與傳統的機電產品相比,機電一體化產品具有下述優越性。
(一)使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中,遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時,能自動採取保護措施,避免和減少人身和裝置事故,顯著提高裝置的使用安全性。
(二)生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有資訊自動處理和自動控制功能,其控制和檢測的靈敏度、精度以及範圍都有很大程度的提高,透過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作,使之不受機械操作者主觀因素的影響,從而實現最佳操作,保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時,由於機電一體化產品實現了工作的自動化,使得生產能力大大提高。例如,數控機床對工件的加工穩定性大大提高,生產效率比普通機床提高5~6倍。
(三)使用效能改善。機電一體化產品普遍採用程式控制和數字顯示,操作按鈕和手柄數量顯著減少,使得操作大大簡化並且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程式逐步由電子控制系統指揮實現,系統可重複實現全部動作。高階的機電一體化產品可透過被控物件的數學模型以及外界引數的變化隨機自尋最佳工作程式,實現自動最最佳化操作。渦街流量計
(四)具有複合功能並且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制,具有複合技術和複合功能,使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智慧化等多種功能,能應用於不同的場合和不同領域,滿足使用者需求的應變能力較強。例如,電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常透過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能,使其應用範圍大為擴大。
(五)調整和維護方便。機電一體化產品在安裝除錯時,可透過改變控制程式來實現工作方式的改變,以適應不同使用者物件的需要以及現場引數變化的需要。這些控制程式可透過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中,而不需要改變產品中的任何部件或零件。對於具有儲存功能的機電一體化產品,可以事先存入若干套不同的執行程式,然後根據不同的工作物件,只需給定一個程式碼訊號輸入,即可按指定的預定程式進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動採取措施,使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用範圍非常廣泛,涉及到工業生產過程的所有領域,因此,機電一體化產品的種類很多,而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能,可以將其分成下述幾類。
①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。
②電子裝置類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及鐳射測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。
④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置,如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置,控制機構是接受電訊號的液壓伺服閥。
⑤資訊控制類。主要產品包括傳真機、磁碟儲存器、磁帶錄影機、錄音機、影印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的資訊類訊號來控制。除此之外,機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點
機電一體化產品的功能是透過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看,機電一體化產品具有自動化、智慧化和多功能的特性,而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能,即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能,而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。
(一)機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎,因此對機械結構提出了更高的要求,需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
(二)動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能,去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主,包括電源、電動機及驅動電路等。
(三)感測與檢測系統。感測器的作用是將機電一體化產品在執行過程中所需要的自身和外界環境的各種引數轉換成可以測定的物理量,同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定,為機電一體化產品提供執行控制所需的各種資訊。感測與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現,對其要求是體積小、便於安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。
(四)資訊處理及控制系統。根據機電一體化產品的功能和效能要求,資訊處理及控制系統接收感測與檢測系統反饋的資訊,並對其進行相應的處理、運算和決策,以對產品的執行施以按照要求的控制,實現控制功能。機電一體化產品中,資訊處理及控制系統主要是由計算機的軟體和硬體以及相應的介面所組成。
(五)執行機構。執行機構在控制資訊的作用下完成要求的動作,實現產品的主功能。機電一體化產品的執行機構一般是運動部件,常採用機械、電液、氣動等機構。執行機構因機電一體化產品的種類和作業物件不同而有較大的差異。執行機構是實現產品目的功能的直接執行者,其效能好壞決定著整個產品的效能,因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協調,共同完成所規定的目的功能。在結構上,各組成部分透過各種介面及其相應的軟體有機地結合在一起,構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。
與傳統的機電產品相比,機電一體化產品具有下述優越性。
(一)使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中,遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時,能自動採取保護措施,避免和減少人身和裝置事故,顯著提高裝置的使用安全性。
(二)生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有資訊自動處理和自動控制功能,其控制和檢測的靈敏度、精度以及範圍都有很大程度的提高,透過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作,使之不受機械操作者主觀因素的影響,從而實現最佳操作,保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時,由於機電一體化產品實現了工作的自動化,使得生產能力大大提高。例如,數控機床對工件的加工穩定性大大提高,生產效率比普通機床提高5~6倍。
(三)使用效能改善。機電一體化產品普遍採用程式控制和數字顯示,操作按鈕和手柄數量顯著減少,使得操作大大簡化並且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程式逐步由電子控制系統指揮實現,系統可重複實現全部動作。高階的機電一體化產品可透過被控物件的數學模型以及外界引數的變化隨機自尋最佳工作程式,實現自動最最佳化操作。渦街流量計
(四)具有複合功能並且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制,具有複合技術和複合功能,使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智慧化等多種功能,能應用於不同的場合和不同領域,滿足使用者需求的應變能力較強。例如,電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常透過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能,使其應用範圍大為擴大。
(五)調整和維護方便。機電一體化產品在安裝除錯時,可透過改變控制程式來實現工作方式的改變,以適應不同使用者物件的需要以及現場引數變化的需要。這些控制程式可透過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中,而不需要改變產品中的任何部件或零件。對於具有儲存功能的機電一體化產品,可以事先存入若干套不同的執行程式,然後根據不同的工作物件,只需給定一個程式碼訊號輸入,即可按指定的預定程式進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動採取措施,使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用範圍非常廣泛,涉及到工業生產過程的所有領域,因此,機電一體化產品的種類很多,而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能,可以將其分成下述幾類。
①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。
②電子裝置類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及鐳射測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。
④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置,如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置,控制機構是接受電訊號的液壓伺服閥。
⑤資訊控制類。主要產品包括傳真機、磁碟儲存器、磁帶錄影機、錄音機、影印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的資訊類訊號來控制。除此之外,機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點
機電一體化產品的功能是透過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看,機電一體化產品具有自動化、智慧化和多功能的特性,而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能,即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能,而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。
(一)機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎,因此對機械結構提出了更高的要求,需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
(二)動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能,去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主,包括電源、電動機及驅動電路等。
(三)感測與檢測系統。感測器的作用是將機電一體化產品在執行過程中所需要的自身和外界環境的各種引數轉換成可以測定的物理量,同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定,為機電一體化產品提供執行控制所需的各種資訊。感測與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現,對其要求是體積小、便於安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。
(四)資訊處理及控制系統。根據機電一體化產品的功能和效能要求,資訊處理及控制系統接收感測與檢測系統反饋的資訊,並對其進行相應的處理、運算和決策,以對產品的執行施以按照要求的控制,實現控制功能。機電一體化產品中,資訊處理及控制系統主要是由計算機的軟體和硬體以及相應的介面所組成。
(五)執行機構。執行機構在控制資訊的作用下完成要求的動作,實現產品的主功能。機電一體化產品的執行機構一般是運動部件,常採用機械、電液、氣動等機構。執行機構因機電一體化產品的種類和作業物件不同而有較大的差異。執行機構是實現產品目的功能的直接執行者,其效能好壞決定著整個產品的效能,因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協調,共同完成所規定的目的功能。在結構上,各組成部分透過各種介面及其相應的軟體有機地結合在一起,構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。