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未來氣動技術(shù)的發(fā)展趨勢
就目前為此,在探討氣動技術(shù)、氣動行業(yè)的發(fā)展時,總面臨著被討論對象的不確定性。通常人們一提到氣動技術(shù)時,只想到談?wù)撆c壓縮空氣有關(guān)的氣動產(chǎn)品的發(fā)展,即純粹單一的氣動技術(shù),沒有把氣動技術(shù)作為融入于機電一體化的技術(shù)來看待。如果真正能把氣動技術(shù)融入于機電一體化技術(shù)來對待的話,那么人們討論氣動技術(shù)的發(fā)展趨勢時,實際上是在研討一個包含氣動技術(shù)在內(nèi)的綜合自動化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢;是在有的放矢地預(yù)測一門集機械、電子、真空、傳感器以及通信等跨學(xué)科的綜合自動化控制、驅(qū)動的技術(shù)發(fā)展路徑。
從目前國際上先進工業(yè)國的氣動元件制造商發(fā)展現(xiàn)狀來看,他們早已不滿足僅提供與壓縮空氣有關(guān)的氣動產(chǎn)品。現(xiàn)在,國際上大多數(shù)著名氣動元件制造商都在提供伺服電機、步進電機、伺服電機/步進電機的控制器等一系列與自動化有關(guān)的電控元器件。如德國的Festo公司則公開聲稱:要成為世界氣動與電動自動化技術(shù)領(lǐng)城的最主要的供應(yīng)商,要對客戶所有需求都能給出正確的解決方案。而這正是現(xiàn)代工業(yè)化的用戶所需要的。當(dāng)前的用戶需要供應(yīng)商能快速反應(yīng),能提供整套自動化解決方案及系統(tǒng)產(chǎn)品(即插即用技術(shù))。因此,僅僅單獨地討論、考慮氣動技術(shù)的發(fā)展是不完整的和不可取的,也是不利于現(xiàn)代工業(yè)自動化發(fā)展趨勢的。
國際上氣動技術(shù)的發(fā)展趨勢是通過全盤機電一體化,并集合機械、電子、流體力學(xué)、真空、傳感器技術(shù)、壓電技術(shù)、工程塑料、視覺系統(tǒng)以及通信與信息處理等跨各學(xué)科為一體的綜合自動化控制技術(shù),提供整套自動化解決方案及系統(tǒng)(即插即用技術(shù))。需要闡明的是,氣動技術(shù)正在升化、變革,不可從字面上來理解氣動技術(shù)原來的服務(wù)功能范圍。當(dāng)今,一批國際上領(lǐng)先的氣動廠商,把產(chǎn)品和服務(wù)都衍生到電驅(qū)動產(chǎn)品、傳感產(chǎn)品,以及電控制等工業(yè)自動化整套解決方案之中,并把電驅(qū)動產(chǎn)品(步進馬達、伺服馬達等)、電控系統(tǒng)產(chǎn)品(PLC控制器、現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等控制)全部納入公司的樣本目錄。氣動技術(shù)開始走向工業(yè)自動化整套解決方案之路。
選用氣動技術(shù)解決方案,勢必涉入到需對比其他工業(yè)自動化解塊方案的優(yōu)劣;談氣動技術(shù)發(fā)展趨勢,也勢必會全盤審視、探討工業(yè)自動化整體發(fā)展大趨勢。這就是如今氣動技術(shù)升華的概念。
如果說20世紀(jì)80、90年代,氣動技術(shù)以氣動產(chǎn)品的小型化、微型化、模塊化、低功耗、集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化以及延長使用壽命為重點的發(fā)展方向。那么21世紀(jì),或者今后相當(dāng)長一段時間內(nèi),發(fā)展的重點則將是低碳化(氣動節(jié)能)、機電一體化(氣驅(qū)動與電驅(qū)動的組合)、系統(tǒng)化(即插即用),強調(diào)診斷/監(jiān)測,不管是氣動或非氣動的自動化元器件的開發(fā),都必須考慮通信/診斷功能的統(tǒng)一接口界面,確保各種技術(shù)能無縫組合,真正實現(xiàn)機電一體化技術(shù),為提供整套自動化解決方案服務(wù)。
綜上所述,氣動技術(shù)已經(jīng)朝著真正機電一體化方向——一條工業(yè)自動化整體發(fā)展的方向發(fā)展。
氣動節(jié)能技術(shù)
