機電一體化發展現狀的分析研究

摘 要：機電一體化是指在機構的主功能、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。本文在對機電一體化技術進行分析展望的基礎上，結合我國機電一體化發展的現狀，提出了發展我國機電一體化技術的構想。

關鍵詞：機電一體化；發展

中圖分類號：TH-39 文獻標志碼：A文章編號：1671-7953(2009)01-0034-03

Analysis and Research on Development Status of Integration of

Mechanics and Electrics

MENG Bao-jin

（Qinhuangdao Institute of TechnologyQin Huangdao 066100， China）

Abstract: The electromechanical integration refers to the main body function，power function，information processing functions and control functions on the introduction of electronic technology，mechanical devices and electronic design and software combined with the system posed by a general term. In this paper，electromechanical integration of technology to analyze prospects，based on the combination of mechanical and electrical integration of the development of China’s status quo，put forward the development of the concept of integration of mechanics and electrics.

Key words: Integration of mechanics and electrics；Development

1 機電一體化技術概述

機電一體化技術是當代科學技術發展最為活躍的領域之一。隨著計算數學、工程力學、機械動力學、電子信息技術及計算機技術的飛速發展，極大地豐富和發展了傳統設計技術的內容，改變了其固有的模式和方法，特別是設計觀念的更新，從面向制造的設計轉變為面向用戶的設計，大大拓寬了設計師的思維空間，使產品更具有創新性和適用性。

目前世界上普遍認為機電一體化技術可以分成兩大類，即生產過程的機電一體化和機電產品的機電一體化。機電產品的機電一體化是機電一體化的核心，是生產過程機電一體化的物質基礎。傳統的機電產品加上微機控制即可轉變為新一代的產品，而新產品較舊產品具有功能強、性能好、精度高、體積小、重量輕、更可靠、更方便、經濟效益顯著等優點。機電一體化產品小到兒童玩具、家用電器、辦公設備，大到數控機床、機器人、自動化生產線、航空航天器，因此，可以說機電一體化技術幾乎涉及到社會的各個方面。其中，生產過程的機電一體化包括產品設計、加工、裝配、檢驗的自動化，生產過程自動化，經營管理自動化等。其高級形式是計算機集成制造系統(CIMS)，主要涉及計算機輔助設計（CAD)、計算機輔助工藝設計(CAPP)、計算機輔助制造(CAM)、CAD/CAPP/CAM集成系統、柔性制造系統（FMS)等方面。

2 我國機電一體化技術的發展現狀

目前，在機電一體化技術方面我國已經取得了一定的成就，特別是在數控技術方面、機器人方面和計算機集成制造系統方面尤為顯著。

在數控技術方面。從1985年我國開始研究數控技術。在堅持自我開發與借鑒國外先進技術和經驗的基礎上，目前我國已經基本具備了自我研發能力，并在國內建立了多處數控研發和生產基地。可以說，我國的數控產業已經基本成形。到目前，我國數控技術行業已經具有年生產數控系統3000多套、主軸與進給裝置5000多套的能力，成為促進國民經濟發展的重要產品。掌握關鍵數控技術并形成自我研發和生產能力，對于發展民用工業和國防工業都有著不可替代的作用，同時也增強了我國的綜合國力。

在機器人方面。1986年，我國將機器人的研發列入了國家科技計劃。經過20多年的發展，我國已經掌握了機器人操作的設計制造技術、控制技術和軟件編程等關鍵技術。目前，機器人已經被廣泛應用于工業上，并逐步涉及到醫療和水下探測等方面，在國防上也占有一席之地。特別值得一提的是，目前我國很多高校的自動化專業都在研究各種各樣的機器人。比如說，國防科技大學研發出了類人機器人，北京航空航天大學與海軍總醫院聯合研發了醫用機器人，哈爾濱工業大學研發出了足球機器人等等。

在計算機集成制造系統方面。目前，我國已經在清華大學建成了國家CIMS工程研究中心，在國內其他高校和科研單位建立了7個CIMS單元技術實驗室和8個CIMS培訓中心。特別是近年來，我國在計算機集成制造系統方面取得了巨大的進步，已經掌握了一些關鍵技術。同時，計算機集成制造系統在國內多家企業中得到了廣泛應用，取得了良好的經濟效益。但是，我們看到上述成就的同時還應該看到關于計算機集成制造系統的核心技術我們還沒有取得突破，部分產品還主要依靠國外技術的支持才能得以研發和生產。

