1. Historia del desarrollo y tendencias de la tecnología mecatrónica
Desde el surgimiento de la tecnología electrónica, ha comenzado la combinación de tecnología electrónica y tecnología mecánica, pero Los circuitos integrados semiconductores aparecieron, especialmente después de la aparición de los circuitos integrados a gran escala representados por microprocesadores. La tecnología mecatrónica ha avanzado significativamente desde entonces y ha atraído una amplia atención.
(1) La historia del desarrollo de la mecatrónica
1. La aparición de las máquinas herramienta CNC ha escrito la primera página de la historia de la mecatrónica
2. La tecnología microelectrónica es% 26quot mecatrónica% 26 # 39;% 26 # 39; aporta vitalidad
3. Controlador programable,% 26quot equipo electrónico de potencia% 26quot% 26quotEl desarrollo de la mecatrónica% 26quot proporciona una base sólida;
4. Las nuevas tecnologías como la tecnología láser, la tecnología difusa y la tecnología de la información han llevado la %26quotmecatrónica%26quot a un nuevo nivel. (2)% 26quot; Mecatrónica% 26quot Tendencia de desarrollo
1. Los sistemas electromecánicos generales están compuestos por sistemas de detección, sistemas de energía, sistemas de procesamiento de información, estructuras mecánicas y otros componentes. Por lo tanto, la introducción de la tecnología óptica y la realización de las ventajas inherentes de la tecnología óptica pueden mejorar eficazmente el sistema de detección, el sistema de energía (potencia) y el sistema de procesamiento de información del sistema mecatrónico. La integración optoelectrónica es una tendencia importante en el desarrollo de productos electromecánicos.
2. Sistematización de la distribución de la autodisciplina - flexibilidad. Los futuros productos mecatrónicos, sistemas de control y ejecución tendrán suficiente redundancia y gran flexibilidad para responder mejor a las emergencias y están diseñados como "sistemas de distribución autónomos". En un sistema distribuido autónomo, cada subsistema funciona de forma independiente, sirve al sistema general, tiene su propia "autodisciplina" y puede dar diferentes respuestas según las diferentes condiciones ambientales. La característica es que el subsistema puede generar su propia información y adjuntar la información proporcionada. Bajo la premisa general, las "acciones" específicas se pueden cambiar. De esta manera, la adaptabilidad (flexibilidad) del sistema aumenta significativamente y todo el sistema no se ve afectado por la falla de un subsistema.
3. Sistematización-inteligencia holográfica. En el futuro, las características "holográficas" de los productos mecatrónicos serán cada vez más obvias y el nivel de inteligencia será cada vez mayor. Esto se debe principalmente al desarrollo de la tecnología difusa y la tecnología de la información (especialmente software y tecnología de chips). Además, la estructura jerárquica de su sistema también ha cambiado de una simple situación "de arriba hacia abajo" a una conexión bidireccional compleja y redundante.
4. "Bio-software" - sistematización biónica. Los equipos mecatrónicos del futuro dependerán en gran medida de la información. A menudo son estructuralmente inestables cuando son "estáticos", pero estables cuando son dinámicos (en funcionamiento). Esto es algo similar a una criatura viviente: cuando el sistema de control (cerebro) deja de funcionar, la criatura "muere", pero cuando el sistema de control (cerebro) funciona, la criatura está muy activa. El campo de la investigación biónica ha descubierto algunos mecanismos biológicos excelentes que pueden proporcionar nuevos cuerpos para productos mecatrónicos, pero cómo dar vida a estos nuevos cuerpos requiere más investigación. Este campo de investigación se conoce como "biosoftware" o "biosistemas", con organismos caracterizados por la fusión de hardware (cuerpo) y software (cerebro). Parece que aunque los productos mecatrónicos están evolucionando hacia la sistematización biológica, todavía queda un largo camino por recorrer.
5. Electroquímica-miniaturización de microordenadores. Actualmente, ya se están creando en el laboratorio componentes mecánicos submicrónicos utilizando técnicas de grabado en la fabricación de dispositivos semiconductores. Cuando este resultado se aplica a productos reales, no hay necesidad de distinguir entre piezas mecánicas y controladores. En ese momento, la maquinaria y la electrónica se pueden "integrar" completamente, y el cuerpo, actuadores, sensores, CPU, etc. se pueden integrar todos juntos con un tamaño muy reducido, formando un elemento autónomo. Este tipo de micromecánica es una importante dirección de desarrollo de la mecatrónica.
