1、鹽城生物工程高等職業技術學校機化電一體 題目：機電一體化技術的應用與發展前景 姓 名： 朱成龍 指 導 老 師： 李輝 2013年06月07日摘要:機電一體化是一種復合技術,是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物,是機電工業發展的必然趨勢。文章簡述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域,并指出其發展趨勢。關鍵詞:機械工業;機電一體化;數控;模塊化 現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透,引起了工程領域的技術改造與革命。 在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理

2、體系發生了巨大變化,使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。一、機電一體化的核心技術機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此,為加速推進機電一體化的發展,必須從以下幾方面著手。(一)機械本體技術 機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主,為了減輕質量除了在結構上加以改進,還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量,才有可能實現驅動系統的小型化,進而在控制方面改善快速響應特性,減少能量消耗,提高效率。(二)傳感技術傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確

3、度方面,提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾,目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說,目前主要發展非接觸型檢測技術。(三)信息處理技術 機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備(特別是微型計算機)的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化,必須提高信息處理設備的可靠性,包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性,進而提高處理速度,并解決抗干擾及標準化問題。(四)驅動技術 電機作為驅動機構已被廣泛采用,但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前,正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。(五)接口技術 為了與

4、計算機進行通信,必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修,而且可以簡化設計。目前,技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口,來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。(六)軟件技術 軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本,提高生產維修的效率,要逐步推行軟件標準化,包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。一、機電一體化的核心技術 1.機械技術：是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小

5、體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。 2.計算機與信息技術：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。 3.系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。 4.自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。 5. 傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其

6、功能越強，系統的自動化程序就越高。 6. 伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。 二、機電一體化技術的主要應用領域(一)數控機床 數控機床及相應的數控技術經過40年的發展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在:1、總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多c pu、多主總線的體系結構。2、開放性設計,即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。3、 w o p技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程

7、的動態仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。4、 大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計,不僅豐富了數控功能,同時也加強了c n c系統的控制功能。5、 能實現多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。6、系統的多級網絡功能,加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。7、 以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。(二) 計算機集成制造系統(cims)c im s的實現不是現有各分散系統的簡單組合,而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物

8、流”和“信息流”,實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化,各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。(三) 柔性制造系統(fms)柔性制造系統是計算機化的制造系統,主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。(四)工業機器人 第1代機器人亦稱示教再現機器人,它們只能根據示教進行重復運動,對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性;第2代機器人帶有各

9、種先進的傳感元件,能獲取作業環境和操作對象的簡單信息,通過計算機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智能,已開始走向實用化;第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業環境中獨立行動,與第5代計算機關系密切。三、機電一體化技術的發展前景 縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發展。(一)智能化 智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一,也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件,有力地推動著機電一

10、體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。(二)系統化 系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理表現特征之二是通信功能大大加強,一般除r s232等常用通信方式外,實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體,使其向著生

11、物系統化方向發展。(三)微型化 微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm 3,并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作,故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域,都有廣闊的應用前景。目前,利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。(四)模塊化 模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準

12、機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品,同時也可以不斷擴大生產規模。(五)網絡化 網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多,面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。(六)綠色化 工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態環境受到嚴重污染,于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產品從設計、制造

13、、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中,對生態環境無危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境,報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。 綜上所述,機電一體化是眾多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革,使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品,不僅是改造傳統機械設備的要求,而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。二、機電一體化的發展進程 1.數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國

14、數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。 2.微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。 3.可編程序控制器（PLC）的應用于工業：上世紀60年代后期，美國汽車制造業開發一種Modular DigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業獲得大量應用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術。9

15、0年代又開始了PLC的第三個發展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口；采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統、同一個編程系統，執行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。 4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半

16、導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。 三、機電一體化向智能化邁進 20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了

17、堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有： 1.智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。 2.網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。 3.微型化：興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（M

18、EMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。 4.綠色化：機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。 5.系統化：其表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通

19、信功能的大大加強，特別是“人格化”發展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。 【關鍵詞】：技術現狀 工作原理 運行維護 一、電動機技術發展及現狀 電機是利用電磁感應原理工作的機械。隨著生產的發展而發展的，反過來，電機的發展又促進了社會生產力的不斷提高。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機，一個多世紀以來，雖然電機的基本結構變化不大，但是電機的類型增加了許多，在運行性能，經濟指標等方面也都有了很大的

