機電一體化技術的發展現狀及趨勢

鄧朝國

摘 要：文章對機電一體化技術在國內外的發展趨勢進行了簡要介紹，并分析了其在未來的發展趨勢。

關鍵詞：機電一體化技術；發展現狀；趨勢

一、機電一體化技術的發展現狀

（一）國內機電一體化技術的發展現狀。大體上機電一體化技術共有三個發展階段，20世紀60年代之前屬于初級階段，即第一階段，該階段人們更為廣泛的承認電子技術，并不自覺的加以利用；第二階段，許多國家對機電一體化技術給予關注，并支持其產品。1989年第一屆國際先進機電一體化學術會議在東京召開，這也標志著機電一體化的縱深發展。機電一體化在20世紀90年代后期處于深入發展時期，融入了微細加工技術、通信技術和光學等，形成了微機電一體化與光機電一體化的新分支，深入研究了機電一體化系統分析、建模與集成方法及其發展趨勢。其發展現狀有以下幾點表現：①全部制造業領域基本都應用了機電一體化產品。在工業發達國家30%-40%的機床都是數控機床，工業機器人也趨向系統化與智能化，并以25%

-30%的速度在未來幾年內呈增長趨勢，今后在家庭、娛樂、管理和辦公等多個領域都會逐漸應用智能機器人。②單機的機電一體化逐漸過渡到全部制造業的集成化。如今制造業在全球發展的總趨勢就是計算機集成制造系統，它將原有部門間的接線打破，將基礎定為制造對信息流與物流進行控制，從而有機結合決策經營、開發產品、生產準備、實際生產與管理等環節，綜合全局動態。③機電一體化領域引入了激光技術，它結合了電子、機械技術，將機電一體化的應用領域進行擴展，更好的結合了制造業和信息業。④微細加工設備和技術飛速發展，也使許多高新技術的興起得到帶動，對電子產業的發展給予支持，也在一定程度上促進了微機械的產生與發展。

（二）國外機電一體化技術的發展現狀。從20世紀80年代初期我國開始研究并應用機電一體化，國務院在“863”計劃中列入了成立的機電一體化領導小組，許多有關機構和院校也對此進行研究。目前在機電一體化技術的發展發面，我國雖落后于歐美等先進國家，但伴隨技術革命的開展，我國也進行了更深入的研究，作為我國高技術研究領域的重點，優先支持其發展，也獲得了很大進步，主要體現在以下幾個方面。

①計算機集成制造系統方面。通過十幾年的理論與技術準備，計算機集成制造系統在我國取得了一定的進展，清華大學目前已經建成了該工程的研究中心，其他的著名高校也建立了相關的培訓中心與實驗室。我國有許多行業和省市以及類型、規模不同的企業都在研究計算機集成制造系統，并獲得了理想的經濟效益，如今該技術已經被引入到了石油化工、冶金、紡織、輕工、航天、電子、機械等各個領域，許多行業也逐漸對其進行關注與投入。②工業機器人方面。機器人的開發研究于1986年被列入我國的國家科技計劃，現對其操作機的設計制造、軟件編程、控制系統、軌跡規劃以及運動學等多種技術均已掌握，生產并應用了一些機器人的關鍵元器件，開發出了多種機器人，可以水下作業、爬墻或前后行走等。我國與工業機器人操作機有關的企業及科研機構目前已經掌握其優化制造技術、設計與編程機器人軟件、設計驅動系統的技術、控制工業機器人的技術等，并可以自動生成點焊、弧焊與大型機器人，開發并制備其周邊配套設備。③數控技術方面。該技術于1958年起步，在其50多年的發展過程中，先后經歷了我國制定的幾個“五年計劃”，整體來說取得了較為理想的進步。我國的生產能力早在幾年前就達到了年產3000多套數控系統、5000多套進給裝置和主軸。加工普通級數控機床的精度在近十幾年已經從10μm變為5μm，以前3-5μm精密加工中心也達到了1-1.5μm，同時達到了納米級（0.01μm）的超精密加工精度。

