國內(nèi)企業(yè)機(jī)電一體化現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

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。也是現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展的基本前提和必然趨勢，企業(yè)機(jī)電一體化新技術(shù)的使用程度決定了了企業(yè)在競爭中的地們與發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化 發(fā)展過程 前景

中圖分類號:TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0048-02

機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化是一個(gè)綜合的概念，包含了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面內(nèi)容，它首先是指機(jī)電一體化技術(shù)，其次是指機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)是指包含技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的，使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。

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，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。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)品機(jī)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”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

1 機(jī)電一體化的發(fā)展

與其他學(xué)科技術(shù)一樣，機(jī)電一體化也經(jīng)歷了較長期的自然產(chǎn)生和發(fā)展過程。早在機(jī)電一體化概念出現(xiàn)之前，世界各國從事機(jī)械總體設(shè)計(jì)、控制功能設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工的科技工作者已不自覺地研究和開發(fā)了不少機(jī)電一體化產(chǎn)品，如電子工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)通信電臺的自動調(diào)諧系統(tǒng)，雷達(dá)伺服系統(tǒng)等，在戰(zhàn)爭時(shí)期起了重大作用。直到20世紀(jì)70年代初，日本人才在長期實(shí)踐中系統(tǒng)地總結(jié)出了機(jī)電一體化的概念，并不斷完善。到了80、90年代，大規(guī)模集成電路和微型電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使機(jī)電結(jié)合形式更加靈活、內(nèi)容更加豐富、應(yīng)用更加廣泛，因而在以機(jī)械工業(yè)為主的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中引發(fā)了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。目前，機(jī)電一體化產(chǎn)品已經(jīng)滲透到了國民經(jīng)濟(jì)和日常工作、生活的各個(gè)領(lǐng)域。如電冰箱、全自動洗衣機(jī)、電子打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等都屬于典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

當(dāng)前，機(jī)電一體化的應(yīng)用方向可以概括為以下三個(gè)方面。

(1)高精度、高效率、高性能、智能化是機(jī)電一體化產(chǎn)品性能發(fā)展的主要特點(diǎn)。例如CNC數(shù)控機(jī)床，其控制精度能實(shí)現(xiàn)0.1的高精度，其進(jìn)給速度可達(dá)24～100m/min，甚至更高，其聯(lián)動和控制的軸數(shù)能實(shí)現(xiàn)9～15軸，同時(shí)增加了人機(jī)對話功能，設(shè)置了智能I／O通道和智能工藝數(shù)據(jù)庫，給使用、操作和維護(hù)帶來了極大的方便。

(2)小型化、輕型化、多功能是功能發(fā)展的特點(diǎn)。所謂小型化、輕型化，乃是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和精細(xì)加工，可使機(jī)械設(shè)備的重量大大減輕。所謂多功能，也是自動化發(fā)展的要求和必然結(jié)果。對于一般的機(jī)電一體化產(chǎn)品，為了適應(yīng)自動化控制規(guī)模的不斷擴(kuò)大和高技術(shù)的發(fā)展，不僅要求它們具有數(shù)據(jù)采集、檢測、記億、監(jiān)控、執(zhí)行、反饋、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等多種功能，甚至還要求其具有神經(jīng)系統(tǒng)的功能，以便能實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的最佳化和智能化。

(3)系統(tǒng)化、復(fù)合集成化是層次發(fā)展的特點(diǎn)。復(fù)合集成化，既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過硬、軟件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。柔性制造系統(tǒng)(FMS)就是這種層次結(jié)構(gòu)的典型。

2 機(jī)電一體化應(yīng)用對社會發(fā)展的影響

(1)機(jī)電一體化技術(shù)可為改造傳統(tǒng)設(shè)備開辟新的發(fā)展途徑運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)電工業(yè)，成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)跨越式發(fā)展的重要途徑。利用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品，提高其質(zhì)量和性能、降低材料和能源消耗、降低成本、提高性能價(jià)格比，可以使傳統(tǒng)設(shè)備發(fā)生質(zhì)的變化，擴(kuò)大其使用價(jià)值。機(jī)電一體化使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)更新的升級換代，技術(shù)性能指標(biāo)大幅度提高，使原來的低、中檔產(chǎn)品上升為高檔產(chǎn)品，在功能、水平、質(zhì)量、品種、使用效果和價(jià)格等方面能更好地滿足國內(nèi)外市場需求，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭性。采用微機(jī)數(shù)控技術(shù)和數(shù)字顯示技術(shù)進(jìn)行舊機(jī)床的改造，可以獲得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。其他一些能耗高的工業(yè)設(shè)備，如工業(yè)鍋爐、電動機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類等，采用微電子控制裝置，則可節(jié)約大量能源，同時(shí)降低污物排放量、減少環(huán)境污染。用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的范圍廣、潛力大、投資少、見效快，是一條符合我國國情的道路，也是振興和發(fā)展機(jī)電工業(yè)必不可少的條件。