20、改進和提高，而且隨著自動控制系統和計算機技術的發展，在一般旋轉電機的理論基礎上又發展出許多種類的控制電機，控制電機具有高可靠性好精確度快速響應的特點，已成為電機學科的一個獨立分支。 它應用廣泛，種類繁多。性能各異，分類方法也很多。電機常用的分類方法主要有兩種：一種是按功能用途分，可分為發電機電動機，壓器和控制電機四大類。電動機的功能是將電能轉換成機械能，它可以作為拖動各種生產機械的動力，是國民經濟各部門應用最多的動力機械，也是最主要的用電設備，各種電動機消耗的電能占全國總發電量的60%70%。另一種分類方法是按照電機的結構或轉速分類,可分為變壓器和旋轉電機.根據電源電流的不同旋轉電機又分為直流

21、電機和交流電機兩大類.交流電機又分為同步電機和異步電機. 在現代化工業生產過程中，為了實現各種生產工藝過程，需要各種各樣的生產機械。拖動各種生產機械運轉，可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單調節性能好耗損小經濟，能實現遠距離控制和自動控制等一系列優點，因此大多數生產機械都采用電力拖動。 按照電動機的種類不同，電力拖動系統分為直流電力拖動系統和交流電力拖動系統兩大類。 縱觀電力拖動的發展過程，交，直流兩種拖動方式并存于各個生產領域。在交流電出現以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式，19世紀末期，由于研制出了經濟實用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業中得到了廣泛的應用

22、，但隨著生產技術的發展，特別是精密機械加工與冶金工業生產過程的進步，對電力拖動在起動，制動，正反轉以及調速精度與范圍等靜態特性和動態響應方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術上難以實現這些要求，所以20世紀以來，在可逆，可調速與高精度的拖動技術領域中，相當時期內幾乎都是采用直流電力拖動，而交流電力拖動則主要雖然直流電動機具有調速性能優異這一突出特點，但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動機的使用環境也受到了限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用），其電壓等級，額定轉速，單機容量的發展也受到了限制。所以，在20世紀60年代以后，隨著電力電

23、子技術的發展，半導體交流技術的交流技術的交流調速系統得以實現。尤其是70年代以來，大規模集成電路和計算機控制技術的發展，為交流電力拖動的廣泛應用創造了有利條件。諸如交流電動機的串級調速，各種類型的變頻調速，無換向器電動機調速等，使得交流電力拖動逐步具備了調速范圍寬，穩態精度高，動態響應快以及在四象限做可逆運行等良好的技術性能，在調速性能方面完全可與直流電力拖動媲美。除此之外，由于交流電力拖動具有調速性能優良，維修費用低等優點，因此它今后將廣泛應用于各個工業電氣自動化領域中，并逐步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。 經歷了100多年的技術發展，電動機自身的理論基本成熟。隨著電工技術的發展，對

24、電能的轉換、控制以及高效使用的要求越來越高。電磁材料的性能不斷提高，電工電子技術的廣泛應用，為電動機的發展注入了新的活力。 未來電動機將會沿著單位功率體積更小、機電能量轉換效率更高、控制更靈活的方向繼續發展。一批"巨無霸"電機、一批"光怪陸奇"電機將同時展現在世人眼前。 二、電動機工作原理 目前較常用的主要是交流電動機，它可分為兩種：1、三相異步電動機。2、單相交流電動機。第一種多用在工業上，而第二種多用在民用電器上。下面以三相異步電動機為例介紹其基本工作原理。 （公文有約） 由旋轉磁場理論分析可知，如果定子對稱三相繞組被施以對稱的三相電壓，就有對稱的三

25、相電流流過，并且會在電機的氣隙中形成一個旋轉的磁場，這個磁場的轉速n1稱為同步轉速，它與電網的頻率f1及電機的磁極對數p的關系為： n1=60 f1/p 轉向與三相繞組的排列以及三相電流的相序有關，圖中U、V、W相以順時針方向排列，當定子繞組中通人U、V、W相序的三相電流時，定子旋轉磁場為順時針轉向。由于轉子是靜止的，轉子與旋轉磁場之間有相對運動，轉子導體因切割定子磁場而產生感應電動勢，因轉子繞組自身閉合，轉子繞組內便有電流流通。轉子有功電流與轉子感應電動勢同相位，其方向可由"右手發電機定則"確定。載有有功分量電流的轉子繞組在定子旋轉磁場作用下，將產生電磁力F，其方向由&q

26、uot;左手電動機定則"確定。電磁力對轉軸形成一個電磁轉距，其作用方向與旋轉磁場方向一致，拖著轉子順著旋轉磁場的旋轉方向旋轉，將輸入的電能變成旋轉的機械能。如果電動機軸上帶有機械負載，則機械負載隨著電動機的旋轉而旋轉，電動機對機械負載做了功綜上分析可知，三相異步電動機轉動的基本工作原理是： （1） 三相對稱繞組中通人三相對稱電流產生圓形旋轉磁場。 （2） 轉子導體切割旋轉磁場感應電動勢和電流； （3） 轉子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉距，驅使電動機轉子轉動。 三：電動機的運行維護 （一） 電動機啟動前的準備 為了保證電動機正常安全地啟動，一般啟動前應作好下述準備：

