液壓氣動與密封/2011年第2期從“微氣動技術(shù)”到“微系統(tǒng)技術(shù)”王雄耀(費斯托(中國)有限公司,上海201206)摘要:從提出“微氣動技術(shù)" ,到引入“微系統(tǒng)技術(shù)”這- -概念,揭示了氣動技術(shù)跌宕起伏的發(fā)展之路。如果說“微氣動技術(shù)"概念的提出只是對氣動元件低功耗、微型化的-種憧憬和追求。那么“微系統(tǒng)技術(shù)"則表明人們對氣動技術(shù)已有了更深刻的認識,乞動技術(shù)作為一門自動化控制技術(shù)不能孤立發(fā)展,必須融合到自控技術(shù)的發(fā)展規(guī)律中,與其他控制技術(shù)、元器件,進行互補.互相融合，只有這樣做才能使氣動技術(shù)得以廣闊的發(fā)展。關(guān)鍵詞:微氣動技術(shù);微系統(tǒng)技術(shù);壓縮空氣成本;氣驅(qū)動與電驅(qū)動;連接界面的標準化中圈分類號:TH138.1文獻標識碼:A文章編號:1008- 0813(2011 )02- 0034-04From“Micro pneumatic Technology” to “Micro-system Technology"WANG Xiong-yoo(Festo (China) Co., Ltd. , Shanghai 201206 ,China)Abstract: From the proposed "micro -pneumatic technology” to introducing the concept of the "micro . -system technology," itreveals the developing path of ups and downs in pneumatic technology. If the "micro-pneumatic technology" proposed theconcept of pneumatic components is only low power consumption, miniaturization and the pursuitunsettled situation,then the "micro -eystem technology" show that people have a profounder undenstanding to pneumatic technology: 8 8nautomation control technology , pneumatic technology have to pull the development of the automatical technology instead of beingisolated,and other control technologies, components must be complementary and integrated.It is the only way to make pneumatictechnology to a broad development.Key Words: micro -pneumatic technology; microsystems technology; compressed air costs; air drive and electric drive;standardized connection interface1“微氣動技術(shù)”提出的來龍去脈子技術(shù)、電驅(qū)動的興起將成為自控技術(shù)的主流時。積極20世紀90年代中期,電子技術(shù)、計算機、通信技術(shù)想方設(shè)法,對氣動技術(shù)及氣動市場進行深刻探討,客觀的飛躍發(fā)展,尤其是電子元件低成本,及PLC控制技術(shù)的評估,氣動技術(shù)究竟應(yīng)按-一個什 么樣的模式發(fā)展,是應(yīng)用,對自動化控制有了革命性的改變,與此同時,電否還堅持按傳統(tǒng)的純氣動技術(shù)的模式-路走下去。 