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時間：2023-09-03 14:58:19
序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇機電一體化的現(xiàn)狀范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。
一、前言
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同學(xué)科的交叉與滲透也越來越廣泛，注定了各個領(lǐng)域的技術(shù)革命與發(fā)展。在機械工程領(lǐng)域中，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系等發(fā)生了翻天覆地的變化，從而將工業(yè)生產(chǎn)由"機械電氣化"帶入了"機電一體化"為特征的發(fā)展階段。
二、概述
機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將會被賦予新的內(nèi)容。但是它的基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、可靠性高和低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)處于最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，就組成為一個機電一體化系統(tǒng)或者說機電一體化產(chǎn)品。
因此，"機電一體化"涵蓋"技術(shù)"和"產(chǎn)品"兩個方面。機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的本質(zhì)區(qū)別。機械工程技術(shù)是由純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍然屬于傳統(tǒng)機械。但是發(fā)展到機電一體化階段后，其中的微電子裝置除了可以取代一些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護(hù)等。擁有智能化的特點是機電一體化與機械電氣化在功能上的一個本質(zhì)的區(qū)別。
三、機電一體化的發(fā)展過程
"機電一體化"這個詞是日本安川電機公司在上世紀(jì)60年代末作商業(yè)注冊時最先創(chuàng)用的。當(dāng)時即70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結(jié)合。國內(nèi)早期將"機電一體化技術(shù)"與"機械電子學(xué)"并用，近年來"機電一體化"更流行使用。
80年代，信息技術(shù)嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產(chǎn)品所采用，典型的機電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機床、工業(yè)機器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機作為關(guān)鍵技術(shù)引入了飛行器系統(tǒng)后，使機械-電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應(yīng)用。
信息技術(shù)驅(qū)使機械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動系統(tǒng)。這樣，對機電一體化的系統(tǒng)設(shè)計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計和控制的實施日顯重要。此外，光學(xué)也進(jìn)入了機電一體化，產(chǎn)生了"光機電一體化"的新領(lǐng)域。
進(jìn)入90年代，通信技術(shù)進(jìn)入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡(luò)化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展，和半導(dǎo)體技術(shù)以光刻為基礎(chǔ)的方法以及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點的機電一體化新分支"微機電一體化"。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術(shù)的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進(jìn)入了21世紀(jì)。
四、機電一體化的發(fā)展趨勢
機電一體化是機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科交叉綜合的一門學(xué)科，各個學(xué)科互相促進(jìn)、互補不足、相互發(fā)展。專家預(yù)測，未來機電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展：
（一）智能化方向
智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)的研究中得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要的應(yīng)用。這里所說的"智能化"是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求達(dá)到更好的控制效果。
今后的機電一體化產(chǎn)品"全息"特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù)與信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的飛速發(fā)展。
（二）光機電一體化方向
一般機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源、（動力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成。引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，利用光學(xué)技術(shù)的先天特點，就能有效地改進(jìn)機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。
（三）模塊化方向
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜而又非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。
這需要制定各項標(biāo)準(zhǔn)，以便各個部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，短時間內(nèi)很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
（四）柔性化方向
未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的"冗余度"，有較強的"柔性"，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成"自律分配系統(tǒng)"。在這系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的"自律性"，可根據(jù)不同環(huán)境條件做出不同反應(yīng)。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有"行動"是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。
（五）網(wǎng)絡(luò)化方向
上個世紀(jì)90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（homenet）將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)（computerintegratedappliancesystem，CIAS），使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
（六）微型化方向
微型化興起于上世紀(jì)80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
（七）仿生物系統(tǒng)化方向
今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上處于"靜態(tài)"時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便"死亡"，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產(chǎn)品雖然有仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。
（八）綠色化方向
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；而另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
（九）系統(tǒng)化方向
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。
五、結(jié)束語
綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻(xiàn)
引言：
機電一體化技術(shù)建立在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及機械技術(shù)的基礎(chǔ)之上，利用機械設(shè)備的自動處理技術(shù)，對機械設(shè)備進(jìn)行多功能整合，有效改善設(shè)備精度、提升設(shè)備性能，使其朝著智能化的方向發(fā)展。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，促使機電一體化技術(shù)不斷的變化和發(fā)展，微電子技術(shù)、傳感測試技術(shù)、自動控制技術(shù)等也逐步融入到機電一體化技術(shù)當(dāng)中，但是機電一體化技術(shù)絕不是這些技術(shù)的簡單疊加，而是將這些技術(shù)有機結(jié)合，使機電一體化技術(shù)的適用范圍更加廣闊，日常生活中常見的智能洗衣機、空調(diào)、照相機等都是機電一體化產(chǎn)品的代表。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上提高了機械工程技術(shù)的效率，使機械工程的要求得以更好的滿足，實現(xiàn)了機械產(chǎn)品的自動調(diào)節(jié)、控制與檢測，因此，機電一體化技術(shù)的發(fā)展越來越受到人們的重視，這項技術(shù)的未來發(fā)展前景將會越來越廣闊。
