機電一體化的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展

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機電一體化的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展

　　機電一體化的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展【1】

　　【摘要】文章介紹了機電一體化技術(shù)的基本情況和發(fā)展背景，以及國內(nèi)機電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析了機電一體化技術(shù)的未來的發(fā)展趨勢。

　　【關(guān)鍵詞】機電一體化;發(fā)展過程;應(yīng)用;發(fā)展趨勢

　　1 機電一體化的發(fā)展過程

　　目前，人們普遍將機電一體化的發(fā)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(shù)應(yīng)用到機械產(chǎn)品上，尤其是隨著二戰(zhàn)的爆發(fā)，加快了電子技術(shù)和機械產(chǎn)品的結(jié)合速度。

　　隨后這些技術(shù)逐漸在人們的生活中得到應(yīng)用，也極大的促進了經(jīng)濟的發(fā)展。

　　但是，由于電子技術(shù)并不成熟，在很大程度上限制了機電結(jié)合技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

　　二是二十世紀七十年代至八十年代之間;在該時期內(nèi)是機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個鼎盛時期，尤其是伴隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)的快速發(fā)展以及應(yīng)用，以及集成電路的規(guī)�；�、微型計算機的發(fā)展，這些技術(shù)的產(chǎn)生都為機電一體化技術(shù)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

　　而且，機電一體化也受到了很多國家的關(guān)注，發(fā)展十分迅速。

　　三是九十年代后期;隨著計算機技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的成熟和在機電控制中的應(yīng)用，機電一體化技術(shù)已經(jīng)開始向著智能化的方向發(fā)展。

　　在這一時期，伴隨著機電一體化技術(shù)體系的不斷研究和完善，在很多領(lǐng)域都已經(jīng)實現(xiàn)了機電一體化，而且光機電一體化技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用也豐富了機電一體化系統(tǒng)。

　　我國研究機電一體化技術(shù)的時間相對較晚，是從二十世紀八十年代開始的，在經(jīng)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(jīng)濟發(fā)展方面也做出了巨大貢獻。

　　但是，我國現(xiàn)階段機電一體化技術(shù)發(fā)展仍然存在以下幾點問題：首先，機電一體化的基礎(chǔ)理論研究方面，科研力量不足，自主研發(fā)能力較差。

　　尤其是在一些重要的機電技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)，和發(fā)達國家相比存在很大的差距。

　　其次，沒有充分體現(xiàn)出一些科技含高的技術(shù)產(chǎn)品，對我國經(jīng)濟發(fā)展的推動作用并不明顯。

　　最后，機電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)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(shù)的健康穩(wěn)步發(fā)展。

　　2 國內(nèi)機電一體化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　當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，我們的機電一體化面臨以下兩點任務(wù)：其一，要進一步推動傳統(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，促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代[5， 6]。

　　首先，在技術(shù)政策上，要對能耗高、效率低下、不符合環(huán)保標準的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行限制，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)覆蓋面廣，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)展不可能面面俱到，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)信息發(fā)布平臺，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，大量引進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的先進技術(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。

　　2 機電一體化的核心技術(shù)

　　2.1 機械本體技術(shù)

　　機械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮。

　　現(xiàn)代機械產(chǎn)品一般都是采用鋼鐵材料為主創(chuàng)造的，為了減輕質(zhì)量，除了在結(jié)構(gòu)上加以改進外，主要應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。

　　只有機械本體減輕了質(zhì)量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，在控制方面才能夠改善快速響應(yīng)特性，減少消耗能量，提高效率。

　　2.2 信息處理技術(shù)

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

　　為進一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)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(qū)動技術(shù)

　　電機作為驅(qū)動機構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。

　　目前，正在積極發(fā)展內(nèi)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(qū)動單元。

　　2.4 接口技術(shù)

　　為了與計算機進行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標準化、規(guī)格化。

　　接口采用同一標準規(guī)格不僅給信息傳遞和維修帶來方便，而且可以簡化設(shè)計。

　　目前，正致力于發(fā)展低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)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(shù)