在驅(qū)動技術(shù)得到了極大的發(fā)展。對當時的氣動技術(shù)和液這種背景下，德國FESTO總部對各國分公司內(nèi)部- -些壓技術(shù)提出了挑戰(zhàn),行業(yè)內(nèi)也議論紛紛,氣動行業(yè)、液技術(shù)專家進行了一個以“微氣動技術(shù)”名義的調(diào)查。用壓行業(yè)的企業(yè)家們開始擔心電驅(qū)動技術(shù)對本行業(yè)的生“微氣動技術(shù)”名義調(diào)查,表明了氣動技術(shù)會朝著低功存威脅。20世紀90年代中期,北京力士樂王長江專家耗、微型、小型化氣動元件的方向發(fā)展,以便于與電子、幾次報告中就液壓工業(yè)是“朝陽產(chǎn)業(yè)”還是“夕陽產(chǎn)業(yè)”計算機、傳感、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合?！拔鈩蛹夹g(shù)"新名的討論,表明自己的觀點:“液壓行業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè)”。實詞不是學(xué)術(shù)界提出的，是企業(yè)界對今后氣動技術(shù)按什際上,氣動行業(yè)也同樣存在這方面的擔憂。在20世紀么模式發(fā)展而提出來的框架設(shè)想。在當時具有重要意90年代中期，有些德國公司針對著IT技術(shù)的崛起,電義,除了堅定對氣動技術(shù)信心之外,也尋得了氣動發(fā)展的基本方向。收稿日期:2010-11-252氣驅(qū)動與電驅(qū)動并不互相排斥作者簡介:王雄耀(1947-).男,現(xiàn)任費斯托(中國)有限公司副總經(jīng)理,中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會特別顧問、專家委員會專家,上海機械工程面對著電驅(qū)動的崛起，縣排反還縣接受,通過客觀學(xué)會常務(wù)理事.上海機械工程學(xué)會氣動專業(yè)分會會長,上海液壓氣動密對氣驅(qū)動與電中國煤化工(見表1).結(jié)論.封件行業(yè)協(xié)會副會長,化學(xué)工業(yè)出版社《機槭設(shè)計手冊>副主任、氣壓傳是讓電驅(qū)動進YH. CNM.HE術(shù)"中去。動篇"主編。Hydraulics Pneumatics & SealsNo.2.2011表1氣動系統(tǒng) 與電動SWOT分析成本更具優(yōu)勢。所以過去氣動技術(shù)一味排斥電驅(qū)動的特點領(lǐng)域內(nèi)容做法是不正確的，它束縛了氣動技術(shù)向更廣泛領(lǐng)域的氣動驅(qū)動器容易安裝，氣動驅(qū)動器非發(fā)展。用科學(xué)世界觀，客觀對氣驅(qū)動與電驅(qū)動的常堅固耐用。價格便宜且操作方便.當面“SWOT"分析比較時,通過對電驅(qū)動與氣驅(qū)動的比較可氣動驅(qū)動臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的以得出:氣驅(qū)動和電驅(qū)動只是一個要求不同的問題。當環(huán)境條件時，也能正常運行，能提供典型面臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環(huán)境條件的抓取功能。在作用力快速增大且需要精確定位時,氣驅(qū)動器的非常堅固耐用、容易安裝、能完成抓取優(yōu)勢的情況下，帶伺服馬達的電驅(qū)動器具有優(yōu)功能、價格相對便宜且操作也方便等優(yōu)勢較為突出。但勢。對于要求精確、同步運轉(zhuǎn)、可調(diào)節(jié)和氣驅(qū)動并不能總是符合用戶的技術(shù)要求。如今,有很多電驅(qū)動規(guī)定的定位編程的應(yīng)用場合，電驅(qū)動器是用戶在自動控制技術(shù)的精度和速度方面都有很高的要最好的選擇。帶閉環(huán)定位控制器的伺服或求。