機電一體化的研究現狀和發展前景

楊志國

（鄭州自動化研究所，河南 鄭州 450006）

1 機電一體化的技術現狀研究

（1）計算機數控機床技術。計算機數控機床技術是由專用計算機或者相關電子裝置實現控制整個設備運轉的高效率工作的自動化機床設備。機床未來發展的趨勢的一種呈現，綜合應用了計算機和自動控制，乃至精密測量和機械設計等方面的最高技術成就，是機電一體化的典型產品，預示著其未來發展。數控機床計算發展至今已經經歷了五代更替與進化，從電子管數控到晶體管數控，再到計算機和微型計算機數控等階段。計算機數控技術不僅影響著計算機研究技術和機電一體化技術的進步和功能突破，同時也對國民經濟發展提供了重要力量。微電子技術經過了十幾年的發展，獲得了卓越的發展成就，實現了計算機數控技術的高度自動化，即機械加工中心也獲得飛速發展。

（2）工業機器人技術。人類在科技技術飛速進步的推動下，即將進入智能機器人的時代，而機器人的技術使用已經具有一定的歷史了。工業機器人的模擬救贖很強，按照人類的手臂等動作，以及遵循了預定程序和軌跡實現相關要求，進行抓取乃至搬運等操作的自動化的裝置設置，是發展前景最好的一種機電一體化的典型產品設備，實現了柔性自動化生產，在惡劣的環境中大大提升了生產效率，也提高了生產質量。機器人技術的使用和發展，讓機器人構造產生更大的實用效果，并在適用范圍上做出了擴展，并在虛擬軸的技術裝備上做了相關技術改進。

（3）先進制造系統。制造系統是機電一體化程序中關鍵的環節，意味著大量的制造將因此而誕生，對技術的革新和加工設備的改進都產生著總會要的機動作用，發揮著整體運作系統向前進步，也為自動化設備的豐富和完善提供了充足的準備。在當前先進的制造系統有很多，用到機電一體化領域的基本上有柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）、柔性生產線等集中。第一種與加工中心發生關系，通過交換工作裝置實現相關工作行為，在數控技術中也加工和實現了自動檢測和公款自動控制等功能。而柔性制造系統是由柔性制造單元構成的，實現了基礎化運作和獨立的加工設備，在制造單元的進展速度上發展十分驚人。柔性制造系統的柔性單元的組成數量大體在15臺左右的機床裝置為為主，配合有輸送裝置、搬運小車、自動化的儲料所和生產系統乃至設備等。當下，全世界可擁有的柔性制造系統的選擇范圍很廣，發展很更新速度也非常快，具有極其良好的社會和經濟價值，在加工數量和質量的能維持穩定的情況下，單機的使用率至少要在原有基礎提升百分之二十，而我國第一條柔性制造單元是在北京機床研究所的研究和制作下完成的，是歷史性的舉措。

（4）汽車的機電一體化技術應用。汽車的機電一體化的技術應用是按照微機為核心的技術改良進行的，其中的自動控制功能較強，改善了汽車內部的性能，實現汽車功能多元化發展。同時也做到汽車耗能降低，排氣減少，安全性能增強，操作更加方便等功效。研究和技術控制的重點在于汽車行駛過程中發動機的點火以及燃油噴射，乃至空燃比以及廢氣的再次循環等環節，燃燒的更加充分，也讓排氣少，降低污染，實現節能；汽車的行駛變速排氣凈化得到控制之后，行駛狀態更加優良，增加了用戶的舒適體驗；此外，還對汽車的防滑制動以及防碰撞方面得到很大程度的技術改進，以增強行駛過程中的安全性能；汽車內部裝置的自動空調以及相關控制裝置的技術提升，方便了用戶的同時，也使之更加享受開車的過程。汽車的一體化的技術的研究一直在進行，并且逐步從研究領域搬上實踐平臺，獲得了技術水平的大飛躍。

