理论教育 机电一体化技术的主要发展模式

机电一体化技术的主要发展模式

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:机电一体化技术是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合,其发展与进步有赖于相关技术的进步和发展,其主要发展方向有数字化、模块化、智能化、网络化、人性化、微型化、集成化、资源化和绿色化。产品的虚拟设计、3D打印、计算机集成制造技术的运用,会进一步提高设计、制造效率,节省开发费用等。

机电一体化技术的主要发展模式

机电一体化技术是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合,其发展与进步有赖于相关技术的进步和发展,其主要发展方向有数字化、模块化、智能化、网络化、人性化、微型化、集成化、资源化和绿色化。

(1)数字化 微处理器和微控制器的发展奠定了机电一体化产品数字化的基础。如不断发展的数控机床机器人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、3D打印、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品具有高可靠性、易操作性和维护性、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。产品的虚拟设计、3D打印、计算机集成制造技术的运用,会进一步提高设计、制造效率,节省开发费用等。

(2)模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研发具有标准机械接口、动力接口、环境接口和信息接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂但有前途的事情。如研制集减速、变频调速机电一体化的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、识别等功能的机电一体化控制单元等。这样在产品开发设计时,可以利用这些标准化模块迅速开发出新的产品。

(3)智能化 要求机电产品有一定的智能。使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如,在CNC数控机床上增加人机对话功能,设置智能I/O接口和智能工艺数据库,这样可给使用、操作和维护带来极大的方便。模糊控制、人工神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步,为机电一体化技术的发展开辟了广阔天地。

(4)网络化 由于网络的普及(互联网、物联网、云计算等),基于网络的各种远程控制和监视技术得到了发展,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使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的集成家用电器系统,使人们在家里充分享受各种高技术带来的好处,因此,机电一体化产品无疑应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,如何在机电一体化产品里赋予人的智能、情感和人性显得越来越重要。机电一体化产品除了小巧玲珑和具有完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面都与环境相协调并柔和一体,对使用这些产品的人来说,不仅是对产品功能的享受,也是一种艺术享受,如家用机器人就是人机一体化的最高境界。(www.daowen.com)

(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、信号处理、控制电路、接口、通信电源等为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分校研制出第一个直径为200μm的微电机以来,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(微压力传感器、微加速度计、微触觉传感器),各种微构件如微膜、微梁、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 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等。但是在许多场合,无法获得电能,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,如手机数码相机等,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了巨大变化,在物质变得丰富的同时也导致了资源减少、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不但指在其生产和使用过程中不对环境产生污染,而且要求在产品寿命结束时,产品残存部分还应该可以分解和再生利用。

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