(2)機(jī)電—體化技術(shù)將加快機(jī)電工業(yè)趕超國際水平的步伐

我國機(jī)械制造工此和裝備工業(yè)的總體水平與國外相比差距明顯，主要機(jī)械產(chǎn)品中達(dá)到當(dāng)代世界先進(jìn)水平的所占比例很小，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不能滿足市場需求變化。一些低檔次普通機(jī)電產(chǎn)品嚴(yán)重積壓，生產(chǎn)能力過剩，而市場急需的機(jī)電一體化技術(shù)裝備和產(chǎn)品嚴(yán)重短缺，不得不長期依賴進(jìn)口。機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)業(yè)以其特有的技術(shù)帶動性、融合性和廣泛適用性成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，將成為新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。面臨發(fā)達(dá)國家新技術(shù)產(chǎn)品的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，機(jī)電工業(yè)應(yīng)當(dāng)在重大技術(shù)裝備、數(shù)控機(jī)床、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、大型電子精密測量儀器等重點(diǎn)行業(yè)，盡快提高生產(chǎn)集中度和技術(shù)水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，努力擴(kuò)大市場份額，增強(qiáng)替代進(jìn)口和工程成套的能力，提高與國外同類先進(jìn)產(chǎn)品抗衡的能力。

(3)機(jī)電一體化技術(shù)將加速改善我國的出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

我國出口產(chǎn)品中許多與高科技相關(guān)的技術(shù)、設(shè)備、配件等，仍需要進(jìn)口才能解決!中國出口產(chǎn)品中屬高技術(shù)產(chǎn)品的比例較低，知識化水平不高。據(jù)2007年統(tǒng)計(jì)，我國高技術(shù)和中高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的知識型制造業(yè)產(chǎn)品占所有出口產(chǎn)品的46%，而同期美國是75%，日本是83%，韓國是62%，臺灣是68.4%。加入世貿(mào)組織以后，國內(nèi)市場的“保護(hù)圍墻”被拆掉，發(fā)達(dá)國家首先輸人的就是這些深加工、精加工、高附加值的高新技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、錄像機(jī)、復(fù)印機(jī)、汽車、摩托車、數(shù)控機(jī)床、廣播電視設(shè)備、通信設(shè)備、自動化精密印刷機(jī)械、精密加工機(jī)械、工業(yè)用各種控制儀表、自動化儀表、照相機(jī)等。從我國機(jī)電行業(yè)的現(xiàn)狀看，正在興起的高新技術(shù)產(chǎn)品具備與國外同類先進(jìn)產(chǎn)品抗衡的能力。用機(jī)電一體化技術(shù)提高機(jī)械制造、電器設(shè)備、輕工、紡織等行業(yè)的素質(zhì)，可以生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)良、品種多樣的產(chǎn)品投放國際市場;機(jī)電一體化產(chǎn)品知識密集、技術(shù)密集，在國際市場上具有較強(qiáng)的競爭力，創(chuàng)匯效益高。

(4)機(jī)電一體化可增強(qiáng)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營能力機(jī)電一體化以其本身特有的技術(shù)優(yōu)勢迅速改變現(xiàn)代制造生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)裝備結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)營管理體制發(fā)生根本性的變化，使生產(chǎn)方式具有柔性。機(jī)電一體化產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。機(jī)電一體化的生產(chǎn)裝備易于根據(jù)市場需求組織和改變產(chǎn)品生產(chǎn)，縮短新產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)周期，降低能耗和生產(chǎn)成本，使企業(yè)增強(qiáng)生產(chǎn)經(jīng)營的競爭能力。

3 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化的目的是使產(chǎn)品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同時(shí)又能省材料、省能源，并使產(chǎn)品向輕、薄、細(xì)、小、巧的方向發(fā)展，以不斷滿足人們生活的多樣化要求和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。人體就是機(jī)電一體化產(chǎn)品發(fā)展的最好藍(lán)本。機(jī)電一體化技術(shù)的主要發(fā)展有以下幾個(gè)方向:

