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關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;產(chǎn)品創(chuàng)新;概念設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)有著極其豐富的內(nèi)容，同時也是產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程內(nèi)最具創(chuàng)造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)者起到關(guān)鍵的引導(dǎo)效用。因此，對機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新性概念設(shè)計(jì)進(jìn)行探索，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的概述

1.1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容

機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)電一體化基礎(chǔ)上建立起的包含系統(tǒng)與構(gòu)件、基本元內(nèi)容的集合，而機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的含義則是依據(jù)產(chǎn)品使用周期中各個環(huán)節(jié)所需要求對產(chǎn)品實(shí)施功能改造、分析和子功能開發(fā)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其滿足功能結(jié)構(gòu)要求的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)活動。這種設(shè)計(jì)工作的過程包括前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)概念以及對計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)化和豐富化，并加以改進(jìn)補(bǔ)充。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中的程式化內(nèi)容可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)代為實(shí)現(xiàn)，但除此之外難以被程式化的方面還需產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員通過人工設(shè)計(jì)逐步完成。通過構(gòu)建人機(jī)協(xié)同的概念設(shè)計(jì)理念，對其功能與組織開發(fā)的過程按照模塊化思想進(jìn)行劃分，以此實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)工作的層次性、協(xié)調(diào)性。目前，發(fā)達(dá)國家對機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)的深入研究大體集中于其調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化的理念自1971年被提出以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，內(nèi)容也在逐步豐富，尤其在科技快速發(fā)展的今天，廣闊的市場空間與消費(fèi)需求的升級，更加迫使機(jī)電一體化產(chǎn)品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、傳感技術(shù)、AI技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料技術(shù)、集成技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，都為機(jī)電一體化產(chǎn)品的革新打下了技術(shù)根基，使得機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著更優(yōu)質(zhì)、更高效的方向邁進(jìn)。

1.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的意義

機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新型概念設(shè)計(jì)本身有著重要作用，其既是產(chǎn)品品質(zhì)的深層內(nèi)容，又是其功能屬性得以發(fā)揮的保障，對其本身質(zhì)量的影響也約占60%～70%。因此，建成機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內(nèi)容。第一，創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)是保障機(jī)電一體化產(chǎn)品品質(zhì)的必要性要求。機(jī)電一體化體系具有多種學(xué)科互相交叉、集成融合的特點(diǎn)，本身具有著復(fù)雜內(nèi)涵。因此，現(xiàn)今許多的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)并不適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)本身的特色，難以做到根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)特征隨之作出應(yīng)對。第二，機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新促使其理論體系得到發(fā)展。要創(chuàng)新這一概念設(shè)計(jì)，必將建立新的方式、理論基礎(chǔ)。只有在合理、可靠的概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，才能使之收獲具有優(yōu)異性能的機(jī)電一化體產(chǎn)品。再加之如今概念設(shè)計(jì)的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關(guān)注與認(rèn)同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設(shè)計(jì)理論的建立，對于推動創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)的概念設(shè)計(jì)發(fā)展起到了不可忽略的效用，進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)體系的建立和機(jī)電一體化技術(shù)的完善。第三，機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)對于生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量的提高起到切實(shí)的幫助作用。許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都帶有自動處理、調(diào)節(jié)的功效，通過這些能力的實(shí)現(xiàn)，能夠保證工作質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。例如，在數(shù)控機(jī)床的使用過程中，其生產(chǎn)效率要高出普通基礎(chǔ)5～6倍，并能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床數(shù)量減少50%，節(jié)省50%操作人員的效能，生產(chǎn)周期也能縮短40%，進(jìn)而使得生產(chǎn)成本降低50%左右。