一、機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程
早在上世紀(jì)60年代末期，日本企業(yè)界就提出了“機電一體化技術(shù)”的概念，他們將這一技術(shù)取名為“Mechatronics”，即機械技術(shù)與電子技術(shù)融為一體。直至70年代，人們都把機電一體化看成是機械與電子技術(shù)的結(jié)合。到了20世紀(jì)80年代，信息技術(shù)開始逐步發(fā)展起來，促使微處理機的性能有所提高，為數(shù)控機床、工業(yè)機器人以及汽車電子控制系統(tǒng)等機電一體化產(chǎn)品提供了有力的技術(shù)支持，超大規(guī)模集成電路及微型計算機的出現(xiàn)也為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，機電一體化系統(tǒng)中融入了通信技術(shù)，使得機械設(shè)備變得更加智能，便于操控。機電一體化機械設(shè)備的功能更加多樣，性能也有了很大程度的提升，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)、機電一體微型化方法相結(jié)合，形成了更加精密和集成的“微機電一體化”。隨著自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)、光纖技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機電一體化技術(shù)逐步建立起完善的科學(xué)體系。
2.我國機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
20世紀(jì)80年代，我國開始了對機電一體化技術(shù)的研究，國務(wù)院對這項技術(shù)予以高度重視，并將其列入“863”計劃的重點發(fā)展項目之一。為加快機電一體化技術(shù)的發(fā)展，我國提出了發(fā)展這項技術(shù)的具體實施策略，并成立了專門的研發(fā)小組，著重研究如何促進(jìn)機電一體化技術(shù)更快的進(jìn)步。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和科技水平的提高，使機械與電子技術(shù)實現(xiàn)了有機結(jié)合，尤其是電子計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化技術(shù)奠定了堅實的發(fā)展基礎(chǔ)。尤其是我國自主研發(fā)出了微型計算機以及大規(guī)模的集成電路，這為機電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了更為充足的條件。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，我國的機電一體化技術(shù)有了更為深入的發(fā)展，各種高科技技術(shù)逐漸被應(yīng)用到機電一體化技術(shù)的研究當(dāng)中，使機電一體化系統(tǒng)更加智能化，促進(jìn)了機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展。目前，我國已建立了計算機集成系統(tǒng)工程研究中心，很多企業(yè)通過實施計算機集成系統(tǒng)應(yīng)用示范工程獲得了巨大的經(jīng)濟效益，計算機集成系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，得到了各行各業(yè)人們的關(guān)注。另外，我國現(xiàn)在已掌握了工業(yè)機器人操作機的設(shè)計制造及程序優(yōu)化等技術(shù)，能夠獨立生產(chǎn)機器人的關(guān)鍵元器件，開發(fā)出適合各行各業(yè)作業(yè)的多種機器人，為企業(yè)的發(fā)展提供了便利。
二、機電一體化技術(shù)未來的發(fā)展趨勢
機電一體化技術(shù)的應(yīng)用對于機械產(chǎn)品的制造和加工起著非常重要的作用。就目前的狀況來看，高智能將成為機電一體化技術(shù)未來的主要發(fā)展方向，智能機器人將變得更加普及。在控制系統(tǒng)的指引下，智能機器人將會具有一定的判斷及推理能力，并根據(jù)不同指令自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識，代替人類完成一些復(fù)雜的生產(chǎn)工作，使人們得到所需產(chǎn)品的同時，提高生產(chǎn)效率。因此，高智能化將成為機電一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，研究人員將會根據(jù)不同層次的需求編寫不同的控制系統(tǒng)，讓機器人可以更好的為人類的生產(chǎn)生活而服務(wù)。
機電工業(yè)的不斷發(fā)展，為人們的生活提供了極大的便利以及豐富的物質(zhì)生活，但同時也對資源進(jìn)行過度的開發(fā)，對生態(tài)環(huán)境造成了一定的惡劣影響。隨著人們環(huán)保意識的增強，綠色生產(chǎn)、綠色產(chǎn)品越來越受到人們的歡迎。因此，未來的機電一體化技術(shù)將朝著綠色化的方向邁進(jìn)，即以減少對環(huán)境的危害或?qū)Νh(huán)境無危害為根本出發(fā)點，最大限度的回收與利用報廢設(shè)備及產(chǎn)品，使用更加環(huán)保的生產(chǎn)原料及生產(chǎn)技術(shù)，使研發(fā)過程及產(chǎn)品符合環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，以保證產(chǎn)品的市場價值。
計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起與發(fā)展推動著各行各業(yè)的發(fā)展，并且充分將全球資源整合，使企業(yè)間的競爭更為激烈。將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到機電一體化技術(shù)當(dāng)中，不僅實現(xiàn)了機電一體化設(shè)備的遠(yuǎn)程自動化控制，而且使我國對于國際上一些先進(jìn)的機電一體化產(chǎn)品有了更加深入的研究，促使國內(nèi)機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨于成熟?？梢哉f，未來的機電一體化技術(shù)將會更加網(wǎng)絡(luò)化，使機電一體化設(shè)備的無人值守運行成為現(xiàn)實，同時也能夠讓機電一體化技術(shù)的新產(chǎn)品通過便捷的途徑得以向市場推廣。
目前我國有很多企業(yè)生產(chǎn)機電一體化的產(chǎn)品，但是由于所生產(chǎn)的產(chǎn)品缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在生產(chǎn)過程以及以后的使用過程中難免會遇到麻煩。因此，這就要求機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)模塊化，即將這些產(chǎn)品劃分為獨立的模塊，使每個模塊可以在機械設(shè)備更好的發(fā)揮其應(yīng)有的功能，以適應(yīng)不同生產(chǎn)的需要。模塊化技術(shù)能夠在一定程度上減少產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)的成本，使不同產(chǎn)品的零部件之間實現(xiàn)通用，這對產(chǎn)品的維修性、裝配性與拓展性的提高也起著一定的促進(jìn)作用。模塊化的設(shè)計與制造也將成為未來機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，并且隨著微機械電子技術(shù)的發(fā)展而逐漸普及。利用這些模塊，可以方便快捷的生產(chǎn)出各種新型機電一體化產(chǎn)品。
隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，很多領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)了“由大及小”的過渡，尤其是機電一體化技術(shù)，也逐漸朝著微型化方向發(fā)展。微型化，即機電一體化設(shè)備向微型機器及微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢，微型化產(chǎn)品的體積小，耗能低，機電一體化產(chǎn)品的微型化使得其應(yīng)用范圍更加廣泛，由此來看，微機電一體化技術(shù)是機電一體化技術(shù)的必然發(fā)展趨勢，具有廣闊的發(fā)展前景。
三、結(jié)論
我國機電一體化技術(shù)的發(fā)展受到了國家的重視和支持，獲得了巨大的發(fā)展和進(jìn)步。但是我國的機電一體化領(lǐng)域在某些技術(shù)方面還存在著不足，與發(fā)達(dá)國家相比還存在一些差距。因此，為了使我國機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的技術(shù)占有率和核心競爭力有所提升，國家應(yīng)該繼續(xù)鼓勵機電一體化技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品的開發(fā)，加大支持力度，采取有效措施提高機電一體化系統(tǒng)的研發(fā)能力，以促進(jìn)我國機電一體化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
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[2].胡家華. 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2011（21）
1.機電一體化現(xiàn)狀
