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機電壹體化技術的發展歷程和趨勢前言

機電壹體化技術的發展歷程及趨勢

自電子技術出現以來,電子技術與機械技術的結合就開始了,但半導體集成電路,尤其是以微處理器為代表的大規模集成電路,在“機電壹體化”技術之後取得了顯著的進步,引起了廣泛的關註。

(壹)機電壹體化的發展”

1.數控機床的問世,寫下了“機電壹體化”歷史的第壹頁;

2.微電子技術給“機電壹體化”帶來巨大活力;

3.可編程控制器和“電力電子學”的發展為“機電壹體化”提供了強大的基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使“機電壹體化”躍上壹個新臺階。

(二)機電壹體化的發展趨勢

1.光電集成。壹般機電系統由傳感系統、能量系統、信息處理系統、機械結構等部件組成。因此,引入光學技術,實現光學技術的固有優勢,可以有效改善機電壹體化系統的傳感系統、能量(動力)系統和信息處理系統。光電壹體化是機電產品發展的重要趨勢。

2.自律分配的系統化——柔性。未來的機電壹體化產品,控制和執行系統具有足夠的冗余性和很強的靈活性,可以更好地應對突發事件,被設計為“自律分配系統”。在自主分布系統中,各子系統相互獨立工作,為整體系統服務,有自己的“自律”,可以根據不同的環境條件做出不同的反應。其特點是子系統可以生成自己的信息,並附加給定的信息。大前提下,具體的“動作”是可以改變的。這樣,系統的適應性(靈活性)明顯增加,整個系統不受壹個子系統故障的影響。

3.全息系統化-智能。未來機電壹體化產品的“全息”特征會越來越明顯,智能化水平會越來越高。這主要得益於模糊技術和信息技術(尤其是軟件和芯片技術)的發展。此外,其系統的層級結構也從簡單的“自上而下”的局面轉變為復雜冗余的雙向連接。

4.“生物-軟件”-仿生系統化。未來的機電壹體化設備對信息的依賴性很強,結構上“靜態”時往往不穩定,動態(工作)時則穩定。這有點類似於壹個活著的生物:當控制系統(大腦)停止工作時,生物“死亡”,而當控制系統(大腦)工作時,生物卻很有活力。仿生學研究領域已經發現了壹些優秀的生物機構,可以為機電壹體化產品提供新的軀體,但如何讓這些新的軀體擁有鮮活的“生命”還有待進壹步研究。這個研究領域被稱為“生物-軟件”或“生物-系統”,生物的特點是硬件(身體)和軟件(大腦)的集成。看來機電壹體化產品雖然在向生物系統化發展,但是任重道遠。

5.微型計算機電化學-微型化。目前,通過在半導體器件的制造過程中使用蝕刻技術,已經在實驗室中制造出亞微米機械部件。當這壹成果應用於實際產品時,就不需要區分機械部分和控制器了。到時候機械和電子完全可以“壹體化”,機體、執行器、傳感器、CPU等等都可以集成在壹起,體積很小,形成壹個自律的元素。這種微觀力學是機電壹體化的壹個重要發展方向。

二、典型的機電壹體化產品

機電壹體化產品分為系統(整機)、基礎元件和元器件兩大類。典型的機電壹體化系統包括:數控機床、機器人、汽車電子產品、智能儀器、電子排版印刷系統、CAD/CAM系統等。典型的機電壹體化元件和部件包括:電力電子器件和裝置、可編程控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。省略了對這些典型機電壹體化產品的技術現狀、發展趨勢和市場前景的分析。

三、我國發展“機電壹體化”面臨的形勢和任務

機電壹體化的工作主要包括兩個層面:壹是用微電子技術改造傳統產業,目的是節約能源和材料,提高工作效率和產品質量,提高傳統產業的技術進步;二是發展自動化、數字化、智能化的機電產品,促進產品升級換代。

(壹)我國“機電壹體化”工作面臨的形勢

1.在中國用微電子技術改造傳統產業很難。

2.在中國,用機電壹體化技術加速產品升級和增加市場份額的呼聲和壓力很高。

3.用機電壹體化產品替代我國技術含量和附加值低,能耗、水耗、耗材高,汙染擾民責任重的產品,意義重大。在中國的工業體系中,能源和水的消耗大戶以及汙染環境的企業仍占相當大的比重。近年來,雖然我國產業結構和產品結構進行了多次調整,但由於種種原因,效果壹直不夠明顯。當然,這裏面有很多是上級部門造成的問題,有“離鄉難”、“重操舊業”等問題,但也有不優化理想行業、選擇心儀產品等不可否認的問題。最好的答案早就擺在了這些企業面前,那就是發展機電壹體化,研發生產相關的機電壹體化產品。機電壹體化產品功能強、性能好、質量高、成本低、靈活性強。它們可以在不改變設備的情況下,根據市場需要和用戶反映的產品結構和生產工藝進行調整和改造。這是解決機電產品多品種小批量生產的重要途徑。同時可以為傳統機械行業註入新鮮血液,帶來新的活力,將機械生產從繁重的體力勞動中解放出來,實現文明生產。