2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)理論

2.1機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用到的系統(tǒng)原理

機(jī)電一體化系統(tǒng)是該類產(chǎn)品中最為重要的基礎(chǔ)。就其本質(zhì)來說。它算是一種復(fù)雜機(jī)械，但與普通的機(jī)械相比還有著顯著區(qū)分。機(jī)電一體化體系是通過在機(jī)構(gòu)的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進(jìn)的電子技術(shù)，并使之與軟件相互聯(lián)合形成的一類新型機(jī)械系統(tǒng)。就其功能來說，機(jī)電一體化系統(tǒng)包含機(jī)械力、能量流、運(yùn)動力等多種動力學(xué)有關(guān)的特殊機(jī)械，以及一些機(jī)電部件互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。其中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心又在于集成協(xié)調(diào)各種技術(shù)，通過對機(jī)械工程、控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電工技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的聯(lián)合利用，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動行為可控的目標(biāo)，而不僅簡單對各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行拼湊堆積。這也是利用計(jì)算機(jī)的調(diào)節(jié)和處理能力，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動元件可控特征的現(xiàn)代化機(jī)械系統(tǒng)。有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)化原理的研究主要包含三方面內(nèi)容。第一，三環(huán)論。研究者認(rèn)為，機(jī)電一體化產(chǎn)品可以劃分為電子、機(jī)械、軟件三項(xiàng)功能模塊。第二，五塊論。通常視機(jī)電一體化產(chǎn)品是由動力功能、控制功能、構(gòu)造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統(tǒng)理論。研究人員認(rèn)為，機(jī)電一體化系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩項(xiàng)分支系統(tǒng)共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機(jī)械主體加以強(qiáng)調(diào)，也并未對處理好機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的復(fù)雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)不能起到重要作用。在概念設(shè)計(jì)實(shí)際工作中，機(jī)電一體化系統(tǒng)往往會被劃分為傳感檢測、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息控制處理三個子系統(tǒng)。通過這三個子系統(tǒng)的系統(tǒng)分工，各自完成信息檢測、機(jī)械運(yùn)動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)中各項(xiàng)功能的優(yōu)化和最佳效果的發(fā)揮，并以此獲得機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)合理的相關(guān)方案。

2.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)方法

對機(jī)電一體化產(chǎn)品而言，其概念設(shè)計(jì)是許多領(lǐng)域內(nèi)知識、技術(shù)之間的交織融合，具有新穎復(fù)雜、反復(fù)迭代、目標(biāo)多解、結(jié)構(gòu)不良等特點(diǎn)。滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，關(guān)鍵在于發(fā)揮設(shè)計(jì)者的主觀能動性，通過展現(xiàn)設(shè)計(jì)智慧，滿足創(chuàng)新性的要求。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，主要在于實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)配合。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)這類任務(wù)，主要還得依靠人類的智能實(shí)現(xiàn)。機(jī)電一體系統(tǒng)也是人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)，通過對設(shè)計(jì)者與計(jì)算機(jī)的分工，來達(dá)到創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的目的。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新主要方法包括三方面內(nèi)容。第一，落實(shí)人才戰(zhàn)略，培養(yǎng)專業(yè)性人才?？萍几偁幾罱K都會落實(shí)在人才競爭上。要實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，人才供應(yīng)是重要保障。機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)人才在制造行業(yè)占據(jù)就業(yè)滿意度第三位的好名次，就業(yè)率更是高達(dá)100%。因此，加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)更有著多方面的積極意義，國家以及機(jī)電行業(yè)要在培養(yǎng)、優(yōu)化道路中貢獻(xiàn)出更多力量，從多方面對學(xué)生展開培訓(xùn)工作，以此實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)研究者、開發(fā)者、設(shè)計(jì)者以及其他相關(guān)從業(yè)人員素質(zhì)的目的。第二，努力拓寬供應(yīng)市場，嚴(yán)守質(zhì)量關(guān)。市場是檢驗(yàn)產(chǎn)品的試金石，將機(jī)電一體化產(chǎn)品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠?qū)崿F(xiàn)，另一方面通過買方對產(chǎn)品性能體驗(yàn)所作反饋也對產(chǎn)品研發(fā)起到反作用力的效果，使其優(yōu)點(diǎn)得以保存、延續(xù)，缺點(diǎn)得到改良、進(jìn)化，從而不斷促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品性能的整體提升。第三，將環(huán)保技術(shù)納入機(jī)電一體化的發(fā)展策略中。機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電力技術(shù)等多種技術(shù)的應(yīng)用，往往會伴隨著電子、機(jī)械污染的問題。在機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，無可避免也會產(chǎn)生一些污染物。因此，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)研發(fā)過程中要考慮到環(huán)保問題，讓機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，以施行環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展策略為其提供方法指引。通過一些環(huán)保設(shè)施和環(huán)?？萍嫉膶?shí)行，有效遏制資源浪費(fèi)、污染物增多的問題。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)技術(shù)故障時，也可以反復(fù)利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關(guān)生產(chǎn)負(fù)責(zé)人還應(yīng)主動淘汰一些產(chǎn)能落后的設(shè)備、產(chǎn)品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)，使人們擁有健康的生存環(huán)境。