機電一體化又稱機械電子工程，是機械工程與自動化的一種，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展。機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。機電一體化產(chǎn)品不僅是放大了人的力量與范圍，更是代替了人的感官和頭腦，智能化是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。機電一體化的根據(jù)發(fā)展大體可以分為3個階段。
初級階段是20世紀(jì)60年代以前。這一階段，機電一體化的研制和發(fā)開還處于自發(fā)狀態(tài)，人們簡單的使用電子技術(shù)改造機械產(chǎn)品的性能。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭大大刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，戰(zhàn)后軍用技術(shù)轉(zhuǎn)為民用。但是受當(dāng)時的電子技術(shù)的發(fā)展水平所限，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合和滲透都處于比較低級水平。
蓬勃發(fā)展階段為20世紀(jì)70～80年代。這一階段，機電一體化在計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展，機電一體化的概念到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)，各國也更加關(guān)注和支持機電一體化的發(fā)展深入發(fā)展階段是在20世紀(jì)90年代后期，機電一體化技術(shù)開始向智能化方向邁進(jìn)，光學(xué)、通信技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支，機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都被深入的研究，人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域的巨大進(jìn)步，為機電一體化技術(shù)開辟了更加廣闊的發(fā)展前景。這些科學(xué)技術(shù)和研究，為機電一體化逐漸形成完整的科學(xué)體系奠定了基礎(chǔ)[3]。
我國對機電一體化的研究和應(yīng)用是從20世紀(jì)80年代初才開始的，機電一體化技術(shù)被列為“863計劃”，國務(wù)院也成立相關(guān)的小組。我國將機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向與影響納入九五規(guī)劃和發(fā)展綱要中，在我國許多高等院校、國家企業(yè)也對機電一體化技術(shù)進(jìn)行了研究與應(yīng)用，當(dāng)前階段的機電一體化發(fā)展有利的提升了我國的綜合國力。
2.機電一體化的發(fā)展
2.1人工智能方面的發(fā)展
21世紀(jì)機電一體化技術(shù)一個主要發(fā)展趨向就是智能化。智能化是機電一體化技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)機械技術(shù)最根本的特征。人工智能方向的研究也越來越重視，人工智能不是要求完全達(dá)到人類的智能標(biāo)準(zhǔn)，高性能的微處理器可以使產(chǎn)品擁有部分低級智能，使其可以在某些技術(shù)方面得以應(yīng)用。外形龐大、生產(chǎn)過程連續(xù)性高以及生產(chǎn)速度快等是當(dāng)前工業(yè)產(chǎn)品的主要特點，以往的機械技術(shù)對于這些特點已不能很好的適應(yīng)，智能化的出現(xiàn)很好的適應(yīng)了這些方面。
2.2模塊化方面的發(fā)展
模塊化設(shè)計就是將多個要素組合在一起，構(gòu)成一個子系統(tǒng)。多個子系統(tǒng)最后又組合成為一個整體，從而生成一個新的系統(tǒng)，產(chǎn)生不同的功能。機電一體化如果能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化設(shè)計，必然大大減少設(shè)備之間的不兼容概率。如今機電一體化產(chǎn)品由于生產(chǎn)廠家很多，對產(chǎn)品的規(guī)格也無法統(tǒng)一，產(chǎn)品的多樣性造成了標(biāo)準(zhǔn)電氣、機械接口研制和開發(fā)的困難。但是對產(chǎn)品規(guī)格又很難做出嚴(yán)格的把控，由于利益關(guān)系，對產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善很難出臺。模塊化的發(fā)展可以使各部件都使用標(biāo)準(zhǔn)單元，從而為制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)打下基礎(chǔ)。產(chǎn)品的生產(chǎn)者在標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品上進(jìn)行革新從而促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，擴大產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模[1]。
2.3網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展
世界通過網(wǎng)絡(luò)緊密地結(jié)合在了一起，人們的生活水平因網(wǎng)絡(luò)而提高，人與人之間的聯(lián)系因網(wǎng)絡(luò)而密切。網(wǎng)絡(luò)的普及與發(fā)展對各個領(lǐng)域都起了重大的推動作用，加快了我國全球化的步伐，全球的經(jīng)濟生產(chǎn)通過網(wǎng)絡(luò)變得緊密，同時企業(yè)競爭也變得全球化，機電一體化技術(shù)因為世界，國際間的交流與合作得到了更快的發(fā)展。機電一體化技術(shù)新的發(fā)展動態(tài)，新的成品都會通過網(wǎng)絡(luò)渠道暢銷全球，網(wǎng)絡(luò)的普及帶來了產(chǎn)品營銷方面的革命。
2.4微型化方面的發(fā)展
機電一體化發(fā)展的整體趨勢之一就是微型化。微型化起步比較晚，但其在機電一體化領(lǐng)域也算是小有成就。機械設(shè)備向微型化發(fā)展，甚至是向微電子系統(tǒng)發(fā)展是微型化的方向。微機電一體化的目前存在機電技術(shù)的瓶頸，因為機電設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，使得機電技術(shù)還不能達(dá)到與微電子技術(shù)同步，相信隨著科技的進(jìn)步，機電技術(shù)也會隨之進(jìn)步。從而使機電一體化整體的微型化水平更上一個臺階。微型化的產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)廣泛運用于軍事及醫(yī)療方面。其體積小、操作性強、耗能少的優(yōu)點使得微型化產(chǎn)品擁有廣闊的前景。
2.5綠色化方面的發(fā)展
工業(yè)的發(fā)達(dá)帶來人們生活上的巨大變化。物質(zhì)極大豐富，生活更加舒適；但由于人們過于追求經(jīng)濟效益，而不重視環(huán)境和能源問題，導(dǎo)致環(huán)境問題日益突出，能源面臨枯竭。低碳環(huán)保是當(dāng)代社會的理念，現(xiàn)代隨著人們生活水平逐漸提高，全社會都在呼吁合理利用環(huán)境資源，回歸自然。因此綠色產(chǎn)業(yè)就有更大的發(fā)展空間，綠色化產(chǎn)品也是機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。綠色產(chǎn)品消耗最少的資源，達(dá)到最大的經(jīng)濟效益，造成最小的環(huán)境污染，在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的整個生命過程中，始終注重環(huán)境的保護(hù)和人類的健康，對生態(tài)環(huán)境造成的危害很小，對資源利用率極高，所以機電一體化產(chǎn)品的綠色化此具有很大的發(fā)展前途[2]。
3.小結(jié)
機電一體化產(chǎn)品隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在國民經(jīng)濟建設(shè)的各個方面發(fā)揮出越來越重要的作用。機電一體化技術(shù)是機械、電子技術(shù)和計算機科學(xué)技術(shù)等多種技術(shù)發(fā)展的結(jié)合的產(chǎn)物。伴隨著各種技術(shù)相互融合的趨勢越來越明顯，機電一體化技術(shù)的發(fā)展也會推向一個新的高峰。
【參考文獻(xiàn)】
機電一體化概念
機電一體化是一項綜合的機械電子技術(shù)。其融合了機械、電工電子、微電子、信息以及傳感器技術(shù)等，并將這些技術(shù)充分地應(yīng)用到實際問題的解決當(dāng)中。
機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀(jì)90年代后期，機電一體化技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了智能化新階段，這說明機電一體化已經(jīng)進(jìn)入了深度發(fā)展階段。隨著光學(xué)以及通信技術(shù)的不斷融入，微細(xì)加工技術(shù)已經(jīng)成為了機電一體化中的重要技術(shù)。并且，演變出光機電一體化以及微機電一體化。另外，機電一體化建模設(shè)計、分析以及集成方法，也已經(jīng)呈現(xiàn)出深入研究趨勢。
隨著人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及光纖技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，機電一體化步入了新的發(fā)展階段。并逐步形成了完整的機電一體化科學(xué)體系。國內(nèi)對這方面的研究工作起步較晚，上個世紀(jì)八十年代才開始深入研究與應(yīng)用。隨著對其重要性認(rèn)識的不斷加強，2010年，國家發(fā)展綱要中對機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向以及其深遠(yuǎn)影響進(jìn)行了充分的探索。目前，在國家政策的宏觀促進(jìn)下，我國的各大高校、研究機構(gòu)以及相關(guān)的企業(yè)集團(tuán)對機電一體化技術(shù)進(jìn)行了深入的應(yīng)用與研究。不過，同歐美的一些國家相比，仍存在一定的差距有待于進(jìn)一步提高。
