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機電一體化是機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉融合,它的發(fā)展和進步依賴于也促進相關技術的發(fā)展和進步。本文介紹了國內外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了機電一體化的發(fā)展趨勢。 機電一體化是一個新興的邊緣學科,正處于發(fā)展階段,代表著機械工業(yè)技術革命的發(fā)展方向。一般認為,機電一體化技術是一門跨學科的綜合性高技術,是由微電子技術、計算機技術、信息技術、機械技術及其他技術相融合而構成的一門獨立的交叉學科。美國IEEE/ASME曾于1996年給出了一個較為全面的定義:“我們對機電一體化初步定義為,在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設計和制造中,機械工程和電”,涉及機械制造技術、電子技術、信息處理技術、測試和傳感器技術、控制技術、接口技術、計算機技術、伺服驅動等多種技術。機電一體化技術對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有巨大的推動力,因此世界各國都在大力推廣機電一體化技術。
國外機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀
機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段。第一階段(又稱初級階段)是20世紀60年代以前,這一時期人們不自覺地利用電子技術并使之得到比較廣泛的承認。第二階段,機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。第三階段,各國均開始極大關注和支持機電一體化技術和產(chǎn)品。
1989年在日本東京召開的第一屆國際先進機電一體化學術會議,是機電一體化向縱深發(fā)展的標志,各國政府也開始有計劃地推動和發(fā)展機電一體化技術和產(chǎn)品。目前,日本和美國在機電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應用方面處于世界領先地位。美國商務部曾發(fā)表過一份關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的基礎研究、超前開發(fā)與形成產(chǎn)品等三方面進行了比較,結論是除機器視覺與軟件外,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、具有觸覺和人機對話功能的人工智能工業(yè)機器人、柔性制造系統(tǒng)等列為高技術領域的重大研究課題,并投入大量資金支持發(fā)展相關技術。
20世紀90年代后期,機電一體化進入了深入發(fā)展時期。光學、通信技術、微細加工技術等進入了機電一體化,出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化的新分支。同時對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法,以及學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術也為機電一體化技術開辟了廣闊的發(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(xiàn)在以下4個方面:
。1)機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領域。在工業(yè)發(fā)達國家,數(shù)控機床占機床總數(shù)的30%~40%。
工業(yè)機器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展,數(shù)量在未來十年將以25%~30%的速度增長。智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領域。
(2)機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)是當今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢,它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結合。CIMS的實現(xiàn)是全局動態(tài)的最優(yōu)綜合。
。3)激光技術進入機電一體化領域。光機電一體化是激光技術與機械、電子技術相結合,不僅大大擴展了機電一體化的應用領域,而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革,是當今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結合點。
。4)微細加工技術與設備發(fā)展迅猛。微電子技術及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,帶動了大量高新技術的興起,微細加工技術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(xiàn)狀
我國從20世紀80年代初開始進行機電一體化的研究和應用,國務院成立了機電一體化領導小組并將其列為“863計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響,許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(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與日本、歐美等先進國家相比仍有一定差距,但隨著新技術革命的迅猛發(fā)展,我國加大了機電一體化技術的研究力度,并將其確定為國家高技術重點研究領域,給予優(yōu)先支持,并取得了一定的成績.
(1)數(shù)控技術方面。我國數(shù)控技術起步于1958年,在“九五”末期,國產(chǎn)數(shù)控機床的國內市場占有率達50%,配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達到了10%。縱觀我國數(shù)控技術近50年的發(fā)展歷程,特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關,總體來看取得了很好成績。目前,已具有年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3000多套、主軸與進給裝置5000多套的生產(chǎn)能力。近十年來,普通級數(shù)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始進入納米級(0.01μm)。 (2)工業(yè)機器人方面。我國1986年將機器人的研究開發(fā)列入國家科技計劃,現(xiàn)已掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)和軟件編程技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產(chǎn)了部分機器人的關鍵元器件,并進入實用化階段,開發(fā)出弧焊、點焊、等機器人。
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