2.3機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)的發(fā)展展望

機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)主要發(fā)展在于理論的進(jìn)步。雖然機(jī)電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強(qiáng)分析、研究，但其發(fā)展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內(nèi)容：第一，根據(jù)被測物理量，建立傳感器特點(diǎn)和類型的知識庫；第二，構(gòu)建與機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)相關(guān)的推理方法庫；第三，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動與動作進(jìn)行分類，構(gòu)建執(zhí)行機(jī)構(gòu)庫和驅(qū)動元件庫，以促進(jìn)驅(qū)動元件、執(zhí)行、傳動機(jī)構(gòu)和兩者的集成選擇實(shí)行；第四，實(shí)現(xiàn)對該類產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)在各個環(huán)節(jié)評價(jià)體系的建立，尤其在概念設(shè)計(jì)初期中構(gòu)建對功能原理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的評價(jià)體系；第五，構(gòu)建調(diào)節(jié)和控制信息的資料庫，以促進(jìn)挑選硬件和編制軟件中對機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)高效管控的實(shí)現(xiàn)。隨著機(jī)電技術(shù)與各項(xiàng)科技的快速進(jìn)步以及機(jī)電一體化研究的逐步深入，促使機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的理論體系更加豐富，并具有更為強(qiáng)大的實(shí)用功能和操作功能，從而順利實(shí)現(xiàn)對機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)。

3結(jié)束語

機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究雖然已經(jīng)取得了較為矚目的成績，但關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關(guān)從業(yè)者不斷加強(qiáng)探索、創(chuàng)新，通過大量細(xì)致的實(shí)踐研究工作，促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的完善和成熟，并最終實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異的實(shí)用價(jià)值。

作者:王中元 單位:內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參考文獻(xiàn):

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關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；發(fā)展；趨勢

中圖分類號：TP　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　文章編號：1672-3198(2010)11-0330-01

1　機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化是指在機(jī)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(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱?！皺C(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面，是一種綜合技術(shù)，這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。

2　機(jī)電一體化的核心技術(shù)

2.1　機(jī)械技術(shù)

是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

2.2　計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

2.3　系統(tǒng)技術(shù)

即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)。從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

2.4　自動控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。

2.5　傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。

3　機(jī)電一體化的發(fā)展過程

機(jī)電一體化的發(fā)展過程大體可以分為三個階段：

3.1　初級階段

20世紀(jì)60年代以前為第一階段，也稱為初級階段。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(jī)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(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)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(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。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(jī)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。

3.2　高速發(fā)展階段

20世紀(jì)70-80年代為第二階段，也稱為高速發(fā)展階段。這一時期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)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(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)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(diǎn)是：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)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。

3.3　智能化階段

20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)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)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)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，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(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并且逐漸形成完整的學(xué)科體系。

4　機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、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(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下。

4.1　智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)研究中得到日益重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(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)到更高的控制目標(biāo)。誠然，要使機(jī)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、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能的和必要的。