機電一體化的發(fā)展趨勢
機電一體化隨著計算機信息技術(shù)以及機械技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，其未來將朝著數(shù)字化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。
1.數(shù)字化發(fā)展
微控制器的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，使得機電產(chǎn)品向數(shù)字化方面發(fā)展成為可能，例如：數(shù)控機床以及機器人等。并且，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬設(shè)計以及集成制造等功能的實現(xiàn)為機電一體化產(chǎn)品設(shè)計與制造數(shù)字化打下堅實基礎(chǔ)。數(shù)字化的實現(xiàn)，有助于遠(yuǎn)程控制以及維護(hù)的有效實現(xiàn)。
2.智能化發(fā)展
智能技術(shù)的快速發(fā)展，使得機電產(chǎn)品智能化實現(xiàn)成為了可能。具有“智能”的機電產(chǎn)品，可以擁有類似于人類的邏輯思考模式，對事物進(jìn)行簡單的推理和判斷。例如：在CNC數(shù)控機床上，配置智能輸入/輸出接口以及智能工藝數(shù)據(jù)庫，不僅能夠有效降低操作人員的工作量，還能夠降低大量的維護(hù)成本。同時，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波理論等人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，機電一體化的智能化優(yōu)勢將會越來越大。
3.模塊化發(fā)展
目前，機電一體化產(chǎn)品品種眾多。為機電一體化標(biāo)準(zhǔn)機械接口、動力接口以及環(huán)境接口集成的單元模塊提供了良好的發(fā)展前景。例如：構(gòu)建動力驅(qū)動單元，使其具有減速以及變頻調(diào)速功能?；蛘?，同時具備圖像處理以及識別的電機一體控制單元。
4.網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品價格日益下降，為其的普及工作帶來了便利條件。以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的各類遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)逐漸發(fā)展起來。其遠(yuǎn)程控制終端便是機電一體化產(chǎn)品，當(dāng)發(fā)展到一定程度時，人們可以利用家庭網(wǎng)絡(luò)對家庭中的各項電氣設(shè)備進(jìn)行計算機集中管理，進(jìn)而享受更加現(xiàn)代化的生活。
5.人性化發(fā)展
機電一體化產(chǎn)品最終的服務(wù)對象是人，在設(shè)計的過程中，為其增加類似于人類的智能以及情感等人性化特征，以便于為人類提供更加人性化的服務(wù)，是機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計需要，也是一個必然的發(fā)展趨勢。
6.微型化發(fā)展
微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件等。
7.綠色化發(fā)展
綠色環(huán)保是所有工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，機電一體化也不例外。隨著科技的快速發(fā)展，人們的生活也發(fā)生了翻天覆地的變化。然而，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。
中圖分類號TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0039-02
1 機電一體化概述
1.1 機電一體化的定義
所謂機電一體化就是指通過將微電子技術(shù)應(yīng)用在機械的主功能、動力功能、信息功能以及控制功能等其他功能模塊上，并利用相關(guān)軟件將電子裝置與機械裝置有機整合在一起所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。從機電一體化的定義可以看出，機電一體化技術(shù)并不是機械與電子簡單的疊加，而是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起來的應(yīng)用技術(shù)。因此，機電一體化涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面的內(nèi)容。
1.2 機電一體化的關(guān)鍵技術(shù)
機電一體化的關(guān)鍵技術(shù)主要包括信息處理技術(shù)、精密機械技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)等幾個方面的關(guān)鍵技術(shù)，以下將分別給予詳細(xì)的說明。
1.2.1 信息處理技術(shù)
所謂的信息處理技術(shù)就是指在生產(chǎn)基于機電技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品的過程中，對與產(chǎn)品生產(chǎn)過程相關(guān)的各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關(guān)的信息所進(jìn)行的處理。
1.2.2 精密機械技術(shù)
精密機械技術(shù)作為實現(xiàn)大多數(shù)機電產(chǎn)品的核心和基礎(chǔ)技術(shù)，它是實現(xiàn)大多數(shù)機電產(chǎn)品的相關(guān)功能和構(gòu)造功能的重要前提和首要的技術(shù)支撐。
1.2.3 自動控制技術(shù)
自動控制技術(shù)主要包括精度較高的速度控制、定位控制、自適應(yīng)控制以及補償和校正等技術(shù)。而且隨著自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及功能的不斷增強，基于自動控制技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量在獲得不斷的提高。
1.2.4 檢測與傳感器技術(shù)
檢測與傳感器技術(shù)主要用于實現(xiàn)各種基于機電技術(shù)產(chǎn)品運行時的相關(guān)參數(shù)、工作狀態(tài)以及其他相關(guān)信息的接受以及參數(shù)和相關(guān)信息準(zhǔn)確度的檢測，通過檢測以后，將其接受的信息傳送給處理裝置，然后由處理裝置來實現(xiàn)產(chǎn)品運行過程的自動控制。
1.2.5 伺服驅(qū)動技術(shù)
伺服驅(qū)動技術(shù)主要是基于機電技術(shù)產(chǎn)品的驅(qū)動裝置設(shè)計中的核心技術(shù)，它作為驅(qū)動設(shè)備執(zhí)行操作的重要支撐技術(shù)，在很大程度上決定了基于機電一體化技術(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量。
1.2.6 系統(tǒng)總體技術(shù)
系統(tǒng)總體技術(shù)是用系統(tǒng)的觀點和方法，從整體目標(biāo)出發(fā)，將基于機電技術(shù)產(chǎn)品的總體功能劃分為若干個各功能模塊，然后結(jié)合各個功能模塊的實際情況，找出能夠有效解決各個功能模塊實際需求的可行技術(shù)方案，再把相應(yīng)的技術(shù)方案進(jìn)行匯總，從而設(shè)計出合理的功能技術(shù)方案。
2 機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 國外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1.1 絕大多數(shù)的制造業(yè)領(lǐng)域都有機電一體化產(chǎn)品
在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，機電一體化產(chǎn)品遍及絕大多數(shù)的制造業(yè)領(lǐng)域，其中數(shù)控機床和工業(yè)智能機器人是這些國家的主要機電一體化產(chǎn)品，其中的數(shù)控機床在機床領(lǐng)域中所占的比重越來越大，而工業(yè)智能機器人也將逐步進(jìn)入管理、辦公、家庭和娛樂等各個領(lǐng)域，具有非常廣闊的發(fā)展前景。
在數(shù)控機床方面，目前數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.01mm~0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級機床達(dá)到0.0005mm左右，納米級機床達(dá)到0.005μm ~0.01μm，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已有產(chǎn)品。
在工業(yè)機器人方面，目前日本的工業(yè)機器人生產(chǎn)量占全世界工業(yè)機器人的70%左右，與工業(yè)機器人相關(guān)的專利則有90%以上掌握在日本企業(yè)手中。由此也可以看出，日本是名副其實的機器人王國。 美國、德國分別居二、三位。
2.1.2 機電一體化開始逐步向集成化的方向發(fā)展
CIMS，即計算機集成制造系統(tǒng)，它突破了原有制造業(yè)各部門之間的界限，實現(xiàn)了工業(yè)制造企業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)備、產(chǎn)品開發(fā)、經(jīng)營決策等各個環(huán)節(jié)的有效整合，在計算機集成制造系統(tǒng)的作用下，當(dāng)前的世界制造業(yè)開始逐步向集成化的方向發(fā)展。
2.1.3 激光技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用
激光技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用，將使光機電一體化成為機電一體化技術(shù)重要的發(fā)展方向。
2.1.4 微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展迅速
當(dāng)前微機電技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，將帶動微細(xì)加工技術(shù)的興起。
