浅谈 机电一体化技术的应用与 发展趋势

 　　摘 要：在制造业中，机电一体化技术的应用极大提高了产品的制造水平，将原本人工或传统机械的劳动用自动化来代替，因此使产品的质量、性能和可靠性等均得到大幅提升。本文对机电一体化技术的应用现状进行了介绍，并对其未来的发展趋势展开探讨。 
　　关键词：机电一体化；应用；发展趋势；数控机床 
　　机电一体化技术综合了计算机技术、自动化技术、机械加工、电子信息等诸多领域的学科优势，其应用在制造业中可将人工或传统机械的劳动转变为自动化操作，因此极大提高了产品的制造水平，给机械工业的发展带来了翻天覆地的变化。机电一体化技术具有安全性高、可操作性强、生产能力强、适用范围广、维护方便等诸多优点，因此在诸多领域均得到广泛的应用。 
　　1 机电一体化技术的应用现状 
　　目前，机电一体化技术主要应用形式包括数控机床、工业机器人以及分布式控制系统等，以下分别介绍： 
　　1.1 数控机床。数控机床是机电一体化技术应用的成功典型，数控机床在经过多年的发展后，其控制精度更高、功能更丰富、操作更为方便、结构更合理，其结构的发展逐步趋向总线式、模块化、紧凑型，且采用多CPU、多主总线的体系。在数控机床中采用开放性的设计可提高系统的层次性和兼容性，从而方便用户的编程和设备的改装、升级，为提高数控机床的智能化水平，通常会将在线诊断、模糊控制等技术引入到系统中，一旦机床出现刀具破损等故障或出现潜在性的故障时，即可通过在线诊断功能模块反馈给操作人员，以便进一步采取控制措施，同时由于模块化的设计使得系统可通过模块的组合具备丰富的功能，且使控制操作更为简便，一般通过一台机床即可同时控制多台机床，使其同时完成多个独立的加工任务，实现多过程、多通道的控制。 
　　1.2 工业机器人。工业机器人的出现在一定程度上可替代人的劳动，对于高辐射、高噪声污染、高浓度有害气体的工作场合来说，工业机器人是一个理想的选择。工业机器人的发展经历了三个阶段，第一代工业机器人智能化程度较低，只能通过预设的程序进行简单的重复动作，无法应对多变的工作环境和工作岗位。随着科技的发展，在第一代机器人的基础上通过各种传感器的应用使其可通过对环境信息的获取、分析、处理并反馈给动作单元，从而进行一些适应性的工作，这种机器人虽然智能化程度较低，但已经在一些特定的领域得以成功应用。在机电一体化技术相对成熟的今天，第三代机器人的智能化水平已经得到了较大的提升，其可以通过强大的传感原件收集信息数据，并根据实际情况作出类似于人脑的判断，因此可以在多种环境下进行独立作业，但成本较高，在一定程度上限制了实际应用。 
　　1.3 分布式控制系统。分布式控制系统是相对于集中式控制系统而言的，是通过一台中央计算机对负责现场测控的多台计算机进行控制和指挥，由于其强大的功能和安全性，使其成为当前大型机电一体化系统的主流技术。根据实际情况分布式控制系统的层级可分为两级、三级或更多级，通过中央计算机完成对现场生产过程的实时监控、管理和操作控制等，同时，随着测控技术的不断发展与创新，分布式控制系统还可以对生产过程实现实时调度、在线最优化、生产计划统计管理等功能，成为一种集测、控、管于一体的综合系统，具有功能丰富、可靠性高、操作方便、低故障率、便于维护和可扩展等优点，因此使系统的可靠性大幅提高。 
　　2 机电一体化技术的发展趋势 
　　2.1 人工智能化。人工智能就是使工业机器人或数控机床模拟人脑的智力，使其在生产过程中具备一定的推理判断、逻辑思维和自主决策的能力，可大幅提升工业生产过程的自动化程度，甚至实现真正的无人值守，对于降低人力成本，提高加工精度和工作效率具有十分重要的意义。目前，人工智能已经不只是停留在概念上，因此可预见机电一体化技术将向着人工智能化的方向发展。虽然以当前的科学技术水平不可能使机器人或数控机床完全具备人类的思维模式和智力特点，但在工业生产中，使这些机电一体化设备具备部分人类的职能是完全可以通过先进的技术达到的。 
　　2.2 网络化。网络技术的发展给机电一体化设备远程监视和远程控制提供了便利条件，因此，将网络技术与机电一体化技术结合起来将是机电一体化技术发展的重点。在生产过程中，操作人员需要在车间内来回走动，对设备的状态进行掌握，并对机床的操作面板进行操作，通过在机电一体化设备与控制终端之间建立通信协议，并通过光纤等介质实现信息数据的传递，即可实现远程监视和操作，降低工人的劳动量，并且各种控制系统功能的实现，理论上来说都是建立在网络技术基础上的。 
　　2.3 环保化。在人类社会发展的最近几十年里，虽然经济得到了迅猛的发展，人们生活水平得到了显著的提高，然而以牺牲资源和环境为代价的发展模式使得人类赖以生存的环境遭到严重的污染，因此，在可持续发展战略提出的今天，发展任何技术都应当以对环境友好作为前提，否则就是没有前途的，故环保化是机电一体化技术发展的必然趋势。在机电一体化应用过程中，通过对资源的高效利用，并在制造过程中做到达标排放甚至零排放，产品在使用过程中对生态环境不造成影响，即便报废后也可对其进行有效回收利用，这就是机电一体化技术环保化的具体表现形式，符合可持续发展的要求。 
　　2.4 模块化。由于机电一体化装置的制造商较多，为降低系统升级改造的成本，并为维修提供便利，模块化将是一个非常有前途的研究方向。通过对功能单元进行模块化改造，可在需要增加或改变功能时直接将对应的功能模块进行组装或更换，即便出现故障，只需将损害的模块进行更换即可，工作效率极高，通用性的增强为企业节约了大量的成本。 
　　2.5 自带能源化。机电一体化对电力的要求较高，如果没有充足的电能供应就会影响生产效率，甚至由于停电造成数据的丢失等，因此通过设备自带动力能源系统可始终保持充足的电力供应，使系统运行更流畅。 
　　结语 
　　综上所述，机电一体化技术的应用可使产品的生产效率和精度大幅提高，在当前工业生产中具有较大的技术优势，相信随着科技的发展，机电一体化技术水平也会不断提高，为工业生产做出更大贡献。 
　　参考文献 
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　　（作者单位：天津宏进工程有限公司）