當在作用力快速增大且需要精確定位的情況下,帶步進馬達所組成的電驅(qū)動系統(tǒng)能夠補充伺服馬達的電驅(qū)動器具有優(yōu)勢,對于要求精確定位、二氣動系統(tǒng)的不足之處。軸同步運轉(zhuǎn)等應(yīng)用場合,電驅(qū)動器是最好的選擇。定位精確沒有電驅(qū)動好，必須要有氣氣動元件制造廠商摒棄歷來只生產(chǎn)、提供氣動產(chǎn)氣動驅(qū)動源、 電源而且氣源成本很商。對氣動元件品的傳統(tǒng)觀念,把步進馬達、伺服馬達等電驅(qū)動產(chǎn)品也開發(fā)的投入少，從事研發(fā)人員少。歸類于氣動廠商的產(chǎn)品供應(yīng)目錄，表明氣動技術(shù)己從有環(huán)境要求，安裝連接尺寸無統(tǒng)一標“單純氣動技術(shù)"框架中擺脫出來,朝著“微系統(tǒng)技術(shù)”電驅(qū)動.準。有些應(yīng)用受到限制。如:潮濕、高磁全盤解決方案邁進了一大步。場、特別溫度環(huán)境惡劣的環(huán)境條件，還有氣動領(lǐng)城中“微系統(tǒng)技術(shù)”極其重要的一部分是機如真空抓取等環(huán)境。電一體化技術(shù),包括電驅(qū)動技術(shù)。氣動的產(chǎn)品家屬系列能與其它相關(guān)技術(shù):特別是電子、機允許電驅(qū)動進入及混合應(yīng)用，不僅使得氣動技術(shù)在解氣動驅(qū)動槭、 真空、傳感、通信等技術(shù)融合.如氣、決方案中多了一種選擇，更使得這一解決方案能以-一電及電氣數(shù)字量或模擬量轉(zhuǎn)換元件.機會工業(yè)自動化高速發(fā)展，電子元件市場種最經(jīng)濟最方便的方式得以實現(xiàn)。越來越大，電子元件成本大幅下降,及大3從“微氣動技術(shù)”到“微系統(tǒng)技術(shù)”量適合市場需求的新產(chǎn)品。發(fā)展“微氣動技術(shù)”最初目標是:為了能更好地與受到電驅(qū)動價格的威脅。而且氣驅(qū)動電控技術(shù)，傳感器、電子產(chǎn)品等相結(jié)合,正因為如此,必威脅的主要功能電驅(qū)動基本都能完成，精度、須使氣動產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更緊湊、尺寸更小.功耗更低.空氣速度、噪聲等指標比電驅(qū)動差。消耗更少、微型化。這段時期的初期氣動產(chǎn)品以外形尺成本還不能馬上降下來。寸盡量小、功耗低,配有傳感器、組合化、智能化。如小壓縮空氣是一種高能耗、低效率的二次能源,至于1W的低功耗電磁換向閥,緊湊型氣缸,小型、微型帶今,大多數(shù)企業(yè)對壓縮空氣并不重視,一度壓縮空氣被導(dǎo)向裝置的滑臺氣缸等相繼問世，如省氣源的真空發(fā)認為是免費或成本非常低廉的，就壓縮空氣的成本而生器也是- -例(見圖1),它集成了二個微型的二位二通言，它包括設(shè)備投資成本、維修成本及電力消耗成本電磁閥及壓力傳感器所組成,-一個負責(zé)產(chǎn)生真空用,另等。壓縮機運行所要求的功率通常情況下占每年壓縮一個負責(zé)產(chǎn)生正壓之用(使吸盤脫離工件),當抓取過空氣使用總成本的75%,甚至更高。大多數(shù)用戶在分析程中需真空時，只需由負責(zé)真空的二位二通電磁閥打比較氣驅(qū)動與電驅(qū)動的優(yōu)劣時，對壓縮空氣成本是忽開0.5~1s之間,便可產(chǎn)生所需真空壓力,壓力傳感器負略的。還有一個非常重要的因素是,對于自動化控制而責(zé)檢測真空度,當真空度小于某數(shù)值便自動再次啟動言,驅(qū)動是十分重要-環(huán),無論是直線驅(qū)動,還是圓周負責(zé)真空的二位二通電磁閥通電，這與過去采用連續(xù)運動,氣驅(qū)動能完成的,電驅(qū)動幾乎同樣能做到,甚至開機的真空泵來獲取真空是無法相對比較的。像這種于精度更高。應(yīng)用氣驅(qū)動不能以排斥電驅(qū)動為最終目省氣源的真空發(fā)生器非常節(jié)省能耗，省氣源的真空發(fā)標。