2.2 國內(nèi)機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
2.2.1 數(shù)控技術(shù)方面
我國對數(shù)控技術(shù)的研究起始于1985年，經(jīng)過這些年的發(fā)展，我國目前已經(jīng)基本掌握了數(shù)控技術(shù)的核心技術(shù)，相關(guān)的數(shù)控技術(shù)產(chǎn)品也越來越多的出現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品市場中。
2.2.2 工業(yè)機器人方面
我國對工業(yè)機器人的研究開始于1986年，目前，已經(jīng)掌握了機器人的軟件編程、控制系統(tǒng)以及操作機的設(shè)計制造等技術(shù)，并開發(fā)出了能夠進(jìn)行水下作業(yè)施工的多種工業(yè)機器人。
2.2.3 計算機集成制造系統(tǒng)方面
經(jīng)過近些年的潛心研究，我國在計算機集成制造系統(tǒng)方面已經(jīng)有了較快發(fā)展。其中，已經(jīng)在包括清華大學(xué)在內(nèi)的多數(shù)著名高校內(nèi)建成了國家CIMS技術(shù)實驗室、工程研究中心以及相關(guān)的CIMS培訓(xùn)中心。
3 機電一體化的未來發(fā)展
3.1 智能化
智能化的機電一體化產(chǎn)品是指具有一定的邏輯思維、判斷推理和自主決策能力的機電一體化產(chǎn)品，由于可以智能化的機電一體化產(chǎn)品對人類的智能進(jìn)行模擬，所以，一些智能化的機電一體化產(chǎn)品就可以替代人的部分腦力勞動。
3.2 微型化
當(dāng)前微型化的機電一體化產(chǎn)品的幾何尺寸一般不會大于1cm3，而且微型化的機電一體化產(chǎn)品在不斷的向微米級和納米級的方向發(fā)展。目前，國外已經(jīng)能夠在實驗室中制造出亞微米級的機械元件。
3.3 模塊化
從各方面來看，機電一體化產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢就是實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，這樣一來，企業(yè)就可以可利用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化單元迅速開發(fā)生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品，進(jìn)而將大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。
3.4 網(wǎng)絡(luò)化
計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展促使其不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。其中，隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種機電一體化產(chǎn)品，如遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)等如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)出來。
3.5 綠色化
根據(jù)時代的發(fā)展需求，綠色化將成為機電一體化的必然發(fā)展趨勢，其目標(biāo)是在機電一體化產(chǎn)品的整個生命周期中，要保證產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境造成的危害最小，而獲得的資源利用率卻最高。
4 結(jié)論
機電一體化是很多學(xué)科相互發(fā)展和相互促進(jìn)的結(jié)果，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機電一體化相關(guān)技術(shù)所融合的技術(shù)將越來越廣泛，而以機械和微電子技術(shù)的有機結(jié)合為主體的機電一體化技術(shù)將成為機電一體化的必然發(fā)展趨勢，機電一體化的發(fā)展前景非常廣闊。
參考文獻(xiàn)
機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設(shè)計》的副刊上，隨著機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。它不是上述技術(shù)的簡單拼湊，而是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，合理配置各功能單元，使得整個系統(tǒng)具有高質(zhì)量，高可靠性的特點。
機械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦撲許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護(hù)等。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延仲，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別?，F(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機電一體化的設(shè)備。
1.機電一體化的發(fā)展過程
機電一體化經(jīng)歷了長期的產(chǎn)生于發(fā)展過程，大致分為三個階段：
萌芽階段：20世紀(jì)60年代以前為萌芽階段。由于電子技術(shù)發(fā)展迅速，人們逐步使用電子技術(shù)的初步成果完善機械產(chǎn)品的性能。特別是第二次世界大戰(zhàn)后，機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合使得許多性能優(yōu)良的產(chǎn)品出現(xiàn)，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。
蓬勃發(fā)展階段：20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)80年代是蓬勃發(fā)展階段。在這一階段，人們主動地利用新技術(shù)的巨大成果創(chuàng)造新的機電一體化產(chǎn)品。應(yīng)該特別指出的是，日本在推動機電一體化技術(shù)的發(fā)展方面起了主導(dǎo)作用。日本政府于1971年3月頒布了《特定電子工業(yè)與特定機械工業(yè)振興臨時措施法》，要求企業(yè)界“應(yīng)特別注意促進(jìn)為機械配備電子計算機和其他電子設(shè)備，從而實現(xiàn)控制的自動化和機械產(chǎn)品的其他功能”。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為基點一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
智能化階段：從20世紀(jì)90年代開始至今稱為智能化階段。機電一體化技術(shù)向智能化新階段邁進(jìn)。人工智能技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的新天地。大量的智能化機械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。出現(xiàn)了“模糊控制”和“混沌控制”等新概念。
機電一體化的目的是使系統(tǒng)高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕薄短小巧化方向發(fā)展，不斷滿足人們的生活多樣化需求和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。因此，機電一體化的研究方法并不是拼拼湊湊的“混合”設(shè)計法，應(yīng)該從系統(tǒng)的角度出發(fā)，采用現(xiàn)代設(shè)計分析方法，充分發(fā)揮邊緣學(xué)科技術(shù)的優(yōu)勢。
2.機電一體化發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)
機電一體化發(fā)展所采用微電子技術(shù)必須解決一些共性關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)包括檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密機械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。各部分所包括的內(nèi)容如下：
檢測傳感技術(shù)：檢測傳感器的檢測對象有位移、壓力、溫度、速度、加速度、流量等物理量，其檢測精度的高低直接影響機電一體化產(chǎn)品的性能好壞。檢測傳感技術(shù)的主要難點在于提高可靠性、精度和靈敏度。
信息處理技術(shù)：信息處理技術(shù)包括信息的輸入、變換、運算、次數(shù)和輸出技術(shù)。信息處理是否及時正確，直接影響機電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，因而成為機電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。在信息處理技術(shù)方面存在的問題有減輕重量、提高處理速度、提高可靠性和抗干擾能力以及標(biāo)準(zhǔn)化、提高操作性及便于維修保養(yǎng)等。
自動控制技術(shù)：自動控制技術(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補償、再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。其技術(shù)難點是現(xiàn)代控制理論的工程化與實用化，以及優(yōu)化控制模型的建立等。
伺服驅(qū)動技術(shù)：伺服驅(qū)動技術(shù)主要是指執(zhí)行元件中的一些技術(shù)問題。伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液動等各種類型。希望之星元件滿足小型、重量輕和輸出功率大等三個方面的要求，以及提高對環(huán)境的適應(yīng)性和可靠性。
精密機械技術(shù)：機電一體化產(chǎn)品對精密機械提出的新要求有：減輕重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善動態(tài)性能等。
