信息快速發(fā)展背景下機電的發(fā)展方向

何 涌

（六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 六盤水 553001）

1 機電一體化的發(fā)展歷程

機電一體化是指通過機械工程和電氣控制工程的有機結(jié)合，來研究機械設(shè)備以及它的電力驅(qū)動和控制的方法，它不僅具有傳統(tǒng)機械系統(tǒng)處理物質(zhì)與能量的功能，還具備電子系統(tǒng)處理信息和知識的功能。早期的機械自動化是借助機械和凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)的，隨著電子科學(xué)技術(shù)飛速的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)機械工業(yè)中的機械和凸輪機構(gòu)便逐漸被電磁開關(guān)、繼電器和接觸器等機構(gòu)所取代，機械機構(gòu)被大大簡化，逐步實現(xiàn)了機械的電氣自動化。

機電一體化的核心技術(shù)包括機械本體技術(shù)、傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、接口技術(shù)及軟件技術(shù)。不難看出，機電一體化是以計算機和信息處理為主要特征的一種自動化技術(shù)，它的發(fā)展依賴于相關(guān)核心技術(shù)的發(fā)展。

機電一體化的主要發(fā)展歷程分為四個階段：①數(shù)控機床的出現(xiàn)意味著機電一體化開始發(fā)展；②微電子技術(shù)的發(fā)展為機電一體化帶來了源源不斷的發(fā)展動力；③可編程序控制器在工業(yè)中的應(yīng)用成為了機電一體化堅強的后盾；④信息技術(shù)、模糊技術(shù)和激光技術(shù)的發(fā)展使機電一體化的發(fā)展又躍上一個新的臺階。

2 機電一體化的發(fā)展方向

機械、電子、計算機、信息、光學(xué)和控制等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展支持著機電一體化的發(fā)展。通過對機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)高新技術(shù)發(fā)展動向進行分析，機電一體化將會朝著如下幾個方向發(fā)展：

（1）智能化。智能化以控制理論為基礎(chǔ)，吸收了人工智能、計算機科學(xué)、心理學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、運籌學(xué)和生理學(xué)等新思想和新方法，使機器的行為具有邏輯思維、判斷推理和自主決策等能力，以期達(dá)到更高的控制目標(biāo)。當(dāng)然，要想使機電一體化的產(chǎn)品具有與人持平的智能是不可能的，但是通過高速高性能的微處理器賦予機電一體化產(chǎn)品低級智能，可以使機電一體化產(chǎn)品具備更大的機動性、靈活性和更為廣泛的用途。得益于模糊技術(shù)及信息技術(shù)在軟件和芯片技術(shù)方面的發(fā)展，21世紀(jì)機電一體化產(chǎn)品的智能化水平也越來越高，例如2011年的展會就展出了大量的機器人與智能化的數(shù)控機床。

（2）模塊化。如果在機電一體化中使用標(biāo)準(zhǔn)單元來進行新產(chǎn)品的開發(fā)，就可大大節(jié)省開發(fā)時間并且能夠擴大生產(chǎn)的規(guī)模，例如生產(chǎn)具備識別、圖像處理及測距等功能的標(biāo)準(zhǔn)控制單元，集電機和智能調(diào)速于一體的標(biāo)準(zhǔn)動力單元，以及能夠完成典型操作的一些標(biāo)準(zhǔn)機械裝置等。要實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品的模塊化就需要相關(guān)部門來制定標(biāo)準(zhǔn)單元的各項標(biāo)準(zhǔn)，以保證各個部件和單元的匹配及接口。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。機電一體化產(chǎn)品一旦被研制出來，只要功能和質(zhì)量獨到可靠，不久就會暢銷全球。由于信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)得到了普及，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)也迅速被開發(fā)出來，而且遠(yuǎn)程監(jiān)控機電一體化產(chǎn)品的終端設(shè)備本身就是機電一體化的產(chǎn)品。隨著局域網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場總線的投入使用，人們以計算機為中心，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成計算機集成家電系統(tǒng)，便可以在家中享受高科技為生活帶來的便利。

（4）微型化。近十年來，微型機電一體化系統(tǒng)作為新興的機電一體化尖端技術(shù)研究方向而倍受業(yè)內(nèi)人士重視。微型機電一體化系統(tǒng)是將機械和電子技術(shù)在納米尺度上進行融合，將機體、傳感器、CPU和執(zhí)行機構(gòu)等進行集成，組合成一種體積極小的自律元件。這種系統(tǒng)具有體積小、運動靈活、能耗少等特點，能夠輕易地進入一般機械不能進入的空間并進行精細(xì)的操作，所以在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)及國防技術(shù)等領(lǐng)域都有十分廣闊的應(yīng)用前景。

（5）綠色化。經(jīng)濟的快速發(fā)展一方面為人們提供了十分優(yōu)越的物質(zhì)生活，一方面給環(huán)境帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，最終對人們的生活質(zhì)量造成了巨大的影響。人們逐漸開始意識到這一點，并呼吁大家保護環(huán)境，回歸自然。機電一體化產(chǎn)品的綠色化趨勢在這種呼聲中也應(yīng)運而生，它要求機電一體化產(chǎn)品具有極高的資源利用率，在設(shè)計、制造、使用及銷毀的過程中都要符合健康環(huán)保的要求，對生態(tài)環(huán)境無污染或者污染極少。

（6）系統(tǒng)化。機電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)化一方面表現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模式化和開放式的總線結(jié)構(gòu)，通過總線結(jié)構(gòu)的使用可以實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活組合，多個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和綜合管理；另一方面表現(xiàn)在通過增強通信功能來實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品的人格化，機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展將會越來越注重產(chǎn)品與人之間的關(guān)系。此產(chǎn)品的人格化有兩層含義，一是使產(chǎn)品具備人的情感、智能和人性，比如家電機器人的人機一體化，另一層含義是指通過模仿生物的機理來研發(fā)機電一體化產(chǎn)品，使機電一體化產(chǎn)品向生物系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

（7）柔性化。機電一體化產(chǎn)品未來的控制和執(zhí)行系統(tǒng)會被設(shè)計成具備較強柔性和足夠冗余度的自律分配系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)共同為總系統(tǒng)服務(wù)，但它們的工作又是相互獨立的，具備一定的自律性，可以根據(jù)所處環(huán)境及條件的變化作出相應(yīng)的反應(yīng)。在這種情況下，產(chǎn)品的子系統(tǒng)能夠自己產(chǎn)生信息，并將信息附加于總系統(tǒng)傳遞的信息上，根據(jù)具體情況做出行動上的調(diào)節(jié)。即系統(tǒng)的適應(yīng)性也顯著增強。

3 結(jié)語

機電一體化促使傳統(tǒng)的機械設(shè)計概念及方法發(fā)生了革命性的變化，極大地提高了機電產(chǎn)品的使用效率及核心競爭力，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定程度的必然要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機電一體化的核心技術(shù)也在飛快地更新。機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展也不應(yīng)滿足于傳統(tǒng)機械設(shè)備改造的要求，而要敢于推動機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，以使機械工業(yè)得到真正意義上的發(fā)展。

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