微型機電一體化係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。國外稱微電子機械係統的幾何尺寸一般不超過1cm3,並正向微米、納米級方向發展。由於微機電一體化係統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間並易於進行精細操作,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,利用半導體器件製造過程中的蝕刻技術,在實驗室中已製造出亞微米級的機械元件。
2.4 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複雜而重要的事,它需要製訂一係列標準,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。
3.機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方麵技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息
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,必須從以下幾方麵著手。
3.1 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麵考慮。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複合材料。隻有機械本體減輕了重量,才有可能實現驅動係統的小型化,進而在控製方麵改善快速響應特性,減少能量消耗,提高效率。
3.2 傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方麵,提高可靠性與防幹擾有著直接的關係。為了避免電幹擾,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。
3.3 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,並解決抗幹擾及標準化問題。
3.4 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麵還存在一些問題。目前,正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控製專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
3.5 接口技術
為了與計算機進行通信,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於信息傳遞和維修,而且可以簡化設計。目前,技術人員正致力於開發低成本、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。
3.6 軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研製成本,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。
4.結論
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。
參考文獻
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作者簡介:徐明燦(1979—),男,重慶人,工學學士,講師,現供職於重慶三峽職業學院,研究方向:機電一體化、自動化。