淺析機電一體化技術
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一、機電一體化的基本概念
機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統(tǒng)總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統(tǒng)的機電產品相比，機電一體化產品具有下述優(yōu)越性。
(一)使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。
(二)生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現(xiàn)了工作的自動化，使得生產能力大大提高。例如，數控機床對工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產效率比普通機床提高5～6倍。
(三)使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作。
(四)具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。
(五)調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現(xiàn)工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取措施，使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產過程的所有領域，因此，機電一體化產品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能，可以將其分成下述幾類。
①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執(zhí)行機構為機械裝置。
②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執(zhí)行機構為電子裝置。
③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執(zhí)行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。
④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執(zhí)行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。
⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執(zhí)行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點
機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協(xié)調和綜合來共同實現(xiàn)的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統(tǒng)。
(一)機械系統(tǒng)。機電一體化產品的機械系統(tǒng)包括機身、框架、機械傳動和聯(lián)接等機械部分。這部分是實現(xiàn)產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求
(二)動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執(zhí)行機構工作以完成預定的主功能。動力系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。
(三)傳感與檢測系統(tǒng)。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般由測量儀器或儀表來實現(xiàn)，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。
(四)信息處理及控制系統(tǒng)。根據機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現(xiàn)控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。
(五)執(zhí)行機構。執(zhí)行機構在控制信息的作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產品的主功能。機電一體化產品的執(zhí)行機構一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構。執(zhí)行機構因機電一體化產品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執(zhí)行機構是實現(xiàn)產品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個產品的性能，因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協(xié)調，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結構上，各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起，構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。
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