另外,從市場需求來看,由於我國機電壹體化產品的研發歷史不長,缺口較大,很多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求,年進口量比較大,急需發展。

(二)中國的“機電壹體化”任務

我國機電壹體化的任務可以概括為兩句話:壹是用機電壹體化技術廣泛而深入地改造傳統產業;還有壹句話就是大張旗鼓地發展機電壹體化產品,推動機電產品升級換代。總體目的是促進機電壹體化產業的形成,為我國產業結構和產品結構的調整做出貢獻。

總之,機電壹體化技術不僅是振興傳統機電行業的新鮮血液和源動力,也是打開我國機電行業產品結構和產業結構調整之門的鑰匙。

四、中國發展“機電壹體化”的對策

(壹)加強統籌安排,協調發展計劃。

目前國內從事“機電壹體化”研究、開發和生產的單位很多。各有各的發展戰略。由於各單位立足點和側重點的限制,難免只考慮局部利益。各主管部門的相關規劃和計劃也存在統壹考慮、統籌安排不夠的問題,缺乏統攬全局的權威發展規劃和戰略規劃。因此,建議主管部門責成有關單位在深入調查和科學分析的基礎上,制定出“機電壹體化”的總體研發和生產計劃,避免開發中的重復和生產中的碰撞!

(二)加強行業管理,發揮“協會”的作用

目前國內“機電壹體化”火熱,但按照目前的行業劃分方式和管理體制,“多策”難。因此,中國有必要為機電壹體化行業定義壹個統壹的管理機構。根據當前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神,以及機電壹體化行業的特點,我們建議盡快加強北京機電壹體化協會的建設,賦予其行業管理職能。“協會”要進壹步擴大領導機構——理事會的代表層次和覆蓋面,加強辦公室和秘書處建設;要通過其智能辦公室和經濟實體組織起草“行業”發展規劃和戰略計劃;引導產業布局調整,選擇發展突破口,抓好重點項目試點和相關項目招投標...

(3)優化發展環境,加大支持力度。

優化發展環境,是指通過向群眾宣傳,營造全社會,無論是企業內外,都關註和支持“機電壹體化”發展的氛圍,如為外國投資者盡快在中國投資發展“機電壹體化”產業提供便利;盡可能給研發生產機電壹體化產品的高科技企業開綠燈;盡力為機電壹體化產品的開發和生產配置資源要素。

加大支持力度,在技術政策上,要嚴格限制發展高耗電、高耗材的傳統產品,限制強制淘汰不采用機電壹體化技術的落後產品;大力推進機電壹體化技術改造傳統產業,優先支持機電壹體化技術改造傳統產業,優先設立和支持相關技術開發應用項目,對在技術開發應用中做出貢獻的單位領導和科技人員給予表彰和獎勵。

(四)註重發展,兼顧“兩個層次”

機電壹體化行業覆蓋面很廣,我們的財力、人力、物力有限。因此,在把握機電壹體化產業發展時,不應該面面俱到,直截了當地描述,而應該分清主次,大膽選擇,有所為有所不為。我們應該註意兩個層面的工作。第壹個層次是“表面”工作,即用電子信息技術改造傳統工業,在傳統機電設備上植入或嫁接微電子(計算機)器件,使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“改進”工作,即在新產品設計之初,“機械”和“電子”統壹考慮,使“機械”和“電子”密不可分,深度結合,生產出來的新產品至少是實現機電壹體化的。

結論:本論文是在各位老師的悉心指導和嚴格要求下完成的。在學習生活中,我壹直感受到導師無微不至的指導和無私的關懷,受益匪淺。向所有的老師表示深深的感謝和崇高的敬意。怎樣才能行萬裏路而不積跬步?本次設計能夠順利完成,也歸功於老師們的認真負責,讓我很好的掌握和運用專業知識,並在設計中體現出來。同時也在網上搜集了很多資料,使得我的畢業論文工作順利完成。向學院工程系的全體老師表示衷心的感謝。

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