从“微气动技术”到“微系统技术”

液压气动与密封/2011年第2期从“微气动技术”到“微系统技术”王雄耀(费斯托(中国)有限公司,上海201206)摘要:从提出“微气动技术" ,到引入“微系统技术”这- -概念,揭示了气动技术跌宕起伏的发展之路。如果说“微气动技术"概念的提出只是对气动元件低功耗、微型化的-种憧憬和追求。那么“微系统技术"则表明人们对气动技术已有了更深刻的认识,乞动技术作为一门自动化控制技术不能孤立发展,必须融合到自控技术的发展规律中,与其他控制技术、元器件,进行互补.互相融合，只有这样做才能使气动技术得以广阔的发展。关键词:微气动技术;微系统技术;压缩空气成本;气驱动与电驱动;连接界面的标准化中圈分类号:TH138.1文献标识码:A文章编号: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“微气动技术”提出的来龙去脉子技术、电驱动的兴起将成为自控技术的主流时。积极20世纪90年代中期,电子技术、计算机、通信技术想方设法,对气动技术及气动市场进行深刻探讨,客观的飞跃发展,尤其是电子元件低成本,及PLC控制技术的评估,气动技术究竟应按-一个什 么样的模式发展,是应用,对自动化控制有了革命性的改变,与此同时,电否还坚持按传统的纯气动技术的模式-路走下去。 在驱动技术得到了极大的发展。对当时的气动技术和液这种背景下，德国FESTO总部对各国分公司内部- -些压技术提出了挑战,行业内也议论纷纷,气动行业、液技术专家进行了一个以“微气动技术”名义的调查。用压行业的企业家们开始担心电驱动技术对本行业的生“微气动技术”名义调查,表明了气动技术会朝着低功存威胁。20世纪90年代中期,北京力士乐王长江专家耗、微型、小型化气动元件的方向发展,以便于与电子、几次报告中就液压工业是“朝阳产业”还是“夕阳产业”计算机、传感、通信网络技术结合。“微气动技术"新名的讨论,表明自己的观点:“液压行业是朝阳产业”。实词不是学术界提出的，是企业界对今后气动技术按什际上,气动行业也同样存在这方面的担忧。在20世纪么模式发展而提出来的框架设想。在当时具有重要意90年代中期，有些德国公司针对着IT技术的崛起,电义,除了坚定对气动技术信心之外,也寻得了气动发展的基本方向。收稿日期:2010-11-252气驱动与电驱动并不互相排斥作者简介:王雄耀(1947-).男,现任费斯托(中国)有限公司副总经理,中国液压气动密封件工业协会特别顾问、专家委员会专家,上海机械工程面对着电驱动的崛起，县排反还县接受,通过客观学会常务理事.上海机械工程学会气动专业分会会长,上海液压气动密对气驱动与电中国煤化工(见表1).结论.封件行业协会副会长,化学工业出版社《机槭设计手册>副主任、气压传是让电驱动进YH. CNM.HE术"中去。动篇"主编。Hydraulics Pneumatics & SealsNo.2.2011表1气动系统 与电动SWOT分析成本更具优势。所以过去气动技术一味排斥电驱动的特点领域内容做法是不正确的，它束缚了气动技术向更广泛领域的气动驱动器容易安装，气动驱动器非发展。用科学世界观，客观对气驱动与电驱动的常坚固耐用。价格便宜且操作方便.当面“SWOT"分析比较时,通过对电驱动与气驱动的比较可气动驱动临诸如灰尘、油脂、水或清洁剂等恶劣的以得出:气驱动和电驱动只是一个要求不同的问题。当环境条件时，也能正常运行，能提供典型面临诸如灰尘、油脂、水或清洁剂等恶劣的环境条件的抓取功能。在作用力快速增大且需要精确定位时,气驱动器的非常坚固耐用、容易安装、能完成抓取优势的情况下，带伺服马达的电驱动器具有优功能、价格相对便宜且操作也方便等优势较为突出。但势。对于要求精确、同步运转、可调节和气驱动并不能总是符合用户的技术要求。