4.2　模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜和非常重要的事。例如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)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(jī)械裝置。若能利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。但這需要制定各項(xiàng)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)的標(biāo)準(zhǔn)，但可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(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

4.3　網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育、人們?nèi)粘Ｉ?，都帶來了巨大變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)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(jī)電一體化產(chǎn)品。現(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)，將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利和快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

4.4　微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末。機(jī)電一體化有向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過lcm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有顯著優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)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。

4.5　綠色化

工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(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(yùn)而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用、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(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)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(bào)廢后能回收利用。

4.6　系統(tǒng)化

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(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：

篇(3)

關(guān)鍵詞： 機(jī)電一體化； 特點(diǎn)； 發(fā)展趨勢

中圖分類號： TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）06-0113-02

一、機(jī)電一體化的基本概念

機(jī)電一體化技術(shù)是在微型計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動傳遞，物質(zhì)運(yùn)動，能量變換進(jìn)行研究，使得整個系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運(yùn)動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)。

二、機(jī)電一體化的發(fā)展概況

機(jī)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(jī)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(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)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(jì)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(jī)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)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)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(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)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(jī)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(jī)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研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計(jì)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(jī)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(jī)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，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。

三、機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點(diǎn)

機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能是通過其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來共同實(shí)現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來看，機(jī)電一體化產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實(shí)現(xiàn)這種多功能一般需要機(jī)電一體化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實(shí)現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術(shù)就構(gòu)成了機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。

1．機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身、框架、機(jī)械傳動和聯(lián)接等機(jī)械部分。這部分是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，因此對機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求。

2．動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。動力系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機(jī)電一體化產(chǎn)品以電能利用為主，包括電源、電動機(jī)及驅(qū)動電路等。

3．傳感與檢測系統(tǒng)。傳感器的作用是將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進(jìn)行測定，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般由測量儀器或儀表來實(shí)現(xiàn)，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。

4．信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理、運(yùn)算和決策，以對產(chǎn)品的運(yùn)行施以按照要求的控制，實(shí)現(xiàn)控制功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口所組成。

5．執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制信息的作用下完成要求的動作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是運(yùn)動部件，常采用機(jī)械、電液、氣動等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)因機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個產(chǎn)品的性能，因而是機(jī)電一體化產(chǎn)品中最重要的組成部分。機(jī)電一體化產(chǎn)品的五個組成部分在工作時相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過各種接口及其相應(yīng)的軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。

四、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

1.智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)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(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)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(jī)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、高速的微處理器使機(jī)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(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)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(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)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(jī)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(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)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(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)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(jì)算機(jī)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、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏铩８鞣N網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)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(jī)電一體化產(chǎn)品。

4.微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)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(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)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。

5.綠色化

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；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(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(yùn)而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、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(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)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(bào)廢后能回收利用。

6.系統(tǒng)化

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(shí)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(qiáng)，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機(jī)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(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(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。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建勇．機(jī)電一體化技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004．

篇(4)

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化 發(fā)展歷程 關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是將機(jī)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(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)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(diǎn)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(diǎn)。

機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體力但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)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(jī)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(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機(jī)電一體化的設(shè)備。

1.機(jī)電一體化的發(fā)展過程

機(jī)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(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是第二次世界大戰(zhàn)后，機(jī)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(jì)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(jī)電一體化產(chǎn)品。應(yīng)該特別指出的是，日本在推動機(jī)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(jī)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(jī)械配備電子計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)控制的自動化和機(jī)械產(chǎn)品的其他功能”。這一時期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為基點(diǎn)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(jī)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(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的新天地。大量的智能化機(jī)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(jī)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(jī)電一體化的研究方法并不是拼拼湊湊的“混合”設(shè)計(jì)法，應(yīng)該從系統(tǒng)的角度出發(fā)，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析方法，充分發(fā)揮邊緣學(xué)科技術(shù)的優(yōu)勢。

