機電一體化的應用現狀和發展

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　　機電一體化的應用現狀和發展【1】

　　【摘要】文章介紹了機電一體化技術的基本情況和發展背景，以及國內機電一體化技術的應用現狀，并分析了機電一體化技術的未來的發展趨勢。

　　【關鍵詞】機電一體化;發展過程;應用;發展趨勢

　　1 機電一體化的發展過程

　　目前，人們普遍將機電一體化的發展概括為三個階段：一是二十世紀六十年代之前;在這之前人們開始將電子技術應用到機械產品上，尤其是隨著二戰的爆發，加快了電子技術和機械產品的結合速度。

　　隨后這些技術逐漸在人們的生活中得到應用，也極大的促進了經濟的發展。

　　但是，由于電子技術并不成熟，在很大程度上限制了機電結合技術的應用和發展。

　　二是二十世紀七十年代至八十年代之間;在該時期內是機電一體化技術發展的一個鼎盛時期，尤其是伴隨著計算機技術、通信技術等技術的快速發展以及應用，以及集成電路的規模化、微型計算機的發展，這些技術的產生都為機電一體化技術的發展打下了堅實的基礎。

　　而且，機電一體化也受到了很多國家的關注，發展十分迅速。

　　三是九十年代后期;隨著計算機技術等相關技術的成熟和在機電控制中的應用，機電一體化技術已經開始向著智能化的方向發展。

　　在這一時期，伴隨著機電一體化技術體系的不斷研究和完善，在很多領域都已經實現了機電一體化，而且光機電一體化技術的出現和應用也豐富了機電一體化系統。

　　我國研究機電一體化技術的時間相對較晚，是從二十世紀八十年代開始的，在經過了幾代人的共同努力，取得了較為滿意的成果，而且在促進我國經濟發展方面也做出了巨大貢獻。

　　但是，我國現階段機電一體化技術發展仍然存在以下幾點問題：首先，機電一體化的基礎理論研究方面，科研力量不足，自主研發能力較差。

　　尤其是在一些重要的機電技術領域的研發，和發達國家相比存在很大的差距。

　　其次，沒有充分體現出一些科技含高的技術產品，對我國經濟發展的推動作用并不明顯。

　　最后，機電一體化產品的質量和設計水平還需要不斷的提高。

　　針對這三點問題，需要在今后的工作上有針對性的進行改進，促進機電一體化技術的健康穩步發展。

　　2 國內機電一體化技術應用現狀

　　當前我國正處于市場經濟的發展階段，盡管較之以往我們的機電產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，思考并解決當前存在的問題無疑會有助于提高我國機電技術產品的水平和性能，對于完善我們的市場經濟制度也大有裨益。

　　從促進產業結構調整，推動完整的機電一體產業形成的角度看，我們的機電一體化面臨以下兩點任務：其一，要進一步推動傳統工業技術升級，實現節能高效，這就需要對傳統產業進行微電子技術改造。

　　其二，大張旗鼓地開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代[5， 6]。

　　首先，在技術政策上，要對能耗高、效率低下、不符合環保標準的傳統產業進行限制，加快對落后產品的淘汰。

　　同時，要鼓勵對傳統產業實施機電一體化技術改造。

　　其次，我國機電一體化產業覆蓋面廣，發展迅速，而我們的財力、人力和物力是有限的，產業的規劃和發展不可能面面俱到，所以我們應建立機電一體化行業“協會”性質的統管合作機構，并賦予其職能，既有利于深入的行業調查，指導行業布點布局的調整，發展重點項目，又有助于制定出縱覽全局的“機電一體化”發展計劃和戰略規劃，以避免開發上重復、生產上撞車。

　　再次，通過“協會”的有效組織和廣泛宣傳，一來可以建立行業信息發布平臺，及時分享更多的行業內部信息，二來可以增加產業在社會上的認知，使行業內外都重視和支持 “機電一體化”的發展，既可以吸引外商到我國投資發展“機電一體化”的眼球，又可以更加方便合理調配資源。

　　同時，盡管人民幣升值短期內會減緩我國機電產品出口，但對技術貿易來講，卻可以利用此時的時機，大量引進相關產業的先進技術，反哺自身加工業，提高企業的利潤空間。

　　作為世界上最大的發展中國家，大力發展機電一體化技術，用微電子技術改造傳統產業，開發數字化、智能化機電產品，既是振興我國傳統機電工業的新鮮血液和源動力，也是一條促使機電行業產業、產品結構調整日益完善的捷徑。

　　2 機電一體化的核心技術

　　2.1 機械本體技術

　　機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。

　　現代機械產品一般都是采用鋼鐵材料為主創造的，為了減輕質量，除了在結構上加以改進外，主要應考慮利用非金屬復合材料。

　　只有機械本體減輕了質量，才有可能實現驅動系統的小型化，在控制方面才能夠改善快速響應特性，減少消耗能量，提高效率。

　　2.2 信息處理技術

　　機電一體化是與微電子學的顯著進步、信息處理設備(特別是微型計算機)的普及應用分不開的。

　　為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。

　　2.3 驅動技術

　　電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。

　　目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件―傳感器―電機三位一體的伺服驅動單元。

　　2.4 接口技術

　　為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。

　　接口采用同一標準規格不僅給信息傳遞和維修帶來方便，而且可以簡化設計。

　　目前，正致力于發展低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

　　2.5 傳感技術

　　傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。

　　為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。

　　對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。

　　3 機電一體化的發展趨勢

　　3.1 智能化

　　智能化是21 世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。

　　人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。

　　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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。

　　誠然，使機電一體化產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、高速的微處理器使機電一體化產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。

　　3.2 數字化

　　微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人;而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路。

　　如虛擬設計、計算機集成制造等。

　　數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。

　　數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

　　3.3 微型化

　　微型化興起于20 世紀80 年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。

　　國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1cm3 的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。

　　微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活， 在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

　　微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

　　3.4 綠色化

　　工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。

　　一方面，物質豐富，生活舒適;另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。

　　于是，人們呼吁保護環境資源， 回歸自然。

　　綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。

　　綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。

　　設計綠色的機電一體化產品， 具有遠大的發展前途。

　　機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

　　參考文獻：

　　[1]郭偉民.機電一體化技術的應用和發展[J].中外企業家，2014(8).

