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机电一体化技术的应用与发展前景 摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。 关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。 在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电 一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的核心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处 理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下 几方面着手。 (一)机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (二)传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵 敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰 有着直接的关系。为了避免电干扰,目前 有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信 息传感器来说,目前主要发展非接触型检 测技术。 (三)信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、 信息处理设备(特别是微型计算机)的普 及应用紧密相连。为进一步发展机电一体 化,必须提高信息处理设备的可靠性,包 括模/数转换设备的可靠性和分时处理 的输入输出的可靠性,进而提高处理速 度,并解决抗干扰及标准化问题。 (四)驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用,但 在快速响应和效率等方面还存在一些问 题。目前,正在积极发展内部装有编码器 的电机以及控制专用组件-传感器-电 机三位一体的伺服驱动单元。 (五)接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据 传递的格式标准化、规格化。接口采用同 一标准规格不仅有利于信息传递和维修, 而且可以简化设计。目前,技术人员正致 力于开发低成本、高速串行的接口,来解 决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕 器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (六)软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为 了减少软件的研制成本,提高生产维修的 效率,要逐步推行软件标准化,包括程序 标准化、程序模块化、软件程序的固化、推 行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 (一)数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展,在结构、功能、操作和控制精度 上都有迅速提高,具体表现在: 1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即 采用多C PU、多主总线的体系结构。 2、开放性设计,即硬件体系结构和功 能模块具有层次性、兼容性、符合接口标 准,能最大限度地提高用户的使用效益。 3、W O P技术和智能化。系统能提供 面向车间的编程技术和实现二、三维加工 过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊 控制等智能机制。 4、大容量存储器的应用和软件的模 块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也 加强了C N C系统的控制功能。 5、能实现多过程、多通道控制,即具 有一台机床同时完成多个独立加工任务 或控制多台和多种机床的能力,并将刀具 破损检测、物料搬运、机械手等控制都集 成到系统中去。 6、系统的多级网络功能,加强了系统 组合及构成复杂加工系统的能力。 7、以单板、单片机作为控制机,加上专 用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 (二)计算机集成制造系统(CIMS) C IM S的实现不是现有各分散系统 的简单组合,而是全局动态最优综合。它 打破原有部门之间的界线,以制造为基干 来控制“物流”和“信息流”,实现从经营 决策、产品开发、生产准备、生产实验到生 产经营管理的有机结合。企业集成度的提 高可以使各种生产要素之间的配置得到 更好的优化,各种生产要素的潜力可以得 到更大的发挥。 (三)柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系 统,主要由计算机、数控机床、机器人、料 盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。 它可以随机地、实时地、按量地按照装配 部门的要求,生产其能力范围内的任何工 件,特别适于多品种、中小批量、设计更改 频繁的离散零件的批量生产。 (四)工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人, 它们只能根据示教进行重复运动,对工作 环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活 性;第2代机器人带有各种先进的传感元 件,能获取作业环境和操作对象的简单信 息,通过计算机处理、分析,做出一定的判 断,对动作进行反馈控制,表现出低级智 能,已开始走向实用化;第3代机器人即智 能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂 的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独 立行动,与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状 和高新技术的发展动向,机电一体化将朝 着以下几个方向发展。 (一)智能化 智能化是机电一体化与传统机械自 动化的主要区别之一,也是21世纪机电 一体化的发展方向。近几年,处理器速度 的提高和微机的高性能化、传感器系统的 集成化与智能化为嵌入智能控制算法创 造了条件,有力地推动着机电一体化产品 向智能化方向发展。智能机电一体化产品 可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取 代制造工程中人的部分脑力劳动。 (二)系统化 系统化的表现特征之一就是系统体 系结构进一步采用开放式和模式化的总 线结构。系统可以灵活组态,进行任意的 剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调 控制和综合管理。表现特征之二是通信功 能大大加强,一般除R S232等常用通信 方式外,实现远程及多系统通信联网需要 的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一 体化更加注重产品与人的关系,如何赋予 机电一体化产品以人的智能、情感、人性 显得越来越重要。机电一体化产品还可根 据一些生物体优良的构造研究某种新型 机体,使其向着生物系统化方向发展。 (三)微型化 微型机电一体化系统高度融合了微 机械技术、微电子技术和软件技术,是机 电一体化的一个新的发展方向。国外称微 电子机械系统的几何尺寸一般不超过 1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于 微机电一体化系统具有体积小、耗能小、 运动灵活等特点,可进入一般机械无法进 入的空间并易于进行精细操作,故在生物 医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国 防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利 用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在 实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 (四)模块化 模块化也是机电一体化产品的一个 发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由 于机电一体化产品种类和生产厂家繁多, 研制和开发具有标准机械接口、电气接 口、动力接口、信息接口的机电一体化产 品单元是一项复杂而重要的事,它需要制 订一系列标准,以便各部件、单元的匹配 和接口。机电一体化产品生产企业可利用 标准单元迅速开发新产品,同时也可以不 断扩大生产规模。 (五)网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化 有重大影响,使其朝着网络化方向发展。 机电一体化产品的种类很多,面向网络的 方式也不同。由于网络的普及,基于网络 的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而 远程控制的终端设备本身就是机电一体 化产品。 (六)绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒 适的同时也使资源减少,生态环境受到严 重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化 是时代的趋势,其目标是使产品从设计、 制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极 小,资源利用率极高。机电一体化产品的 绿色化主要是指使用时不污染生态环境, 报废时能回收利用。绿色制造业是现代制 造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化是众多科学技 术发展的结晶,是社会生产力发展到一定 阶段的必然要求。它促使机械工业发生战 略性的变革,使传统的机械设计方法和设 计概念发生着革命性的变化。大力发展新 一代机电一体化产品,不仅是改造传统机 械设备的要求,而且是推动机械产品更新 换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业 的必由之路。 参考文献: 1、李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003. 2、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004. 3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6). 4、章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7). 5、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).