3. Productos típicos de mecatrónica
Los productos de mecatrónica se dividen en dos categorías: sistemas (máquinas completas), componentes básicos y componentes. Los sistemas mecatrónicos típicos incluyen: máquinas herramienta CNC, robots, electrónica automotriz, instrumentos inteligentes, sistemas electrónicos de composición tipográfica e impresión, sistemas CAD/CAM, etc.
Los componentes y componentes típicos de la mecatrónica incluyen: dispositivos y dispositivos electrónicos de potencia, controladores programables, controladores difusos, micromotores, sensores, circuitos integrados de aplicaciones específicas, servomecanismos, etc. Se omite el análisis del estado técnico, las tendencias de desarrollo y las perspectivas de mercado de estos productos mecatrónicos típicos.
En cuarto lugar, la situación y las tareas del desarrollo de la “mecatrónica” en Beijing.
El trabajo de la mecatrónica incluye principalmente dos niveles: primero, utilizar la tecnología microelectrónica para transformar las industrias tradicionales. ahorrar energía y materiales, mejorar la eficiencia del trabajo y la calidad de los productos y mejorar el progreso tecnológico de las industrias tradicionales; el segundo es desarrollar productos mecánicos y eléctricos automatizados, digitales e inteligentes para promover la actualización de los productos;
El primero es trabajo superficial y de promoción; el segundo es trabajo de superación y trabajo más profundo.
(1) La situación que enfrenta el trabajo de “mecatrónica” de Beijing
1 Es difícil utilizar la tecnología microelectrónica para transformar las industrias tradicionales en Beijing.
(1) Entre las más de 700 empresas del sistema industrial de Beijing, más del 60% no ha completado la mitad de las tareas de utilizar tecnología microelectrónica para transformar máquinas herramienta, hornos industriales, ventiladores, bombas y procesos de producción. .
(2) Hay más de 2.000 máquinas herramienta en el sistema industrial de Beijing, que necesitan urgentemente una transformación con tecnología microelectrónica; de las casi 6.500 máquinas herramienta que se han transformado, alrededor del 15% necesita una mayor transformación; .
3) Casi 250 hornos industriales en el sistema industrial de Beijing deben transformarse mediante tecnología de la información electrónica; y los 610 hornos industriales que ya se han transformado también deben transformarse aún más utilizando tecnología difusa.
(4) Todavía existe una gran brecha en la aplicación de CAD en los sistemas industriales de Beijing. En la actualidad, la tasa de aplicación de CAD en el diseño de productos industriales en Beijing es sólo del 17% (mientras que ha superado el 85% en los Estados Unidos, Japón y otros países; también ha superado el 30% en áreas nacionales avanzadas); La tasa solo ha alcanzado el 11% (mientras que la ingeniería de aplicaciones CAD nacional El grupo líder señaló que durante el período del Octavo Plan Quinquenal, las empresas grandes y medianas deberían alcanzar el 35%, y las pequeñas y medianas empresas troncales deberían alcanzar el 15%). %-20%, de acuerdo con los requisitos del Consejero de Estado Song Jian, mediante el "Noveno Plan Quinquenal", básicamente debemos comenzar desde la mesa de dibujo
(5) La capacidad instalada de varios tipos; de ventiladores y bombas eléctricas en el sistema industrial de Beijing es de 500.000 kilovatios, y todavía quedan más de 490.000 kilovatios de tareas de transformación utilizando tecnología de regulación de velocidad variable, lo que representa aproximadamente el 99,5% del total de tareas
(6). La industria es el principal consumidor de energía de la ciudad. Desde 65438 hasta 0992, el sistema industrial de Beijing representó el 59,5% del consumo total de energía de la ciudad. Sin embargo, en 1992, la industria de Beijing tenía un consumo de energía muy bajo por cada 10.000 yuanes de valor de producción. Es de 2,47 toneladas, un 57% más que las 1,57 toneladas de Shanghai, un 14% más que las 2,15 toneladas de Tianjin y casi 9 veces más que el de los países industrializados avanzados. Por lo tanto, las tareas de ahorro de energía y reducción del consumo del sistema industrial de Beijing son muy importantes. , la tecnología de la electrónica de potencia es la carta de triunfo para la conservación y reducción del consumo de energía.
2 Existe una gran demanda y presión para que Beijing utilice la tecnología mecatrónica para acelerar las actualizaciones de productos y aumentar la participación de mercado. tipos de productos industriales en Beijing Cada año se desarrollan y prueban alrededor de 3.000 nuevos productos, y el ciclo de reemplazo es muy largo porque la velocidad de reemplazo no puede seguir el ritmo de las necesidades cambiantes del mercado, lo que afecta la competitividad de la industria industrial de Beijing.
