【導讀】1:WhatIs"Mechatronics"?

　　

【正文】 電子相互結合。在過去，只是就事論事，最近由于世界上電子技術的不可抵擋的先進性，且能夠實際的簡化機械裝 置。機械技術行業(yè)開始將電子技術與機械“聯(lián)姻”。 最直接的機電一體化改革體現(xiàn)在自動化工業(yè)。我們進入了一個嶄新的時代，一輛汽車是只有幾個電子元件就能控制的機器。 首先是起動器馬達，接著出現(xiàn)的是發(fā)電機。每一次都使產(chǎn)品有了新的進步，之后半導體電子元件（由集成塊、晶體管和二極管組成）的出現(xiàn)成為機械行業(yè)的奇跡?，F(xiàn)今的機器是由微處理器控制，由機器人生產(chǎn)，故障分析由與外接口連接器連接的電腦控制，自動化機器引擎。電子技術已再三的改善了機械系統(tǒng)的性能。這是機電一體化的精華─機械技術和電子技術預先計劃應用和有效結合以創(chuàng)造一種最佳 的產(chǎn)品。 美國貿易部最近的一篇題為“日本技術規(guī)則委員會關于機電一體化評論”的報告比較了美國和日本在機電一體化技術上的研究和發(fā)展。除了少數(shù)領域外，完成使機電一體化的原理具體化的下一代系統(tǒng)的研制所必須的技術完全在日本人所能及的范圍內。 在下列三個方面作了比較：基礎研究、試樣樣品和產(chǎn)品實現(xiàn)三個方面。除了機械視覺系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)外，日本的基礎研究與美國的是可以相比的，日本人在機器視覺系統(tǒng)（系統(tǒng)通過傳感、物體識別、圖象分析和解釋來確定物體的方位和形狀的能力，稱為機械視覺系統(tǒng)）日本人工智能方面的研究比美國相對落后，主要是 日本人不認為人工智能是與他們將來系統(tǒng)結合的關鍵。如果需要的話，他們甚至關閉且不研究人工智能。在試樣試品和產(chǎn)品實現(xiàn)方面，日本與美國持平，甚至超過美國，并在一段時間內仍保持領先勢頭。 美國貿易部的報告總結出：日本仍然保持其地位，在一些情況下，對于機電一體化的應用仍勝于美國。他們在機電一體化方面的進步是非常重要的，因為它是下一代以數(shù)據(jù)為主導的設計及制造技術的重要手段。實際上，美國貿易部報告的結論會對日本的工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生更深遠的影響。 為了縮小差距，我們不僅要制造新的工具，而且我們要走的路更遠。如果我們接受電子元件最 佳結合的機械系統(tǒng)將是未來的浪潮。這一事實，那么我們一定能理解。這波紋效應一直到大學都能感覺到。在大學里我們把機械學和電子學這兩門學科分離，而且僅在偶然的綜合性課程中允許二者相遇?，F(xiàn)在的課程必須能夠創(chuàng)造新的混合型的工程師──機電一體化工程師。只有這樣，我們才能保證將來下一代的產(chǎn)品設計者和制造工程師將在新的技術領域有出色的表現(xiàn)。 我們必須需要重新思考一下我們現(xiàn)代的劃分我們機電一體化工程師成員的方法，既要彼此互相區(qū)別，而又要與產(chǎn)品工程師相互區(qū)別。居住在一起，個人之間相互交流在產(chǎn)品將產(chǎn)生一種復雜的效應。最大化的相互 作用是優(yōu)化設計和新產(chǎn)品開發(fā)的關鍵。 機電一體化的定義的重要性不在于它是詞語的簡單組合，他把工程技術和制造技術相互結合，他會改變我們設計和生產(chǎn)下一代高科技產(chǎn)品的方式，充分為機電一體化提供基礎，并強有利的推行機電一體化的國家將把世界導向一場具有深遠意義的新一代技術革命。 