淺析機電一體化技術現狀及發展趨勢

摘要機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體，是現代科學技術發展的必然結果。是一門綜合計算機和信息技術、傳感檢測技術、自動控制技術、機械技術和伺服傳動技術等交叉的系統技術，隨著科學技術和計算機技術的快速發展，其應用范圍越來越廣，本文概述了機電一體化技術概況、發展現狀，并就其未來發展趨勢進行探討。

關鍵詞機電一體化 技術 現狀 發展趨勢

中圖分類號:TP27文獻標識碼:A

機電一體化是新興的邊緣學科，是在科學技術急速發展的推動下，不同學科交叉滲透的結果，是面向應用的跨學科技術。其正處于新興的發展階段。其目前發展迅速，代表著機械工業技術革命的發展方向，其對現代機械工業的發展起著巨大的推動作用，因此世界各國都在全力推廣機電一體化技術。

1 機電一體化概述

機電一體化并不是機械與電子的簡單疊加，而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，在信息論、控制論、以及系統論的基礎上建立起來的應用技術，是指機械裝置與電子化設計以及軟件結合起來構成的系統總稱。隨著科學技術的快速發展，機電一體化技術正朝著高精度、高性能、高速度、高柔性化和模塊化的方向發展。目前機電一體化已經發展成為一門有著自身完整體系的新型學科。機電一體化一般包括機電一體化產品和機電一體化技術兩個方面。機電一體化產品不僅是人手與肢體的延伸，還是人的感官和頭腦的延伸。機電一體化包括:數控機床、機器人、智能化儀器儀表、汽車電子化產品電子排版印刷系統、CAD/CAM系統等，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的根本區別。機電一體化技術是從系統的觀點出發、將機械技術、微電子技術、信息技術、控制技術等在系統工程基礎上有機的加以綜合，以實現整個系統最佳化的一門學科技術。

2 機電一體化發展概況

2.1 機電一體化發展歷程

基于機電一體化的發展歷程，大致可把機電一體化的發展大分為三個階段:萌芽階段(初級階段)、蓬勃發展階段、智能化階段。

(1)20世紀60年代前為初級階段，也就是第一階段或萌芽階段，在這一階段，人們自然的地利用了電子技術并在應用中使之得到較廣泛的認可，技術工程師們也自覺或不自覺的把機械產品與電子技術相結合，以此來促進和提高機械產品的性能。但由于該時期電子技術發展的相對落后原因，使機械和電子的結合并沒有得到廣泛的應用和深入的發展，已經開發了的產品也無法得到較廣泛的推廣。

(2)第二階段，也可稱之為蓬勃發展階段。發展于上世紀70年代到80年代。在這一時期，機電一體化技術和以及機電產品得到了極大發展。這要得力于控制技術、計算機技術和通信技術的進一步發展，這些都為機電一體化的發展給予了技術支持也奠定了基礎。這一階段大規模和超大規模集成電路和微型計算機的相繼出現和發展，對機電一體化的發展奠定了充分的物質上的基礎。大約到20世紀80年代末機電一體化技術以及機電產品得到了極大發展，機電一體化技術在世界范圍內得到了廣泛的承認。世界都把眼光放在了對機電一體化技術和產品的研究和進一步發展上。這為機電一體化的發展帶來了前所未有的廣泛空間和廣泛支持。

(3)第三階段為20世紀90年代的后期，可稱為智能化階段。這一時期機電一體化技術的發展邁入了智能化的新階段，由此進入深入發展時期。首先對機電一體化學科體系和發展趨勢，以及系統的建模設計、分析和集成方法，都進行了進一步的深入研究。其次是在機電領域采用了光學和通信技術以及微細加工技術，并出現了微機電一體化和光機電一體化的新的分支。與此同時激光技術、信息技術、模糊技術等新技術的發展使機電一體化躍上一個新的臺階，神經網絡技術、人工智能技術和光纖技術的應用也為機電一體化技術的發展開辟了新的的天地和廣闊的發展空間。

