試論機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

摘 要：機電一體化是多門科學(xué)多年的發(fā)展的成果，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著科技的不斷發(fā)展，其已經(jīng)成為目前工業(yè)科技的重要組成部分。本文對機電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景進行了闡述，并就機電一體化未來的發(fā)展趨勢進行了探討。

關(guān)鍵詞：機電一體化；發(fā)展趨勢；應(yīng)用分析；

1 機電一體化概述

日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機電一體化技術(shù)”這一概念，它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個新詞，取名為“Mechatronics”，意思是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合，機電一體化技術(shù)即結(jié)合應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。隨著計算機技術(shù)迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機電一體化技術(shù)方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣泛。

2 機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的發(fā)展總共經(jīng)歷了3個階段。上世紀(jì)60年代以前是機電一體化發(fā)展第一階段（初級階段）。這個時期，人們主要利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。第二個階段是上世紀(jì)70-80年代（快速發(fā)展階段）。這一時期計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)都得到了快速發(fā)展，為后來的機電一體化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。而大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路與微型計算機的迅猛發(fā)展，則為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。第三階段則是上世紀(jì)90年代后期至今，這一階段機電一體化技術(shù)開始向智能化方向邁進，進入深入發(fā)展時期。此時光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，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。我國則是從上世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。

3 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用

（一）機床數(shù)控領(lǐng)域

機電一體化在數(shù)控機床領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)有40年的歷史，在技術(shù)領(lǐng)域有了進一步的提高，無論是在結(jié)構(gòu)上功能上還是在操作上都發(fā)展的比較完善。類型具有總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，在開放性設(shè)計中，這種設(shè)計硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性的，可以大大提高用戶的使用效益和智能化的。在機電一體化的系統(tǒng)研究中分出多級的網(wǎng)絡(luò)，這樣能使復(fù)雜加工系統(tǒng)的作業(yè)能力的運行。

（二）計算機集成制造系統(tǒng)的領(lǐng)域及工業(yè)機器人

計算機系統(tǒng)的組合不是分散的子系統(tǒng)的組合，它是由全局的實踐總結(jié)出最優(yōu)的系統(tǒng)的組合，它需要各個部門加強溝通，圍繞制造展開工作。當(dāng)產(chǎn)品的集成度越高，就能夠使各個生產(chǎn)要素間的配置更加合理和完善。工業(yè)機器人首先出現(xiàn)的是不夠靈活的半機器人，它根據(jù)示范的動作進行重復(fù)的運動，在工作中，不會考慮工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化。而現(xiàn)代的機器人，里面裝有不同的傳感元件，機器人可以作業(yè)環(huán)境和對象做出簡單的信息判斷，并能做出簡單的分析。這是機電一體化發(fā)展的新成果，也是其發(fā)展的前景所在。

4 機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向分析

機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的進步的表現(xiàn)，近年來，機電一體化在國內(nèi)外都有了全新的發(fā)展，并且廣泛的被人們用于各個行業(yè)，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。進入21世紀(jì)機電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展。

（一）機電一體化發(fā)展的智能化、數(shù)字化趨勢

首先機電一體化發(fā)展的智能化趨勢。機電一體化的發(fā)展打破了傳統(tǒng)機械自動化或者半自動化的局面，實現(xiàn)了智能化，這也是今后機電一體化的重要發(fā)展方向。嵌入式智能控制的算法運用，使機電一體化的產(chǎn)品發(fā)展為智能化，是模擬人腦的人工智能的產(chǎn)品，它可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置來做出判斷以及決策，可以取代人們的部分腦力勞動。其次機電一體化發(fā)展的數(shù)字化趨勢。奠定機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)是微控制器及其發(fā)展（如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人）；而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起則為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路（如虛擬設(shè)計、計算機集成制造等）；數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

（二）機電一體化發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化趨勢

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在20世紀(jì)90年代異軍突起，其興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們的日常生活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。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)（CIAS），使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

（三）機電一體化發(fā)展的微型化、模塊化趨勢

首先機電一體化將向微型化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)的廠家很多，但是如果統(tǒng)一開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)機械、電氣、動力等方面的機電一體化產(chǎn)品并不是一件容易的事情，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，才能使各部件、單元匹配成功。機電一體化的生產(chǎn)商也可以根據(jù)自己產(chǎn)品的需要或者國外最新的產(chǎn)品的模型來進行創(chuàng)新，更新?lián)Q代自己的產(chǎn)品，并不斷地擴大生產(chǎn)規(guī)模，使機電一體化的發(fā)展走向正規(guī)化和統(tǒng)一化。其次機電一體化將向微型化方向發(fā)展。在20世紀(jì)80年代末機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

（四）機電一體化發(fā)展的綠色化、系統(tǒng)化趨勢

首先機電一體化發(fā)展的綠色化趨勢。所謂機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。工業(yè)經(jīng)濟給人們生活帶來了巨大變化。在人民物質(zhì)豐富、生活舒適的同時資源卻在減少，生態(tài)環(huán)境在不斷惡化。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。其次機電一體化發(fā)展的系統(tǒng)化趨勢。系統(tǒng)具有隨時分解組合的功能，這種功能實現(xiàn)了多子系統(tǒng)互相調(diào)和以及整合的需要，機電一體化的系統(tǒng)功能，不但運用在通信系統(tǒng)以外，還運用在遠(yuǎn)程通訊以及互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，局域網(wǎng)也慢慢的采用。機電一體化在系統(tǒng)方面未來的發(fā)展，是會越來越考慮人的因素，模擬人的智能的，甚至可以模擬生物的結(jié)構(gòu)來發(fā)展。

5 結(jié)束語

總之，機電一體化是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。在機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性變革中機電一體化技術(shù)充分發(fā)揮了其巨大的功能，傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和設(shè)計概念正在發(fā)生著革命性的變化，新的方法有待去創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)。在新的世紀(jì)里，機電一體化技術(shù)將扮演機械工業(yè)的主角。而以機械技術(shù)、微電子技術(shù)的有機結(jié)合為主體的機電一體化技術(shù)將是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。