2.機(jī)電一體化發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)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(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品的性能好壞。檢測傳感技術(shù)的主要難點(diǎn)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(yùn)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(jī)電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，因而成為機(jī)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(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。其技術(shù)難點(diǎn)是現(xiàn)代控制理論的工程化與實(shí)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(jī)械技術(shù)：機(jī)電一體化產(chǎn)品對精密機(jī)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(diǎn)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(jià)和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。機(jī)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(yùn)行。

3.機(jī)電一體化發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，對機(jī)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(jī)器人等都被一致認(rèn)為是典型的機(jī)電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)。機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：

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。可實(shí)現(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(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。智能機(jī)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(shí)際變化過程反饋信息并作出判斷與決定。數(shù)控機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)做出判斷，自動對異?，F(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。

此外，機(jī)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(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，梁俊彥

[2]機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 張建民 北京理工大學(xué)出版社 2006.2

篇(5)

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；核心技術(shù)；發(fā)展進(jìn)程；發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機(jī)械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果。今天機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機(jī)電一體化產(chǎn)品更日新月異。

一、機(jī)電一體化的核心技術(shù)

1.機(jī)械技術(shù)：是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

2.計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

3.系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

4.自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。

5.傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。

6.伺服傳動技術(shù)：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

二、機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程

1.數(shù)控機(jī)床問世：自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。

2.微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計(jì)、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3.可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用于工業(yè)：上世紀(jì)60年代后期，美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種ModularDigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業(yè)獲得大量應(yīng)用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術(shù)。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進(jìn)入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng)，正隨著計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運(yùn)用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。

4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料科學(xué)、微細(xì)加工和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合與擴(kuò)展、具有強(qiáng)烈應(yīng)用背景的新興交叉學(xué)科，對于國家經(jīng)濟(jì)、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。

三、機(jī)電一體化向智能化邁進(jìn)

20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)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(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向有：

1.智能化：是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)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)。

2.網(wǎng)絡(luò)化：20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

3.微型化：興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)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。

4.綠色化：機(jī)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(bào)廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、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(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。

5.系統(tǒng)化：其表現(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(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強(qiáng)，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。一是如何賦予機(jī)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(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層含義是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。

結(jié)束語：

當(dāng)然，機(jī)電一體化的發(fā)展不是孤立的，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并隨著科學(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(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù)；控制理論；信息技術(shù)；計(jì)算機(jī)技術(shù)

1機(jī)電一體化的內(nèi)容與核心技術(shù)

1.1機(jī)電一體化技術(shù)的基本內(nèi)容系統(tǒng)工程是該技術(shù)的主要工作方式，此外，該技術(shù)的應(yīng)用還包含了電子、機(jī)械等各個領(lǐng)域的技術(shù)，并將這些方面的知識、技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，從而優(yōu)化了產(chǎn)品制造和系統(tǒng)間的配置。同時，還促進(jìn)了產(chǎn)品滿足現(xiàn)實(shí)中的需求。就目前而言，使用一體化技術(shù)時一定要將與其有關(guān)的建設(shè)工作做好，特別是各種技術(shù)的創(chuàng)新、原理等，以生產(chǎn)出質(zhì)量更好的新產(chǎn)品，因此，該技術(shù)本質(zhì)上是相關(guān)技術(shù)整合后的結(jié)果。1.2機(jī)電一體化的核心技術(shù)1.2.1自動控制技術(shù)該技術(shù)是所有技術(shù)中最為復(fù)雜的一項(xiàng)，因?yàn)樵摷夹g(shù)涵蓋的面積非常廣，內(nèi)容五花八門，基于控制理論的知識對一體化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再進(jìn)行模擬檢測和現(xiàn)場測試。在其能控制的區(qū)域中，該技術(shù)所包含的內(nèi)容非常多，主要有自適應(yīng)、速度、精度定位等控制技術(shù)。1.2.2系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)指的是一體化中包含的所有組織、概念等的總稱，它是一個基于整體角度的技術(shù)，將整體分割成多個互相聯(lián)系的功能模塊，從而將其與接口技術(shù)統(tǒng)一起來，并進(jìn)行有效的管理，達(dá)到將系統(tǒng)連接起來的目的。1.2.3計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)這兩種技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用是對信息進(jìn)行互換、儲存、讀取、運(yùn)算以及進(jìn)行相應(yīng)判斷的過程，該過程包含的內(nèi)容分極其豐富，主要有專家系統(tǒng)、人工智能、決算等。1.2.4機(jī)械技術(shù)該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的基本技術(shù)，機(jī)械技術(shù)具有高、新的特點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)在于怎樣將其融入到一體化技術(shù)中，并利用它自身的特點(diǎn)更新、處理產(chǎn)品，對產(chǎn)品的性能、結(jié)構(gòu)、材料進(jìn)行改善，進(jìn)而大大改觀產(chǎn)品的準(zhǔn)確度、性能。