　　[2]周瑋.機電一體化技術的發展與應用[J].新材料新裝飾，2014(3).

　　[3]康存麗，楊保群.機電一體化技術發展及應用簡介[J].微電機，2009 (8).

　　[4]唐濤.小議機電一體化的創新與發展[J].現代經濟信息，2014(8).

　　[5]宋勇，譚祖彪，張斌斌.機電一體化技術思考及發展[J].電子測試， 2014(11).

　　機電一體化技術現狀的歷程及發展趨勢【2】

　　關鍵詞：機電一體化技術;

　　現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。

　　在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由機械電氣化邁入了機電一體化為特征的發展階段。

　　一 機電一體化概要

　　機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

　　機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。

　　但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。

　　由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

　　二、機電一體化的發展歷程

　　1.數控機床的問世，寫下了機電一體化歷史的第一頁;2.微電子技術為機電一體化帶來勃勃生機;3.可編程序控制器、電力電子等的發展為機電一體化提供了堅強基礎l4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使機電一體化躍上新臺階。

　　三、機電一體化的技術現狀

　　機電一體化占據制造產業的主導地位是發展的必然，而制造產業是整個科學技術和國家經濟發展的基礎工業，因而機電一體化在當前激烈的國際政治、軍事、經濟競爭中起著重要的作用，受到了工業國家的極大重視。

　　美國國家關鍵技術委員會在1991年向總統提交的報告中，列舉了22項對于美國國家經濟繁榮和國防安全至為關鍵的技術，其中包括機器人、傳感器、控制技術和CIMS及與CIMS相關的其他工具和技術，如仿真系統、計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)、成組技術(CT)、計算機輔助工藝規程編制(CAPP)、工廠調度工具等。

　　西歐高技術發展規劃尤里卡計劃，提出了五大關鍵技術領域、24個重點攻關項目作為歐洲高技術發展戰略目標，其中包括研制可自由行動、決策并易于人機對話的歐洲第三代安全民用機器人，廣泛合作研究計算機輔助設計、制造、生產、管理的柔性系統，實現工廠全面自動化等機電一體化研究方向。

　　日本將智能傳感器，計算機芯片制造技術，具有視頻、觸覺和人機對話能力的人工智能工業機器人，柔性制造系統等，列為高技術領域的重大研究課題。

　　同時，各國政府對這些高新技術的發展給予必要的政策優惠和資金支持。

　　我國是發展中國家，對機電一體化技術研發及應用相對滯后。

　　1985年12月，國家科委組織完成了《我國機電一體化發展途徑與對策》的軟科學研究，探討我國機電一體化發展戰略，提出了數控機床、工業自動化控制儀表等15個機電一體化優先發展領域和6項共性關鍵技術的研究方向和課題，提出了機電一體化產品的產值比率在2000年達到15%～20%的發展目標。

　　經過近二十多年的發展，我國在數控技術、汽車電子化等機電一體化技術方面有了較大的提高。

　　近年來，我國已研制成功了用于噴漆、焊接、搬運以及能前后行走的、能爬墻、能上下臺階、能在水下作業的多種類型機器人。

　　CIMS~究方面，我國已在清華大學建成國家ClMS~ 中心(ERC)，在一些著名大學和研究單位建立7個CIMS單元技術實驗室和8個CIMS培訓中心，在國家立項實施CIMS的企業已達7O多家。

　　這些都將推動我國的機電一體化技術向更高層次縱深發展。

　　四.機電一體化的發展趨勢

　　機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。

　　因此，機電一體化的主要發展方向如下：

　　1、智能化

　　智能化是2l世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。

　　人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。

　　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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。

　　誠然。

　　使機電一體化產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、高速的微處理器使機電一體化產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。

　　由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接VI的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。

　　如研制集減速、智能調速、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，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。

　　這需要制定各項標準，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這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。

　　顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規�；瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。

　　3、網絡化

　　20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。

　　網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。

　　各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。

　　機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。

　　由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

　　現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(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(computer integrated appliance system，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。

　　因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

　　4、微型化

　　微型化興起于20世紀8O年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。

　　國外稱其為微電子機械系統(M甌 )，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。

　　微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

　　微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

　　5綠色化

　　工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。

　　一方面，物質豐富，生活舒適，另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。

　　于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。

　　綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。

　　綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。

　　設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。

　　機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

　　6、系統化

　　系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。

　　系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。

　　表現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品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。

　　一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、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品。

　　事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

　　五，結柬語

　　綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。

　　當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景將會越來越好。

　　參考文獻

　　[1]李建勇.機電一體化技術.北京：科學出版社，2004.

　　[2]李運華.機電控制.北京：北京航空航天大學出版社，2003.

　　[3]余洵.機電一體化概論.北京：高等教育出版社，2000.

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