2：機電一體化的優(yōu)勢 機電一體化對于許多產(chǎn)品和制造者聽起來似乎是近乎理想的完美境界，因為機電一體化幾乎能解決生產(chǎn)制造中的所有問題，更特別的是，他很有可能顯著的提高工廠產(chǎn)品的產(chǎn)量。廣泛的利用機電一體化組成部分例如 CAD(計算機輔助設計 )、 CAP(計算機輔助計劃 )和 MIS(管理信息系統(tǒng) )幫助的編制進度。并且柔性制造系統(tǒng)、計算機輔助設計、計算機集成制造設備，可以大大的降低生產(chǎn)制造的工作周期，這子系統(tǒng)降低產(chǎn)品成本和提高設備的利用率，與 CAE(計算機輔助工程 )、 CAD、 CAM(計算機輔助制造 )相結合的機電一體化能創(chuàng)造更經(jīng)濟的產(chǎn)品，利 用控制和聯(lián)絡的提高，降低圖紙數(shù)量，并且 CAM 設備減少了安裝和控制機器的時間。 許多公司更廣泛的利用計算機把他們的工廠看成是機電一體化構想的試樣點。但是，經(jīng)過嚴密考察后，他們的結合是水平的──只在生產(chǎn)領域──包括主要的生產(chǎn)制造和管理階層。通用電器公司成為工廠汽車系統(tǒng)的主要賣主，已經(jīng)推出其宏偉計劃合并其旗下的數(shù)個公司，包括伊利機車廠 、斯克奈塔氣輪機廠、夏洛茨維爾制造分工司。機電一體化的主要優(yōu)勢著重放在先進制造技術和工廠自動化。 機器設備的高利用率 典型的講，一套機電一體化機器設備的生產(chǎn)量是在獨立車間的環(huán)境下、相 同的機器條件下的三倍。當機器一空閑下來時，就讓計算機調度每一個零件到這臺機器，同時在自動材料輸送關系系統(tǒng)中使零件運動，并且把適當?shù)挠嬎銠C程序下行傳輸?shù)竭@臺機器 80，這樣就能使機電一體化系統(tǒng)達到很高的效率。另外，已經(jīng)固定在托板上的零件到達機器，以使零件裝卡時機器不必等待 ─ ─把零件固定在托板上是單獨的工作站上完成的。 降低設備資金消耗 機器設備的高利用率，原因在于在作用同樣工作時機電一體化系統(tǒng)比傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)需要更少的機器設備。當利用機電系統(tǒng)代替加工中心時，減少 1/3 的機器設備是正常的。 降低工人的勞動消耗 因 為每一臺機器是完全在計算機控制下不用工人一直盯著工作，直接的減少了機器工人的監(jiān)工或者維修工、零件的檢察員，不太需要有技能的人員。例如在車間夾緊、卸下工件。然而，在機電一體化工作環(huán)境下與傳統(tǒng)的工作車間相比不需要更高的技術。勞動力資金的減少在某種程度上與傳統(tǒng)工作車間不需要的技術是相互抵消的。有計劃調度在制工件和減少產(chǎn)品設計到投產(chǎn)時間或從定貨到交貨時間。 與單獨車間環(huán)境下相比，利用機電一體化系統(tǒng)在減少在制工件方面是非常顯著的。據(jù)一些車間報道已經(jīng)減少了 80%，這些都歸功于減少了定貨到交貨的時間的諸多因素，這些因素包 括：全部生產(chǎn)零件所需的設備都集中在一個小的區(qū)域內；所需夾具的數(shù)量的減少；由于加工工藝被組合在工作單元中而引起的零件所必須通過的機器的數(shù)量的減少；以及分批進入的和已在機電一體化系統(tǒng)中的零件要進行有效的計算機調度。 對改變的產(chǎn)品的需求快速響應 機電一體化系統(tǒng)對于不同產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和市場需求改變或者工程設計改變都有固有的靈活性。