系統(tǒng)總體技術(shù)：系統(tǒng)總體技術(shù)是以中國從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個功能的技術(shù)方案，再把功能和技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評價和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。機電一體化產(chǎn)品要求系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性很好，否則即使各個部分的性能、可靠性都很好，性能和產(chǎn)品也很難保證正常運行。
3.機電一體化發(fā)展趨勢
隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟的進(jìn)步，對機電一體化技術(shù)提出了許多新的和更高的要求，出現(xiàn)了新的概念。如數(shù)控技術(shù)、CNC、FMS、CIMS及機器人等都被一致認(rèn)為是典型的機電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)。機電一體化的發(fā)展趨勢有以下幾點：
高性能化：高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。新一代CNC系統(tǒng)就是以此“四高”為滿足生產(chǎn)急需和人誕生的?？蓪崿F(xiàn)告訴數(shù)據(jù)傳遞，在相當(dāng)高的分辨率情況下，系統(tǒng)仍有高速度，此外其效率也非常高。
智能化：人工智能的研究日益得到重視，其中機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。智能機器人通過視覺，觸覺和聽覺等各類傳感器檢測工作狀態(tài)，根據(jù)實際變化過程反饋信息并作出判斷與決定。數(shù)控機床智能化，使用各類傳感器對切削加工前后和加工過程中的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并通過計算機系統(tǒng)做出判斷，自動對異?，F(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整和補償。
此外，機電一體化發(fā)展趨勢還有系統(tǒng)化，輕量化及微型化等
參考文獻(xiàn)：
[1]機電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，梁俊彥
一、機電一體化技術(shù)發(fā)展的狀況
1、機電一體化技術(shù)的第一階段
在二十世紀(jì)的六十年代以前被稱為第一階段。這一時期。人們開始不自覺的去利用電子技術(shù)初步的成功去補充和完善機械的性能。尤其是二戰(zhàn)的爆發(fā)，刺激了電子和機械的結(jié)合。戰(zhàn)后這些軍用技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)化為民用技術(shù)，使戰(zhàn)后的經(jīng)濟迅速的恢復(fù)。但是當(dāng)時的電子技術(shù)還沒有達(dá)到一定的技術(shù)水平，電子和機械的相結(jié)合還沒有能力深入的研究和開發(fā)，而那些已經(jīng)開發(fā)出來了的產(chǎn)品也沒有辦法進(jìn)行大量的推廣。
2機電一體化技術(shù)的第二個階段
在二十世紀(jì)的七十到八十年代被稱為第二階段，同時也是最為蓬勃發(fā)展的一個階段。在這一時期，計算機技術(shù)、通信技術(shù)等都在的不斷進(jìn)步，為機電一體化技術(shù)奠定了強有力的技術(shù)基礎(chǔ)。而大規(guī)模的集成電路也在迅速的的發(fā)展是機電一體化技術(shù)有了結(jié)實的物質(zhì)基礎(chǔ)。
3、機電一體化技術(shù)的第三個階段
到了二十世紀(jì)九十年代的后期，就是機電一體化的第三個階段，同時也開始了機電一體化技術(shù)向智能發(fā)展，進(jìn)而進(jìn)入了深入探索的新階段。光學(xué)和通信的技術(shù)也融入了機電一體化的技術(shù)，那些細(xì)微的加工技術(shù)也慢慢從機電一體化技術(shù)中浮現(xiàn)出來，于是就出現(xiàn)了光機電一體化與微機電一體化兩種體系。另外在對機電一體化技術(shù)進(jìn)入深入研究的同時，也為機電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展空間。
我國是從二十世紀(jì)的八十年代才開始對機電一體化進(jìn)行研究并且開始應(yīng)用的，在制定“九五”規(guī)劃的時候考慮到了機電一體化給各個國家?guī)斫?jīng)濟上的效益和影響。許多的大專的院校及研究機構(gòu)開始對機電一體化的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定的成果。
二、機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢
1、智能化
智能化在二十一世紀(jì)對于機電一體化技術(shù)來說是一個重要的發(fā)展方向，在對機電一體化技術(shù)的研究中人工智能慢慢的得到了重視。智能化是指在控制理論的基礎(chǔ)上，接納和吸收新的思想和方式模擬人類的智能達(dá)到更高的目標(biāo)。然而使機電一體化的產(chǎn)品擁有和人類相同的智力是不可能的，也沒有必要。但是高性能的微處理器讓機電一體化的產(chǎn)品楊浦低級智能或者只是人的部分智能是完全有可能有必要的。
2、模塊化
模塊化是一項艱巨的工程，因為機電一體化的產(chǎn)品、種類太多，研制出標(biāo)準(zhǔn)的接口在機電一體化中是十分重要的事情。利用標(biāo)準(zhǔn)的單元迅速的開發(fā)新的產(chǎn)品，擴大生產(chǎn)規(guī)模。這時需要制定各項的準(zhǔn)則，便于各部件、單元所匹配的接口。可以從對電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化制度，對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的機電一體化或是生產(chǎn)一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；诉@些企業(yè)會帶來良好的經(jīng)濟效益。
3、網(wǎng)絡(luò)化
在二十世紀(jì)的九十年代，計算機最突出的就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)的興起和發(fā)展對于大到科學(xué)技術(shù)小到日常生活都帶來了巨大的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)將全球的經(jīng)濟和生產(chǎn)連了企業(yè)，企業(yè)之間的競爭也實現(xiàn)了全球化、機電一體化。只要有功能獨到、性能可靠的新產(chǎn)品研制出來，馬上就在全球暢銷。網(wǎng)絡(luò)的普及讓人們在家也能享受到高科技所帶來的便捷。由此可見，機電一體化的產(chǎn)品勢必要朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向去發(fā)展。
4、微型化
二十世紀(jì)八十年代末所興起的微型化是說，機電一體化朝著微型機器‘微觀領(lǐng)域發(fā)展。而微機電一體化的產(chǎn)品有著體積小、運動相當(dāng)?shù)撵`活、耗能少的優(yōu)勢。在醫(yī)療、信息等方面有著絕對的優(yōu)勢，
5、綠色化
隨著工業(yè)日益的發(fā)達(dá)，給人們的生活可以說帶來了翻天覆地的感覺。任何事物都存在著兩面性，在享有物質(zhì)豐富生活舒適的同時，我們的資源減少了，生態(tài)環(huán)境被污染了。便開始呼吁環(huán)保，在這種環(huán)境下綠色無污染的產(chǎn)品就產(chǎn)生了，而綠色化儼然成為了時代的一個趨勢。綠色無污染的產(chǎn)品從設(shè)計到銷毀的過程中，完全符合特定的環(huán)境要求和人類健康的要求，把對生態(tài)環(huán)境的危害降到最低。把環(huán)保的概念與機電一體化的產(chǎn)品相結(jié)合，有一定的發(fā)展前景。而綠色的機電一體化是指，使用的時候不污染環(huán)境，還可回收利用。
6、系統(tǒng)化
系統(tǒng)化所表現(xiàn)出來的重要特征之一，就是關(guān)對系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的運用開放和模式化的結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)可以隨意靈活的組成形態(tài)，并進(jìn)行任意的剪裁組合，以便于實現(xiàn)多子的系統(tǒng)控制和管理。特征之二就是通信的功能加強了，在未來的機電一體化會更加的注重產(chǎn)品和人之間的關(guān)系。機電一體化的人格化有兩個含義，第一個就是最終使用機電一體化產(chǎn)品的對象是人，不管在怎樣的賦予機電產(chǎn)品一體化人的情感和智能。使之人性越來越明顯，尤其是家用的機器人，最高的境界就是實現(xiàn)人機一體化。而另一個含義是指模仿生物的機理，從而研制出各種機電一體化的各種產(chǎn)品。實事也是如此。很多的機電一體化產(chǎn)品都是受到動物的啟蒙而研究出來的。
結(jié)束語：
所以得出的結(jié)論就是機電一體化的出現(xiàn)并不是孤立存在的，它是由許多科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展所得出的結(jié)晶，也是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定程度必然的結(jié)果。機電一體化的技術(shù)將會成為二十一世紀(jì)機械工業(yè)的主角。在各個方面都可以帶來明顯的社會效益和經(jīng)濟上的效益。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，各個技術(shù)之間互相融合的的趨勢也隨之越來越明顯。以機械技術(shù)和微電子的技術(shù)有效的結(jié)合起來，成為機電一體化技術(shù)的主體。成為機械工業(yè)的必然發(fā)展趨勢，機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將會越來越寬廣。
參考文獻(xiàn)：
[1] 田雙月.機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].工業(yè)設(shè)計,2011,(6):217-218.