27、 （1） 檢查電源是否有電，電壓是否正常，若電源電壓過高或過低，都不宜啟動。 （2） 啟動器是否正常，如零部件有無損壞，使用是否靈活，觸頭接觸是否良好，接線是否正確、牢固等。 （3） 熔絲規格大小是否合適，安裝是否牢固，有無熔斷或損傷。 （4） 電動機接線板上接頭有無松動或氧化。 （5） 檢查傳動裝置，如皮帶輕緊是否合適，連接是否牢固，聯軸器的螺絲、銷子是否緊固等。 （6） 傳動電動機轉子和負載機械的轉軸，看其轉動是否靈活。 （7） 檢查電動機及啟動電器外殼是否接地，接地線有無斷路，接地螺絲是否松動、脫落等。 （8） 搬開電動機周圍的雜物并清除機座表面灰塵、油垢等。 （9） 檢查負載機械是否妥

28、善地作好了啟動準備。 （10） 對正常運行中的繞線式電動機，應經常觀察電動機滑環有無偏心擺動現象；觀察滑環的火花是否發生異常現象。滑環上碳刷是否要更換。 （此文 來源公文有約） （二） 啟動時應注意的問題 （1） 接通電源后，如果電動機不轉，應立即切斷電源，絕不能遲疑等待，更不能帶電檢查電動機發故障，否則將會燒毀電動機和發生危險。 （2） 啟動時應注意觀察電動機、傳動裝置、負載機械的工作情況，以及線路上的電流表和電壓表的指示，若有異常現象，應立即斷電檢查，待故障排除后，載行啟動。 （3） 利用手動補償器或手動星三角啟動器啟動電動機時，特別要注意操作順序。一定要先將手柄推到啟動位置，待電動機轉速

29、穩定后再拉到運轉位置，防止誤操作造成設備和人身事故。（4） 同一線路上的電動機不應同時啟動，一般應由大到小逐臺啟動以免多太電動機同時啟動，線路上電流太大。電壓降低過多，造成電動機啟動困難引起線路故障或使開關設備跳閘。 （5） 啟動時，若電動機的旋轉方向反了，應立即切斷電源，將三相電源線中的任意兩相互換一下位置，即可改變電動機轉向。 （三） 電動機運行中的監視 電動機在運行時，值班工作人員可以通過儀表和感覺器官監視其運行情況，以便及早發現問題，減少或避免故障的發生。 1 監視電動機的溫度 電動機正常運行時會發熱，使電動機溫度升高，但不應超出允許的限度。如果電動機負載過大，使用環境溫度過高，通風不

30、暢或運行中發生故障，就會使其溫度超出允許限度，導致繞組過熱燒毀，因此電動機溫度的高低是反映電動機運行的主要標志，在運行中經常檢查。判斷電動機是否過熱，可以用以下方法： （1） 憑手的感覺：如果以手接觸外殼，沒有燙手的感覺，說明電動機溫度正常；如果手放上去燙得馬上縮回來，說明電動機已經過熱。 （2） 在電動機外殼上滴23滴水，如果只冒熱氣沒有聲音，則說明電動機沒有過熱，如果水滴急劇汽化同時伴有"咝咝"聲，說明電動機已經過熱。 （3） 判別電動機是否過熱的準確方法還是用溫度計測量。 發現電動機過熱應該立即停車檢查，等查明原因，排除故障后再行使用。 2 監視電動機的電流 一般容量

31、較大的電動機應裝設電流表，隨時對其電流進行監視。若電流大小或三相電流不平衡超過了允許值。應立即停車檢查。容量較小的電動機一般不裝電流表，但也經常用鉗形表測量。 3 監視電動機的電壓 電動機的電源上最好裝設一只電壓表和轉換開關，以便對其三相電源、壓進行監視。電動機的電源電壓過高、過低或三相電壓不平衡，特別是三相電源缺相，都會帶來不良后果。如發現這種情況應立即停車，待查明原因，排除故障后再使用。 4 注意電動機的振動、響聲和氣味 電動機正常運行時，應平穩、輕快、無異常氣味和響聲。若發生劇烈振動，噪音和焦臭氣味，應停車進行檢查修理。 5 注意傳動裝置的檢查 電動機運行時要隨時注意查看皮帶輪或聯軸器有

