【文章內(nèi)容簡介】 相應(yīng)的軟件有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品 。 11 第 3 章 機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢 機電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科的技術(shù)，它是機械技術(shù)、微 電子 技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)等有機融合、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更新日新月異。 機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程 “ 機電一體 化 ” 這個詞是日本安川電機公司在上世紀(jì) 60 年代末作商業(yè)注冊時最先創(chuàng)用的。當(dāng)時及 70 年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結(jié)合。國內(nèi)早期將 “ 機電一體化技術(shù) ” 與 “ 機械電子學(xué) ” 并用，近年來 “ 機電一體化 ” 更流行使用。 80 年代，信息技術(shù)嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產(chǎn)品所采用，典型的機電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機床、 工業(yè) 機器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機作為關(guān)鍵技術(shù)引入了飛行器系統(tǒng)后，使機械 — 電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應(yīng)用。 信息技術(shù)驅(qū)使機械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù) 據(jù)庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動系統(tǒng)。這樣，對機電一體化的系統(tǒng)設(shè)計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計和控制的實施日顯重要。此外，光學(xué)也進(jìn)入了機電一體化，產(chǎn)生了 “ 光機電一體化 ” 的新領(lǐng)域。 進(jìn)入 90 年代，通信技術(shù)進(jìn)入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的 計算 機控制的 網(wǎng)絡(luò) 化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展，和半導(dǎo)體技術(shù)以光刻為基礎(chǔ)的方法以及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程 和系統(tǒng)集成為特點的機電一體化新分支 “ 微機電一體化 ” 。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術(shù)的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進(jìn)入了 21 世紀(jì)。 12 機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向 以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)、 計算 機技術(shù)及通信技術(shù)為核心而引發(fā)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò) 化、綜合化、個性化信息技術(shù)革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟、社會和軍事的發(fā)展，而且也深刻影響著機電一體化的發(fā)展趨勢。專家預(yù)測，機電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展： 一般機電一體化系統(tǒng)是由 傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成。引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，利用光學(xué)技術(shù)的先天特點，就能有效地改進(jìn)機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。 未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的 “ 冗余度 ” ，有較強的 “ 柔性 ” ，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成 “ 自律分配系統(tǒng) ” 。在這系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的 “ 自律性 ” ，可根據(jù)不同環(huán)境條件做出不同反應(yīng)。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有 “ 行動 ” 是可以改變的。這樣， 既明顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。 今后的機電一體化產(chǎn)品 “ 全息 ” 特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù)與信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。 今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上處于 “ 靜態(tài) ” 時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便 “ 死亡 ” ，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產(chǎn)品雖然有仿生 物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。 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。當(dāng)這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要再區(qū)分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以 “ 融合 ” 機體，執(zhí)行結(jié)構(gòu)、傳感器、 CPU 13 等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發(fā)展方向。 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用 1. 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(jìn)的機械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo)，采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)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。現(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。 2. 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。可以大大改善食品飲料包裝生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其國內(nèi)、國際競爭能力。 3. 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(jìn)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) 現(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