[2] 張葆青,閆石,陳爽等.機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機床與液壓,2011,39(24):105-106,121.DOI:10.3969/j.issn.1001-3881.2011.24.037.
一、緒論
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透,導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域,由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化,使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化,使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。
二、機電一體化概要
機電一體化是指在機構(gòu)的主要功能即動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā),綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù),根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo),合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值,并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng),則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。
因此,“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。同時,機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù),而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其他新技術(shù)的簡單組合與拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術(shù)由純機械技術(shù)發(fā)展到機械電氣化,仍屬傳統(tǒng)機械技術(shù),其主要功能依然是代替和放大的體力工作。但是發(fā)展到機電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外,還能賦予許多新的功能,如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護(hù)等。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸,還是人的感官與頭腦的延伸,具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
三、機電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間,戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合,這些機電結(jié)合的軍用技術(shù),戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用,對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平,機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展,已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
20世紀(jì)70―80年代為第二階段,可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期,計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是:第一:機電一體化(mechatronics)一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn);第二:機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展;第三:各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。
20世紀(jì)90年代后期至今為第三階段,開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段,機電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時期。一方面,光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化,微細(xì)加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳,出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法,機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時,由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步,為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面的研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作,也取得了一定成果,但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)差距。
四、機電一體化的發(fā)展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合,它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此,機電一體化的主要發(fā)展方向如下:
1.智能化。智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)者的研究中日益得到重視,機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法,模擬人類智能,使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然,使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能,則是完全可能而又必要的。
2.模塊化。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集成減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣,可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品,同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標(biāo)準(zhǔn),以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突,近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn),但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然,從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè),規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
3.網(wǎng)絡(luò)化。20世紀(jì)90年代,計算機等學(xué)科技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏?。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片,企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來,只要其功能獨到,質(zhì)量可靠,很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾,而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢,利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system, CIAS),使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此,機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
4.微型化。微型化興起于20世紀(jì)80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù),微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù),即超精密技術(shù),它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
中圖分類號：F407文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
引言
眾所周知，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)極大地推動機械工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)改造和革命。迄今為止，世界各國都在大力推廣機電一體化技術(shù)。近些年來，我國的計算機技術(shù)和微電子技術(shù)得到了長足的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用到了機械工業(yè)領(lǐng)域，形成了機電一體化，不僅對機械工業(yè)的產(chǎn)品功能、構(gòu)成和技術(shù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響，而且也給機械工業(yè)的生產(chǎn)方式及管理體系帶來了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)從“機械電氣化”時代邁入了“機電一體化”階段。在人們生活的各個領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，不僅深刻影響著機電一體化的發(fā)展趨勢，而且深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟、社會和軍事的發(fā)展，并以蓬勃的生機向前發(fā)展。
1機電一體化概述
機電一體化的概念最早是1960年代末由日本安川電氣公司提出，是將機械和電子技術(shù)集成結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。作為一門新型學(xué)科，機電一體化已經(jīng)建立起了一套自身的體系，并且隨著科技的進(jìn)步不斷得到充實和更新。機電一體化的基本特征表現(xiàn)在:它從系統(tǒng)的視角出發(fā)，成功將微電子技術(shù)、機械技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感測控技術(shù)及電力電子技術(shù)的應(yīng)用有機結(jié)合起來。作為一種系統(tǒng)工程技術(shù)，機電一體化通過對各功能單元進(jìn)行合理布局與配置，使這些功能的高質(zhì)量、高可靠性、低能耗價值得到了充分的體現(xiàn)，實現(xiàn)了優(yōu)化系統(tǒng)的目的。一個所謂的機電一體化產(chǎn)品或機電一體化系統(tǒng)就由此產(chǎn)生。所以，“機電一體化，，涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方而。需要特別指出的是，機電一體化技術(shù)并不是微電子技術(shù)、機械技術(shù)等新技術(shù)的簡單拼湊，而是將以上技術(shù)群進(jìn)行有機融合的綜合技術(shù)。正是這一點，使機電一體化在概念上與機械電氣化相區(qū)別。從發(fā)展歷程看，盡管從純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，但這樣的機械工程技術(shù)仍屬傳統(tǒng)機械。進(jìn)入到機電一體化階段后，其中的微電子裝置不僅具有了和某些機械部件一樣的功能，而且還具備了諸如自動處理信息、自動檢測、自動調(diào)節(jié)與控制等許多新的功能。形象地說，機電一體化產(chǎn)品不僅可以替代人力去完成許多機械勞動，實現(xiàn)人手和肢體的延伸，而且還擁有了智能化特征，實現(xiàn)了感官與頭腦的延伸。這一點也在功能上將機電一體化與機械電氣化區(qū)別開。這個定義強調(diào)它將扮演越來越重要的角色機電整合。它在復(fù)雜的非線性上下文包括電腦和數(shù)字信號處理器(dsp)，它存儲和處理信息、通訊和互聯(lián)網(wǎng)，這發(fā)送信息，以及各種計算機輔助設(shè)計(CLAD)軟件。
