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行業(yè)資訊
淺談機電一體化技術(shù)的現狀及發(fā)展趨勢

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

  機電一體化是一個(gè)新興的邊緣學(xué)科,正處于發(fā)展階段,代表著(zhù)機械工業(yè)技術(shù)革命的發(fā)展方向。一般認為,機電一體化技術(shù)是一門(mén)跨學(xué)科的綜合性高技術(shù),是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)及其他技術(shù)相融合而構成的一門(mén)獨立的交叉學(xué)科。美國IEEE/ASME曾于1996年給出了一個(gè)較為全面的定義:“我們對機電一體化初步定義為,在工業(yè)產(chǎn)品和過(guò)程的設計和制造中,機械工程和電”,涉及機械制造技術(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)、計算機技術(shù)、伺服驅動(dòng)等多種技術(shù)。機電一體化技術(shù)對現代工業(yè)的發(fā)展有巨大的推動(dòng)力,因此世界各國都在大力推廣機電一體化技術(shù)。
  國外機電一體化發(fā)展現狀
  機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段。第一階段(又稱(chēng)初級階段)是20世紀60年代以前,這一時(shí)期人們不自覺(jué)地利用電子技術(shù)并使之得到比較廣泛的承認。第二階段,機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。第三階段,各國均開(kāi)始極大關(guān)注和支持機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。
  1989年在日本東京召開(kāi)的第一屆國際先進(jìn)機電一體化學(xué)術(shù)會(huì )議,是機電一體化向縱深發(fā)展的標志,各國政府也開(kāi)始有計劃地推動(dòng)和發(fā)展機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。目前,日本和美國在機電一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應用方面處于世界領(lǐng)先地位。美國商務(wù)部曾發(fā)表過(guò)一份關(guān)于日本機電一體化的研究報告,對日美兩國機電一體化技術(shù)的基礎研究、超前開(kāi)發(fā)與形成產(chǎn)品等三方面進(jìn)行了比較,結論是除機器視覺(jué)與軟件外,日本的基礎研究與美國是可以比擬的。當前,他們都將智能傳感器、計算機芯片制造技術(shù)、具有觸覺(jué)和人機對話(huà)功能的人工智能工業(yè)機器人、柔性制造系統等列為高技術(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90年代后期,機電一體化進(jìn)入了深入發(fā)展時(shí)期。光學(xué)、通信技術(shù)、微細加工技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化,出現了光機電一體化和微機電一體化的新分支。同時(shí)對機電一體化系統的建模設計、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)也為機電一體化技術(shù)開(kāi)辟了廣闊的發(fā)展天地。
  因此,機電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展,主要表現在以下4個(gè)方面:
   (1)機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達國家,數控機床占機床總數的30%~40%。
  工業(yè)機器人正向智能化和智能系統的方向發(fā)展,數量在未來(lái)十年將以25%~30%的速度增長(cháng)。智能機器人將逐步進(jìn)入辦公、管理、娛樂(lè )、家庭等各個(gè)領(lǐng)域。 
  (2)機電一體化從單機向整個(gè)制造業(yè)的集成化過(guò)渡。計算機集成制造系統(CIMS)是當今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢,它打破原有部門(mén)之間的界線(xiàn)以制造為基干來(lái)控制“物流”和“信息流”,實(shí)現從經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實(shí)驗到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的有機結合。CIMS的實(shí)現是全局動(dòng)態(tài)的最優(yōu)綜合。
  (3)激光技術(shù)進(jìn)入機電一體化領(lǐng)域。光機電一體化是激光技術(shù)與機械、電子技術(shù)相結合,不僅大大擴展了機電一體化的應用領(lǐng)域,而且使一些行業(yè)出現重大變革,是當今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結合點(diǎn)。
  (4)微細加工技術(shù)與設備發(fā)展迅猛。微電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,帶動(dòng)了大量高新技術(shù)的興起,微細加工技術(shù)和裝備不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且對微機械的誕生和發(fā)展也起了決定性的作用。
  國內機電一體化發(fā)展現狀
  我國從20世紀80年代初開(kāi)始進(jìn)行機電一體化的研究和應用,國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導小組并將其列為“863計劃”。在制定“九五”規劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響,許多大專(zhuān)院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應用做了大量的工作。雖然目前國內機電一體化技術(shù)與日本、歐美等先進(jìn)國家相比仍有一定差距,但隨著(zhù)新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展,我國加大了機電一體化技術(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(jì).
(1)數控技術(shù)方面。我國數控技術(shù)起步于1958年,在“九五”末期,國產(chǎn)數控機床的國內市場(chǎng)占有率達50%,配國產(chǎn)數控系統(普及型)也達到了10%。縱觀(guān)我國數控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程,特別是經(jīng)過(guò)4個(gè)5年計劃的攻關(guān),總體來(lái)看取得了很好成績(jì)。目前,已具有年產(chǎn)數控系統3000多套、主軸與進(jìn)給裝置5000多套的生產(chǎn)能力。近十年來(lái),普通級數控機床的加工精度已由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(kāi)始進(jìn)入納米級(0.01μm)。
(2)工業(yè)機器人方面。我國1986年將機器人的研究開(kāi)發(fā)列入國家科技計劃,現已掌握了機器人操作機的設計制造技術(shù)、控制系統和軟件編程技術(shù)、運動(dòng)學(xué)和軌跡規劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人的關(guān)鍵元器件,并進(jìn)入實(shí)用化階段,開(kāi)發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、等機器人。
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