淺議計(jì)算機(jī)以及機(jī)電一體化技術(shù)的整合

機(jī)電一體化與計(jì)算機(jī)整合的必然性

20世紀(jì)60年代，以微電子技術(shù)為主導(dǎo)，自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、激光與紅外技術(shù)等高新技術(shù)逐步形成，引發(fā)了第四次技術(shù)革命。在這場(chǎng)新技術(shù)革命的沖擊下，作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。通過(guò)微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等信息技術(shù)與機(jī)械裝置和動(dòng)力設(shè)備有機(jī)結(jié)合，一方面極大的提高了機(jī)電產(chǎn)品性能和競(jìng)爭(zhēng)性；另一方面又極大的提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，促使機(jī)械工業(yè)開(kāi)始了一場(chǎng)大規(guī)模的技術(shù)革命，產(chǎn)生了機(jī)電一體化技術(shù)。

我們從中可以看到機(jī)電一體化技術(shù)是多種技術(shù)融合的產(chǎn)物。它是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上，在計(jì)算機(jī)、傳感器和軟件技術(shù)三者的支撐下發(fā)展起來(lái)的。實(shí)際上，機(jī)電一體化技術(shù)己經(jīng)不僅僅局限于機(jī)械與電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，而是融合檢測(cè)傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等多種技術(shù)于一體的交叉學(xué)科與綜合技術(shù)。其中，信息處理技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中必不可少的部分，以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為龍頭的信息處理技術(shù)是使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化的關(guān)鍵所在。

計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)電一體化發(fā)展的推動(dòng)過(guò)程

縱觀機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，它是一個(gè)以機(jī)電整合為主，同時(shí)綜合整合其他各類學(xué)科技術(shù)的過(guò)程，尤其是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)極大的促進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展?？梢哉f(shuō)，機(jī)電一體化的發(fā)展過(guò)程正是與計(jì)算機(jī)技術(shù)整合的過(guò)程。

機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程，大體上可以分為三個(gè)階段：

20世紀(jì)60年代以前為第一階段，稱其為萌芽階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)或不自覺(jué)的利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)代替機(jī)械產(chǎn)品的性能。

20世紀(jì)70年代到80年代為第二階段。稱其為蓬勃發(fā)展階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)地、主動(dòng)地利用3C技術(shù)的巨大成果創(chuàng)造新的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

從20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始為第三階段，稱其為智能化階段，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化新階段邁進(jìn)。

計(jì)算機(jī)與機(jī)電一體化技術(shù)整合的表現(xiàn)

縱觀機(jī)電一體化的發(fā)展過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，它是同時(shí)綜合整合其他各類學(xué)科技術(shù)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)極大地促進(jìn)了機(jī)電體化。

早期的機(jī)電一體化是在機(jī)械電子基礎(chǔ)上整合進(jìn)微電子技術(shù)，1981年日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所在《日本機(jī)械工業(yè)的存在條件機(jī)械工業(yè)和電子化》的報(bào)告書(shū)中所說(shuō)的機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，它是將機(jī)械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主的信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化也在不斷地發(fā)展?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)就是在早期機(jī)電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、管理技術(shù)等高新技術(shù)的整合。諸如先進(jìn)制造技術(shù)、智能結(jié)構(gòu)、智能機(jī)器人等無(wú)一不是在早期機(jī)電一體化系統(tǒng)基礎(chǔ)上憑借著高性能計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，創(chuàng)造性整合的新領(lǐng)域。

綜上所述，機(jī)電一體化是一門(mén)以機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)為主的多學(xué)科交叉、滲透的邊緣學(xué)科；其發(fā)展過(guò)程是整合的過(guò)程；整合作為發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力，是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程；正是由于它的創(chuàng)造性，將機(jī)、電、信息、控制等各種相關(guān)技術(shù)融會(huì)貫通，揚(yáng)長(zhǎng)避短，才實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體優(yōu)化的效果，產(chǎn)生了多姿多彩的機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)，促使了該領(lǐng)域的不斷拓展。因此，整合理論應(yīng)該是機(jī)電一體化學(xué)科研究的重點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)與機(jī)電一體化技術(shù)整合的特點(diǎn)

機(jī)電一體化的整合過(guò)程是一種有機(jī)的，實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、微電子及其他技術(shù)綜合的過(guò)程，是一種創(chuàng)新過(guò)程而不是簡(jiǎn)單的組合，必須充分發(fā)揮機(jī)，光、電、微電于等技術(shù)的各自優(yōu)點(diǎn)，互相補(bǔ)償，互相滲透，因此它應(yīng)該是有規(guī)可循的。研究機(jī)電一體化的整合過(guò)程，可以總結(jié)出以下四個(gè)基本特點(diǎn)。

(1)以功能為線索通俗地講，機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化機(jī)械。個(gè)完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)由五個(gè)本質(zhì)上不同的基本功能要素組成，即動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、計(jì)算機(jī)和傳感器。

(2)以機(jī)電為基礎(chǔ)從機(jī)電一體化的五個(gè)功能要素的物理載體，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，除計(jì)算機(jī)功能要素外，其他要素都是以機(jī)電為基礎(chǔ)的，這也符合機(jī)電一體化產(chǎn)生和發(fā)展的背景。

動(dòng)力模塊通過(guò)機(jī)電結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能：執(zhí)行器模塊通過(guò)機(jī)電結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)到機(jī)械信號(hào)的轉(zhuǎn)變；傳感器模塊通過(guò)機(jī)電結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的途徑：計(jì)算機(jī)模塊在輸入的電信號(hào)中加入了新的信息，從而實(shí)現(xiàn)了信息的增值，并輸出新的電信號(hào)。因此，整合的功能要素是以機(jī)電為基礎(chǔ)的，以電介質(zhì)為整合過(guò)程的公共界面。

(3)以信息為核心機(jī)電一體化整合采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)與控制，它與傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別就是以信息處理為核心。信息處理環(huán)節(jié)可以通過(guò)硬件、軟件或它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般主要通過(guò)軟件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著控制系統(tǒng)中信息處理壞節(jié)的地位越來(lái)越重要，軟件在開(kāi)發(fā)工作中所占的比重也越來(lái)越高。

(4)機(jī)電一體化的整合是一個(gè)創(chuàng)新過(guò)程通過(guò)機(jī)電一體化的巧妙整合，可以達(dá)到用其他設(shè)計(jì)方法不能取得或者相對(duì)來(lái)講更容易獲得的結(jié)果。從某種意義上講，機(jī)電一體化的整合過(guò)程是一種系統(tǒng)整體優(yōu)化的過(guò)程，即在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能目標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)整體最佳化。

（作者單位：長(zhǎng)春房地（集團(tuán)）有限責(zé)任公司地產(chǎn)分公司）