二、我國機電一體化技術的發展趨勢

（一）微型化的發展趨勢。上世紀末是微型化的興起時間，由于傳統的機電一體化通常比較龐大，在工作中正常展開很不方便，而微型化在要求機械設備發展微型化的同時，更加注重其發展的微電子系統趨勢，在發展中逐漸融入納米技術，使機電一體化技術的發展得到促進。實現微機電一體化會在很大程度上影響許多不同領域，包括制造、軍事、通信、醫療和生物等。但目前還有一定的瓶頸存在于微機電一體化的發展中，即微機電技術?，F階段雖然有比較先進的微電子技術，但在復雜的機電設備中要達到高技術水平是有一定難度的。不過我國的科學技術在今后會更加先進，微機電技術也會不斷進步，使機電一體化的微型化水平得到提高。

（二）綠色化的發展趨勢。以往的發展觀念較為傳統，人們通常忽略了能源與環境問題，單純追求經濟發展。如今人們的生活質量得到很大改善，但環境污染卻更加嚴重，面臨各種能源的枯竭，國家與社會開始對經濟發展和環境保護間的關系加以重視，各種綠色產業也逐漸興起和發展。綠色化產品代表了機械一體化技術與時代的發展趨勢可利用更少的資源創造更多經濟利益，并減輕環境污染。因此生產、應用與銷毀綠色產品的過程中均與保護環境的要求相符合，且不會影響我們的生存健康，發展前景十分廣闊。

（三）模塊化的發展趨勢。設計機電一體化的過程中實現模塊化是比較重要的環節之一，具有繁瑣、重大的工作量，因為有許多生產設備的廠家，假如不同零部件之間沒有實現緊密配合， 就很難有效實現機電一體化技術。因此必須模塊化設計機電一體化，組合多個要素，進而形成子系統。最后幾個子系統互相結合，形成統一的整體，也就是新的系統，其功能也與之前的不同。如果可以做到模塊化設計，機電一體化中設備間的不兼容概率將會得到大大減少，在掌握基本功能的同時還有助于開發和應用新的功能。

（四）智能化的發展趨勢。機電一體化與傳統機械技術之間最基本的區別就是智能化，也是該技術在未來的發展趨勢。如今各個國家都很重視智能化的發展，因此為了更快適應社會新形勢的發展要求，機電一體化也必須對智能化的發展加以重視。為發展智能化，應在操作控制機電一體化時將一些新學科的知識進行適當引入，例如混沌動力學、計算機信息學、運籌學、人工智能等，從而更好地模擬人類。雖然從根本上來說人類智慧是機電一體化所不能相比的，但其朝著智能化的趨勢發展后必將應用在更多領域，使人類所消耗的人工成本得到節約。

（五）系統化的發展趨勢。計算機技術在二十世紀九十年代后達到了空前的發展，發展中的網絡被廣泛應用在多個領域，包括教育、軍事、工業生產、科技發展等，使我國的全球化進程得到推動。我國的企業也在全球范圍內參與競爭，而國際間的合作和交流也使機電一體化技術的發展得到促進。當機電一體化技術取得新的進步時，各個國家都會通過網絡銷售新產品，使監視技術和遠程控制技術的發展得到促進，而生產的產品也可作為終端設備進行遠程控制。

結束語：總而言之，機電一體化是多個學科共同發展的結果，與我國社會發展的要求相符合，會促進社會效益還是經濟效益的發展。最近幾年，我國的機械制造業與現代工業發展的都比較穩定，越來越多的領域關注機電一體化技術的研究，使該技術取得了很大進展。由于我國與發達國家相比，機電一體化技術的發展較為落后，所以應引入并研究新型技術，對現有格局進行改善，以便盡快達到國際先進水平。

參考文獻：

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