如今,有很多电驱动规定的定位编程的应用场合，电驱动器是用户在自动控制技术的精度和速度方面都有很高的要最好的选择。带闭环定位控制器的伺服或求。当在作用力快速增大且需要精确定位的情况下,带步进马达所组成的电驱动系统能够补充伺服马达的电驱动器具有优势,对于要求精确定位、二气动系统的不足之处。轴同步运转等应用场合,电驱动器是最好的选择。定位精确没有电驱动好，必须要有气气动元件制造厂商摒弃历来只生产、提供气动产气动驱动源、 电源而且气源成本很商。对气动元件品的传统观念,把步进马达、伺服马达等电驱动产品也开发的投入少，从事研发人员少。归类于气动厂商的产品供应目录，表明气动技术己从有环境要求，安装连接尺寸无统一标“单纯气动技术"框架中摆脱出来,朝着“微系统技术”电驱动.准。有些应用受到限制。如:潮湿、高磁全盘解决方案迈进了一大步。场、特别温度环境恶劣的环境条件，还有气动领城中“微系统技术”极其重要的一部分是机如真空抓取等环境。电一体化技术,包括电驱动技术。气动的产品家属系列能与其它相关技术:特别是电子、机允许电驱动进入及混合应用，不仅使得气动技术在解气动驱动槭、 真空、传感、通信等技术融合.如气、决方案中多了一种选择，更使得这一解决方案能以-一电及电气数字量或模拟量转换元件.机会工业自动化高速发展，电子元件市场种最经济最方便的方式得以实现。越来越大，电子元件成本大幅下降,及大3从“微气动技术”到“微系统技术”量适合市场需求的新产品。发展“微气动技术”最初目标是:为了能更好地与受到电驱动价格的威胁。而且气驱动电控技术，传感器、电子产品等相结合,正因为如此,必威胁的主要功能电驱动基本都能完成，精度、须使气动产品结构更紧凑、尺寸更小.功耗更低.空气速度、噪声等指标比电驱动差。消耗更少、微型化。这段时期的初期气动产品以外形尺成本还不能马上降下来。寸尽量小、功耗低,配有传感器、组合化、智能化。如小压缩空气是一种高能耗、低效率的二次能源,至于1W的低功耗电磁换向阀,紧凑型气缸,小型、微型带今,大多数企业对压缩空气并不重视,一度压缩空气被导向装置的滑台气缸等相继问世，如省气源的真空发认为是免费或成本非常低廉的，就压缩空气的成本而生器也是- -例(见图1),它集成了二个微型的二位二通言，它包括设备投资成本、维修成本及电力消耗成本电磁阀及压力传感器所组成,-一个负责产生真空用,另等。压缩机运行所要求的功率通常情况下占每年压缩一个负责产生正压之用(使吸盘脱离工件),当抓取过空气使用总成本的75%,甚至更高。大多数用户在分析程中需真空时，只需由负责真空的二位二通电磁阀打比较气驱动与电驱动的优劣时，对压缩空气成本是忽开0.5~1s之间,便可产生所需真空压力,压力传感器负略的。还有一个非常重要的因素是,对于自动化控制而责检测真空度,当真空度小于某数值便自动再次启动言,驱动是十分重要-环,无论是直线驱动,还是圆周负责真空的二位二通电磁阀通电，这与过去采用连续运动,气驱动能完成的,电驱动几乎同样能做到,甚至开机的真空泵来获取真空是无法相对比较的。像这种于精度更高。应用气驱动不能以排斥电驱动为最终目省气源的真空发生器非常节省能耗，省气源的真空发标。气驱动与电驱动不应该互相排斥。对于普通精度生器以模块化中国煤化工皮技术无法替代时,气驱动元器件成本相对低-些(未对压缩空气成本的,这样的气IHCNMHG的,是属于微气作计算分折)。而对于高精度定位驱动,电驱动的经济动技术开发范围内的产品。同样值得一提的是20世纪液压气动与密封/2011年第2期90年代初德国FESTO公司开发的阀岛产品(见图2),新思维模式,不管何种技术,只要对解决自动方案有利它跨越了过去气动厂商仅生产气动阀门这一界限,而(成本因素、技术因素),就会加以融合集成,为气动技把过去一直是电自控行业厂商生产的电输人输出模术所用，并把该技术整合到产品和整个系统。