（5）智能控制系統。智能化發展是未來的發展趨勢，社會的各領域都將采用這一技術手段。而智能控制主要由人工智能和自動控制兩部分組合而成，在目標創造上更傾向于人做相關智能性的操作。科技的發展是人工智能按照不同路徑和領域對大腦的探索和重新發現，實現模擬路徑，并應用到智能程序中，或采取人工智能控制系統表現出來。智能控制技術在最近幾年獲得了長足進步，在各個機電設備和建設工程等領域都有廣泛的普及。

2 機電一體化的發展應用前景

（1）計算機集成制造系統研究。計算機集成制造系統還是計算機信息系統在優勢環境下的產物，是依靠計算機應用技術實現的。企業在應對飛速變化的市場面前，必須要尊重市場各個環節要素，尤其要關注技術要素。產品從生產到設計到制作到完成，整個過程和以及背后的服務環節，都可看做是一個信息傳遞、整合、加工、呈現的過程，是計算機集成制造系統的全面使用。在此過程中，要加強人機合作，實現一體化運作，并強化控制領域的硬件和軟件的綜合使用。當計算機輔助設計和輔助制造乃至硬件有機結合的時，基本的控制領域的相關技術才能逐步發揮出來，實現數字化和自動化，以及全面柔性處理以及全局優化。

（2）智能制造技術系統。發揮人類專家和智能機器人綜合功能，實現一體化運作，只能制造技術系統的關鍵。專家在理論研究和實踐操作領域都有專業化的水平和能力，有效的人機組合就是依靠專家的指導，實現機器技術運轉的過程，是二者的密切配合，而不是機器完全取代人。智能制造系統在很強的自律能力和組織系統乃至優化水平中獲得相關技術的修正，以實現更大程度的提升空間。在這些方面西方發達國家做出了特別的研究和卓越的貢獻。

（3）精益生產方式和敏捷制造技術。精益生產方式主要依靠人的力量，簡化了技術手段，實現最大化的利益目標。為了確保生產力技術的革新和進步，實現及時化以及全面性的生產，組成質量管理系統。為有效簡化企業的組織和發展機構作出相關性服務，完善技術開發和使用過程，實現零件簡化制造、產品結構優化的目的。

蘊P從產業和集團出發，局現性相對比較強，在企業和地域乃至全球制造技術的大跨越和大發展中實現敏捷的制造技術，完成技術發展目的。市場的變化和發展使虛擬制造系統運用到產品設計領域之中，實現敏捷性以及人與技術和管理、機器優化組合，實現企業內部和企業之間的技術開發和工程管理。

（4）快速零件制造技術。零件是制造系統中必不可少的環節，也是機電一體化技術的研究方向。加工的成型設備無需專用夾具以及通用機器，在較少加工領域中實現人工干預的可能性更大，由CAD軟件設計零件的三維實體模型的數字模型組建和發揮作用。零件加工要求極高的工藝，實現三維平面的轉化以及數字化加工處理，獲得更高層次的加工技術的提升，為技術融合提供基礎，零件加工是最前沿的技術手段，也是零件制造的新發展方向。

（5）新時代新的制造模式及技術發展前景。制造模式在科技進步和知識普及的過程中獲得了更大地提高和認識，為其獲得更大發展提供了基礎。制造的獲得成功，不僅需要技術和作業方式等內容的突破，以及按照質量和數量乃至時間來完成相關工作，做庫存和設備故障、廢品、污染等方面全部清零的狀況，實現以技術中心向人的角度發展和過渡。新時代新的制造模式已經逐步多層管理向網絡化管理，從順序工作方式想固定組織加工的敏捷制造方式開始了轉變，質量成為市場考查和要求的唯一標準。應用技術和投資項目的選擇與評價從某種意義上促進了機電一體化技術研究的進步。

3 結語

機電一體化技術已在機械技術和微電子技術、信息技術等發展的基礎上獲得了更大程度的進步，成為綜合性技術手段。發展過程也是不斷技術更新和使用的過程，同樣也是人們認知不斷加強的過程，逐步具有了更加鮮明的技術特點和發展方向，諸如人工智能的進駐、人機合作模式的展開、高科技技術的使用等。逐步實現機電一體化技術向電子化、智能化、系統化、可控化、綜合化等綜合性的方向發展。

參考文獻

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