淺論機電一體化的發展趨勢

杜瑞麗

摘 要：本文講了機電一體化技術的應用現狀，并分析了我國機電一體化技術未來的發展趨勢。在機械工程這一領域中，機電一體化隨著微電子技術和計算機技術的迅速發展以及向機械工業的滲透開始逐漸形成并不斷完善，其對機械工業的產品機構、技術結構、功能與構成、生產方式及管理體系產生了巨大的變化，我國工業生產已經邁入了以“機電一體化”為特征的發展階段。

關鍵詞：機電一體化；發展趨勢

1 機電一體化技術的優點

1.1 安全性高

相對而言，機電一體化產品在自動監視、報警、自動診斷、自動保護等方面具有更強的功能。當遇到工作過程中的各種電力故障時，它都能自動啟動相應保護措施，最大限度避免和減少人身和設備事故，使設備的使用安全性得到顯著提高。

1.2 使用性能高

由于數字顯示和程序控制的普遍采用，機電一體化產品的手柄數量和操作按鈕大大減少，簡化操作，使用方便。由于預設程序開始逐步被電子控制系統操控，機電一體化產品實現了對全部動作的大量重復。此外，更高級的機電一體化產品甚至還可以實現隨機自動尋找最佳的工作程序，實現了自動最優化操作。

1.3 生產能力高

由于具備了較強的信息自動處理和自動控制功能，機電一體化產品在控制和檢測靈敏度、精度、范圍等方面都有很大程度的提高。通過自身自動控制系統，可確保機械執行機構的動作能夠按已設計的要求完成，工作質量和產品的合格率也能得到最佳保證。此外，由于自動化的成功實現，機電一體化產品的生產能力也有顯著的提高。

1.4 適用面廣

由于不受機電產品單技術、單功能的限制，機電一體化產品的復合技術和復合功能，大大提高了產品的自動化程度和功能水平。另外，機電一體化產品還因具備了自動化和智能化等多種功能而應用于各種不同的場合和不同領域，對用戶需求的應變能力較強。

2 機電一體化技術主要應用領域

2.1 數控機床

經過 40 多年的發展，數控機床及相應的數控技術在功能、結構、操作和控制精度上都有廣泛的應用以及快速的提高，其結構的發展逐步趨向總線式、模塊化、緊湊型，且采用多CPU、多主總線的體系。由于開放性設計能最大限度地提高用戶的使用效益，硬件體系的結構和功能模塊相對而言更具有層次性、兼容性、符合接口標準。為了面向車間編程技術和二、三維加工過程動態仿真的實現，系統一般會引入在線診斷、模糊控制等智能機制。此外，大量模塊化軟件的設計和大容量存儲器的廣泛應用，在豐富數控功能的同時，也使系統的控制功能有了很大加強。

2.2 工業機器人

由于第一代機器人即示教再現機器人只能局限于根據示教內容進行簡單的重復運動，面對各種不同的工作環境和作業對象，其適應性和靈活性存在明顯不足；隨著技術的不斷改進，第二代機器人具備了各種先進的傳感元件，通過對作業環境和操作對象進行簡單的信息獲取、計算機處理與分析，機器人能夠做出一些相應的判斷，并進行反饋、控制動作，其智能化程度還處比較低級階段，并已開始走向實用化；現代智能機器人也即第三代機器人，由于具有多種感知功能，它們能夠很好地處理復雜的邏輯思維、判斷與決策，而且能夠在各種作業環境中進行獨立的行動。

2.3 分布式控制系統

由一臺中央計算機對若干臺現場測控計算機或智能控制單元進行指揮控制，便是分布式控制系統，一般可分為兩級、三級或者更多級。對于生產過程中的集中操作、監視、管理和分散控制等，計算機都能順利完成。隨著測控技術的不斷發展與創新，分布式控制系統的功能也越來越強大，除了可對生產過程進行實時控制，還可以對生產過程實現實時調度、在線最優化、生產計劃統計管理等功能，成為一種集測、控、管于一體的綜合系統。

3 機電一體化技術發展趨勢

3.1 高性能化

現實應用對機電一體化技術提出越來越高的要求，為了滿足社會生產快速發展的需要，新一代機電一體化系統對速度、精度、效率以及可靠度等方面的要求更高了。所以，以高速度、高精度、高效率和高可靠度為標準的高性能化是未來機電一體化技術發展的一大趨勢。

3.2 微型化

所謂微型化，就是指機電一體化技術趨向微型機器或微型領域發展，它源于人們對高新技術不斷微型化的追求。比較而言，微型機電一體化的產品在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢，主要表現有產品的體積小、少耗能、運動靈活等，對常人無法想象的各種任務都能成功勝任。

3.3 智能化

作為 21 世紀機電一體化技術發展的主要方向之一，人工智能日益引起了機電一體化建設者的研究重視，主要應用包括有機器人智能化與數控機床智能化。“智能化”是描述機器行為而言的，它在控制理論的基礎上，吸收了各種新的思想和方法，通過對人類智能的模擬，使其具備了進行推理判斷、邏輯思維、自主決策的能力，控制的目標也就更高。

3.4 系統化

系統化主要有兩大特征：特征一就是開放式和模式化總線結構的采用更進一步，系統可以進行任意的剪裁和組合，靈活組態，尋求多子系統的協調控制和綜合管理；特征二就是通信功能有了很大的升級，產品與人的關系將得到未來機電一體化技術的更多關注，機電一體化產品將向更人性化的方向發展。現實中的許多機電一體化產品大都是受到動物或人類的啟發而研制成功的，如何賦予機電一體化產品更多智能、情感、人性和通過生物機理的模擬，研制出各種人性化的產品是機電一體化技術未來的兩個研究方向。

3.5 網絡化

由于網絡技術的興起和飛速發展，使得市場競爭環境有了重大的變革，這必將促使網絡化與機電一體化的互相融合。隨著網絡的不斷普及，基于網絡的各種監視技術和遠程控制也不斷地涌現，而遠程控制的終端設備就其本身而言，就是機電一體化產品。另外，大量家用電器因現場總線和局域網技術的應用也必將走向網絡化，通過以計算機為中心的計算機集成家電系統，人們便能足不出戶地就可以在家享受各種高技術帶來的便利與快樂。

參考文獻：

[1] 李晶.機電一體化技術應用之我見[J].價值工程，2011（3）.

[2] 謝佳.略論機電一體化技術的發展[J].綜合研究，2011（6）.