論機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

摘 要:機(jī)電一體化技術(shù)是一種技術(shù)群，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化是在以機(jī)械、電子技術(shù)為主的多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科。目前，機(jī)電一體化技術(shù)正日益得到普遍重視和廣泛應(yīng)用，已成為現(xiàn)代技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的一部分。本文主要介紹機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀以及該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào):TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)08(b)-0100-01

1 機(jī)電一體化技術(shù)概念

機(jī)電一體化英文名稱是Mechatronics，是由日本人通過截取英文機(jī)械學(xué)(Mechanics)的詞頭和電子學(xué)(Electronics)的詞尾組合在一起而創(chuàng)造出來的一個(gè)新的英文單詞。機(jī)電一體化是一種嶄新的學(xué)術(shù)思想，它除了強(qiáng)調(diào)機(jī)與電的有機(jī)結(jié)合，還具有更深刻、更廣泛的涵義。機(jī)電一體化是一個(gè)綜合的概念，是指在結(jié)構(gòu)的主功能、動(dòng)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)及軟件融合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化涵蓋技術(shù)和產(chǎn)品兩個(gè)方面，是一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其他新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合與拼湊。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀

“機(jī)電一體化”的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的機(jī)械工程、電子工程、信息工程、控制工程等舊學(xué)科的分類，形成了融機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體，從系統(tǒng)的角度分析與解決問題的一門新興的交叉學(xué)科。機(jī)電一體化的發(fā)展有一個(gè)從自發(fā)狀態(tài)向自主方向發(fā)展的過程。

機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展至今已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(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)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(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，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(gè)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)，則稱為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。

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)開辟了廣闊的發(fā)展天地。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)和逐漸形成完整個(gè)學(xué)科體系的形成與完善。

3 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化發(fā)展

人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者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。所謂“智能化”是對(duì)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(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類的智能。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(chǎng)總線技術(shù)為代表的現(xiàn)場(chǎng)控制儀表、設(shè)備大量應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)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。

3.2 模塊化發(fā)展

目前，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(dòng)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(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)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(shí)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。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(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

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、教育以及人們的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(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)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(huì)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。亦使機(jī)電一體化技術(shù)必然走向網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。

3.4 微型化發(fā)展

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)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(shì)。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。機(jī)械和電子完全可以“融合”，機(jī)體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。

3.5 綠色化發(fā)展

綠色沒計(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)。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。機(jī)械工業(yè)在飛速發(fā)展的同時(shí)，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。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。

4 結(jié)語(yǔ)

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(huì)需求則為之提供了動(dòng)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(huì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都將因此而發(fā)生深刻變革。

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