El desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas ha promovido en gran medida la penetración e infiltración mutua de diferentes disciplinas, provocando cambios tecnológicos y reacciones en el campo de la ingeniería. En el campo de la ingeniería mecánica, debido al rápido desarrollo de la microelectrónica y la tecnología informática y su penetración en la industria de la maquinaria, se han producido grandes cambios en la estructura técnica, organización de productos, funciones y composición, patrones de consumo y sistemas de gestión de la maquinaria. La industria del consumo industrial ha entrado en una etapa de desarrollo caracterizada por la "electrificación mecánica".
1. Tecnologías centrales de la mecatrónica
La mecatrónica incluye tecnologías de software y hardware. El hardware consta de cuerpo mecánico, sensores, 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 de ontología mecánica
La ontología mecánica debe partir de mejorar el rendimiento y reducir la calidad. , se debe considerar mejorar la precisión y otros aspectos. Los productos mecánicos modernos se basan generalmente en materiales de acero. Para reducir masa no sólo se debe mejorar la estructura, sino que también se debe considerar la aplicación de materiales compuestos no metálicos. Siempre que se reduzca el peso del cuerpo mecánico, es posible completar la miniaturización del sistema de propulsión, mejorando así las características de respuesta rápida en el control, reduciendo el consumo de energía y aumentando la eficiencia.
(2) Tecnología de detección
Los problemas de los sensores se centran en mejorar la confiabilidad, la flexibilidad y la precisión, que están directamente relacionadas con la antiinterferencia. Para evitar interferencias eléctricas, 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
La mecatrónica está estrechamente relacionada con los importantes avances de la microelectrónica y la mejora y aplicación de los equipos de procesamiento de información (especialmente los microordenadores). Para seguir desarrollando la mecatrónica, es necesario mejorar la confiabilidad de los equipos de procesamiento de información, incluida la confiabilidad de los equipos de conversión de analógico a digital y la confiabilidad de las entradas y salidas de procesamiento en tiempo compartido, a fin de aumentar la velocidad de procesamiento y tratar con cuestiones de antiinterferencia y estandarización.
(4) Tecnología de conducción
Como mecanismo de conducción, los motores se han utilizado ampliamente, pero todavía existen algunos problemas en términos de respuesta rápida y eficiencia. Actualmente, se están desarrollando activamente motores con codificadores incorporados y unidades de servoaccionamiento con elementos de control especiales (sensores) y motores.
(5) Tecnología de interfaz
Para comunicarse con la computadora, es necesario estandarizar el formato de transmisión de datos. El uso de la misma especificación de interfaz no sólo facilita la transmisión y el mantenimiento de la información, sino que también simplifica el diseño. Actualmente, los técnicos están trabajando arduamente para desarrollar interfaces seriales de alta velocidad y bajo costo para hacer frente a la miniaturización y estandarización de cables de señal sin contacto, fibra óptica de alta capacidad y acopladores ópticos.
㈥Tecnología de Software
El software y el hardware deben desarrollarse armoniosamente y diferenciarse. Para reducir los costos de desarrollo de software y mejorar la eficiencia del consumo y el mantenimiento, la estandarización del software debe implementarse gradualmente, incluida la estandarización de programas, la modularización de programas, la solidificación de programas de software y la ingeniería de software.
2. Principales áreas de aplicación de la tecnología mecatrónica
(1) Máquinas herramienta CNC
Después de 40 años de desarrollo, las máquinas herramienta CNC y la tecnología CNC correspondiente tienen grandes ventajas. Se han logrado avances en la estructura, función, operación y precisión del control. Los detalles son los siguientes:
1. Tipo de bus, estructura modular y compacta, es decir, arquitectura de bus multi-CPU multi-master.
2. Diseño abierto, es decir, la arquitectura de hardware y los módulos funcionales están claramente estratificados, son compatibles y cumplen con las especificaciones de la interfaz, lo que puede maximizar la eficiencia de utilización por parte del usuario.
3. Tecnología e inteligencia WOP. El sistema puede proporcionar tecnología de programación orientada al taller, simulación dinámica completa de procesos de mecanizado bidimensionales y tridimensionales e introducir mecanismos inteligentes como diagnóstico en línea y control difuso.