更進一步，備用件的需求不會大大擾亂正常的機電一體化系統(tǒng)的生產(chǎn)活動。 生產(chǎn)的可維護性 許多機電一體化系統(tǒng)能夠適度的降低當一個或更多的機器失效后不能正常工作的機率。當某臺機器失效后多余的機器和 原材料控制系統(tǒng)使系統(tǒng)繞過失效的機器，因此，生產(chǎn)量始終保持在一個恒定的百分率上。 高的產(chǎn)品質量 經(jīng)常性的監(jiān)督機電一體化系統(tǒng)，特別是當與沒有與合作系統(tǒng)聯(lián)合的機器系統(tǒng)相比能夠更能提高產(chǎn)品的質量，產(chǎn)品設計性能與生產(chǎn)能力的基本結合，高水平的自動化夾具數(shù)量和駐留的機器數(shù)量的減少，設計的更好的永久性夾具，更加注意零件與機器的調整，所有這些都使單個零件質量良好，零件之間有極好的一致性，并且導致返工成本的大大減少。 靈活的控制 靈活的控制能夠顯著的增加產(chǎn)品的產(chǎn)量，在一些設施里，機電一體化系統(tǒng)可以在中班和晚班和無人看管條件下自 動運行，這種幾乎無人的操作方式目前是例外的情況，而不是常規(guī)，但是他可以變成常規(guī)。如果好的傳感器和計算機能夠控制和解決一些非預期的情況，例如刀具劃傷、零件流動阻滯等等。在這種操作模式下，監(jiān)察、安裝和維修可以在第一班即可完成。 靈活性 由于正確的操作可利用的占地面積的計劃，一個機電一體化系統(tǒng)最初可為低產(chǎn)量而設計。隨著需求的增長，可以容易的增添新機器，以提供需要的附加生產(chǎn)能力。 3: 機電一體化的組成 這一章節(jié)簡要的介紹機電一體化系統(tǒng)的原理，而且講述了需要機電一體化各個組成部分來 實現(xiàn)機電一體化工藝技術。 機電一體化系統(tǒng)的 重點應放在 工廠自動化，因為工廠自動化作為機電一體化整體技術中辦公自動化和家庭自動化的基礎。 系統(tǒng)原理 機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)包括產(chǎn)品設計的所有方面，產(chǎn)品的生產(chǎn)制造和與工廠管理部門由數(shù)字化驅動的相互協(xié)調的計算機輔助系統(tǒng)。但不同于以往的其他工藝技術，他們還包括與確定工長江要制造的產(chǎn)品有關的工序，這里 恰好是日本人以勝人一籌之處，使得許多美國公司注意并想知道為什么它們（占有）的市場份額正在消失。 一份關于這種工藝的周密調查講揭示：日本人已創(chuàng)造了非常適合于用戶的新產(chǎn)品，以至 我們的陳舊產(chǎn)品在市場上失去了光澤。他們引起了對他們產(chǎn)品的需要，并且是按照那個古老的原則做到這一點的，這個原則是：“給予顧客它所向要的東西，而不是給他認為他鄉(xiāng)要的東西。 與顧客分擔設計過程是一種有趣的過程，當把她作為機電一體化基本原理的一部分考慮時，這一過程為在工廠自動化方面發(fā)生的其他一切事實的動力。 ，機電一體化功能一般分為三類：與用戶相關的產(chǎn)品設計的市場分析，在工廠現(xiàn)場的產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，開明的工廠經(jīng)營管理。上述三大類功能，既強調需要改進的設計，產(chǎn)品的制造，開明的管理，不是必然相互排斥的。實際上，把機電一體 化引入到這些系統(tǒng)的目的掃除它們之間的壁壘，從而使設計和制造系統(tǒng)能夠自然而然的連接起來，然而這三種功能構成討論是很有好處的，特別，當他們與典型的制造公司對應更能體現(xiàn)其好處。