過去,人們認為液壓驅(qū)動的工作介質(zhì)——液壓油是需花錢買的,而氣動驅(qū)動中的壓縮空氣一度被認為是免費的,是取之不盡,用之不竭的,或者說是非常低廉的,由此,造成的浪費非常巨大。21世紀(jì)后,國外許多氣動廠商及研究機構(gòu)開始認識到壓縮空氣是非常貴的,空壓機所消耗的電能,僅有19 %轉(zhuǎn)化成壓縮空氣,剩下的81 %轉(zhuǎn)化為熱能,1 m3壓縮空氣成本視不同空壓機效力,我國約0.08~0.11元。而電驅(qū)動產(chǎn)品的成本又在不斷下降,因此,在考慮驅(qū)動方案時,是否采用氣缸?或是電驅(qū)動?存在著比較和選擇。在氣動元件開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計上,開始計較有效耗氣指標(biāo),如何節(jié)約壓縮空氣無謂消耗,如省空氣的真空發(fā)生器,帶導(dǎo)向裝置的氣動驅(qū)動器,閥島等一系列氣動節(jié)能產(chǎn)品;同時,還包括如何消除泄漏,如何提高空氣質(zhì)量,減少元件提早失效的漏氣,氣動系統(tǒng)的節(jié)省耗氣設(shè)計等等。一項全面氣動節(jié)能技術(shù)的工作開始了,氣動元件低碳化是氣動技術(shù)發(fā)展的指針,以后氣動元件的開發(fā)及系統(tǒng)設(shè)計都將圍繞著這一前提進行。
電缸及電驅(qū)動系統(tǒng)
由于電驅(qū)動的技術(shù)日趨成熟和成本的下降,壓縮空氣成本昂貴,使得原排斥電驅(qū)動產(chǎn)品的氣動行業(yè),開始研發(fā)并銷售與氣驅(qū)動相融合的成套電驅(qū)動技術(shù),包括電驅(qū)動軸,步進電機、步進電機控制器、伺服電機、伺服電機控制器,以及氣驅(qū)動與電驅(qū)動之間的互相模塊化聯(lián)結(jié)系統(tǒng),并納入一些國外公司的銷售產(chǎn)品樣本目錄中,最終得以實現(xiàn)提供整套自動化解決方案。如德國的Festo公司、Bosch公司,美國的Parker公司,在電驅(qū)動產(chǎn)品,模塊化的抓取系統(tǒng)產(chǎn)品上系列齊全。而日本的SMC公司、CKD公司等也有部分電驅(qū)動產(chǎn)品。
需要說明的:對電驅(qū)動產(chǎn)品開發(fā)的先進設(shè)計思想是,以模塊化抓取系統(tǒng)為軸心。開發(fā)立柱式、門架式和懸臂梁式幾大主要抓取模式。當(dāng)電驅(qū)動產(chǎn)品還沒有ISO國際標(biāo)準(zhǔn)情況下(連接尺寸),有桿電缸參照現(xiàn)有氣缸的國際標(biāo)準(zhǔn)(如:有桿電缸參照ISO15552國際標(biāo)準(zhǔn)氣缸),是氣動元件制造廠商銷售電驅(qū)動產(chǎn)品的一大優(yōu)勢。同時,也看到目前無桿氣缸還沒有形成ISO國際標(biāo)準(zhǔn),這將給無桿的電驅(qū)動產(chǎn)品的接口標(biāo)準(zhǔn)化帶來困難和障礙,應(yīng)引起業(yè)界人士的重視。
模塊化的抓取系統(tǒng)
在上述電驅(qū)動產(chǎn)品中已經(jīng)提到模塊化的抓取系統(tǒng),電驅(qū)動可以單獨一個軸向方向運動,也可以X-Y或X-Y-Z三軸向運動。而模塊化的抓取系統(tǒng)指的是多軸方向的運動標(biāo)準(zhǔn)化模式,以氣驅(qū)動和電驅(qū)動互相結(jié)合的方式,以即插即用的形式出現(xiàn)在客戶面前。當(dāng)生產(chǎn)流水線上,需生產(chǎn)不同規(guī)格產(chǎn)品時,模塊化的抓取系統(tǒng)僅改變某一個部件或增加某一部件便能滿足生產(chǎn)要求。在電子行業(yè)、小零部件裝配業(yè)及高節(jié)奏的自動流水線應(yīng)用十分廣泛。這類模塊化抓取產(chǎn)品常以帶導(dǎo)向裝置的驅(qū)動器為基礎(chǔ)(氣驅(qū)動/電驅(qū)動),帶有一個公共的接口界面(包括帶現(xiàn)場總線接口界面),是符合現(xiàn)代自動流水線上一門模塊化系統(tǒng)產(chǎn)品,是今后的發(fā)展趨勢。
創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)
在氣動節(jié)能、提供整套自動化解決方案及系統(tǒng)的思想指導(dǎo)下,需要開發(fā)一系列創(chuàng)新產(chǎn)品,如:帶分散與集中的控制并具診斷功能的模塊化閥島,氣動壓力比例閥,氣動流量伺服閥,2 ms高速開關(guān)閥,“壓電芯片技術(shù)”制造的微型電磁閥或氣動比例抓手,氣動人工肌肉,帶導(dǎo)軌的模塊化導(dǎo)向系統(tǒng)裝置,適合于生物、醫(yī)藥、醫(yī)療衛(wèi)生及食品的氣動元件等。創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)中十分強調(diào)食品生產(chǎn)過程的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)加大對新產(chǎn)品、新材料及新工藝的開發(fā)研究與應(yīng)用。