機電一體化技術(shù)的發(fā)展

高培實 劉斌 王亥金 吳嘉翔

（北華航天工業(yè)學(xué)院 河北廊坊市 065000）

機電一體化技術(shù)的發(fā)展

高培實 劉斌 王亥金 吳嘉翔

（北華航天工業(yè)學(xué)院 河北廊坊市 065000）

機電一體化的含義是機電與微電子技術(shù)的有機結(jié)合，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開機電一體化技術(shù)的發(fā)展。本文簡述了機電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景，著重分析了機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢，為我國機電一體化技術(shù)的發(fā)展提供相關(guān)的經(jīng)驗教訓(xùn)。

機電一體化技術(shù)；發(fā)展趨勢；發(fā)展方向

引言

計算機特別是微型計算機的應(yīng)用已日益廣泛，機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程的控制，使機、電有機地結(jié)合，因此機電一體化技術(shù)得到了充分的應(yīng)用。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使機械行業(yè)的經(jīng)濟效益得到了顯著地提高，也增強了企業(yè)在市場中的競爭力。機電一體化是綜合性的高新技術(shù)，是機械技術(shù)與微電子技術(shù)的有機結(jié)合，為我國經(jīng)濟社會的發(fā)展作出了巨大的貢獻。

1 機電一體化的內(nèi)容

（1）機電一體化技術(shù)應(yīng)用機械、電子等有關(guān)技術(shù)，使機械、電子有機結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的一項綜合性技術(shù)。機電一體化技術(shù)包括技術(shù)原理和使機電一體化產(chǎn)品得以使用和發(fā)展的技術(shù)。是一個技術(shù)群的總稱。

（2）機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）是由若干機械和電子要素組成的有機整體，機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)主要是指機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)的有機結(jié)合，是新一代產(chǎn)品，一個機電一體化的系統(tǒng)主要是由機械裝置、執(zhí)行裝置、動力源、傳感器、計算機這5個要素構(gòu)成的。

（3）機電一體化工程是機械工程與電子工程的綜合集成體，是機電一體化技術(shù)人員利用機電一體化技術(shù)進行設(shè)計、制造的完整體系。機電一體化工程是系統(tǒng)工程在機電一體化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，并在很大程度上促進了系統(tǒng)工程的進步與發(fā)展。

（4）系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機電一體化技術(shù)的方法論。機電一體化思想相當(dāng)于一體化思想。機電一體化促進了光電機一體化、機電液一體化、人機一體化等技術(shù)的進步以及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2 機電一體化產(chǎn)品的主要優(yōu)點

（1）具有記憶、運算、控制、處理信息等功能。從而幫助產(chǎn)品實現(xiàn)高性能、多功能化和智能化的目標(biāo)。

（2）簡化結(jié)構(gòu)。機電一體化使產(chǎn)品向著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，通過模塊化的方法進行設(shè)計、制造，簡化了相關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

（3）機電一體化的發(fā)展，可以根據(jù)負荷及運行情況進行調(diào)整與控制產(chǎn)品的生產(chǎn)，具有節(jié)能的特點，是非常實用的。

（4）具有自動監(jiān)視、診斷功能等實用性功能，可以使安全可靠性大幅度提高。

3 機電一體化產(chǎn)品的類別

3.1 典型的機電一體化產(chǎn)品

典型的機電一體化產(chǎn)品具有較完整的結(jié)構(gòu)。數(shù)控加工中心、工業(yè)機器人、彩色復(fù)印機、自動繪圖機等都是典型的機電一體化產(chǎn)品。

3.2 機械產(chǎn)品中的一部分用電子裝置代替

打印機、機電一體化照相機、帶微機控制或數(shù)字顯示的各種機械設(shè)備等產(chǎn)品都屬于這類機電一體化產(chǎn)品。

3.3 以微電子裝置代替原設(shè)備的信息處理機構(gòu)

指針式石英電子表、全電子式電話交換機、帶微處理器的各種儀表、電機調(diào)速裝置等都屬于這類機電一體化產(chǎn)品。

4 我國機電一體化產(chǎn)品發(fā)展及應(yīng)用概況

機電一體化產(chǎn)品技術(shù)的研究在西方國家發(fā)展的比較早。計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。集成電路和微型計算機的發(fā)展為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)，有了充分的技術(shù)基礎(chǔ)和物質(zhì)基礎(chǔ)使機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。近些年，我國的機電一體化技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，對機電一體化系統(tǒng)的規(guī)模設(shè)計、分析和集成方法以及機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。我國從20世紀(jì)80年代初開始在這方面進行研究和應(yīng)用，國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為863計劃。許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本、歐美等先進國家相比仍有相當(dāng)差距。

5 我國煤礦機電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考

近年來，國產(chǎn)電牽引采煤機已經(jīng)占領(lǐng)國內(nèi)市場，核心部分是由安裝在采煤機上的計算機和傳感器組成，具有多種保護、遙控功能。國內(nèi)市場已經(jīng)出現(xiàn)了全數(shù)字化直流提升機。但國產(chǎn)煤礦機電一體化產(chǎn)品還存在許多問題，國產(chǎn)化程度不高；單機自動化水平尚可，但一般不具備通信功能，處于自動化孤島狀態(tài)；設(shè)備監(jiān)測信息量不少，但未得到充分利用，這些都是機電一體化技術(shù)的不足。因此，發(fā)展國產(chǎn)煤礦機電一體化產(chǎn)品，在技術(shù)上還應(yīng)注意研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心裝置，增加產(chǎn)品國產(chǎn)化的比例，還要增加產(chǎn)品的通信功能，以適應(yīng)綜合自動化的需要，進一步提高產(chǎn)品的故障診斷功能和智能化程度也是非常有必要的。

6 機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的集合體，機電一體化的主要發(fā)展方向如下：

（1）光機電一體化。一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的，引進光學(xué)技術(shù)能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)性能、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)的性能，光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢。

（2）全系統(tǒng)智能化。機電一體化產(chǎn)品的智能化水平越來越高。提高智能化以求得到更高的控制目標(biāo)。這些進步離不開信息化的發(fā)展。

（3）技術(shù)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片。企業(yè)間的競爭也將全球化。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

（4）自律分配系統(tǒng)化。未來的機電一體化產(chǎn)品，有較強柔性的產(chǎn)品能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，在自律分配系統(tǒng)中，還有多個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)是相互獨立的，子系統(tǒng)是為總系統(tǒng)服務(wù)的，同時具有本身的自律性，可根據(jù)不同的環(huán)境條件做出不同反應(yīng)。

7 結(jié)語

綜上所述，機電一體化技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展都比較迅速，我國的機電一體化技術(shù)更是得到了迅猛的發(fā)展，機電一體化技術(shù)的發(fā)展是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，它隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展到而不斷發(fā)展，是經(jīng)濟社會發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。微機電一體化又是機電一體化的一個重要分支和發(fā)展，是當(dāng)代微機械技術(shù)和先進的微電子技術(shù)的高度融合，也是是微米水平的機電一體化。機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論與方法的研究無疑必將對產(chǎn)品設(shè)計師起到重要的指導(dǎo)作用。國內(nèi)學(xué)者從現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)，針對以運動功能為主功能的一大類機電一體化產(chǎn)品的特點，研究機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論與方法，取得了初步的研究成果。通過對機電一體化技術(shù)的相關(guān)研究，希望可以對我國機電一體化技術(shù)的進一步發(fā)展提供相關(guān)的指導(dǎo)。從而促進我國經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展。

TH-39

A

1004-7344（2016）17-0288-01

2016-5-27