機電一體化技術的應用領域與發展趨勢

摘要：機電一體化技術是多學科多領域技術的融合，是工業現代化進程中的關鍵技術，其發展水平的高低標志著一個國家的綜合實力強弱。本文重點介紹了機電一體化技術的發展現狀與主要應用領域，并對機電一體化技術的未來發展趨勢做出了預測。

關鍵詞：機電一體化； 應用； 發展趨勢

序言

機電一體化又稱為機械電子學，是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術等多種技術進行有機結合并應用到實際中的綜合技術。隨著我國工業現代化進程的不斷推進與計算機技術的快速發展，機電一體化技術獲得了前所未有的發展，時至今日，機電一體化的概念早已被廣泛接受并獲得了普遍的應用。現代機電一體化技術的發展趨勢已經從簡單的將機械與電子進行融合轉向微型化、智能化以及人性化的設計。

1 機電一體化技術發展現狀與應用

機電一體化技術在20世紀60年代之后得到快速的發展，其中美國和日本在機電一體化產品的開發和應用方面一直處于世界領先的地位，這得益于兩國扎實的工業基礎及其快速發展的微電子工業。在20世紀90年代之后，隨著機電一體化改造的不斷深入，機電一體化技術進入了光學、微細加工、通訊技術等多個領域之中，并出現了光機電一體化和微機電一體化等新的分支學科。同時，機電一體化技術的發展也推進了控制技術、機器視覺技術、光纖制造技術等多學科的快速發展。

機電一體化產品質量和技術水平的高低，已是衡量一個國家實力和國際地位的重要標志。我國機電一體化技術主要應用于以下領域之中。

2 工業機器人領域

機器人技術是典型的機電一體化技術，而隨著工業現代化進程的不斷推進，工業機器人已經廣泛應用于汽車裝配、食品加工、計算機設備制造等各個工業領域之中。工業機器人的大量應用，一方面提升了產品質量，另一方面使得工業品成本大幅度降低、產量快速升高，企業的利潤得以大幅度提升。

最早的工業機器人為示教再現式機器人，這種機器人只能重復示教動作，不能實施規劃運動路線，適應性和靈活性都較差。隨著傳感器技術的發展，帶有各種先進傳感器的第二代機器人逐漸進入工業應用，這類機器人可以根據傳感器獲得的環境信息，進行綜合分析和判斷，可以按照程序設定選擇不同的運動路徑帶到最終目的，可以實現躲避障礙、跟蹤運動物體等簡單動作，具有低級智能性。這類機器人靈活性和適應性較強，廣泛應用于各種生產線上，成為了實現工業現代化的中堅力量。現在，隨著超大規模集成電路技術的快速發展，以及神經網絡與模糊控制等先進算法的發展，具有多種感知能力、可實現復雜邏輯判斷、思維與決策的智能化第三代機器人已經開始應用，這類機器人可以根據現場環境實現動態的路徑規劃，有良好的人機交互界面，可以在復雜環境中獨立行動。

3 數控機床領域

數控機床技術也是機電一體化技術的典型應用，我國的數控技術從20世紀50年代末開始起步，到目前為止已經改變了以前只能依靠仿制國外數控機床的情況，實現了機床主軸、傳動系統的自主設計、制造，并實現了先進CNC控制系統的自主研發與設計。現在，我國生產的普通級數控機床，加工精度已經達到5，精密級的加工中心加工精度已經可達1，而我國自主研發的應用于軍工等特殊領域的超精密數控加工，其加工精度可達0.01級別。除了加工精度的不斷提升，數控加工技術的發展還體現在以下幾個方面：

（1）采用多CPU、多總線式結構，以提高數控機床的智能化程度，提供更好的人機交互界面和更高的控制性能；

（2）WOP技術和智能化技術的應用，為客戶提供面向車間的編程技術，利用數控系統可以對加工過程進行模擬仿真，同時在加工過程中可以在線診斷故障實現模糊控制；

（3）采用多級網絡技術，增強系統的組合能力，可以實現多機互動，構成復雜加工系統，也方便車間管理，可以通過網絡實施監控生產狀況；

（4）開放性系統設計，硬件實現模塊化、標準化，提供豐富的外部接口，為客戶提供相應的開發環境和應用程序，以使用戶可以方便的進行二次開發，提高客戶的使用效益。

4 計算機集成制造系統（CIMS）

計算機集成制造系統（CIMS）是指由一個多級計算機控制硬件結構，配合一套訂貨、銷售、設計、制造和管理綜合為一體的軟件系統所構成的全盤自動化制造系統。它是當前世界制造業發展的最新趨勢，它的出現，打破了傳統的生產部門的劃分，而實現了從經營決策、產品開發到生產經營管理的有機結合。計算機集成制造系統將一件產品從下訂單到送到客戶手中的整個生產銷售過程作為管理對象，有助于實現全局動態的最優綜合。從2000年起，我國開始在全國20多個省市的200多家企業中開始實施CIMS示范工程，并已經取得了巨大的效益。現在，CIMS正在逐步向機械、電子、冶金、紡織、航空航天等諸多領域不斷推進。

5 機電一體化技術發展趨勢

縱觀國內外機電一體化技術的發展現狀和發展動向，未來機電一體化將會朝著智能化、網絡化、微型化的方向不斷發展。

5.1 智能化。 智能化是近年來機電一體化技術發展的重要方向，“智能化”是指機器行為的智能化，主要建立在控制理論的基礎之上，隨著人工智能、模糊控制、神經網絡等控制方法研究的不斷深入，其必將越來越多的應用于機電一體化設備當中。而運籌學、心理學、混沌動力學等新思想新方法的不斷深入研究，也比較推動機電一體化設備的智能化進程，使機電一體化設備成為具有復雜邏輯判斷能力，能獨立學習、思考，并能自主判斷自主決策的智能化設備。

5.2 網絡化。 最近20年來，在計算機領域，網絡技術的發展可算是最大的成就。網絡技術的快速發展同樣影響到了機電一體化技術的發展。現在很多的機電一體化設備都具有網絡接口，可以通過網絡實現對設備的遠程操控。機電一體化設備未來的發展也必將越來越依賴于網絡技術，通過網絡，可以將數控機床或者工業機器人與另一地域的專家系統或者研發系統相連，將機電一體化設備作為整套生產系統的一個執行中端，從而實現大范圍的計算機集成制造系統，甚至是全球化的計算機集成制造系統。

5.3 微型化。 微機電系統作為機電一體化技術的一個新興分支近年來受到越來越多的重視，已經成為機電一體化技術新興的研究熱點。因為其體積小，功耗小、運動靈活，在醫學、軍事等領域有著巨大的應用前景。而蝕刻技術、光刻技術的發展，也為微米級、甚至亞微米級的機械元件的生產提供了新的工具。雖然對于微機電系統的研究開始的時間不長，但是其表現出的巨大市場潛力和廣闊

的應用前景必將促使其成為未來機電一體化技術研究的一個新的重點。

隨著相關領域的技術不斷發展，機電一體化設備作為相關各種技術的融合體與最終成果之一，也必將表現出越來越強的生命力。機電一體化技術的發展空間也必將越來越廣闊。

參考文獻

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