机电一体化的应用及发展趋势

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1 机电-体化概述1.1基本概念机电-体化的英文单词是Mechatronics。

它分别取了机械技术(Mechanics)的前半部分和电子技术(Electron-ics)的后半部分。通常，我们认为机电-体化技术是机械技术 、电子技术 、信息技术的有机结合 ，又称之为机械电子技术 。

1.2五要素和四原则五要素-- 机 电-体化 系统的硬件组成：指的是机电-体化系统的五大组成要素，具体包括结构组成要素 、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素 。(1)结构组成要素 ：系统的框架、支撑、定位、联接部件。(2)动力组成要素：为系统提供能量、动力维护运行的部件。(3)感知组成要素：对系统内外各种状况进行检测、转换、传输、分析、处理，产生控制信息。(4)智能组饯要素：将感知组成要素传来的控制信息进行汇总、存储、分表1 传统机械制造业与先进机械制造业类比本质 竞争优势 综合特点(1)企业规模大(2)生产批量； . (1)专业加工复杂； 传统机械制造业 规模经济(3)产品结构和重复性取胜 (2)机器替代人力。

(1)先进生产模式 ；(2)先进制造系统； (1)全球化、网络化先进机械制造业 信息产业 (2)虚拟化、智能化、(3)先进制造技术，(3)环保协调 (4)先进组织管理形式。

析、处理 ，发出指令。(5)运动组成要素：根据智能组成要素发出的指令，完成既定的执 行功能 。

四原则--机电-体化系统的运作规律：指的是五大组成要素在互相作用时必须遵循的结构耦合 、运动传递 、信息控制与能量转换 四大原 则 。(1)接 口耦合 ：信 息交换涉及到的 两个环节 ，通 过接 口耦 合来解决信息模式不兼容而不能传递的问题。

(2)能量转换：这也是两个环节由于模式不兼容的问题导致无法直接进行能量转换。

(3)信息控制：智能组成要素完成信息的采集、传输 、存储等操作。(4)运动传递：机电- 体 化 系统 的各组 成 要素 之 间通过 运 动传递原则达到优化不同类型运动的变换与传输 。

2 机电-体化的应用机 电-体化 的不 断发展 ，实现 了产 品整体优化 ，也实现了产品质量提升 、生产效率提高。在新产品的生产和准备周期上，机电-体 化也有其 巨大优势 。

2.1机电-体化在现代机械制造业中的应机床本体零 鏊 执 零簪 - 簧 -- 鍪 -- -' 摄 -- 暮 纸 机-- 口a构位置检测装置t图 1 数控机床工作过程原理图1 ～ 伺服系统控制介质 ----I. 数控装置 机床----- ---- 测量装置图2 数控机床的组成科技资讯 SCIENCE ＆ TEcHNOLoGY INFORMATION 75用与建立在规模经济基础上 ，依靠规模 、产量来争群争优势的传统机械制 造业 不同，先进机械制造业强调以信息为主导。表- 为传统机械制造业与先进机械制 造业 的类比(如表1)。

2.2在饮料行业中的应用机 电- 体化 应于食 品 、饮料 行业 已经有很长 的历史 了。在 包装机械的开 发设计和制造中，机电-体化技术发挥 了非常大 的 作用 ，它 的 出现 使包 装 生产 线 的 各项指标(如自动化水平、系统控制水平、生产能力)得到 了极大的提高 ，竞争力产生了 质的 飞越 ，远远 超 过 同类 传 统 的机 械设备 ，同时 也 使 单机 的 自动化 程 度 大大提高。

2.3在钢铁企业中的应用机电-体化技术在钢铁企业 中的应用有很多。在钢铁生产的全局控制中，计算机集成制造系统(CIMS)发挥重要的作用。

CIMs将生产管理的各项宏观与微观过程与人 有机地联 系在- 起 ，实现 了生 产要素的统筹管理。在钢铁生产的传动环节，交流传动技术-出现就受到各大厂家的青睐，它使矢量控制技 术得以在实现 。其于交流传 动技术在调速 方面的 巨大优 势 ，它取代传统 的直 流传动指 日可待。

3 机电-体化产品举例以数控机床为例，阐述机电-体化产品的实际应 用。

数控机 床综 合应用 了电子计 算机 、自动控制、伺服驱动、精密测量等技术，是-种高效率 、高精 度、多功能的先进机床 ，与传统 机床相 比有 巨大优势 ，取代传统机床是大势所趋 ，是成本 、技 术和时间问题 。

图1为数 控机床 工作过程 原理 图，图2为数控机床的组成结构 。

4 机电-体化的发展趋势随 着机 电-体化越 来越 广泛的应用 ，各行各业都不断涌现 出机电-体化的应用实例 。每每出现机电-体化的产品 ，都会引起-场革 命 ，造成- 个行业 的蓬勃 发展或者 另- 个落后产业的加 速衰亡 。 。

随着新产品的研发及高精密等设备的发展 ，要求新-代机 电-体化技术、产 品及系统朝着高性能 、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为 国家带来更大的经济效益 与社会效益 。

未来 ，机 电-体化的 发展趋 势不可避免地 向以下 几个方面发展。

4.1智能化机电-体 化技术越 来越 成熟 。首 先表现在其智能化程度越来越高，甚至具备了- 定的AI(人工智能，Artificial Intelligence)能力。这给用户在使用 、维护上带来了极大的方便。

4.2数字化机 电- 体化 产品也将 会更 数字化 ，如数控机床和机 器人 ，这也是 进-步增强机电-体化产品可靠性、通用性、可操作性的重要保障 。

4.3拈化工 业 技 术产品配件拈 化的最主要好处是使产品配件标准化、系列化，不仅更加容易应用于工业生产，也使接 口规则更加简单和体系化 。现阶 段机 电-体化蓬勃发展 但仍处于初级阶段，产品种类繁多而不成体系，模块化这项工作潜 力巨大 。

5 结语机电-体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合。机电-体化在各行各业 中的应 用越 来越 广泛 ，产 品层出不穷，引领 各行各业发生翻天覆地的改变。机电-体化在未来不可避免地向智能数字、拈设计生产 、互联共享 、人性便携和坏保绿色等方向发展 。