这才是块,电缆、电缆接口,PLC程序控制器,现场总线、以太“微系统技术"赋于它的真实含义,也是气动技术未来网接口和电缆-并归纳于气动公司产品范畴(列人气发展的方向。动厂商样本),并投人力量予以重点开发创新,这一思全盘的“微系统技术”发展规划,包括产品的开发想具有十分重要意义，它确保气动技术在今后自动化将朝着更小、更快、智能、模块化集成化方向考虑。微的发展道路上的地位，并保持气动行业在应用PLC程型化是将来趋势,采用模块化、集成化方式可减少外部序控制技术、现场总线、以太网技术上能与自控领域同;接口,减少无谓的体积尺寸,并将传感器信息处理软步发展。由于篇幅有限,不再举例!“微气动技术"思想件都集中在元件内部,增加功能、提高性能,形成即插在20世纪末,得到了充分验证,工业领域对气动产品即用的产品模式。同理,为了在短时内更易安装模块化的依赖越来越大，气动技术在各行各业的应用也越来产品,前堤是产品的标准化(气动阀门、驱动器),除了越高多,技术水准也越来越高,气动技术、气动产品非产品本身符合ISO国际标准之外，包括连接界面的标但没有减少,反而得到了增长。准化(气驱动与电驱动界面连接,电接口,总线接口界面)，单- -传感器策略(如气驱动采用同- -传感器规.位通电磁阀格)。因此气动技术的标准化尤为重要,比如,FESTO公司开发了一种类似于普通气缸外形的“活塞杆电动缸”系列产品,它的安装连接尺寸与IS015552标准型的气图言缸完全-致,这种靠标准化做法带来的好处,是使电缸从一进入气动 自动化领域时的起点很高,使得气缸、电缸之间的组合十分便利,有利于多轴自动化系统或柔压力传感器性生产的组合，客户也不必担心新购置的电驱动轴如真空吸盘省源真空发生器何与气缸相互连接的问题。“微系统技术”将采用各种新材料、新工艺、新技术开发了许多新型气动元件:如图1采用特殊高强度纤维材料和高弹性材料开发的节能型(缸数量?气动肌肉;采用硅材料开发的压电阀;及开关仅2ms的|控制系统?高速阀等。按插头?」“微系统技术”包含己开发的模块化、带诊断功能、总线系统?其他1/O?传感器数量?」流量及数量?电源系统2带现场总线1以太网接口、能适用于分散与集中控制方式的阀岛。并不断提升阀岛技术，使其满足各个行业的ICPX电气(终端1. 气(动阀岛|IO模块，输需求。“微系统技术”发展规划还包括对新兴工业领域的女装尺寸?产品考虑,如生物医学、电子行业、微型精密机槭等行图2从“微气动技术”到“微系统技术",不仅仅表现在业将会应用的气动元件，开发此类产品应考虑到符合气动产品体积、能耗、价格、智能化集成化及模块化思这些行业的标准,如洁净车间空气标准,医药食品卫生路。主要是对气动发展根本核心思想的确立。气动领城标准,电子显像管行业中不含铜、聚四氟乙稀标准,防的“微系统技术”,是以微电子技术、精密机械技术、传燥、防静电等。“微系统技术”发展规划强调机电一体化概念,从感技术、通信技术,IT技术、新材料以及新工艺为基础，各种运动模式为出发点,考虑平行运动、机械手的抓取集成了各种关键技术特有的截面特性,创造出微型化.和放置、及三轴定位快速运动中所用到的气动元件(减低消耗高效率、智能化、模块化、即插即用的创新产品少运动质量、提高负载能力及高的动态特性),及气驱技术，该“微系统技术”不在仅仅停留在气动,而是把气动与电驱动泪中国煤化工式。这里的机电动技术的能力发挥到极致,而又接纳任何能与气动相- -体化方案YHCNMHG序操作中,应五.容的技术手段。换而言之，“微系统技术”已进入一个全步之内无困难的配置运作等技术方案。