機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

陳昌皓

摘 要：機(jī)電一體化是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不同學(xué)科的交叉與滲透，應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域的新興學(xué)科。機(jī)電一體化使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生了變革，在機(jī)械領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。本文對(duì)機(jī)電一體化作了簡(jiǎn)單介紹，闡述了機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀，并對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 技術(shù)現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（c）-0091-01

1 機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化包括機(jī)電一體化產(chǎn)品和機(jī)電一體化技術(shù)兩個(gè)方面，目前機(jī)電一體化產(chǎn)品有數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、汽車電子化產(chǎn)品等，本文主要針對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行論述。機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)工程技術(shù)，各項(xiàng)技術(shù)不是簡(jiǎn)單的相加而是有機(jī)融合。機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、智能組成要素五個(gè)方面，各個(gè)要素有機(jī)結(jié)合、綜合集成，多種技術(shù)功能復(fù)合，高質(zhì)量、高效率、高可靠性、高精度、低能耗的實(shí)現(xiàn)功能。

2 機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷史

可將機(jī)電一體化發(fā)展歷史分為三個(gè)階段：20世紀(jì)60年代為初級(jí)階段，這一時(shí)期，技術(shù)工程師開始有意識(shí)的將電子技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品中，以期提高機(jī)械產(chǎn)品的性能。因此時(shí)電子技術(shù)比較落后，機(jī)械與電子的結(jié)合只停留在比較淺的層面，無法進(jìn)一步深入。到了20世紀(jì)70年代至80年代，機(jī)電一體化進(jìn)入蓬勃發(fā)展期，這一階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等迅速發(fā)展，為機(jī)電一體化的深入結(jié)合提供了可能性。另外，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)相機(jī)出現(xiàn)，促使機(jī)電一體化更加廣泛、深入的發(fā)展。在20世紀(jì)末，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段，這一時(shí)期，通信技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、光學(xué)開始加入到機(jī)電一體化技術(shù)中，形成了新的分支微機(jī)電一體化和光機(jī)電一體化。與此同時(shí)，人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖技術(shù)的迅速發(fā)展使機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展空間更加廣闊，更具有價(jià)值。機(jī)電一體化體系在這一時(shí)期不斷完善，系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和繼承方法也在不斷發(fā)展進(jìn)步，逐漸形成了較為完善的學(xué)科體系。我國(guó)關(guān)于機(jī)電一體化的研究始于19世紀(jì)90年代末，直到目前，我國(guó)不斷的引進(jìn)新技術(shù)、新工藝，在高校和企業(yè)中不斷進(jìn)行實(shí)踐研究，但是相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家，技術(shù)水平還有很大差距，需要加強(qiáng)進(jìn)一步的研究和發(fā)展。

2.2 機(jī)電一體化的核心技術(shù)

機(jī)電一體化的核心技術(shù)：（1）機(jī)械本體技術(shù)，是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，為了符合機(jī)電一體化的要求，應(yīng)當(dāng)改善性能、減輕質(zhì)量、提高精度等。（2）信息處理技術(shù)，信息處理技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中起著重要作用，其可靠性、處理速度、抗干擾性等問題對(duì)機(jī)電一體化有重要影響。（3）傳感技術(shù)，目前傳感器的使用有向光纖電纜傳感器發(fā)展的趨勢(shì)。（4）驅(qū)動(dòng)技術(shù)，內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動(dòng)單元。（5）接口技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信必須使用接口技術(shù)，保證數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。（6）軟件技術(shù)，軟件和硬件是機(jī)電一體化的兩個(gè)方面，軟件技術(shù)應(yīng)保證與硬件協(xié)調(diào)發(fā)展，保證軟件的標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序模塊化、推行軟件工程等，以促進(jìn)機(jī)電一體化的進(jìn)程。

3 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（1）智能化。智能化是對(duì)機(jī)器行為的描述，是綜合現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)在某一方面的應(yīng)用，是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重要方向。它使機(jī)器能夠具備人的思維、推理判斷，并具有自主決策能力，達(dá)到更高的控制目標(biāo)，可取代生產(chǎn)過程中人的部分腦力勞動(dòng)。目前的機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床是智能化的體現(xiàn)，當(dāng)然現(xiàn)在其技術(shù)還不完善，隨著智能化所起的作用越來越明顯，工程師對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的研究也越來越重視，隨著各項(xiàng)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的智能化將會(huì)越來越完善。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，機(jī)械接口、電力接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口等只有具有了一定的標(biāo)準(zhǔn)，才便于各部件、各單元的匹配。由于各生產(chǎn)商為了維護(hù)自己的利益，目前無論是國(guó)際還是國(guó)內(nèi)都沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，經(jīng)營(yíng)理念的進(jìn)步，資源的共享，技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化已成為未來的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)電一體化技術(shù)上的標(biāo)準(zhǔn)化有利于新技術(shù)、新產(chǎn)片的開發(fā)，有利于產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)，同時(shí)反過來促進(jìn)機(jī)電一體化企業(yè)的發(fā)展。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。自上世紀(jì)末，網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，其應(yīng)用滲透到各個(gè)行業(yè)，生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大的變化，機(jī)電一體化技術(shù)也是如此。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，而機(jī)電一體化技術(shù)也促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，例如：網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備就是機(jī)電一體化的產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用逐漸出現(xiàn)了集成家電系統(tǒng)、企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，人們的生活、工作方式，及企業(yè)的生產(chǎn)方式逐漸向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。為了服務(wù)于客戶，機(jī)電一體化技術(shù)必須順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

（4）精密化。微型機(jī)電一體化是機(jī)電一體化的一個(gè)新的發(fā)展方向，它是微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)的融合，使微型機(jī)電一體化產(chǎn)品體積更小、耗能更少、運(yùn)動(dòng)更加靈活。微型機(jī)電一體化技術(shù)在醫(yī)學(xué)、軍事、航空、信息領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)展前景廣闊，它還將向微米、納米級(jí)方向發(fā)展，在更多的領(lǐng)域發(fā)揮更加積極的作用。

（5）綠色環(huán)保。資源循環(huán)利用，綠色生產(chǎn)、不污染自然生態(tài)環(huán)境，已成為各行各業(yè)繼續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。機(jī)電一體化行業(yè)也是如此。綠色環(huán)保需要做到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、維修、銷毀等環(huán)節(jié)，不會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人類健康造成威脅，在各環(huán)節(jié)對(duì)資源的利用率達(dá)到最高，不浪費(fèi)資源，并且產(chǎn)品停止使用后可回收利用。機(jī)電一體化技術(shù)及其產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

4 結(jié)語

機(jī)電一體化是在生產(chǎn)力發(fā)展、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型學(xué)科，自機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生以來，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)方式，企業(yè)管理方法，人們的生活工作方式，軍事、醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)等各行的技術(shù)改革都產(chǎn)生了巨大影響。隨著時(shí)代的變化，機(jī)電一體化的核心技術(shù)會(huì)不斷完善，就目前來看，智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、精密化、綠色環(huán)保是機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的親密融合，機(jī)電一體化技術(shù)將會(huì)越來越完善、在各行業(yè)發(fā)揮越來越重要的作用。

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