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淺談機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

  機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉融合,它的發(fā)展和進(jìn)步依賴于也促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。本文介紹了國內(nèi)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢。

  機(jī)電一體化是一個新興的邊緣學(xué)科,正處于發(fā)展階段,代表著機(jī)械工業(yè)技術(shù)革命的發(fā)展方向。一般認(rèn)為,機(jī)電一體化技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù),是由微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)及其他技術(shù)相融合而構(gòu)成的一門獨(dú)立的交叉學(xué)科。美國IEEE/ASME曾于1996年給出了一個較為全面的定義:“我們對機(jī)電一體化初步定義為,在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計和制造中,機(jī)械工程和電”,涉及機(jī)械制造技術(shù)、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、測試和傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、接口技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、伺服驅(qū)動等多種技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有巨大的推動力,因此世界各國都在大力推廣機(jī)電一體化技術(shù)。
  國外機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀
  機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段。第一階段(又稱初級階段)是20世紀(jì)60年代以前,這一時期人們不自覺地利用電子技術(shù)并使之得到比較廣泛的承認(rèn)。第二階段,機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。第三階段,各國均開始極大關(guān)注和支持機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。
  1989年在日本東京召開的第一屆國際先進(jìn)機(jī)電一體化學(xué)術(shù)會議,是機(jī)電一體化向縱深發(fā)展的標(biāo)志,各國政府也開始有計劃地推動和發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。目前,日本和美國在機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。美國商務(wù)部曾發(fā)表過一份關(guān)于日本機(jī)電一體化的研究報告,對日美兩國機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)研究、超前開發(fā)與形成產(chǎn)品等三方面進(jìn)行了比較,結(jié)論是除機(jī)器視覺與軟件外,日本的基礎(chǔ)研究與美國是可以比擬的。當(dāng)前,他們都將智能傳感器、計算機(jī)芯片制造技術(shù)、具有觸覺和人機(jī)對話功能的人工智能工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)等列為高技術(shù)領(lǐng)域的重大研究課題,并投入大量資金支持發(fā)展相關(guān)技術(shù)。
  20世紀(jì)90年代后期,機(jī)電一體化進(jìn)入了深入發(fā)展時期。光學(xué)、通信技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化,出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化的新分支。同時對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法,以及學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)也為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展天地。
  因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展,主要表現(xiàn)在以下4個方面:
  。1)機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家,數(shù)控機(jī)床占機(jī)床總數(shù)的30%~40%。
  工業(yè)機(jī)器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展,數(shù)量在未來十年將以25%~30%的速度增長。智能機(jī)器人將逐步進(jìn)入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領(lǐng)域。 
 。2)機(jī)電一體化從單機(jī)向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢,它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實(shí)現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。CIMS的實(shí)現(xiàn)是全局動態(tài)的最優(yōu)綜合。
  (3)激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。光機(jī)電一體化是激光技術(shù)與機(jī)械、電子技術(shù)相結(jié)合,不僅大大擴(kuò)展了機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域,而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革,是當(dāng)今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結(jié)合點(diǎn)。
  (4)微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展迅猛。微電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,帶動了大量高新技術(shù)的興起,微細(xì)加工技術(shù)和裝備不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且對微機(jī)械的誕生和發(fā)展也起了決定性的作用。
  國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀
  我國從20世紀(jì)80年代初開始進(jìn)行機(jī)電一體化的研究和應(yīng)用,國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響,許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作。雖然目前國內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)與日本、歐美等先進(jìn)國家相比仍有一定差距,但隨著新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展,我國加大了機(jī)電一體化技術(shù)的研究力度,并將其確定為國家高技術(shù)重點(diǎn)研究領(lǐng)域,給予優(yōu)先支持,并取得了一定的成績.
(1)數(shù)控技術(shù)方面。我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年,在“九五”末期,國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50%,配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了10%。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程,特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關(guān),總體來看取得了很好成績。目前,已具有年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3000多套、主軸與進(jìn)給裝置5000多套的生產(chǎn)能力。近十年來,普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級加工中心則從3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(0.01μm)。
(2)工業(yè)機(jī)器人方面。我國1986年將機(jī)器人的研究開發(fā)列入國家科技計劃,現(xiàn)已掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)和軟件編程技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人的關(guān)鍵元器件,并進(jìn)入實(shí)用化階段,開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、等機(jī)器人。
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