淺談機電一體化的應用及發展前景

吳勇

摘 要：機電一體化被認為是一門學科，經過多門科學技術多年發展后形成的，也是社會機電行業發展的必然產物。隨著社會越來越高智能化的發展，這項技術的應用也會越來越廣闊。

關鍵詞：機電一體化；數控機床；計算機集成制造系統

機電一體化被認為是一門學科，經過多門科學技術多年發展后形成的，也是社會機電行業發展的必然產物。隨著社會越來越高智能化的發展，這項技術的應用也會越來越廣闊。接下來就從其歷程、應用領域、發展前景及我國的發展形式來分時進行簡要介紹。

1 機電一體化技術的應用歷程

按照系統科學的構成來講，機電一體化產品是集機械和電子元件于一身的復合系統，因而又可稱作為機電一體化系統。

社會步入90年代，通信技術也趨于機電一體化。部分機電一體化產品的機械部分可多用，在性能上完全滿足，其中最典型的微傳感器和執行器技術，以及半導體技術，以光刻為基礎并結合傳統機電一體化微型化法，開創了機電一體化新分支“微機電一體化“，該技術以精密工程和系統集成為顯著特點，應用廣泛。

2 機電一體化技術的應用領域

2.1 數控機床領域

數控機床及相應的數控技術已經有40年的發展歷程，技術難度有顯著提高，無論在結構、功能、操作還是控制精度上。其中總線式、模塊化、緊湊型的結構最具有代表性，這種結構應用多個CPU、多個主總線，結構復雜。此外還有開放性設計，這種設計使硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性，可以大大提高用戶的使用效益。

WOP技術和智能化。根據車間實際作業狀況，可以通過系統完成編程。同時可以仿真加工過程，并實現在線診斷控制、模糊診斷等智能系統。隨著一體化技術的成熟，如大容量存儲器的出現和軟件的模塊化設置，使數控功能極大豐富，同時使得CNC系統的控制功能也加強了。

全方位滿足技術要求，比如只有一臺機床的情況下，也可以順利完成多個加工要求，并實現刀具使用檢測、物料流通、機械手等的集成，統一到系統中。在系統中，分出多級網絡，這樣實現了構成復雜加工系統的作業能力。這種數控裝置以單板、單片機作為控制中心，并由專用芯片及模板組成。[1]

2.2 計算機集成制造系統（CIMS）領域

CIMS的組成并非分散的子系統組合，而是由全局的經過實踐積累的最優系統綜合。加強了原有的各部門溝通，圍繞制造，控制“物流”和“信息流”，將經營策劃、產品研發、制造準備、實驗測試、經營管理進行更好的結合。當集成度越高，就越能夠使各個生產要素間的配置更加合理，使得生產要素的潛力得到更大程度地體現。

2.3 柔性制造系統（FMS）領域

計算機化的制造系統被稱作柔性制造系統，包括計算機、數控機床、機械手、料盤、搬運車輛和自動化倉庫等。可以依照生產要求，及時、準確地進行生產，這種靈活的生產方式可應用于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。

2.4 工業機器人

首先出現的是示教再現機器人，根據示范動作進行重復運動，不會考慮工作環境和作業對象的變化，因此不夠靈活；二代機器人中附有不同的傳感元件，可以對作業環境和對象做出簡單的信息判斷，采用計算機進行分析處理，可以有自己的簡單判斷，但是只對動作進行反饋控制，可以提現出低級智能，在逐漸的向實用化轉變；再向前發展即智能機器人，可以根據實際狀況有多種感知，對于復雜的邏輯思維有判斷、解析功能，可以在作業中自行完成任務，其與第5代計算機互通緊密。[2]

3 機電一體化技術的前景展望

根據國內外高新技術分析，機電一體化技術的發展尤為迅速，一下幾個方面將作為其未來的發展方向。

3.1 智能化

機電一體化與傳統的機械自動化的主要區別就在于智能化方面，智能更加代表機電一體化的未來方向。隨著中央處理器運作速度的提高和計算機的高性能化，使得嵌入智能控制算法成為了可能，從此機電一體化技術產品向著智能化方向發展。這種智能機電一體化產品擁有模擬人類智能的功能，可以做出一些判斷推理以及功能決策，以取代制造作業中部分人的腦力勞動為目的。

3.2 系統化

系統具有任何組態的功能，隨時分解、組合是系統的特征，系統也正致力實現多子系統互相調和及整合管理。系統的具有較強的通信功能，除了通用的通信方式外，遠程通訊及多系統通信聯網正在興起，以及其需要的局部網絡正慢慢的被采用。未來，機電一體化產品會越來越考慮人的因素，令機電一體化產品模擬人的智能、甚至情感。或者也可以根據某種生物的良好結構，模擬出生物機體，生物系統化越來越成為其發展的方向之一。

3.3 微型化

微型系統是機電一體化發展的一個新方向。其高度融入微機械技術、微電子技術和軟件技術。有國外專家稱，微型電子機械的物理體積一般要小于1立方厘米，但這并非最終尺寸，正向微米、納米級方向進軍。微機電一體化系統集合占地小、耗能少、運用靈活等特點于一身，更容易進入狹小空間，同時便于精細操作。由此，其在生物、醫學、航空、工農業及國防領域，有著廣闊的使用前景。據目前掌握的技術，可根據半導體器件生產過程中的蝕刻方法，在實驗室中完成亞微米級機械零件的制造。

3.4 模塊化

有人說機電一體化產品的模塊化是一項緊迫而艱難的任務。市場上，機電一體化產品的生產廠家很多，統一開發具有標準機械、電氣、動力、信息接口的機電一體化產品并非易事。制訂統一的標準是前提，這樣才能使各部件、單元匹配成功。機電一體化產品的生產商可以依照標準化產品進行創新，更新換代，為自己的不斷擴大再生產奠定基礎。

3.5 網絡化

像所有產業一樣，網絡的出現及發展對機電一體化技術有著十分重要的影響，使其越來越向著網絡化方向發展。市場上出現很多種類的機電一體化產品，其面向網絡的方式也不一樣。隨著網絡技術的普及，遠程控制和監視技術發展前景廣闊，其實遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品的一種。[3]

3.6 綠色化

隨著社會的發展，人民生活水平的不斷提高，“綠色”產品已成為各產業所追求的至高目標。這是社會發展的趨勢，并要求產品的全生命周期，包括設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個過程都要綠色環保。機電一體化產品的綠色化要求產品的制造過程無污染、無浪費，結束產品生命時可回收利用。

4 我國發展“機電一體化”所遇形勢及任務

機電一體化的核心工作有兩方面，其一是改變傳統產業，應用微電子技術使其達到節能、低耗，高質、高效的目標，從而引領傳統工業進一步大發展；另一方面是促進機電一體化產品的及時更新換代，未來的機電產品將集自動化、數字化、智能化為一身。

參考文獻

[1]楊曉輝.機電一體化實用手冊[M].北京：科學出版社，2011.

[2]北京土木建筑協會.機電安裝工程[M].中國電力出版社，2009.

[3]雙凱.機電一體化原理概念應用[M].科學出版社，2008.