光、機、電一體化柔性制造系統(tǒng)簡介

【專家解說】：光機電一體化技術(shù)是由機械技術(shù)與激光－微電子等技術(shù)揉合融匯在一起的新興技術(shù)。它與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品比較，主要有以下特征： 1. 綜合性與系統(tǒng)性 光機電一體化是一門跨學科的邊緣科學，它是激光技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)與機械技術(shù)結(jié)合而成的綜合性高技術(shù)。這種多種技術(shù)的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學性。其各個組成部分如機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、模擬量與數(shù)字量交換技術(shù)以及軟件技術(shù)等在綜合成一個完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴格的要求，這就需要取長補短，不斷向理想化方向發(fā)展。其結(jié)果使原來各種技術(shù)揚長避短，更趨于合理。 2. 多層次，覆蓋面廣 光機電一體化是一個總的技術(shù)指導思想，它不僅體現(xiàn)在一些機電一體化的單機產(chǎn)品之中，而且貫穿于工程系統(tǒng)設(shè)計之中。從簡單的單臺光機電一體化產(chǎn)品，到現(xiàn)代工業(yè)中的柔性加工系統(tǒng)；從簡單的單參數(shù)顯示，到復雜的多參數(shù)、多級控制；從機械零部件連續(xù)自動熱處理生產(chǎn)線，到各種現(xiàn)代高速重型機械自動化生產(chǎn)線等，光機電一體化技術(shù)都有不同層次、覆蓋面很廣的應用領(lǐng)域。對于工程系統(tǒng)，需成套地進行開發(fā)和制造。對于光機電一體化單機產(chǎn)品(設(shè)備)，應采用簡繁并舉、高低級并存的多層次發(fā)展途徑?？砂l(fā)展功能附加型的低級產(chǎn)品；也可發(fā)展功能替代型的中級產(chǎn)品；還可發(fā)展機電融合型的高級產(chǎn)品，成為前所未有的新一代產(chǎn)品。 3. 結(jié)構(gòu)簡化，方便操作 光機電一體化技術(shù)可位過去靠機械傳動鏈連接的各個相關(guān)動作部分，改用幾臺電機分別驅(qū)動，或用電力電子器件，或用電子電控裝置進行相關(guān)動作控制來實現(xiàn)。因此，使機械結(jié)構(gòu)大大簡化，甚至使有些機械結(jié)構(gòu)"脫胎換骨"，產(chǎn)生了質(zhì)的變化。光機電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)拍頻繁緊張地進行單調(diào)重復操作的工作方式，能以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序。任何一臺光機電一體化裝置或系統(tǒng)各個相關(guān)傳動機構(gòu)的動作及功能協(xié)調(diào)關(guān)系，可由預設(shè)的程序一步一步地由電子控制系統(tǒng)指揮，如數(shù)控機床、柔性加工系統(tǒng)(FMS)等。有些光機電一體化裝置，可實現(xiàn)操作全自動化，如工業(yè)機器人、印制電路板數(shù)控高速鉆床等。有些更高級的光機電一體化系統(tǒng)，還可通過被控對象的數(shù)學模型以及根據(jù)任何時刻外界各種參數(shù)的變化情況，隨機自尋最佳工作程序、動作程度和快慢以及協(xié)調(diào)關(guān)系，以實現(xiàn)最優(yōu)化工作及最佳操作，例如微機控制的熱連軋機鋼板測厚自控系統(tǒng)、電梯群控系統(tǒng)、智能機器人等。 4. 精度提高，功能增加 光機電一體化技術(shù)使機械傳動部件減少，因而使機械磨損及配合間隙等所引起的動作誤差大大減小，同時由于采用了電子技術(shù)，反饋控制水平的提高并能進行高速處理，可通過電子自動控制系統(tǒng)精確地按預設(shè)量使相應機構(gòu)動作，因各種干擾因素造成的誤差，又可通過自控系統(tǒng)自行診斷、校正、補償去達到靠單純機械方式所不能實現(xiàn)的工作精度。因而光機電一體化產(chǎn)品應用領(lǐng)域?qū)?，適用面廣，易于滿足各種需要。電子技術(shù)的引入，使產(chǎn)品面貌發(fā)生巨大變化，電子裝置能按照入的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過改變程序、指令等軟件內(nèi)容而無需改動硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨?軟件比"和"智能化"。 5. 高可靠性，高穩(wěn)定性和高使用壽命 傳統(tǒng)的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，而發(fā)出由于可動摩擦、撞擊、振動等引起的聲響(噪聲)，這顯然影響裝置的壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機電一體化技術(shù)的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關(guān)甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。有些光機電一體化產(chǎn)品甚至做到不需維修或者具有自診斷功能。 6. 開發(fā)上的知識密集性 研制開發(fā)光機電一體化產(chǎn)品往往要涉及許多學-科和專業(yè)知識，如數(shù)學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統(tǒng)工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等多門學科以及各門類的專業(yè)知識。比如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術(shù)復合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。設(shè)計這類產(chǎn)品的工程技術(shù)人員對自身的知識結(jié)構(gòu)提出更新更高的要求?，F(xiàn)代化的技術(shù)更需要現(xiàn)代化的人才來掌握和開發(fā)它。需要發(fā)揮多種功能的先進設(shè)備、必然要賦予它多種知識和智慧。 開發(fā)光機電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術(shù)中恰當?shù)匾腚娮蛹夹g(shù)，產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實現(xiàn)光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會經(jīng)濟效益，從而造福于人民，有利于國家。