　　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(guān)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(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。

　　3 機電一體化的發(fā)展趨勢

　　3.1 智能化

　　智能化是21 世紀機電一體化技術(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、計算機科學、模糊數(shù)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(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。

　　3.2 數(shù)字化

　　微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人;而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路。

　　如虛擬設(shè)計、計算機集成制造等。

　　數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)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(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復(fù)。

　　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(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。

　　3.4 綠色化

　　工業(yè)的發(fā)達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)境受到嚴重污染。

　　于是，人們呼吁保護環(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。

　　參考文獻：

　　[1]郭偉民.機電一體化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展[J].中外企業(yè)家，2014(8).

　　[2]周瑋.機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].新材料新裝飾，2014(3).

　　[3]康存麗，楊保群.機電一體化技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用簡介[J].微電機，2009 (8).

　　[4]唐濤.小議機電一體化的創(chuàng)新與發(fā)展[J].現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2014(8).

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

　　機電一體化技術(shù)現(xiàn)狀的歷程及發(fā)展趨勢【2】

　　關(guān)鍵詞：機電一體化技術(shù);

　　現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，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。

　　一機電一體化概要

　　機電一體化是指在機構(gòu)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(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科，隨著科學技術(shù)的不但發(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)功能目標和優(yōu)化組織目標，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。

　　二、機電一體化的發(fā)展歷程

　　1.數(shù)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(shù)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(fā)展為機電一體化提供了堅強基礎(chǔ)l4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使機電一體化躍上新臺階。

　　三、機電一體化的技術(shù)現(xiàn)狀

　　機電一體化占據(jù)制造產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位是發(fā)展的必然，而制造產(chǎn)業(yè)是整個科學技術(shù)和國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)，因而機電一體化在當前激烈的國際政治、軍事、經(jīng)濟競爭中起著重要的作用，受到了工業(yè)國家的極大重視。

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

　　西歐高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃尤里卡計劃，提出了五大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域、24個重點攻關(guān)項目作為歐洲高技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)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(shè)計、制造、生產(chǎn)、管理的柔性系統(tǒng)，實現(xiàn)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(shù)，具有視頻、觸覺和人機對話能力的人工智能工業(yè)機器人，柔性制造系統(tǒng)等，列為高技術(shù)領(lǐng)域的重大研究課題。

　　同時，各國政府對這些高新技術(shù)的發(fā)展給予必要的政策優(yōu)惠和資金支持。

　　我國是發(fā)展中國家，對機電一體化技術(shù)研發(fā)及應(yīng)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(fā)展途徑與對策》的軟科學研究，探討我國機電一體化發(fā)展戰(zhàn)略，提出了數(shù)控機床、工業(yè)自動化控制儀表等15個機電一體化優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和6項共性關(guān)鍵技術(shù)的研究方向和課題，提出了機電一體化產(chǎn)品的產(chǎn)值比率在2000年達到15%～20%的發(fā)展目標。

　　經(jīng)過近二十多年的發(fā)展，我國在數(shù)控技術(shù)、汽車電子化等機電一體化技術(shù)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(yè)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(shù)實驗室和8個CIMS培訓(xùn)中心，在國家立項實施CIMS的企業(yè)已達7O多家。

　　這些都將推動我國的機電一體化技術(shù)向更高層次縱深發(fā)展。

　　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、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。

　　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2l世紀機電一體化技術(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、計算機科學、模糊數(shù)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(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)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接VI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，可利用標準單元迅速開發(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(nèi)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。

　　顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準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。

　　3、網(wǎng)絡(luò)化

　　20世紀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)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。

　　現(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)(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8O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)(M甌 )，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。

　　5綠色化

　　工業(yè)的發(fā)達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)境受到嚴重污染。

　　于是，人們呼吁保護環(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。

　　設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(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。