3 機電一體化的發展趨勢

1）模塊化

隨著人類對標準化生產認可程度的提高，我們已經認識到標準化生產對于提高生產率和提高銜接便利性的重大意義。在機電一體化技術發展進程中，實現模塊生產已經成為一種必然的發展趨勢。我們知道，由于機電一體化產品種類繁多，生產廠家又很龐雜，因此在實現模塊化生產之前所生產出來的很多機電產品相互銜接性能較差，性能也不穩定。但是，模塊化的機電一體化產品的研發能夠提供標準機械接口、電器接口、動力接口和環境接口等，產品之間能夠實現很好的結合與兼容。由于相互利益之間的矛盾沖突，在近期很難在國內和國際制定出統一的模塊化標準。但是我們相信，隨著世界經濟一體化的逐步發展，企業之間的交流與合作會越來越多，制定統一的模塊化標準的時間不會太長，機電一體化產品企業的必將會迎來“共贏”的春天。

2）微型化

微型機電一體化產品是機械技術與電子技術在納米尺度上相融合的產物，是將傳統尺度的機電一體化產品進行縮小的結果，通常指體積不超過1 立方厘米的機電一體化產品，但決不是將尺寸按比例縮小制造，微型化產品制造與傳統機械制造有區別，已經成為一種新的學科。微型化機電一體產品具有體積小、能耗低、運動靈活等特點，已經被廣泛應用在醫學、軍事、航空等領域。例如，在醫療過程中所使用的微創技術，就是運用微型機電一體化技術的結果；在軍事上，\"蒼蠅\"大小的能夠自主飛行的間諜竊聽器也同樣是微型機電一體化產品；在航天事業上，由于太空艙體積較小，而又需要容納多種試驗設備和探測設備，因此也都不同程度地使用了微型化機電一體化產品。

3）系統化

開放的、多樣化的機電一體化產品的系統運用，不但能夠提高生產效率，還能更加便利人們的生活。單一的機電一體化產品能夠在某個方面滿足現實的需要， 而多種機電一體化產品的系統運用，則能夠滿足更多方面的需求。針對市場逐步出現的多樣化需求，機電一體化產品的設計和生產也在逐漸向系統化方向發展，注重對于一系列機電一體化產品的研發，并努力實現不同系列機電一體化產品之間的兼容與并用。因此說，機電一體化技術向系統化方向發展是大勢所趨。

4）環保化

近一百年來，工業的迅猛發展使得人類社會步入了前所未有的快速發展時期。人們已經逐漸開始享受物質豐富、生活安逸的巨大樂趣，但是，我們還應該看到人類社會的快速進步是以犧牲環境為代價的。目前，工業所產生的各種廢氣已經造成了大氣污染，排放的各種廢水已經污染了江河湖海，排出的各種廢渣已經堆積如山，嚴重地威脅了我們賴以生存的地球家園。考慮到對于環境的保護，機電一體化產品也逐步在向清潔型、環保型、節能型等方向發展。越來越多的人士也開始青睞綠色環保型的機電一體化產品。因此說，能最有效地利用資源、最高限度地利用廢棄物來設計環保化的機電一體化產品不僅是適應未來發展的一大特色，而且具有廣大的市場前景。

4 發展我國機電一體化的幾點建議

早在1985年12月，國家科委就組織完成了《我國機電一體化的發展途徑與對策》的課題研究。提出數控機床、工業自動化控制儀表等15個機電一體化發展領域和6項共性關鍵技術的研究方向和課題，提出機電一體化產值比率在2000年達到15%-20%的發展目標。而在21世紀，機電一體化的發展更離不開以下幾個方面：

4.1 用高新技術改造與提升機電一體化

我國的機電一體化雖已取得了許多成果，但隨著科技的發展和社會經濟的進步，對機電一體化技術提出了許多新的和更高的要求，所以機電一體化也必須要用高新技術改造自身、提升自己，提高產品的市場競爭能力。

4.2 自主開發與技術創新

在21世紀創新是企業競爭的焦點，市場是用戶的市場，只有不斷滿足用戶日益增長的要求，開發出新產品，才能使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。而我國長期以來習慣對引進技術消化、吸收，而創新則重視不夠，更不易形成自主開發能力。所以，加大技術引進中的消化吸收，以市場需求為導向進行創新性的研究，以形成自主開發和技術創新能力為根本目的，才是提高產品技術含量和增強市場競爭能力的根本途徑。

4.3 走依靠科學技術之路

一是以重點項目為突破口，將國家科技計劃中有關機電一體化的項目集成，資金集中使用，支持一批重點技術、重點產品、重點工程的創新活動，實施重點跨越式的發展戰略，集中解決一些重大問題。二是抓好機電一體化中共性技術和基礎技術、基礎理論的研究。利用新原理、新理論帶動機電一體化的突破。

4.4 提高人員素質

當代國際經濟競爭，實質上是人才的競爭，我國機電一體化技術與國外發達國家存在差距，關鍵是教育和人才的落后。培養機電一體化人才的高校尤其應當加以足夠的重視。一是合理設置課程體系；二是選擇好的教材；三是加強實驗教學。

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，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

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