32、無松動，傳動皮帶是否有過緊、過松的現象等，如果有，應停車上緊或進行調整。 6 注意軸承的工作情況 電動機運行中應注意軸承聲響和發熱情況。若軸承聲音不正常或過熱，應檢查潤滑情況是否良好和有無磨損。 7 注意交流電動機的滑環或直流電動機的換向器火花 電動機運行中，電刷與換向器或滑環之間難免出現火花。如果所發生的火花大于某一規定限度，尤其是出現放電性的紅色電弧火花時，將產生破壞作用，必須及時加以糾正。 （四） 電動機的定期檢查和保養 為了保證電動機正常工作，除了按操作規程正確使用，運行過程中注意監視和維護外還應進行定期檢查和保養。間隔時間可根據電動機的類型、使用環境決定。主要檢查和保養項目如下： （

33、1） 及時清除電動機機座外部的灰塵、油泥，如使用環境灰塵較多，最好每天清掃一次。 （2） 經常檢查接線板螺絲是否松動或燒傷。 （3） 定期測量電動機的絕緣電阻，若使用環境比較潮濕更應經常測量。 （4） 定期用煤油清洗軸承并更換新油（一般半年更換一次），換油時不應上滿，一般占油腔的1/21/3，否則，容易發熱或甩出，油要從一面加人，可以把沒有清洗干凈的雜質，從另一面擠出來。 （5） 定期檢查啟動設備，看觸頭和接線有無燒傷，氧化，接觸是否良好等。 （6） 絕緣情況的檢查。絕緣材料的絕緣能力因干燥程度不同而異，所以保持電動機繞組的干燥是非常重要的。電動機工作環境潮濕、工作間有腐蝕性氣體等因素的存在，

34、都會破壞電動機的絕緣。最常見的是繞組接地故障即絕緣損壞，使帶電部分與機殼等不應帶電的金屬部分相碰，發生這種故障，不僅影響電動機正常工作。還會危及人身安全。所以電動機在使用中，應經常檢查絕緣電阻，還要注意查看電動機機殼接地是否可靠。 （7） 除了按上述幾項內容對電動機定期維護外，運行一年后要大修一次。大修的目的在于，對電動機進行一次徹底、全面的檢查、維護，增補電動機缺少、磨損的元件，徹底清除電動機內外的灰塵、污物，檢查絕緣情況，清洗軸承并檢查其磨損情況。 二、機電一體化的發展進程 1.數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階

35、段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。 2.微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。 3.可編程序控制器（PLC）的應用于工業：上世紀60年代后期，美國汽車制造業開發一種Modular DigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業獲得大量應用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發展時期。9

36、0年代后期進入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口；采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統、同一個編程系統，執行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。 4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光

37、子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。 三、機電一體化向智能化邁進 20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向

38、有： 1.智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。 2.網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。 3.微型化：興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的

39、機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。 4.綠色化：機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。 5. 系統化：其表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發展

40、引人注目，即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種 現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。一、機電一體化概要 機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功

41、能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。 機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。 因此，“機電

42、一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質

43、區別。二、機電一體化的發展狀況 機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。 20世紀7080年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體

44、化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。 20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，

45、機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。 我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向.三、機電一體化的發展趨勢機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如

46、下：3.1智能化 智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。3.2模塊化 模塊化是一項重要而艱巨的工程。

47、由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將

48、給機電一體化企業帶來美好的前程。3.3網絡化 20世紀 90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrat

49、ed appliance system, CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。3.4微型化 微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。3.5綠色化工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。

50、一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。3.6系統化 系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，

51、一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。四、典型的機電一體化產品 機電一體化產品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、 CADCAM系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝

52、置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發展趨勢、市場前景分析從略。五、我國發展“機電一體化”面臨的形勢和任務機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。(一)我國“機電一體化”工作面臨的形勢1. 我國用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度2. 我國用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。3. 我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗

53、能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重。近年來我國的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的

54、重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。 另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。(二) 我國“機電一體化”工作的任務 我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。總的目的是促進機電一體產業的形成、為我國產業結構和產品結構調整作貢獻。 總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動

55、力，又是開啟我國機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。六、我國發展“機電一體化”的對策(一)加強統籌安排，協調發展計劃 目前，我國從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套自己的發展策略。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，同時缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議各主管部門責成有關單位在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!(二)強化行業管理，發揮“協會”作用 目前，我國“機電一體化

56、”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，我國有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能。“協會”要進一步擴大領導機構理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作(三)優化發展環境、增大支持力度 優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持

57、“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到我國投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。 增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。(四)突出發展重點，兼顧“兩個層次” 機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械