2機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

在20世紀(jì)90年代后期，很多發(fā)達(dá)國家引領(lǐng)一體化技術(shù)向著智能化方向發(fā)展。形成這種趨勢的原因有3個：①通信、光學(xué)等技術(shù)廣泛應(yīng)用到了一體化技術(shù)中。此外，微細(xì)加工這一精密技術(shù)也逐漸引進(jìn)其中，形成了微機(jī)電、光機(jī)電等一體化的分支技術(shù)；②相關(guān)人員對一體化這一學(xué)科的體系、發(fā)展方向進(jìn)行了深入探討，比如集成方法、建模的設(shè)計(jì)與分析等；③光纖、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，為一體化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起到了巨大的推動作用。未來機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢分為以下5方面。2.1綠色化隨著人們環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng)、綠色發(fā)展概念的普及，機(jī)電一體化技術(shù)也要向著綠色化方向發(fā)展。該技術(shù)的綠色發(fā)展指的是其應(yīng)用不會污染環(huán)境，可降低材料的使用成本，并能實(shí)現(xiàn)回收再利用。比如，通過將廢物產(chǎn)生量、材料使用量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)三者之間的關(guān)系進(jìn)行量化，從而分析一體化產(chǎn)品制造過程是否對環(huán)境造成了污染；對一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造中的每一階段進(jìn)行改進(jìn)，爭取通過廢棄材料來加工生產(chǎn)，產(chǎn)品報(bào)廢之后還可以回收再利用。2.2模塊化隨著產(chǎn)品精細(xì)程度、成熟程度的提高，產(chǎn)品制造過程中的分工會越來越細(xì)化，且所有的細(xì)化分工應(yīng)參考一樣的標(biāo)準(zhǔn)。因此，就形成了模塊結(jié)構(gòu)。機(jī)電一體化也逐漸向著模塊化的方向發(fā)展。比如，研發(fā)集實(shí)時測距、動態(tài)捕捉、圖像采集與校對、數(shù)據(jù)監(jiān)測等于一體的電機(jī)控制模塊，研發(fā)集節(jié)能、變頻、減速于一體的電機(jī)驅(qū)動模塊。在此情況下，便能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)直接使用所建立的模塊，大大加快了產(chǎn)品研發(fā)的速度。2.3微型化機(jī)電一體化向著微型化發(fā)展是必然趨勢，這是因?yàn)槲⑿突l(fā)展可以對微電子、軟件、微機(jī)械等技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，并具有使用靈活、消耗能量低、體積小等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景良好。2.4系統(tǒng)化系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在2個方面：①逐漸引進(jìn)多系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信的局域網(wǎng)，大幅提升通信能力；②逐漸使用模塊化、開放式的結(jié)構(gòu)，能隨意分割和組合，靈活多變，比如，當(dāng)前正在對智能機(jī)器人進(jìn)行生物系統(tǒng)化的研發(fā)。2.5智能化在當(dāng)前信息時代的大背景下，控制理論的逐漸應(yīng)用、傳感系統(tǒng)的快速發(fā)展、計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的不斷加快均推動著機(jī)電一體化技術(shù)向著智能化的方向發(fā)展。比如，現(xiàn)階段有的機(jī)器人能模仿人類的思維或動作，在工業(yè)生產(chǎn)、家庭生活中已經(jīng)被運(yùn)用。