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人工智能是20世纪计算机科学发展的重大成就，在许多领域有着广泛的应用。以下是我整理的人工智能的毕业论文范文的相关资料，欢迎阅读!
摘要：人工智能是20世纪计算机科学发展的重大成就，在许多领域有着广泛的应用。论述了人工智能的定义，分析了目前在管理、教育、工程、技术、等领域的应用，总结了人工智能研究现状，分析了其发展方向。
关键词：人工智能;计算机科学;发展方向
中图分类号：TP18
文献标识码：A
文章编号：1672-8198(2009)13-0248-02
1人工智能的定义
人工智能(Artificial Intelligence，AI)，是一门综合了计算机科学、生理学、哲学的交叉学科。“人工智能”一词最初是在1956年美国计算机协会组织的达特莫斯(Dartmouth)学会上提出的。自那以后，研究者们发展了众多理论和原理，人工智能的概念也随之扩展。由于智能概念的不确定，人工智能的概念一直没有一个统一的标准。著名的美国斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授对人工智能下了这样一个定义“人工智能是关于知识的学科――怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”而美国麻省理工学院的温斯顿教授认为“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”童天湘在《从“人机大战”到人机共生》中这样定义人工智能：“虽然现在的机器不能思维也没有“直觉的方程式”，但可以把人处理问题的方式编入智能程序，是不能思维的机器也有智能，使机器能做那些需要人的智能才能做的事，也就是人工智能。”诸如此类的定义基本都反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。即人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。
2人工智能的应用领域
人工智能在管理及教学系统中的应用
人工智能在企业管理中的应用。刘玉然在《谈谈人工智能在企业管理中的应用》一文中提到把人工智能应用于企业管理中，认为要做的工作就是搞清楚人的智能和人工智能的关系，了解人工智能的外延和内涵，搭建人工智能的应用平台，搞好企业智能化软件的开发工作，这样，人工智能就能在企业决策中起到关键的作用。
人工智能在智能教学系统中的应用。焦加麟，徐良贤，戴克昌(2003)在总结国际上相关研究成果的基础上，结合其在开发智能多媒体汉德语言教学系统《二十一世纪汉语》的过程中累积的实践经验，介绍了智能教学系统的历史、结构和主要技术，着重讨论了人工智能技术与方法在其中的应用，并指出了当今这个领域上存在的一些问题。
人工智能专家系统在工程领域的应用
人工智能专家系统在医学中的应用。国外最早将人工智能应用于医疗诊断的是MYCIN专家系统。1982年，美国Pittsburgh大学Miller发表了著名的作为内科医生咨询的Internist 2I内科计算机辅助诊断系统的研究成果，1977年改进为Internist 2Ⅱ，经过改进后成为现在的CAU-CEUS，1991年美国哈佛医学院Barnett等开发的DEX-PLAIN，包含有2200种疾病和8000种症状。我国研制基于人工智能的专家系统始于上世纪70年代末，但是发展很快。早期的有北京中医学院研制成“关幼波肝炎医疗专家系统”，它是模拟著名老中医关幼波大夫对肝病诊治的程序。上世纪80年代初，福建中医学院与福建计算机中心研制的林如高骨伤计算机诊疗系统。其他如厦门大学、重庆大学、河南医科大学、长春大学等高等院校和其他研究机构开发了基于人工智能的医学计算机专家系统，并成功应用于临床。
人工智能在矿业中的应用。与矿业有关的第一个人工智能专家系统是1978年美国斯坦福国际研究所的矿藏勘探和评价专家系统PROSPECTOR，用于勘探评价、区域资源估值和钻井井位选择等。20世纪80年代以来，美国矿山局匹兹堡研究中心与其它单位合作开发了预防煤矿巷道底臌、瓦斯治理和煤尘控制的专家系统;弗尼吉亚理工学院及州立大学研制了模拟连续开采过程中开采、装载、运输、顶板锚固和设备检查专家系统Consim;阿拉斯加大学编写了地下煤矿采矿方法选择专家系统。
人工智能在技术研究中的应用