(1)智能化

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)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以全數(shù)字式現(xiàn)場總線技術(shù)為代表現(xiàn)場控制儀表、設(shè)備大量應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制技術(shù)及現(xiàn)場控制設(shè)備發(fā)生了巨大的變化。電子技術(shù)的飛速發(fā)展及在機(jī)械上的廣泛應(yīng)用，使得機(jī)械設(shè)備的智能化程度越來越高，特別是在控制器技術(shù)被引入機(jī)械控制領(lǐng)域后，機(jī)械設(shè)備的操作便利性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性都得到了大幅提高。智能化使產(chǎn)品被賦予類似于人的行為，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)。智能化是21 世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

(2)光機(jī)電一體化

光機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面:光機(jī)電一體化產(chǎn)品是集光學(xué)、機(jī)械、微電子、自動控制和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有很高功能和附加值;產(chǎn)品具有體積小、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長、操作更方便的特點(diǎn)。光機(jī)電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使光機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)，使用和發(fā)展的技術(shù)。只要合理采用這種技術(shù)，便能夠產(chǎn)生很高的功能水平和附加價(jià)值，給生產(chǎn)商和用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。光機(jī)電一體化的未來技術(shù)熱點(diǎn)主要包括:激光技術(shù)、激光快速成型技術(shù)、傳感檢測技術(shù)以及光能驅(qū)動技術(shù)。比如說激光打孔、刻槽、標(biāo)記、光化學(xué)沉積，還可以制造光制動器和光機(jī)器人等。

(3)微型化

微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是指那些外形輪廓尺寸在毫米量級以下，構(gòu)成元件是微米量級的可控制、可運(yùn)動的微型機(jī)電裝置。它是自微電子技術(shù)問世以來，人們不斷追求高新技術(shù)微型化的必然結(jié)果。微型機(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，能夠完成常人無法想象的任務(wù)。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級的機(jī)械元件。

(4)網(wǎng)絡(luò)化

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是Internet 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，市場競爭環(huán)境正發(fā)生著重大變革。不僅企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制，同時(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)虛擬化、產(chǎn)品銷售網(wǎng)絡(luò)化、消費(fèi)行為網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)服務(wù)在線化等都會成為市場競爭的必然趨勢。屆時(shí)，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)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)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)，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。

(5)仿生物系統(tǒng)化

從本質(zhì)上來講，慎思式智能、反應(yīng)式智能以及分布式智能，都是對生物控制邏輯和推理方式的一種借鑒和仿生，但由于客觀條件的限制和需求目的的局限，它們都只是從某一個(gè)角度和方向?qū)ι镏悄艿囊环N片面的、局部的模仿。要使今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品要像生物一樣按照“感知—規(guī)劃—行動”的模式進(jìn)行信息處理和控制實(shí)現(xiàn)，就必然對控制系統(tǒng)提出更高的要求。機(jī)電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨勢，但有一段漫長的道路要走。

(6)綠色化

綠色設(shè)計(jì)，是指以高效利用資源和能源獲得綠色產(chǎn)品為目的的設(shè)計(jì)。在20 世紀(jì)，機(jī)械工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，其發(fā)展模式基本是以大量消耗資源、能源為代價(jià)來取得的。但地球上的一次性資源、能源畢竟有限，隨著世界人口的日益增多和人們對物質(zhì)生活越來越高的要求，這種高投入高輸出發(fā)展模式能否持續(xù)下去、還能持續(xù)多久，已成為國際社會的重點(diǎn)研究課題，分析論證表明:改變高投入高輸出的傳統(tǒng)粗放型發(fā)展模式，采用以資源、能源的高效利用為特色的集約型發(fā)展模式，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本出路。綠色產(chǎn)品是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、擁有高質(zhì)量生存環(huán)境、享受健康生活的必然要求，也是未來技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大勢所趨

4 結(jié)語

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)的出現(xiàn)，從萌芽到成熟經(jīng)歷了很長的發(fā)展過程，隨著科技的發(fā)展、社會的進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用將會更加廣泛;科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展創(chuàng)造了條件，社會需求則為之提供了動力。反過來，機(jī)電一體化的發(fā)展又不斷促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會需求。機(jī)電一體化已經(jīng)顯示出了強(qiáng)大的生命力，并正以空前的速度和力度沖擊著傳統(tǒng)的技術(shù)思想、生產(chǎn)方式和方法以及傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都將因此而發(fā)生深刻變革

參考文獻(xiàn)

[1]芮延年.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]王中杰，余章雄，柴天佑.智能控制綜述[J].基礎(chǔ)自動化，2006(6).

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

[4]曹新生.析機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].職大學(xué)報(bào)，2009(4).

[5]孫鐸.淺析機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008(30).

[6]郭希義，臧海峰.機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008(17).