J].湖南科技學院院報,2006(1):267-268.