氣驅(qū)動與電驅(qū)動不應(yīng)該互相排斥。對于普通精度生器以模塊化中國煤化工皮技術(shù)無法替代時,氣驅(qū)動元器件成本相對低-些(未對壓縮空氣成本的,這樣的氣IHCNMHG的,是屬于微氣作計算分折)。而對于高精度定位驅(qū)動,電驅(qū)動的經(jīng)濟動技術(shù)開發(fā)范圍內(nèi)的產(chǎn)品。同樣值得一提的是20世紀液壓氣動與密封/2011年第2期90年代初德國FESTO公司開發(fā)的閥島產(chǎn)品(見圖2),新思維模式,不管何種技術(shù),只要對解決自動方案有利它跨越了過去氣動廠商僅生產(chǎn)氣動閥門這一界限,而(成本因素、技術(shù)因素),就會加以融合集成,為氣動技把過去一直是電自控行業(yè)廠商生產(chǎn)的電輸人輸出模術(shù)所用，并把該技術(shù)整合到產(chǎn)品和整個系統(tǒng)。這才是塊,電纜、電纜接口,PLC程序控制器,現(xiàn)場總線、以太“微系統(tǒng)技術(shù)"賦于它的真實含義,也是氣動技術(shù)未來網(wǎng)接口和電纜-并歸納于氣動公司產(chǎn)品范疇(列人氣發(fā)展的方向。動廠商樣本),并投人力量予以重點開發(fā)創(chuàng)新,這一思全盤的“微系統(tǒng)技術(shù)”發(fā)展規(guī)劃,包括產(chǎn)品的開發(fā)想具有十分重要意義，它確保氣動技術(shù)在今后自動化將朝著更小、更快、智能、模塊化集成化方向考慮。微的發(fā)展道路上的地位，并保持氣動行業(yè)在應(yīng)用PLC程型化是將來趨勢,采用模塊化、集成化方式可減少外部序控制技術(shù)、現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)技術(shù)上能與自控領(lǐng)域同;接口,減少無謂的體積尺寸,并將傳感器信息處理軟步發(fā)展。由于篇幅有限,不再舉例!“微氣動技術(shù)"思想件都集中在元件內(nèi)部,增加功能、提高性能,形成即插在20世紀末,得到了充分驗證,工業(yè)領(lǐng)域?qū)鈩赢a(chǎn)品即用的產(chǎn)品模式。同理,為了在短時內(nèi)更易安裝模塊化的依賴越來越大，氣動技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用也越來產(chǎn)品,前堤是產(chǎn)品的標準化(氣動閥門、驅(qū)動器),除了越高多,技術(shù)水準也越來越高,氣動技術(shù)、氣動產(chǎn)品非產(chǎn)品本身符合ISO國際標準之外，包括連接界面的標但沒有減少,反而得到了增長。準化(氣驅(qū)動與電驅(qū)動界面連接,電接口,總線接口界面)，單- -傳感器策略(如氣驅(qū)動采用同- -傳感器規(guī).位通電磁閥格)。因此氣動技術(shù)的標準化尤為重要,比如,FESTO公司開發(fā)了一種類似于普通氣缸外形的“活塞桿電動缸”系列產(chǎn)品,它的安裝連接尺寸與IS015552標準型的氣圖言缸完全-致,這種靠標準化做法帶來的好處,是使電缸從一進入氣動 自動化領(lǐng)域時的起點很高,使得氣缸、電缸之間的組合十分便利,有利于多軸自動化系統(tǒng)或柔壓力傳感器性生產(chǎn)的組合，客戶也不必擔心新購置的電驅(qū)動軸如真空吸盤省源真空發(fā)生器何與氣缸相互連接的問題?！拔⑾到y(tǒng)技術(shù)”將采用各種新材料、新工藝、新技術(shù)開發(fā)了許多新型氣動元件:如圖1采用特殊高強度纖維材料和高彈性材料開發(fā)的節(jié)能型(缸數(shù)量?氣動肌肉;采用硅材料開發(fā)的壓電閥;及開關(guān)僅2ms的|控制系統(tǒng)?高速閥等。按插頭?」“微系統(tǒng)技術(shù)”包含己開發(fā)的模塊化、帶診斷功能、總線系統(tǒng)?其他1/O?傳感器數(shù)量?」流量及數(shù)量?電源系統(tǒng)2帶現(xiàn)場總線1以太網(wǎng)接口、能適用于分散與集中控制方式的閥島。