La aplicación y las perspectivas de desarrollo de la tecnología mecatrónica
Resumen: La mecatrónica es una tecnología compuesta, un producto de la penetración mutua de la tecnología mecánica, la tecnología microelectrónica y la tecnología de la información. del desarrollo de la industria electromecánica. El artículo describe brevemente los componentes estructurales básicos y los principales campos de aplicación de la tecnología mecatrónica y señala sus tendencias de desarrollo.
Palabras clave: Industria mecánica; Mecatrónica; Modularización
El desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas ha promovido en gran medida la intersección y penetración de diferentes disciplinas, dando lugar a la tecnología en el campo de Ingeniería Transformación y revolución.
En el campo de la ingeniería mecánica, debido al rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología informática y su penetración en la industria mecánica, se formó la mecatrónica, la estructura técnica, la estructura del producto, la función y la composición, grandes cambios. se han producido en los métodos de producción y en los sistemas de gestión, llevando la producción industrial de la "electrificación mecánica" a una etapa de desarrollo caracterizada por la "integración mecatrónica".
1. Tecnologías centrales de la mecatrónica
La mecatrónica incluye tecnologías de software y hardware. El hardware se compone de cuerpo mecánico, sensor, unidad de procesamiento de información y unidad de accionamiento. Por tanto, para acelerar el desarrollo de la mecatrónica debemos partir de los siguientes aspectos
.
(1) Tecnología del cuerpo mecánico
El cuerpo mecánico debe considerarse desde varios aspectos como mejorar el rendimiento, reducir la masa y mejorar la precisión. Los productos mecánicos modernos generalmente están fabricados con materiales de acero. Para reducir la masa, además de las mejoras estructurales, también se debe considerar el uso de materiales compuestos no metálicos. Sólo reduciendo el peso del cuerpo mecánico será posible miniaturizar el sistema de propulsión, mejorando así las características de respuesta rápida en términos de control, reduciendo el consumo de energía y mejorando la eficiencia.
(2) Tecnología de detección
Los problemas de los sensores se centran en mejorar la confiabilidad, la sensibilidad
sensibilidad y la precisión, mejorar la confiabilidad y prevenir interferencias.
Existe una relación directa. Para evitar interferencias eléctricas, actualmente existe una tendencia a utilizar sensores de cable de fibra óptica. Para los sensores de información externos, actualmente se desarrolla principalmente tecnología de detección sin contacto.
(3) Tecnología de procesamiento de información
Notable progreso en mecatrónica y microelectrónica,
La popularidad de los equipos de procesamiento de información (especialmente microcomputadoras)
y las aplicaciones están estrechamente relacionadas. Para seguir desarrollando la integración electromecánica, es necesario mejorar la confiabilidad de los equipos de procesamiento de información, incluida la confiabilidad de los equipos de conversión analógico/digital y el procesamiento de tiempo compartido
Fiabilidad de entrada y salida, mejorando así el procesamiento velocidad
y resolver problemas de estandarización y antiinterferencias.
(4) Tecnología de accionamiento
Los motores se han utilizado ampliamente como mecanismos de accionamiento, pero
todavía existen algunos problemas en términos de velocidad de respuesta y eficiencia
p>
Pregunta. Actualmente, estamos desarrollando activamente motores con codificadores en su interior y unidades de servoaccionamiento que controlan componentes especiales: sensores y motores.
(5) Tecnología de interfaz
Para comunicarse con la computadora, el formato de transmisión de datos
debe estar estandarizado y estandarizado. Adoptar la misma especificación estándar para la interfaz no solo favorece la transmisión y el mantenimiento de la información, sino que también simplifica el diseño. Actualmente, los técnicos están trabajando en el desarrollo de interfaces seriales de alta velocidad y bajo costo para resolver el problema de los cables de señal sin contacto, fibras ópticas y acoplamientos ópticos
Cuestiones como la gran capacidad, la miniaturización y la estandarización. de inversores.
(6) Tecnología de software
El software y el hardware deben desarrollarse en armonía. Para
reducir el costo del desarrollo de software y mejorar la
eficiencia de producción y mantenimiento, se debe implementar gradualmente la estandarización del software, incluida la
estandarización de programas, modularización de programas, solidificación de programas de software, promoción de la ingeniería de software, etc.
2. Principales campos de aplicación de la tecnología mecatrónica
(1) Máquinas herramienta CNC
Las máquinas herramienta CNC y la tecnología CNC correspondiente han pasado 40 años
Años de desarrollo han mejorado rápidamente en estructura, función, operación y precisión de control
, como se muestra en:
1 Estructura tipo bus, modular y compacta, que. Es decir,
adopta una arquitectura de bus multi-CPU y multi-maestro.
