探析機(jī)電一體化的未來發(fā)展趨勢

探析機(jī)電一體化的未來發(fā)展趨勢

【論文摘要】：介紹了光機(jī)電一體化技術(shù)特征，研究了國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出了未來發(fā)展前景和一些重要技術(shù)熱點(diǎn)。 
　　 
　　　　 
　　 近些年來，光機(jī)電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因此，光機(jī)電一體化技術(shù)成為當(dāng)今機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢。 
　　 
　　1.光機(jī)電一體化技術(shù)特征 
　　 
　　 光機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、計(jì)算機(jī)和傳感器五個(gè)部分組成，相互構(gòu)成一個(gè)功能完善的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)。其中計(jì)算機(jī)軟硬件和傳感器是光機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較，光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。 
　　 1.1 體積小，重量輕，適應(yīng)性強(qiáng)，操作更方便 
　　 光機(jī)電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進(jìn)行單調(diào)重復(fù)操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序，任何一臺光機(jī)電一體化裝置的動(dòng)作，可由預(yù)設(shè)的程序一步一步控制實(shí)現(xiàn)，甚至實(shí)現(xiàn)操作全自動(dòng)化和智能化。 
　　 1.2 功能增加，精度大幅提高 
　　 光機(jī)電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現(xiàn)代技術(shù)集成開發(fā)的自動(dòng)化、智能化機(jī)構(gòu)設(shè)備、儀器儀表和元器件。電子技術(shù)的采用使得包饋控制 水平提高，運(yùn)算速度加快，通過電子自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確按預(yù)設(shè)動(dòng)作，其自行診斷、校正、補(bǔ)償功能可減少誤差，達(dá)到靠單純機(jī)械方式所不能實(shí)現(xiàn)的工作精度。同時(shí)，由于機(jī)械傳動(dòng)部件減少，機(jī)械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。 
　　 1.3 部分硬件實(shí)現(xiàn)軟件化，智能化程度提高 
　　 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備一般不具有自維修或自診斷功能。光機(jī)電一體化技術(shù)使得電子裝置能按照人的意圖進(jìn)行自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補(bǔ)償、自診斷、自動(dòng)保護(hù)直至自動(dòng)記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過改變程序，指令等軟件內(nèi)容而無需改動(dòng)硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機(jī)械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。 
　　 1.4 產(chǎn)品可靠性得到提高，使用壽命增長 
　　 傳統(tǒng)的機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)部分，一般都伴隨著磨損及運(yùn)動(dòng)部件配合間隙所引起的動(dòng)作誤差，導(dǎo)致可動(dòng)摩擦、撞擊、振動(dòng)等加重，嚴(yán)格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使裝置的可動(dòng)部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關(guān)甚至無可動(dòng)部件、無機(jī)械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。 
　　 1.5 融合了多種學(xué)科新技術(shù)，衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新產(chǎn)品 
　　 光機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究開發(fā)涉及到許多學(xué)科和專業(yè)知識，包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、電力電子學(xué)、電工學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、光學(xué)、控制論、信息論和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。例如人們很熟悉的靜電復(fù)印機(jī)、彩色印像機(jī)等，就是一種由機(jī)、電、光、磁、化學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)復(fù)合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。光機(jī)電一體化技術(shù)將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機(jī)械技術(shù)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來，衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新一代技術(shù)裝備。 
　　 1.6 產(chǎn)品系統(tǒng)性增強(qiáng)，各部分系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性要求提高 
　　 光機(jī)電一體化是一門學(xué)科的邊緣科學(xué)技術(shù)，多種技術(shù)的綜合及多個(gè)部分的組合，使得光機(jī)電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學(xué)性。其各個(gè)組成部分在綜合成一個(gè)完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴(yán)格的要求，這就要求各種技術(shù)揚(yáng)長避短，提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)性。 
　　 
　　2.研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 
　　 
　　 2.1研究現(xiàn)狀 
　　 自從我國實(shí)行改革開放以來，科技領(lǐng)域急起直追，我國的光機(jī)電一體化技術(shù)已取得明顯的成效，數(shù)控產(chǎn)品有了很大的提高，尤其是經(jīng)濟(jì)型靈敏數(shù)控裝置發(fā)展很快，是我國特有的經(jīng)濟(jì)實(shí)用產(chǎn)品，不但適用國內(nèi)市場的需要，部分產(chǎn)品還隨主機(jī)配套出口。國內(nèi)的機(jī)械產(chǎn)品采用可編程控制器（PC）和微電子技術(shù)控制設(shè)備也越來越多，覆蓋面也日益擴(kuò)大，從紡織機(jī)械、軸承加工設(shè)備、機(jī)床、注塑機(jī)到橡膠輪胎成型機(jī)、重型機(jī)械、輕工業(yè)機(jī)械都是如此，我國自行研制和生產(chǎn)的光機(jī)電設(shè)備，在質(zhì)量上也有重大突破，為今后的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
　　 2.2 發(fā)展趨勢 
　　 光機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域，成為一種新興的學(xué)科，并逐漸成為一種產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)越來越受到高度重視。

 從世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況來看，光機(jī)電一體化技術(shù)的未來技術(shù)熱點(diǎn)主要包括： 
　　 （1）激光技術(shù) 
　　 1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時(shí)，可極大地提高測量精度和量程。 
　　 2）高方向性，因具有很遠(yuǎn)距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信、激光測距、激光雷達(dá)、激光導(dǎo)航以及遙控。 
　　 3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點(diǎn)附近可產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點(diǎn)物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產(chǎn)品進(jìn)行特種加工。 
　　 4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學(xué)計(jì)算機(jī)的研制，而在實(shí)際運(yùn)用中也會通過一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性，應(yīng)用范圍更廣。