2國內(nèi)機電一體化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
當(dāng)前我國正處于市場經(jīng)濟的發(fā)展階段，盡管較之以往我們的機電產(chǎn)品出口取得了顯著的成績，但是仍然不能忽視存在的問題。正確對待機遇和挑戰(zhàn)，思考并解決當(dāng)前存在的問題無疑會有助于提高我國機電技術(shù)產(chǎn)品的水平和性能，對于完善我們的市場經(jīng)濟制度也大有裨益。從促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動完整的機電一體產(chǎn)業(yè)形成的角度看，我們的機電一體化而臨以下兩點任務(wù):其一，要進(jìn)一步推動傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)升級，實現(xiàn)節(jié)能高效，這就需要對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行微電子技術(shù)改造。其二，大張旗鼓地開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
首先，在技術(shù)政策上，要對能耗高、效率低下、不符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行限制，加快對落后產(chǎn)品的淘汰。同時，要鼓勵對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實施機電一體化技術(shù)改造。
其次，我國機電一體化產(chǎn)業(yè)覆蓋而廣，發(fā)展迅速，而我們的財力、人力和物力是有限的，產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和發(fā)展不可能而而俱到，所以我們應(yīng)建立機電一體化行業(yè)“協(xié)會”性質(zhì)的統(tǒng)管合作機構(gòu)，并賦予其職能，既有利于深入的行業(yè)調(diào)查，指導(dǎo)行業(yè)布點布局的調(diào)整，發(fā)展重點項目，又有助于制定出縱覽全局的“機電一體化”發(fā)展計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃，以避免開發(fā)上重復(fù)、生產(chǎn)上撞車。
再次，通過“協(xié)會”的有效組織和廣泛宣傳，一來可以建立行業(yè)信息平臺，及時分享更多的行業(yè)內(nèi)部信息，二來可以增加產(chǎn)業(yè)在社會上的認(rèn)知，使行業(yè)內(nèi)外都重視和支持“機電一體化”的發(fā)展，既可以吸引外商到我國投資發(fā)展“機電一體化”的眼球，又可以更加方便合理調(diào)配資源。同時，盡管人民幣升值短期內(nèi)會減緩我國機電產(chǎn)品出口，但對技術(shù)貿(mào)易來講，卻可以利用此時的時機，大量引進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，反哺自身加工業(yè)，提高企業(yè)的利潤空間。作為世界上最大的發(fā)展中國家，大力發(fā)展機電一體化技術(shù)，用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，開發(fā)數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品，既是振興我國傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，也是一條促使機電行業(yè)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整日益完善的捷徑。
3機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢
Electrochemic-mechanical系統(tǒng)(MEMS)一直是一個近年來熱門研究領(lǐng)域。它也是一個快速增長的行業(yè)，它們的大小已經(jīng)超過100億美元，數(shù)以百萬計的MEMS一直在等產(chǎn)品汽車安全氣囊和噴墨打印機。MEMS技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到開發(fā)微型光學(xué)開關(guān)來處理高卷數(shù)據(jù)和話音通信的通信。MEMS本身是一個機電一體化極好的例子。作為另一個措施，表示的重要性小型化、美國政府投資270美元在2000年在國家納米技術(shù)倡議關(guān)于人口統(tǒng)計學(xué)的改變，ASME報告中，“人口統(tǒng)計學(xué)是第二強大的力量改變世界的經(jīng)濟和社會。在未來40年，世界人口預(yù)計將將增長50%左右。嬰兒潮一代將進(jìn)入高級成熟度然后年老?！叭缓?，報告觸動了幾個具體的方而包括歐洲和日本人口迅速老齡化趨勢。雖然報告中沒有討論ASME，這種趨勢將激勵機電朝著人性化方向發(fā)展，如護(hù)理機器人的研發(fā)被稱為人類友好的機電一體化。美國機械工程師協(xié)會(CASME)最近發(fā)表了一份報告，題為《機械工程在21世紀(jì)的發(fā)展趨勢》，其內(nèi)容主要介紹了從20世紀(jì)到21世紀(jì)機電一體化的進(jìn)展和今后發(fā)展的趨勢。它從以下四個類別描述了工程學(xué)的變革趨勢:技術(shù)變革、人口變革、經(jīng)濟變革和社會變革。隨著科技的進(jìn)步，以下八個領(lǐng)域?qū)菣C電一體化發(fā)展的主要途徑:信息技術(shù)、微型化、材料科學(xué)、生物工程和醫(yī)藥、能源、運輸、環(huán)境工程和制造業(yè)等。
4結(jié)論
在經(jīng)濟全球化趨勢逐漸增強，市場競爭日趨激烈的當(dāng)今社會，機電一體化的發(fā)展對優(yōu)化本國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和發(fā)展本國經(jīng)濟具有至關(guān)重要的作用。機電制造思維是基于現(xiàn)代工程教育而逐步興起和發(fā)展起來的。機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當(dāng)然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越光明?？偠灾?，機電一體化技術(shù)作為機械技術(shù)，信息技術(shù)，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的融合、發(fā)展與延伸，在經(jīng)濟社會不斷建設(shè)發(fā)展的過程中占據(jù)著極為關(guān)鍵的地位。我們需要明確機電一體化技術(shù)未來發(fā)展方向，妥善處理機電一體化技術(shù)在發(fā)展過程中而臨的問題與障礙，推動機電一體化時代的全而發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
為適應(yīng)煤礦機械對性能的要求,僅僅依靠機械和液壓技術(shù)已顯得力不從心。電子(微電腦)控制技術(shù)的發(fā)展就成了煤礦機械的必要選擇。機電一體化是一項新興的技術(shù),將其引入到煤礦機械中,必將會給煤礦機械帶來了新的技術(shù)變革,使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。
機電一體化又稱機械電子工程學(xué),是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù),是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)以及其他技術(shù)相互融合而成的一門獨立的交叉學(xué)科。機電一體化技術(shù)從20世紀(jì)70年代中期開始在國外機械上得到應(yīng)用。20世紀(jì)80年代以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)的興起,推動了機械制造技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是隨著微型計算機及微處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展及其在機械上的應(yīng)用,極大促進(jìn)了煤礦機電產(chǎn)品的性能,使煤礦機械進(jìn)入了一個飛躍的發(fā)展時期。以微電腦或微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)在國外機械上的應(yīng)用已相當(dāng)普及,在我國也是發(fā)展的方向,已成為機械高性能的體現(xiàn)。
目前機械的電子(微電腦)控制系統(tǒng)主要用以實現(xiàn)如下功能:
1)在線監(jiān)控、自動報警及故障自診
即對煤礦機械的電動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的在線運行狀態(tài)監(jiān)控,出現(xiàn)故障能自動報警并準(zhǔn)確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,提高機器的工作效率,簡化設(shè)備維護(hù)檢查工作,降低使用維修費用,縮短停機維修時間,延長設(shè)備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用PLC控制,可實現(xiàn)多種在線監(jiān)控和故障自診,還有煤礦用各種電器設(shè)備也越來越智能化。
2)節(jié)能降耗,提高生產(chǎn)效率
例如井下使用的膠帶輸送機、通風(fēng)機、提升機等,使用變頻起動、PLC控制系統(tǒng),節(jié)電量就為30%左右,同時生產(chǎn)效率也大大提高了。
3)自動化或半自動化程度的提高
煤礦機械實現(xiàn)自動化或半自動化控制,可以減輕操作者的勞動強度,提高生產(chǎn)效率,并減少因操作者的經(jīng)驗不足,對作業(yè)精度的影響。例如,冀中能源黃沙礦2009年投入使用的一整套薄煤綜采設(shè)備,由我國北京天地瑪坷電液控制系統(tǒng)有限公司與德國MARCO公司合作生產(chǎn)的PM31型液壓支架電液控制系統(tǒng),就是微電腦控制,只要在支架操作控制器上輸入程序,支架使會自動連續(xù)動作,也可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和工作面無人操作。
4)其他應(yīng)用
一些國外生產(chǎn)的輸送機、采煤機、綜掘機等采用了電子(微電腦)控制的自動變速器,能夠根據(jù)外負(fù)荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比,從而改變功率,這不僅充分利用了電動機功率,大大提高了能耗經(jīng)濟性,而且也簡化了操作,降低了勞動強度,提高了設(shè)備的安全性能,提高作業(yè)人員操作的安全性。目前我國在綜合機械化采煤機上采用電子(微電腦)控制,可實現(xiàn)無人操作,使機械能在危險地帶或人無法接近的地點進(jìn)行作業(yè),也配備了無線遙控裝置,可遠(yuǎn)程遙控也可微電腦編程控制。電子(微電腦)系統(tǒng)的可靠性是煤礦機械非常重要的一項性能指標(biāo)。由于煤礦機械一般井下作業(yè),其直接受到潮氣、煤塵、通風(fēng)、石塊、地質(zhì)變化等的侵襲,此外還受到采煤振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾,工作環(huán)境非常惡劣,因此電子(微電腦)控制系統(tǒng)必須滿足井下性能環(huán)境要求,能在井下環(huán)境溫度下可靠、穩(wěn)定地工作;抗壓強度高、抗老化,具有較長的使用壽命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入;較好耐沖擊和抗振性能;較強的抗干擾能力,系統(tǒng)能在各種干擾下可靠地工作。