2. Diseño abierto, es decir, la arquitectura de hardware y los módulos funcionales son jerárquicos, compatibles, cumplen con los estándares de interfaz y pueden maximizar la eficiencia del usuario.
3. Tecnología e inteligencia W O P. El sistema puede proporcionar tecnología de programación orientada al taller y realizar simulación dinámica de procesos de mecanizado bidimensionales y tridimensionales, e introducir diagnóstico en línea, control difuso y otros mecanismos inteligentes.
4. La aplicación de memoria de gran capacidad y el diseño modular del software
no sólo enriquecen las funciones del CNC, sino que también
fortalecen el control del Función del sistema CNC.
5. Puede realizar un control multiproceso y multicanal, es decir,
una máquina herramienta puede completar múltiples tareas de procesamiento independientes al mismo tiempo
>o controlar múltiples máquinas y capacidades de múltiples máquinas herramienta, e integra detección de rotura de herramientas, manejo de materiales, manipulador y otros controles en el sistema.
6. La función de red multinivel del sistema fortalece la
capacidad del sistema para combinar y formar sistemas de procesamiento complejos.
7. Utilice placas individuales y microcontroladores como máquinas de control, además de chips y plantillas
especiales para formar un dispositivo CNC compacto.
(2) Sistema de fabricación integrado por computadora (CIMS)
La implementación de C IM S no es una simple combinación de sistemas distribuidos existentes
, sino una solución global. Síntesis óptima dinámica.
Rompe los límites entre los departamentos originales, utiliza la fabricación como columna vertebral
para controlar la "logística" y el "flujo de información" y realiza la toma de decisiones desde las operaciones.
, desarrollo de productos, preparación de producción, experimentos de producción y la combinación orgánica de gestión de producción y operaciones. La mejora de la integración empresarial
puede optimizar mejor la asignación de diversos factores de producción
y maximizar el potencial de varios factores de producción
para un mayor juego.
(3) Sistema de fabricación flexible (FMS)
El sistema de fabricación flexible es un sistema de fabricación computarizado
compuesto principalmente por computadoras, máquinas herramienta CNC, robots, está compuesto por bandejas de material, carros de manipulación automática y almacenes automáticos.
Puede producir cualquier pieza dentro de sus capacidades de forma aleatoria, en tiempo real y cuantitativa de acuerdo con los requisitos del departamento de montaje.
es particularmente adecuado para la producción en masa de piezas discretas con múltiples variedades, lotes pequeños y medianos y cambios de diseño frecuentes
(4) Robots industriales
Los robots de primera generación también se denominan robots de enseñanza y reproducción.
Sólo pueden realizar movimientos repetidos según enseñanzas, los cuales. es muy importante para el trabajo
Falta de adaptabilidad y flexibilidad a los cambios en el entorno y los objetos de trabajo
los robots de segunda generación están equipados con varios componentes de detección avanzados
del entorno operativo y los objetos operativos es procesada y analizada por computadoras para hacer ciertos juicios
y realizar control de retroalimentación sobre las acciones, mostrando inteligencia de bajo nivel
los robots sensoriales han comenzado a volverse prácticos; la tercera generación de robots son inteligentes
robots inteligentes, que tienen una variedad de funciones de detección y pueden realizar tareas complejas
El pensamiento lógico, el juicio y la toma de decisiones y la acción independiente en el entorno laboral están estrechamente relacionados con las computadoras de quinta generación.
3. Las perspectivas de desarrollo de la tecnología mecatrónica
Observando el estado de desarrollo de la mecatrónica en el país y en el extranjero
y las tendencias de desarrollo de las tecnologías nuevas y avanzadas, La mecatrónica se desarrollará en las siguientes direcciones
.
(1) Inteligencia
La inteligencia es una de las principales diferencias entre la mecatrónica y la automatización mecánica tradicional
También es la clave de la mecatrónica del siglo XXI
p>
La dirección del desarrollo de la integración. En los últimos años, el aumento de la velocidad de los procesadores, el alto rendimiento de las microcomputadoras y la integración e inteligencia de los sistemas de sensores han creado oportunidades para algoritmos de control inteligentes integrados.
Se han creado las condiciones para promover eficazmente el desarrollo de productos mecatrónicos.
en dirección a la inteligencia. Los productos mecatrónicos inteligentes
pueden simular la inteligencia humana y tener cierto grado de juicio, razonamiento, pensamiento lógico y capacidad de toma de decisiones independiente, reemplazando así parte del trabajo mental de los humanos en la ingeniería de fabricación.
