機電一體化的應用與發展趨勢

高艷紅

（陜西省理工學校，陜西 西安 710054）

機電一體化的應用與發展趨勢

高艷紅

（陜西省理工學校，陜西 西安 710054）

文章在研究機電一體化技術現狀和發展背景的基礎上,進而得出機電一體化的構成和應用領域，最后對機電一體化技術予以展望。

機電一體化；應用；發展趨勢；技術

1 機電一體化的發展進程

當前我國在機電一體化的任務一方面是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一方面大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。經過多年來的努力，我國機電一體化技術已經取得了巨大的發展，正在加快趕超國際先進的步伐。回顧機電一體化的發展歷程，可從以下3個階段進行闡明。

20世紀60年代以前為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,出現了許多性能相當優良的軍事用途的機電產品。這些機電結合的軍事用途的技術,在戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復和技術的進步起到了積極的作用。

20世紀70～80年代為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。

到了20世紀80、90年代，大規模集成電路和微型電子計算機技術的迅速發展，使機電結合形式更加靈活、內容更加豐富、應用更加廣泛，因而在以機械工業為主的傳統產業中引發了一場大規模的機電一體化技術革命。

2 機電一體化技術的構成與應用

（1）機電一體化技術的構成。①機械本體部分——就像人體的身軀骨架，它是系統所有功能元素的機械支持結構，包括機身、框架、機械連接等。②傳感器部分——就像人的眼、鼻、耳、口等感覺器官，將系統運行中所需要的本身和外界環境的各種參數及狀態進行檢測，變成可識別的信號，傳輸到信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。③控制及信息處理部分——猶如人的大腦指揮和控制全身運動并能記憶、思考和判斷問題一樣，將來自各傳感器的檢測信息集中、存儲、分析、加工，并根據信息處理的結果，按照一定的程序和節奏發出相應的指令控制整個系統有目的的運行。它一般由計算機、可編程序控制器、數控裝置以及邏輯電路、A/D與D/A轉換、I/O（輸入輸出）接口和計算機外部設備等組成。

（2）機電一體化技術的主要應用領域。①計算機集成制造系統(CIMS)。CIMS的實現是全局動態最優綜合，它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好地優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。②數控機床。③數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：采用多CPU、多主總線的體系結構；硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準；WOP技術和智能化；大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了 CNC系統的控制功能。④柔性制造系統(FMS)。柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件。⑤工業機器人。第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，以開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。

3 機電一體化的發展趨勢

（1）智能化。這里所說的“智能化”是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。隨著全數字式現場總線技術為代表現場控制儀表、設備大量應用，使得傳統的現場控制技術及現場控制設備發生了巨大的變化。電子技術的飛速發展及在機械上的廣泛應用，使得機械設備的智能化程度越來越高，且操作便利性、安全性、燃油經濟性都得到了大幅提高。

（2）網絡化。網絡技術的興起和飛速發展給機電一體化技術帶來了重大影響。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到、質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。

（3）綠色化。工業的發展使得資源減少，生態環境受到嚴重污染，綠色化成了時代的趨勢，產品的綠色化更成了適應未來發展的一大特色。綠色機電一體化產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高，使用時也不污染生態環境，報廢后又能回收利用。

（4）微型化。微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。因此在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。

（5）模塊化。機電一體化產品和技術可分為機械、電子和軟件三大部分。模塊化技術是這三者的共同技術。模塊化技術可以減少產品的開發和生產成本，提高不同產品間的零部件通用化程度，提高產品的可裝配性、可維修性和可擴展性等。融合機械、電子和軟件三大部分的機電一體化模塊代表了未來產品的發展方向，具有高度自主性、良好協調性和自組織性的特點。

綜上所述，機電一體化已經顯示出了強大的生命力，并正以空前的速度和力度沖擊著傳統的技術思想、生產方式和方法以及傳統的機電產品和產業結構。與機電一體化相關的技術還有很多，隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

[1]李建勇.機電一體化技術[M].北京:科學出版社,2004.

[2]曹新生.析機電一體化技術的發展趨勢[J].職大學報，2009，（6）.

A Introduction of the Application and Development Tendency of ElectromechanicalIntegration

GAO Yan-hong
(Shaanxi polytechnic school,Xi'an,Shaanxi 710054,China)

Based on the current status and development background ofelectromechanical integration technology,this paper concluded the constitution and application fields of electromechanical integration,finally,it made a prospect on electromechanical integration technique.

electromechanical integration;application;development trend;technology

TH-39

A

2095-980X（2015）04-0058-02

2015-02-15

高艷紅（1985-），女，山西原平人，大學本科，主要研究方向：機械設計制造及其自動化。