De 65438 a 0993. En 2017, el sistema industrial de Beijing produjo un total de alrededor de 837 tipos de productos mecatrónicos, lo que representa solo alrededor del 7,8% del total de productos producidos ese año. El sistema de oficina tenía alrededor de 1200 productos principales, y menos de 150 tipos de productos mecatrónicos representaban solo el 4%. Hay 350 productos de sistemas principales de Instrument Corporation, 210 de los cuales son productos mecatrónicos, que representan el 60% del número total de productos principales. El número de sistemas de la industria ligera es 649, y hay 15 tipos de productos mecatrónicos y inteligentes, que representan alrededor del 2,3%. El costo total promedio de cada vehículo del sistema de Industrial Corporation es de aproximadamente 35.000 yuanes, y el costo promedio de instalación de productos electrónicos por unidad. El vehículo cuesta alrededor de 300 yuanes, lo que no es el 1% del costo total. Está lejos del nivel avanzado de alrededor del 28% en los países extranjeros; se trata de la mitad. Tiene sentido que Beijing reemplace productos electromecánicos con bajo contenido técnico y valor agregado, alto consumo de energía, consumo de agua y altos consumibles, y una gran contaminación y responsabilidad por molestias en el sistema industrial de Beijing, empresas que consumen mucha energía y agua. La contaminación ambiental grave sigue representando una proporción considerable, y muchas empresas están ubicadas en áreas urbanas y suburbios. Aunque la estructura industrial y la estructura de productos de Beijing han experimentado muchos ajustes en los últimos años, debido a diversas razones, el efecto nunca ha sido lo suficientemente obvio. .
Por supuesto, muchos de estos problemas son causados por departamentos de nivel superior, como "dificultad para salir de casa" y "volver a trabajos anteriores". Sin embargo, también existen problemas innegables como no optimizar las industrias ideales y elegir los productos favoritos. A estas empresas se les ha planteado desde hace tiempo la mejor respuesta: desarrollar mecatrónica y desarrollar y producir productos mecatrónicos relacionados. Los productos mecatrónicos tienen funciones sólidas, buen rendimiento, alta calidad, bajo costo y alta flexibilidad. Se pueden ajustar y transformar según las necesidades del mercado y la estructura del producto y los procesos de producción reflejados por los usuarios sin cambiar el equipo. Esta es una forma importante de resolver la producción de lotes pequeños de múltiples variedades de productos mecánicos y eléctricos. Al mismo tiempo, puede inyectar sangre fresca a la industria de maquinaria tradicional, aportar nueva vitalidad, liberar la producción mecánica del trabajo físico pesado y realizar una producción civilizada.
Además, desde la perspectiva de la demanda del mercado, debido a la corta historia de investigación y desarrollo de productos mecatrónicos en mi país, la brecha es grande en la variedad, cantidad, grado y calidad de muchos productos. No puede satisfacer la demanda. El volumen anual de importaciones es relativamente grande y necesita urgentemente un desarrollo.
(2) La misión “mecatrónica” de Beijing
La misión de Beijing en mecatrónica se puede resumir en dos frases: primero, utilizar la tecnología mecatrónica para transformar amplia y profundamente las industrias tradicionales; Desarrollar vigorosamente productos mecatrónicos y promover la mejora de productos electromecánicos. El objetivo general es promover la formación de la industria mecatrónica y contribuir al ajuste de la estructura industrial y de productos de Beijing.
1. Los puntos clave de Beijing en la aplicación de la tecnología mecatrónica para transformar las industrias tradicionales.
(1) Uso vigoroso de la tecnología difusa para transformar los hornos industriales a un nuevo nivel.
Ejemplos exitosos en el país y en el extranjero muestran que aplicar tecnología difusa para transformar hornos industriales es mucho mejor que simplemente usar computadoras y tecnología PID. Por lo tanto, sugerimos que Beijing promueva vigorosamente la aplicación de tecnología difusa en la renovación de hornos industriales en el futuro. Para el año 2000, casi 250 hornos industriales que deberían modernizarse pero que aún no lo han sido, lo serán todos utilizando tecnología difusa y otras tecnologías avanzadas de información electrónica, y el 80% de ellos se modernizarán utilizando tecnología difusa.
(2) Adopte activamente la tecnología CNC y la transformación de alta reserva de las máquinas herramienta debería alcanzar un nuevo nivel.
La transformación de los equipos de máquina herramienta debe centrarse en el fomento y aplicación de sistemas CNC económicos. Según las necesidades y posibilidades, en 1995, la tasa de transformación de máquinas herramienta y equipos (8.420 unidades) que deberían transformarse en Beijing alcanzará más del 80%, y la transformación se completará a finales de este siglo.