(2) Sistematización
Una de las características de la sistematización es que la arquitectura del sistema adopta además una arquitectura abierta y modular
>
Estructura de líneas. El sistema puede configurarse de manera flexible para cualquier adaptación y combinación, buscando lograr una coordinación multisubsistema, un control y una gestión integral. La segunda característica es que la función de comunicación se mejora enormemente. Generalmente, además de los métodos de comunicación comunes como RS232, se requiere realizar redes de comunicación remotas y multisistema. Las redes locales se están adoptando gradualmente. El futuro de la integración electromecánica
presta más atención a la relación entre productos y personas. Cómo dotar
a los productos mecatrónicos de inteligencia, emoción y humanidad humanas
. cada vez más importante. Los productos de mecatrónica también pueden estudiar un nuevo tipo de organismo basándose en la excelente estructura de algunos organismos, para que pueda desarrollarse en la dirección de la sistematización biológica.
(3) Miniaturización
El sistema de integración microelectromecánico integra altamente la tecnología micro
mecánica, la tecnología microelectrónica y la tecnología de software. Es una máquina
<. p>Una nueva dirección de desarrollo de la integración eléctrica. Los países extranjeros dicen que el tamaño geométrico de los sistemas mecánicos microelectrónicos generalmente no excede1 cm 3 y se está desarrollando hacia niveles de micrones y nanómetros. Debido a que
los sistemas de integración microelectromecánicos tienen las características de tamaño pequeño, bajo consumo de energía y movimiento flexible
, pueden ingresar a espacios que son inaccesibles para la maquinaria general
Es fácil realizar operaciones precisas, por lo que tiene amplias perspectivas de aplicación en campos como biología, medicina, aeroespacial, tecnología de la información, industria y agricultura, e incluso defensa nacional. En la actualidad, los componentes mecánicos submicrónicos se fabrican en laboratorios utilizando tecnología de grabado en el proceso de fabricación de dispositivos semiconductores.
(4) Modularización
La modularización es también una tendencia de desarrollo de productos de integración electromecánica. Es un proyecto importante y arduo. Debido a
la amplia variedad de productos y fabricantes de mecatrónica,
investigamos y desarrollamos interfaces mecánicas estándar, interfaces eléctricas
interfaces de alimentación e interfaces de información. unidad de producto mecatrónico
es un asunto complejo e importante que requiere la formulación
de una serie de estándares para facilitar la combinación de varios componentes y unidades
y. interfaz. Los fabricantes de productos mecatrónicos pueden utilizar unidades estándar para desarrollar rápidamente nuevos productos y, al mismo tiempo, también pueden continuar ampliando la escala de producción.
(5) Redes
El rápido desarrollo de la tecnología de redes tiene un impacto significativo en la mecatrónica
, haciéndola evolucionar en la dirección de las redes.
Hay muchos tipos de productos mecatrónicos y las formas orientadas a la red
también son diferentes.
Debido a la popularidad de Internet, varias tecnologías de monitoreo y control remoto basadas en red están en auge, y el equipo terminal de control remoto en sí es un producto electromecánico integrado.
(6) Ecologización
El desarrollo de la industria ha enriquecido el material de las personas y ha hecho sus vidas más cómodas
pero también ha reducido los recursos y ha afectado gravemente al entorno ecológico
p>
Fuerte contaminación, por eso surgieron productos ecológicos. El ecologismo
es la tendencia de estos tiempos. Su objetivo es hacer que los productos sean inofensivos para el medio ambiente ecológico durante todo el ciclo de vida, desde el diseño,
la fabricación, el embalaje, el transporte, el uso hasta la eliminación. O el daño es extremadamente pequeño y la tasa de utilización de recursos es extremadamente alta. La ecologización de los productos mecatrónicos significa principalmente que no contaminan el medio ambiente ecológico cuando se utilizan y pueden reciclarse cuando se desechan. La fabricación ecológica es el modelo de desarrollo sostenible de la industria manufacturera moderna.
En resumen, la mecatrónica es la cristalización de muchos avances científicos y tecnológicos y es un requisito inevitable para el desarrollo de la productividad social hasta cierto punto. Promueve cambios estratégicos en la industria de la maquinaria y revoluciona los métodos y conceptos de diseño mecánicos tradicionales. Desarrollar vigorosamente una nueva
generación de productos mecatrónicos no es sólo un requisito para transformar los equipos mecánicos tradicionales
sino que también promueve la mejora de los productos mecánicos
y abre nuevas los.campo, desarrollo y revitalización de la industria de la maquinaria
El único camino.
Referencias:
1. Li Yunhua. Control electromecánico [M]. Beihang University Press, 2003.
2. ]. Beijing Machinery Industry Press, 2004.
3. Wang Zhongjie, Yu Zhangxiong, Chai Tianyou. Descripción general de la automatización básica, 2006 (6).
4. Zhang Hao, Zhang Xiliang, Zhou Shichong. Desarrollo y aplicación de tecnología mecatrónica [J]. Investigación sobre mecanización agrícola, 2006(7).
5. [J]. Información científica y tecnológica, 2007 (9).