機電一體化的發展與應用 (一)

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機電一體化的發展與應用 (一)

      隨著實習的結束,我對機電一體化這門專業的瞭解隨著工作的不斷積累,得到了廣泛的提高,在一汽無錫柴油機廠工作的七八個月份裡,我瞭解了在製造汽車過程中許多我以前不清楚的方面。在以往的小結報告中我曾多次介紹了汽車零部件中許多重要的技術特點和汽車對外銷售的內容。在本次畢業論文中我將會把敘述的內容折會回到我的專業,即機電一體化對於社會發展的重要性和該專業在一些重工業單位中的具體技術專案進行討論。
 一. 機電一體化技術的發展  機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、資訊處理等多學科的交叉融合,其發展和進步有賴於相關技術的進步與發展,其主要發展方向有數字化、智慧化、模組化、網路化、人性化、微型化、整合化、帶源化和綠色化。1. 數字化    微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎,如不斷髮展的數控機床和機器人;而計算機網路的迅速崛起,為數字化設計與製造鋪平了道路,如虛擬設計、計算機整合製造等。數字化要求機電一體化產品的軟體具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機介面。數字化的實現將便於遠端操作、診斷和修復。2. 智慧化  即要求機電產品有一定的智慧,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能,設定智慧I/O介面和智慧工藝資料庫,會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網路、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智慧技術的進步與發展,為機電一體化技術發展開闢了廣闊天地。3.模組化  由於機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研製和開發具有標準機械介面、動力介面、環境介面的機電一體化產品單元模組是一項複雜而有前途的工作。如研製具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元;具有視覺、影象處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣,在產品開發設計時,可以利用這些標準模組化單元迅速開發出新的.產品。4. 網路化  由於網路的普及,基於網路的各種遠端控制和監視技術方興未艾。而遠端控制的終端裝置本身就是機電一體化產品,現場匯流排和區域網技術使家用電器網路化成為可能,利用家庭網路把各種家用電器連線成以計算機為中心的計算機整合家用電器系統,使人們在家裡可充分享受各種高技術帶來的好處,因此,機電一體化產品無疑應朝網路化方向發展。5. 人性化  機電一體化產品的最終使用物件是人,如何給機電一體化產品賦予人的智慧、情感和人性顯得愈來愈重要,機電一體化產品除了完善的效能外,還要求在色彩、造型等方面與環境相協調,使用這些產品,對人來說還是一種藝術享受,如家用機器人的最高境界就是人機一體化。6. 微型化  微型化是精細加工技術發展的必然,也是提高效率的需要。微機電系統是指可批量製作的,集微型機構、微型感測器、微型執行器以及訊號處理和控制電路,直至介面、通訊和電源等於一體的微型器件或系統。
 7. 整合化  整合化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與複合,又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率,應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次,使系統功能分散,並使各部分協調而又安全地運轉,然後再通過軟、硬體將各個層次有機地聯絡起來,使其效能最優、功能最強。8. 帶源化  是指機電一體化產品自身帶有能源,如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由於在許多場合無法使用電能,因而對於運動的機電一體化產品,自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。9. 綠色化  科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化,在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的後果。所以,人們呼喚保護環境,迴歸自然,實現可持續發展,綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低汙染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、製造、使用和銷燬時應符合環保和人類健康的要求,機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不汙染生態環境,產品壽命結束時,產品可分解和再生利用。二. 機電一體化技術在重工業企業中的應用  在重工業企業中,機電一體化系統是以微處理機為核心,把微機、工控機、資料通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來,採用組裝合併方式,為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件,增強系統控制精度、質量和可靠性。
 1. 智慧化控制技術(IC)  由於重工業具有大型化、高速化和連續化的特點,傳統的控制技術遇到了難以克服的困難,因此非常有必要採用智慧控制技術。智慧控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網路等,智慧控制技術廣泛應用於鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、裝置與產品質量診斷等各個方面。
  2. 分散式控制系統(DCS)  分散式控制系統採用一臺中央計算機指揮若干檯面向控制的現場測控計算機和智慧控制單元。分散式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展,分散式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制,而且還可以實現線上最優化、生產過程實時排程、生產計劃統計管理功能,成為一種測、控、管一體化的綜合系統。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴充套件、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監視集中控制分散,故障影響面小,而且系統具有連鎖保護功能,採用了系統故障人工手動控制操作措施,使系統可靠性高。分散式控制系統與集中型控制系統相比,其功能更強,具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統的主要潮流。3.開放式控制系統(OCS)  開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的資訊交換規程的共識和支援,按此標準設計的系統,可以實現不同廠家產品的相容和互換,且資源共享。開放控制系統通過工業通訊網路使各種控制裝置、管理計算機互聯,實現控制與經營、管理、決策的整合,通過現場匯流排使現場儀表與控制室的控制裝置互聯,實現測量與控制一體化。
4. 計算機整合製造系統(CIMS)  重工業企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體,用以實現從原料進廠,生產加工到產品發貨的整個生產過程全域性和過程一體化控制。目前許多企業已基本實現了過程自動化,但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏資訊資源的共享和生產過程的統一管理,難以適應現代企業生產的要求。未來重工業企業競爭的焦點是多品種、小批量生產,質優價廉,及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存,加速資金週轉,實現生產、經營、管理整體優化,關鍵就是加強管理,獲取必須的經濟效益,提高了企業的競爭力。
5. 現場匯流排技術(FBT)  現場匯流排技術是連線設定在現場的儀表與設定在控制室內的控制裝置之間的數字式、雙向、多站通訊鏈路。採用現場匯流排技術取代現行的訊號傳輸技術(如4~20mA,DC直流傳輸)就能使更多的資訊在智慧化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通訊媒體上進行雙向傳送。通過現場匯流排連線可省去66%或更多的現場訊號連線導線。現場匯流排的引入導致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場匯流排化儀表,如智慧變送器、智慧執行器、現場匯流排化檢測