4. El diseño modular de las aplicaciones y el software de almacenamiento masivo no solo enriquece las funciones del sistema CNC, sino que también mejora la función de control del sistema CNC.
5. Puede completar el control multiproceso y multicanal, es decir, una máquina herramienta puede completar múltiples tareas de procesamiento independientes al mismo tiempo o controlar múltiples o múltiples máquinas herramienta e integrar la detección de daños en la herramienta. , manejo de materiales, manipulador y otros controles integrados en el sistema.
6. La función de red multinivel del sistema mejora la capacidad de combinación de sistemas y sistemas de procesamiento complejos.
7. Utilice una sola placa y un microcontrolador como máquina de control, además de chips y plantillas especiales para formar un dispositivo CNC compacto.
(2) Sistema de fabricación integrado por computadora (CIMS)
La finalización de CIMS no es una simple combinación de sistemas distribuidos existentes, sino una síntesis óptima dinámica global. Rompe los límites entre los departamentos originales, controla la "logística" y el "flujo de información" basados en la fabricación y completa la separación orgánica de la toma de decisiones operativas, el desarrollo de productos, la preparación del consumo, la experimentación del consumo y la gestión de las operaciones de consumo. El progreso de la integración empresarial puede optimizar mejor la asignación de diversos factores de consumo y maximizar el potencial de diversos factores de consumo en mayor medida.
(3) Sistema de fabricación flexible
El sistema de fabricación flexible es un sistema de fabricación computarizado, compuesto principalmente por computadoras, máquinas herramienta CNC, robots, paletas, vehículos de manipulación automática y almacenes automatizados. Puede realizar un consumo aleatorio, programado y cuantitativo de cualquier pieza dentro de su alcance de acuerdo con los requisitos del departamento de ensamblaje. Es especialmente adecuado para el consumo por lotes de piezas discretas con una amplia variedad, lotes pequeños y medianos y cambios de diseño frecuentes.
(4) Robots industriales
El robot de primera generación también se denomina robot copiador docente. Sólo pueden detener sus acciones repetitivas según las instrucciones y carecen de adaptabilidad y sensibilidad a los cambios en el entorno de trabajo y los objetos de trabajo. El robot de segunda generación está equipado con una variedad de elementos sensores avanzados que pueden obtener información sencilla sobre el entorno de trabajo y los objetos operativos. Después del procesamiento y análisis por computadora, puede emitir ciertos juicios, detener el control de reacción de las acciones y mostrar una inteligencia de bajo nivel, que ya ha comenzado a aplicarse. La tercera generación de robots, es decir, robots inteligentes, tiene múltiples funciones sensoriales, puede realizar pensamiento, juicio y toma de decisiones lógicos complejos, actuar de forma independiente en el entorno de trabajo y está estrechamente relacionada con la quinta generación de computadoras.
3. Las perspectivas de desarrollo de la tecnología mecatrónica
A partir de la situación actual de la mecatrónica en el país y en el extranjero y la intención de desarrollar 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 dirección de desarrollo de la mecatrónica en el siglo XXI. En los últimos años, los avances en la velocidad de los procesadores, el alto rendimiento de las microcomputadoras y la integración e inteligencia de los sistemas de sensores han creado las condiciones para incorporar algoritmos de control inteligentes, lo que ha promovido efectivamente el desarrollo de productos mecatrónicos en la dirección de la inteligencia. Los productos mecatrónicos inteligentes pueden imitar la inteligencia humana y tener un cierto nivel de razonamiento discriminativo, pensamiento lógico y capacidad de toma de decisiones independiente, reemplazando así parte del trabajo mental humano en la ingeniería de fabricación.
(2) Sistematización
Una de las características de la sistematización es que la arquitectura del sistema adopta además una arquitectura de bus abierta y formal. El sistema se puede configurar de manera flexible para admitir combinaciones de corte arbitrarias y al mismo tiempo lograr un control coordinado y una gestión integral de múltiples subsistemas. La segunda característica de rendimiento es que la función de comunicación se mejora enormemente. Además de los métodos de comunicación comunes como RS232, también se adoptan gradualmente algunas redes que satisfacen las necesidades de redes de comunicación remotas y multisistema. En el futuro, la mecatrónica prestará cada vez más atención a la relación entre productos y personas. Cómo dotar a los productos mecatrónicos de inteligencia humana, emoción y humanidad se ha vuelto cada vez más importante. Los productos de mecatrónica también pueden estudiar un nuevo tipo de organismo basándose en la excelente estructura de ciertos organismos, para que pueda desarrollarse en la dirección de la sistematización biológica.