2.2 國內外機電一體化發展現狀

(1)國內發展現狀。我國機電一體化研究起步較晚，開始于20世紀的80年代初，為了專門進行這方面的研究與應用，國務院組織成立了機電一體化研究領導小組，并在“863計劃”中列入了該項技術研究。由于國際形勢的需要和機電一體化技術的深入影響，國家在制定 “九五”規劃和2010年發展綱要時對該項技術研究給于了特別的關注。各大專院校和研究機構以及一些企業也對這一技術的發展做了許多研究性的工作，推動了該項技術的進一步發展。但即使如此，在機電領域，我國與日本等先進國家相比，也還存在一定的差距。

(2)國外發展現狀。機電一體化得以深入發展的標志是1989年在日本東京召開的第一屆國際機電一體化學術會議，由此世界各國開始了加緊發展機電一體化及其產品的步伐，并有計劃地進行深入發展和研究。當前，在世界范圍內，在機電一體化研究和產品開發領域處于領先地位的是美國和日本。目前，這兩國都將智能傳感器、柔性制造系統、計算機芯片制造技術和具有人機對話功能和觸覺功能的人工智能機器人等列入高科技領域的重大研究項目和課題，并給予大量資金支持，以便進行相關技術和項目的研究工作。因此，在這種情況下機電一體化產品得到了前所未有的迅猛發展，在工業發達國家機電一體化產品幾乎遍及了所有制造業領域。工業機器人正向智能化方向邁進，智能機器人將逐步進入社會生活各個領域。微細加工技術和激光技術得以急速發展并進入到了機電一體化領域。機電一體化正由從單機向整個制造業的集成化方向過渡。

3 機電一體化的未來發展趨勢

(1)智能化。全息系統化也就是智能化，將是21世紀機電一體化技術發展的重要方向，未來機電一體化產品的“全息”特征將越來越明顯，我們所說的“智能化”是對機器本身行為的描述，未來機電一體化產品的智能化水平將越來越高。使它具有簡單邏輯思維、判斷推理和自主決策的能力。智能化是在控制理論的研究基礎上，吸收計算機科學、人工智能、模糊數學、心理學、生理學以及混沌動力學等先進技術和新思想方法，這也主要得力于軟件和芯片技術以及模糊技術的快速發展。高速度和高性能的微處理器使機電一體化產品具有人的部分智能或較低級智能，此外，機電一體化產品系統的層次結構，也由“從上到下”的簡單形勢變為較復雜的以及有多冗余度的雙向聯系。

(2)網絡化。在機電一體化發展的第三階段，也就是20世紀90年代，網絡技術的發展是這一時期計算機技術發展的突出成就。網絡技術的興起和快速發展給社會生活各個領域都帶來了巨大的變革。網絡將全世界更加緊密的聯系到了一起。基于網絡的各種遠程監控技術方蓬勃發展，遠程控制終端設備本身就是機電一體化產品。在這一階段，質量安全和功能獨特的機電一體化新產品一經問世，就會快速發展于全世界并快速暢銷。因此，網絡化無疑是機電一體化產品的未來發展方向。

(3)柔性化。即自律分配系統化。未來的機電一體化產品， 將被設計成“自律分配系統”。控制和執行系統有較強的“柔性”，將有足夠的“冗余度”，因此，能較好地應付突發事件的發生。同時其本身具有 “自律性”，可根據自身所處的環境條件的變化作出不同反應。在機電一體化產品自律分配系統中，子系統為總系統服務，并相互獨立工作的。因此，在這個基礎上就明顯地增加了系統的適應能力，也就是柔性，又不會因為某一子系統的自身故障而影響整個系統的運行。

(4)綠色化。綠色化是指使用不污染自然生態環境，報廢后也能回收利用的機電一體化產品。工業的不斷發展和發達給社會生活帶來了前所未有的巨大變化。人們在享受物質生活越來越豐富舒適的同時，資源也在不斷減少，生態環境受到重大破壞和嚴重污染。所以生產綠色產品是時代發展的必然要求，其符合環境保護和人類健康的特定需要。因此，設計生產對生態環境無害、資源利用率高或對環境危害少的綠色機電一體化產品，將是機電一體化產品的未來發展方向。

總之，機電一體化技術是社會生產力發展到一定階段的必然產物和必然要求，也是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力。未來，隨著科學技術的不斷發展，各種先進技術越來越緊密的融合，機電一體化技術的未來發展和應用也將更加廣闊。