并不斷提升閥島技術(shù)，使其滿足各個行業(yè)的ICPX電氣(終端1. 氣(動閥島|IO模塊，輸需求。“微系統(tǒng)技術(shù)”發(fā)展規(guī)劃還包括對新興工業(yè)領(lǐng)域的女裝尺寸?產(chǎn)品考慮,如生物醫(yī)學(xué)、電子行業(yè)、微型精密機槭等行圖2從“微氣動技術(shù)”到“微系統(tǒng)技術(shù)",不僅僅表現(xiàn)在業(yè)將會應(yīng)用的氣動元件，開發(fā)此類產(chǎn)品應(yīng)考慮到符合氣動產(chǎn)品體積、能耗、價格、智能化集成化及模塊化思這些行業(yè)的標準,如潔凈車間空氣標準,醫(yī)藥食品衛(wèi)生路。主要是對氣動發(fā)展根本核心思想的確立。氣動領(lǐng)城標準,電子顯像管行業(yè)中不含銅、聚四氟乙稀標準,防的“微系統(tǒng)技術(shù)”,是以微電子技術(shù)、精密機械技術(shù)、傳燥、防靜電等。“微系統(tǒng)技術(shù)”發(fā)展規(guī)劃強調(diào)機電一體化概念,從感技術(shù)、通信技術(shù),IT技術(shù)、新材料以及新工藝為基礎(chǔ)，各種運動模式為出發(fā)點,考慮平行運動、機械手的抓取集成了各種關(guān)鍵技術(shù)特有的截面特性,創(chuàng)造出微型化.和放置、及三軸定位快速運動中所用到的氣動元件(減低消耗高效率、智能化、模塊化、即插即用的創(chuàng)新產(chǎn)品少運動質(zhì)量、提高負載能力及高的動態(tài)特性),及氣驅(qū)技術(shù)，該“微系統(tǒng)技術(shù)”不在僅僅停留在氣動,而是把氣動與電驅(qū)動淚中國煤化工式。這里的機電動技術(shù)的能力發(fā)揮到極致,而又接納任何能與氣動相- -體化方案YHCNMHG序操作中,應(yīng)五.容的技術(shù)手段。換而言之，“微系統(tǒng)技術(shù)”已進入一個全步之內(nèi)無困難的配置運作等技術(shù)方案。Hydraulics Pneumatics & Seals/No.2.2011“微系統(tǒng)技術(shù)"重視計算機輔助工程模擬、仿真集立“微系統(tǒng)技術(shù)"這一過程,揭示了氣動技術(shù)發(fā)展的必成數(shù)據(jù)處理及產(chǎn)品選型軟件的應(yīng)用。然規(guī)律,當前世界,任何一門技術(shù)的發(fā)展都離不開相關(guān)氣動行業(yè)的“微系統(tǒng)技術(shù)”將圍繞著四句話:你沒技術(shù)的發(fā)展。如果氣動領(lǐng)域在20世紀90年代不把現(xiàn)有的我已有(指:其他行業(yè)沒有的技術(shù),我氣動技術(shù)里場總線、以太網(wǎng)技術(shù)納入氣動閥島之中，那么氣動行業(yè)己有,如省氣源的真空發(fā)生器);你有的我也要有(指:如在控制領(lǐng)域的技術(shù)就要落后于自動化電控行業(yè),處于電自控行業(yè)已有的PLC、總線通信技術(shù),在氣動閥島也被動地位。同樣，如果氣動行業(yè)不接納電驅(qū)動,- - 旦電己包括);盡可能融合各種技術(shù)(與機、電、傳感器通信驅(qū)動的某些零部件技術(shù)突破,造成電驅(qū)動器價格下降,網(wǎng)絡(luò)計算機技術(shù)密切相合);經(jīng)濟、高效、智能.方便(低氣動技術(shù)將再次回到20世紀90年代的局面。消耗高效率、智能化、模塊化.即插即用)。從“微氣動技術(shù)”到“微系統(tǒng)技術(shù)"表明了氣動技術(shù)不僅不會被淘汰或被替代,它將以更朝氣、更有新意、Runciors功能繁成Mirnrisatio效型化Meaeial新材料新藝更方便或者說更偉大的方向發(fā)展。Molelre ign模塊化設(shè)計Hm com,nn,能況化n參考文獻[1] H.C. 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