3機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展思考

要想推動機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)做好以下5方面的工作。3.1優(yōu)化發(fā)展環(huán)境要想優(yōu)化該技術(shù)的發(fā)展環(huán)境，應(yīng)確保人們可以正確認(rèn)識該技術(shù)的發(fā)展，并引起高度重視，從而為一體化技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造一個良好的環(huán)境，爭取獲得政策、技術(shù)上的大力支持。同時，應(yīng)為研發(fā)人員提供充分的保障，調(diào)動他們的積極性，爭取為機(jī)電一體化的發(fā)展作出更多的努力。3.2做好相關(guān)管理工作充分發(fā)揮相關(guān)協(xié)會的作用，做好相應(yīng)的管理工作。在機(jī)電一體化進(jìn)程中，應(yīng)按照國家的相關(guān)規(guī)定，并以國家政策為原則來發(fā)展，這有利于機(jī)電一體化的突破發(fā)展。3.3統(tǒng)籌發(fā)展在機(jī)電一體化的發(fā)展中，一定要對各個環(huán)節(jié)、各個方面進(jìn)行統(tǒng)籌，促進(jìn)它們之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。所以，應(yīng)進(jìn)行深入調(diào)查，對一體化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的分析和統(tǒng)籌，為一體化技術(shù)的整體發(fā)展提供可以參考的依據(jù)，從而促進(jìn)一體化技術(shù)的發(fā)展。3.4擁有自主知識產(chǎn)權(quán)該技術(shù)應(yīng)用中的所有裝置設(shè)備應(yīng)有自己的知識產(chǎn)權(quán)，以提高一體化產(chǎn)品的供求比例，防止供求關(guān)系紊亂。3.5增加產(chǎn)品的通信功能只有確保產(chǎn)品具有通信功能，才能使其更加時適應(yīng)自動化的需求。

4結(jié)束語

隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也將更加成熟，大眾視野中的一體化產(chǎn)品也會逐漸增多，其使用會越來越廣泛。在今后的發(fā)展中，機(jī)電一體化技術(shù)將向著智能化、微型化、系統(tǒng)化、模塊化、綠色化的方向發(fā)展，它的作用會越來越大，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、推動社會的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

［1］鄭峰.關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與思考［J］.科技展望，2015（29）.

篇(7)

論文摘要：機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。此簡述機(jī)電一體化技術(shù)的基本情況和發(fā)展背景，綜述國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，分析機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

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，工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)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(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

1機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化是指在機(jī)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(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。

機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)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(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，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(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)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(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，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。也就是說，機(jī)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，智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

2機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r

機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：（1）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(jī)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(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)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(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。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(jī)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。（2）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(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)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(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)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(diǎn)是：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)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。（3）20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)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)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。

我國是從20世紀(jì)80年代初才開始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“863計(jì)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(jī)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(jī)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，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。

3機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、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。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面：

3．1智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)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，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。轉(zhuǎn)3．2模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)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(jī)械接口、電氣接口、動力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)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(jī)械裝置等。有了這些標(biāo)準(zhǔn)單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到以上目的，還需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便于各部件、單元的匹配。

3．3網(wǎng)絡(luò)化

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(jī)電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(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(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

3．4微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)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。

3．5環(huán)?；?/p>

工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(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(yùn)而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、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(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。機(jī)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(bào)廢后能回收利用。

3．6系統(tǒng)化

未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化；另一層是模仿生物機(jī)理，研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)而研制出來的。

綜上所述，機(jī)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(jī)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(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越光明。

參考文獻(xiàn)