【正文】 1 章 機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景 縱觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向 ,機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。 智能化 智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一 ,也是 21 世紀機電一體化的發(fā)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(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件 ,有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產(chǎn)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。 系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài) ,進行任意的剪裁和組合 ,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強 ,一般除 R S232 等常用通信方式外 ,實現(xiàn)遠程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未 來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系 ,如何賦予機電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機體 ,使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。 微型化 微型機電一體化系統(tǒng)高度融合了微機械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù) ,是機電一體化的一個新的發(fā)展方向。國外稱微電子機械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過 1cm 3,并正向微米、納米級方向發(fā)展。由于微機電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運動靈活等特吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6 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(yī)學(xué)、航空航天、信息技 術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國防等領(lǐng)域 ,都有廣闊的應(yīng)用前景。目前 ,利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù) ,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。 模塊化 模塊化也是機電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢 ,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)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項復(fù)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(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品 ,同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。 網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響 ,使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品的種類很多 ,面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的普及 ,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾 ,而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。 綠色化 工業(yè)的發(fā)達使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時也使資源減少 ,生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染 ,于是綠色產(chǎn)品應(yīng)運而生。綠色化是時代的趨勢 ,其目標是使產(chǎn)品從設(shè)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(tài)環(huán)境無危害或危害極小 ,資源利用率極高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài) 環(huán)境 ,報廢時能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 第 2 章 機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨向 機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關(guān)技術(shù)的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。 2． 1 機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程 ,寫下了 機電一體化 歷史的第一頁 。 機電一體化 39。39。帶來勃勃生氣 。 、 電力電子 等的發(fā)展為 機電一體化 提供了堅強基礎(chǔ) 。 、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使 機電一體化 躍上新臺階 . 2． 2 機電一體化發(fā)展趨向 1 數(shù)字化 微控制器及其發(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、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)將便于遠程操作、診斷和修復(fù)。 2 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、自主決吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 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。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(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。 3 模塊化 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)具有標準機械接口、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，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 4 網(wǎng)絡(luò)化 由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠程控制的終端設(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。 5 人性化 機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，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，對人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。 6 微型化 微型化是精細加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng) (Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱 MEMS)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或系統(tǒng)。自 1986 年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個醫(yī)用微探針， 1988 年美國加州大學(xué) Berkeley 分校研制出第 一個微電機以來，國內(nèi)外在 MEMS 工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種 MEMS 器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。 7 集成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散 ，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)，然后再通過軟、吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 10 硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。 8 帶源化 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。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。 9 綠色化