Hydraulics Pneumatics & Seals/No.2.2011“微系统技术"重视计算机辅助工程模拟、仿真集立“微系统技术"这一过程,揭示了气动技术发展的必成数据处理及产品选型软件的应用。然规律,当前世界,任何一门技术的发展都离不开相关气动行业的“微系统技术”将围绕着四句话:你没技术的发展。如果气动领域在20世纪90年代不把现有的我已有(指:其他行业没有的技术,我气动技术里场总线、以太网技术纳入气动阀岛之中，那么气动行业己有,如省气源的真空发生器);你有的我也要有(指:如在控制领域的技术就要落后于自动化电控行业,处于电自控行业已有的PLC、总线通信技术,在气动阀岛也被动地位。同样，如果气动行业不接纳电驱动,- - 旦电己包括);尽可能融合各种技术(与机、电、传感器通信驱动的某些零部件技术突破,造成电驱动器价格下降,网络计算机技术密切相合);经济、高效、智能.方便(低气动技术将再次回到20世纪90年代的局面。消耗高效率、智能化、模块化.即插即用)。从“微气动技术”到“微系统技术"表明了气动技术不仅不会被淘汰或被替代,它将以更朝气、更有新意、Runciors功能繁成Mirnrisatio效型化Meaeial新材料新艺更方便或者说更伟大的方向发展。Molelre ign模块化设计Hm com,nn,能况化n参考文献[1] H.C. Kurt Stoll. 机电控制工程研究所的第六次国际会议(动技术的发展趋势流体传动大会报告[R]浙江大学,2005(4).Flcibliy柔牲2] 路甬祥.新挑战、新机遇、新贡献- 未来流体动力技术的展望与期盼[].液压气动与密封,2009(4).PMugndWk"即插即用"| leilgig能分散布局[3]王长江.IT与液压技术的发展[J}液压气动与密封,002(1).[4] 李企芳.我国气动行业现状与展望[几液压气动与密封,图32003PTC专刊.4小结[5] 蔡茂林.气动系统能耗现状及节能对策[].液压气动密封行从传统的“纯气动技术"到“微气动技术" ,再到确业信息专刊,2010(89).国内泵阀企业急需加快技术创新的步伐前不久,中国工业和信息化部向社会公告18个工业行业淘汰落后产能企业名单,这18个工业行业2010年淘汰落后产能共涉及企业2087家。其中涉及企业数较多的行业有:水泥762家,造纸279家,印染201家焦炭192家,炼铁175家,铁合金143家,制革84家。从各省分解落实情况看,淘汰任务较重涉及企业数量较多的省份有:河南230家，山西226家,浙江180家，河北165家，云南165家,贵州128家。在被强行关闭的行业中,多为高污染高耗能行业,如焦化业.钢铁业、印染都为高耗能.高污染的典型行业。其中水泥、造纸、印染三大行业关闭企业数最多。在环保压力日趋加大的情况下,这些行业更加紧迫地面临转型和调整,加快技术创新的步伐,逐渐由粗放型产业向集约型产业转型发展。随着经济全球化的联系越来越密切,国际市场对阀门的需求也越来越大。随着对产品的需求,产品的创新促进了泵阀产业出现“百家争鸣"的现象,而在当下的市场经济中,具有创新型的产品会在竞争中处于有利地位。可是,多家冶金等相关企业的关闭也大大影响到了泵阀行业的发展。首先,会导致泵阀行业原材料价格上涨,利润空间降低。虽然企业的强行关闭,没有正面与泵阀行业起到冲突,可是,相关产业的关闭,使得对泵阀原材料的供给不如从前，或者说大大降低,而国内的泵阀企业竞争又较为激烈，这会大大限制泵阀中小型企业的发展。其次,传统式的泵阀企业可能会面临被淘汰的风险。随着产业更新速度的加快,传统的产品或者说较为落后的产品会逐渐被新型产品所取代,新型产品大多数无论是从外观还是用途等性能上都会较传统产品先进。这便会导致传统式的泵阀企业逐步走向被淘汰的漩涡,这样中国煤化工相关落后企业,在某种角度上也促进了泵阀企业的创新。YHCNMHG