智能系统在机电一体化中的应用
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作者: 张旺强
随着科学技术的日新月异，不同学科之间产生了相互交叉和渗透，电子技术的发展也有了前所未有的突破。随着机电一体化的日趋成熟，机械工业的技术结构、产品机构以及产品的功能与构成、和计算机技术的迅速发展以及机械工业所形成的机电一体化使工业生产的发展进入了更高一层的机电一体化的发展阶段。
1. 智能控制系统与传统控制系统的区分
1）智能控制系统是对传统理论的发展，传统的控制系统是智能控制系统的一部分，是智能控制系统的低级阶段；2）智能控制系统的主要对象和任务具有模型的不确定性、高度的非线性和复杂的任务要求。传统控制系统方法一般只适用于具有精确的数学模型、线性的(或可以线性化的)和单一任务的对象；3）智能控制系统设计的重点放在对数学模型的描述、符号和环境的识别、知识库和推理机的设计上，它有别于传统控制常用的通过运动学方程、动力学方程、传递函数等数学模型来描述系统的方法；4）传统的控制系统是通过各种定理、定论来获取知识，而智能控制是通过学习和专家经验来获取知识。
2. 智能控制系统在机电一体化中的应用
智能化是机电一体化系统发展的一大趋势，从某种意义上讲，机电一体化系统的优劣在很大程度上取决于控制系统的好坏。与美国和日本等发达国家相比，我国在机电一体化方面的研究和应用有着十分巨大的差距，然而，我国政府将机电一体化的发展提上了国家发展纲要和规划的议题之上，在国家高技术重点研究领域中也纳入了机电一体化技术的研究，同时增加了研究的投入和力度，并在大专院校、研究机构和一些大中型企业中奠定了大量的应用此技术的铺垫工作，也在相关方面取得了一些成绩。
2.1 在数控技术方面
目前我国在数控技术方面已经取得了一些成绩。虽然在数控技术方面我国至到上世纪50年代末才开始起步，然而，到上世纪末期在我国国内市场上已经有1/2的国产数控机床占有率，1/10的普及型国产数控系统的占有率；在数控西它能够的生产能力上，我国已经达到了超过3000套/年；在主轴与进给装置上，我国的生产能力也达到了超过5000套/年；在数控机床（普通级）的加工精度上已经突破了10μm的瓶颈达到了5μm；在超加工精度上，我国的数控技术已经可以精确到0.01μm，也就是纳米级别。
2.2 在工业机器人方面
早在上世纪80年代中叶，我国的国家科技计划就已经纳入了机器人的研究和应用。在机器人的操作机的设计制造技术、控制系统、编程技术、轨迹规划技术等等方面我国已经充分掌握和灵活运用，为我国机器人制造的发展奠定了坚实的技术基础。
如今，已经有200多家单位进行了在机器人方面的研发，有50多家专门对机器人产业进行开发的企业，已经有大概10000台工业机器人在我国市场上，其中有1/3是我国自行产出的。从以上数据中，我国可以看出，在机器人操作机的优化制造技术方面，我国的相关科学研究机构和企业已经充分掌握了，并使机器人生产的关键技术，例如机器人控制、软件设计和编程、驱动系统的设计等等，同时拥有了大型机器人自动工作站与周边配套设施的开发和制备技术。
2.3 在计算机集成制造系统方面
目前，在我国，计算机集成制造系统工程研究中心已经在我国最高学府――清华大学建成，并且已经有7个计算机集成制造系统单元技术实验室、8个计算机集成制造系统培训中心建立在我国各个著名高校和研究单位。早在10年前，计算机集成制造系统应用示范工程在超过20个省、直辖市，超过10个行业和超过200家的企业中通过和实施，并在计算机集成制造系统的帮助下，创造了巨大的经济效益。
在当前时期，我国最大的工程是将计算机集成制造系统引入到机械、航空、石化、纺织等等与人民生活息息相关的行业之中，这是举世瞩目、万众期待的巨大工程。
3. 智能控制系统在机电一体化的发展趋势
3.1 环保化
物质丰富、生活舒适、资源减少、生态环境污染，是发达的工业发展带给人们生活巨大变化的主要表现。在这种情况下，环境保护、回归自然是全世界人们的共同愿望，于此，环保产品、绿色产品随之诞生，因而，笔者认为，环保化是机电一体化发展的一个主要趋势。在工业的迅猛发展之下，严重地污染了环境、损耗了资源。因而，在国际环保的呼吁下，工业生产必然会走向环保化、绿色化。
3.2 智能化
所谓智能化，主要描述的机器行为，它以控制理论为基础，在人工智能、运筹学、心理学、生理学、计算机科学等等各种学科的基础上赋予机器人以逻辑思维能力、推理判断能力、以及自主决策能力等人工智能，从而使控制目标得到高要求的完成。目前的机器人以及智能化的数控机床就是人工智能在机电一体化建设中的重要应用。
3.3 网络化
20世纪90年代，计算机技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等人们日常生活都带来了巨大的变革，同样也给机电一体化技术带来了重大影响，例如通过网络对机电一体化设备进行远程控制。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。
3.4 微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。近十余年来，微机电系统，作为机电一体化技术的新尖端分支而倍受重视，泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，发展难点在于微机械并不是简单地将大尺寸的机械按比例缩小，由于结构的微型化，在材料、机构设计、摩擦特性、加工方法、测试与定位及驱动方式等方面都产生了一些特殊问题。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，可进入一般机械无法进入的空间。
参考文献
[1] 魏晓峰. 试论机电一体化技术的应用与发展 [J]. 才智，2009（31）.
[2] 张显光. 浅谈机电一体化对社会发展的影响 [J]. 管理观察，2009（3）.
[3] 刘福禄. 机电一体化技术的内涵与发展[J]. 重庆工贸职业技术学院学报，2009（3）.
（作者单位：杭州迪讯科技有限公司，杭州310014）
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