(3) Miniaturización
El sistema de integración microelectromecánica es una nueva dirección de desarrollo de la mecatrónica que integra altamente la tecnología micromecánica, la tecnología microelectrónica y la tecnología de software. Desde una perspectiva extranjera, el tamaño geométrico de los MEMS es generalmente inferior a 1 cm3 y se está desarrollando en la dirección de micras y nanómetros. Los sistemas integrados mecánicos microelectrónicos tienen las características de tamaño pequeño, bajo consumo de energía y movimiento sensible.
, puede ingresar a espacios que son inaccesibles para la maquinaria ordinaria y puede detener fácilmente operaciones de precisión, por lo que tiene amplias perspectivas de aplicación en campos como la biomedicina, aeroespacial, tecnología de la información, industria, agricultura e incluso defensa nacional. Actualmente, ya se están creando en el laboratorio componentes mecánicos submicrónicos utilizando técnicas de grabado en la fabricación de dispositivos semiconductores.
Modularización
La modularización es también la tendencia de desarrollo de los productos mecatrónicos y es un proyecto importante y arduo. Debido a la gran variedad de productos y consumidores mecatrónicos, desarrollar unidades de productos mecatrónicos con interfaces mecánicas, interfaces eléctricas, interfaces de energía e interfaces de información estandarizadas es un asunto complejo e importante. Requiere el desarrollo de una serie de especificaciones para facilitar la combinación y la interfaz de componentes y unidades. Las empresas que fabrican productos mecatrónicos pueden utilizar unidades estandarizadas para desarrollar rápidamente nuevos productos y, al mismo tiempo, ampliar su alcance de consumo de vez en cuando.
(5) Redes
El rápido desarrollo de la tecnología de redes ha tenido un grave impacto en la mecatrónica, provocando que se desarrolle en la dirección de las redes. Hay muchos tipos de productos mecatrónicos, y las formas de afrontar la red también son diferentes. Debido a la mejora de la red, varias tecnologías de control y monitoreo remoto basadas en la red están en auge, y el equipo terminal de control remoto en sí es un producto de integración electromecánica.
(6)
) Ecologización
La prosperidad de la industria ha hecho que las personas se enriquezcan en materiales y vivan una vida cálida, pero también ha reducido los recursos y gravemente Nacieron los productos ecológicos contaminados. La ecologización es la tendencia general y su propósito es hacer que los productos causen poco o ningún daño al medio ambiente ecológico durante todo el ciclo de vida, desde el diseño, la fabricación, el embalaje, el transporte, la aplicación hasta la eliminación de desechos, y que tengan tasas de utilización de recursos extremadamente altas. 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 una forma de desarrollo sostenible de la fabricación moderna.
En resumen, la tecnología mecatrónica es la cristalización de muchas ciencias y tecnologías y es un requisito inevitable para que el consumo social se desarrolle hasta cierto punto. Promueve la innovación estratégica en la industria de la maquinaria y revoluciona los métodos y conceptos tradicionales de diseño mecánico. Desarrollar vigorosamente una nueva generación de productos mecatrónicos no es sólo un requisito para transformar los equipos mecánicos tradicionales, sino también un objetivo para promover la mejora de los productos mecánicos y abrir nuevos campos, y desarrollar y revitalizar la industria de la maquinaria.
Materiales de referencia:
Li Yunhua1. Control electromecánico[M]. Prensa de la Universidad de Beihang, 2003.
2. Diseño de sistemas mecatrónicos[M]. Prensa de la industria de maquinaria de Beijing, 2004.
3. Descripción general del control inteligente [J] Automatización básica, 2006 (6).
4., Zhou,. Desarrollo y aplicación de tecnología mecatrónica[J]. Seminario de Mecanización Agrícola, 2006(7).
5. Desarrollo y aplicación de la tecnología mecatrónica [J]. Información científica y tecnológica, 2007 (9).