人工智能在超声无损检测中的应用。在超声无损检测(NDT)与无损评价(NDE)领域中，目前主要广泛采用专家系统方法对超声损伤(UT)中缺陷的性质，形状和大小进行判断和归类;专家在传统超声无损检测与智能超声无损检测之间架起了一座桥梁，它能把一般的探伤人员变成技术熟练。经验丰富的专家。所以在实际应用中这种智能超声无损检测有很大的价值。
人工智能在电子技术方面的应用。沈显庆认为可以把人工智能和仿真技术相结合，以单片机硬件电路为专家系统的知识来源，建立单片机硬件配置专家系统，进行故障诊断，以提高纠错能力。人工智能技术也被引入到了计算机网络领域，计算机网络安全管理的常用技术是防火墙技术，而防火墙的核心部分就是入侵检测技术。随着网络的迅速发展，各种入侵手段也在层出不穷，单凭传统的防范手段已远远不能满足现实的需要，把人工智能技术应用到网络安全管理领域，大大提高了它的安全性。马秀荣等在《简述人工智能技术在网络安全管理中的应用》一文中具体介绍了如何把人工智能技术应用于计算机网络安全管理中，起到了很好的安全防范作用。
3人工智能的发展方向
人工智能的发展现状
国外发展现状。目前，AI技术在美国、欧洲和日本发展很快。在AI技术领域十分活跃的IBM公司。已经为加州劳伦斯・利佛摩尔国家实验室制造了号称具有人脑的千分之一的智力能力的“ASCII White”电脑，而且正在开发的更为强大的新超级电脑――“蓝色牛仔(blue jean)”，据其研究主任保罗・霍恩称，预计“蓝色牛仔”的智力水平将大致与人脑相当。麻省理工学院的AI实验室进行一个的代号为cog的项目。cog计划意图赋予机器人以人类的行为，该实验的一个项目是让机器人捕捉眼睛的移动和面部表情，另一个项目是让机器人抓住从它眼前经过的东西，还有一个项目则是让机器人学会聆听音乐的节奏并将其在鼓上演奏出来。由于人工智能有着广大的发展前景，巨大的发展市场被各国和各公司所看好。除了IBM等公司继续在AI技术上大量投入，以保证其领先地位外，其他公司在人工智能的分支研究方面，也保持着一定的投入比例。微软公司总裁比尔・盖茨在美国华盛顿召开的AI(人工智能)国际会议上进行了主题演讲，称微软研究院目前正致力于AI的基础技术与应用技术的研究，其对象包括自我决定、表达知识与信息、信息检索、机械学习、数据采集、自然语言、语音笔迹识别等。
我国人工智能的研究现状。很长一段时间以来，机械
和自动控制专家们都把研制具有人的行为特征的类人性机器人作为奋斗目标。中国国际科技大学在国家863计划和自然科学基金支持下，一直从事两足步行机器人、类人性机器人的研究开发，在1990年成功研制出我国第一台两足步行机器人的基础上，经过科研10年攻关，于2000年11月，又成功研制成我国第一台类人性机器人。它有人一样的身躯、四肢、头颈、眼睛，并具备了一定的语言功能。它的行走频率从过去的每六秒一步，加快到每秒两步;从只能平静地静态不行，到能快速自如的动态步行;从只能在已知的环境中步行，到可在小偏差、不确定环境中行走，取得了机器人神经网络系统、生理视觉系统、双手协调系统、手指控制系统等多项重大研究成果。
人工智能发展方向
在信息检索中的应用。人工智能在网络信息检索中的应用，主要表现在：①如何利用计算机软硬件系统模仿、延伸与扩展人类智能的理论、方法和技术，包括机器感知、机器思维、机器行为，即知识获取、知识处理、知识利用的过程。②由于网络知识信息既包括规律性的知识，如一般原理概念，也包括大量的经验知识，这些知识不可避免地带有模糊性、随机性、不可靠性等不确定性因素，对其进行推理，需要利用人工智能的研究成果。
基于专家系统的入侵检测方法。入侵检测中的专家系统是网络安全专家对可疑行为的分析后得到的一套推理规则。一个基于规则的专家系统能够在专家的指导下，随着经验的积累而利用自学习能力进行规则的扩充和修正，专家系统对历史记录的依赖性相对于统计方法较小，因此适应性较强，可以较灵活地适应广普的安全策略和检测要求。这是人工智能发展的一个主要方向。
人工智能在机器人中的应用。机器人足球系统是目前进行人工智能体系统研究的热点，其即高科技和娱乐性于一体的特点吸引了国内外大批学者的兴趣。决策系统主要解决机器人足球比赛过程中机器人之间的协作和机器人运动规划问题，在机器人足球系统设计中需要将人工智能中的决策树、神经网络、遗传学的等算法综合运用，随着人工智能理论的进一步发展，将使机器人足球有长足的发展。
4结语
由上述的讨论我们可以看到，目前人工智能的应用领域相当广泛。无论是学术界还是应用领域对人工智能都高度重视。人工智能良好的发展和应用前景，要求我们必须加大研究和投入力度，以使人工智能的发展能为人类服务。
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