(3) Se deben hacer esfuerzos para promover la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable y llevar los ventiladores y las bombas eléctricas a un nuevo nivel.
El uso de regulación de velocidad de frecuencia variable para ventiladores y bombas eléctricas generalmente puede ahorrar más del 20% de electricidad y el efecto es muy significativo. Por lo tanto, en el futuro, Beijing se centrará en promover la aplicación de la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de CA. Para 1995, el 60% de los ventiladores y bombas eléctricas que deberían transformarse con tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable serán transformados; para finales de este siglo, los motores con regulación de velocidad, como ventiladores y bombas eléctricas, se utilizarán comúnmente en Beijing; Se adoptará tecnología de regulación de velocidad de frecuencia.
Capacidad de desarrollo y producción de "electrónica de potencia": durante el período del "Octavo Plan Quinquenal", dominar la tecnología de producción en masa de dispositivos electrónicos de potencia de segunda generación y la tecnología de desarrollo de electrónica de potencia de tercera generación. dispositivos. Durante el período del "Noveno Plan Quinquenal", la producción de dispositivos electrónicos de potencia de tercera generación debería formar un lote económico. En la aplicación de productos electrónicos de potencia, las fuentes de alimentación conmutadas, las fuentes de alimentación de alta frecuencia y las fuentes de alimentación de inversores se convertirán en los productos líderes durante el período del Octavo Plan Quinquenal; los dispositivos de control de velocidad de frecuencia variable de CA deben alcanzar el nivel de producción en masa; -los balastros electrónicos de frecuencia deben exportarse para ganar divisas " Durante el período del Noveno Plan Quinquenal, Beijing formará una industria de alta tecnología con capacidades de apoyo integrales para la investigación, producción, desarrollo y promoción de dispositivos electrónicos de potencia y dispositivos electrónicos de potencia; .
Capacidad de desarrollo y producción de controladores difusos: durante el período del "Octavo Plan Quinquenal", Beijing se convertirá en una base nacional de desarrollo y producción de controladores difusos y controladores difusos para transformación, presión y transformación de hornos industriales. se desarrollarán productos típicos de sistemas de control técnico de temperatura y flujo; la tecnología difusa se aplicará gradualmente a los electrodomésticos. En 1995, la tasa de penetración de controladores difusos para electrodomésticos como aires acondicionados, lavadoras, refrigeradores, aspiradoras y ventiladores eléctricos alcanzará aproximadamente el 15%, 20%, 5%, 15% y 8% respectivamente. A finales de este siglo, la tasa de penetración de la tecnología difusa en los electrodomésticos de Beijing alcanzará más del 50%.
Las capacidades de desarrollo y producción de otros productos mecatrónicos: las máquinas de impresión multicolor controladas por microcomputadoras deberían ocupar el primer lugar en el país; el desarrollo y la producción de instrumentos médicos electrónicos se esforzarán por lograr grandes avances en los Octavos Cinco; -Plan Anual y variedades del Noveno Plan Quinquenal y La producción ocupa la posición de liderazgo en el país durante el período del "Octavo Plan Quinquenal", los equipos de generación de energía representados por grupos electrógenos de turbina de vapor de 300.000 kilovatios deben formar una completa; las capacidades de apoyo para lograr economías de escala; la instrumentación digital inteligente y los dispositivos de automatización deberían aumentar en variedad y calidad...
En resumen, la tecnología mecatrónica no es sólo sangre fresca y fuerza impulsora para la revitalización. la industria electromecánica tradicional, sino también la clave para abrir la puerta al ajuste de la estructura de productos y la estructura industrial de la industria electromecánica de Beijing. Si Beijing logra los dos objetivos "mecatrónicos" mencionados anteriormente, para fines de este siglo, Beijing tendrá una industria mecatrónica con ventas superiores a los 20 mil millones de yuanes. Entre ellos, las ventas de equipos mecatrónicos como máquinas herramienta CNC, sistemas de impresión mecatrónica, nuevos equipos médicos electrónicos e instrumentos y medidores digitales inteligentes pueden superar los 654,38 mil millones de yuanes; las ventas de "electrónica de potencia" pueden superar los 2 mil millones de yuanes; las ventas de electrodomésticos pueden superar los 1.500 millones de yuanes; las ventas de electrónica, automatización, industria ligera inteligente y electrodomésticos civiles pueden superar los 2.500 millones de yuanes. La industria mecatrónica no es sólo la fuerza principal de la industria de alta tecnología de Beijing, sino también la solución para que las empresas de la industria mecatrónica detengan la producción, esperen a que llegue la producción y sufran pérdidas obvias y potenciales.