探究機電一體化的發展及應用

程得通

摘要：本文簡述了機電一體化技術，分析了機電一體化的發展歷程，以及應用領域，研究了機電一體化技術的發展趨勢。

關鍵詞：機電一體化；發展現狀；技術應用

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0230-02

1 機電一體化技術概述

1.1 機電一體化技術定義

機電一體化技術是一項系統技術，是將機械技術、電子技術、信息技術等相關技術有機融合，實現功能集約化、控制過程自動化，機電一體化技術重點強調各種技術的相互協調，以達到系統總體最優的目的，而不是各技術的簡單疊加。

1.2 機電一體化的技術

（1）機械技術。機械技術實現機電一體化的載體與基礎，機械技術側重與機電一體化的匹配性與適應性。機電一體化技術利用人工智能等其他高新技術來更新設計、制造等理念，借助機械技術進行實現，例如在功能、使用材料、作業環節上的變更，滿足高精度、多功能、低耗能的特定要求。（2）信息處理技術。信息處理技術是在生產機電一體化產品的同時，計算機對產品各種信息和參數的交換、存取、運算、判斷、決策的過程。在機電一體化技術中，對于信息處理的正確性、及時性要求極高，因為這將直接影響到產品的加工質量和生產效率。因此，信息處理技術目前是推動機電一體化技術發展的最活躍的力量。（3）伺服傳動技術。生產設備中，伺服產品（例如伺服電機）扮演者動力源的角色，扭矩與轉速直接決定了動力源的輸出能力，伺服傳動技術也是直接執行操作的關鍵技術例如機械傳動中的慣量、速比、能效、剛性等都需要借助伺服傳動技術調整控制，實現機電一體化產品的動態性能、穩態精度與控制效果。（4）自動控制技術。自動控制技術包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷等控制技術。隨著計算機的不斷更新發展，在自動控制技術中融入計算機信息處理技術將使得自動控制過程更加智能、高效、精準。（5）傳感檢測技術。傳感與檢測技術機電一體化技術的關鍵環節，該技術扮演了感知器官的角色，傳感器能否快速、精確的獲取工況信息、能否經受各種嚴酷工況環境的考驗，將是機電一體化技術的重要保障[1]。

1.3 機電一體化技術的特點

（1）效率高、精度高。隨著集成電路的飛速發展，電路集成度日益提升，單片機等處理器功能越來越強大，響應速度、處理速度日益精準、迅速，相關電子設備的體積也越來越小，向著微型化的方向發展，這些由于上述技術的發展，機電一體化技術能夠滿足實際生產需要，在進行自動控制、信息處理等方面能夠滿足實際生產要求，實現高效生產；同時在生產產品的質量把控上，機電一體化技術推動了超精密加工技術的發展，能夠實現機械設備的精密運動控制與高精度加工。（2）可靠性高。伴隨著激光、電磁應用技術的飛速發展，各類開關、傳感器、控制器等也進行了技術革新，傳統的接觸式控制器由于存在磨損、斷裂等相關問題，易導致機電設備發生故障，影響生產效率，當前非接觸式已大面積替代接觸式，通過非接觸、遠程控制即可實現操作動作，大大提升了機電設備的可靠性。（3）控制效果好。傳統機械控制需要人來進行，且控制過程復雜、繁瑣，但是利用機電一體化技術在實際控制中，通過計算機控制軟件就可以確定機械動作。

2 機電一體化的發展歷程

機電一體化技術發展迅速，在短短幾十年的發展歷程中已突飛猛進，上世紀70年代以前機電一體化技術仍處在萌芽階段，二戰后資本主義國家的經濟發展刺激了機械產品與電子技術的相融合，出現了機電一體化的雛形，這些機電結合的軍用技術對于戰后經濟復蘇起到了關鍵作用；70年代到80年代，日本在推動機電一體化技術的發展方面起到了主導作用，機電一體化技術日趨成熟，應用范圍也日益廣泛，伴隨著此次技術革新，日本也一躍成為世界第二大經濟體；自上世紀90年代開始，機電一體化技術向智能化方向邁進，內容更加豐富，應用更加廣泛。

3 機電一體化的應用領域

3.1 工業機器人

工業生產過程中往往會涉及到異常危險的生產環節或者生產工況環境異常惡劣，人工作業存在巨大的安全隱患，因此在充分利用機電一體化技術的基礎上，人們制造出工業機器人，以代替人工從事高危作業，由此降低勞動強度與危險系數，避免安全事故的發生。工業生產機器人的發展經歷過三次里程碑意義的事件，第一代機器人自動化程度較低，只能從事機械重復的工作，無法感知外界工作環境的變化；第二代機器人相對智能，各類傳感器使得其能部分感知工況條件，還能進行部分信息的處理、判斷，第三代機器人即智能機器人，即能夠實現像人一樣思考判斷，這是當前的研究熱點。

3.2 全自動照相機

全自動照相機是通過機電一體化技術制造出的典型產品，可根據現場光線強弱、拍攝對象遠近自動選擇合適光圈、焦距和曝光速度，上述功能借助微電子技術，通過內置程序可瞬間完成大量運算，作出準確判斷。全自動照相機中的機械部分和電子部分是不可分割的整體，照相機的機械部分既是整個設備的基礎，也是被控制的對象（即執行對象），在相機所包含的技術中，不僅有精密機械與復雜電子線路，還包括光電檢測、液晶顯示等核心技術[2]。

4 機電一體化技術的發展趨勢

4.1 智能化

隨著人工智能技術的崛起，機電一體化技術也將吸收人工智能技術，朝著智能化的方向發展，具體是指機械設備能夠像人腦一樣，對傳感器所收集的信息進行高效處理、自主思考與判斷并形成控制決策，例如第三代工業機器人正朝著這個方向大踏步的前進，人工智能技術中的學習能力也至關重要，能夠使得機電設備在控制環節更加準確、高效。

4.2 網絡化

隨著計算機網絡技術的不斷更新換代，使機電一體化的發展水平不斷提升。我國通過網絡技術，深入研究國際先進的機電一體化的科技新技術，不斷提高國內的發展高度，并且通過計算機網絡技術的途徑，推銷機電一體化的產品走向世界。另外，利用網絡技術可以實現設備零距離的交流與溝通（即當前的物聯網技術），同時可以對機電一體化設備進行遠程控制式的運行，計算機網絡技術的引進給人類帶來了極大便利。這種技術將來會在我們日常生活中發揮著越來越重要的作用[3]。

4.3 模塊化

機電一體化產品中往往涉及到機械、電子與軟件等部分，規范上述三部分的技術標準，提高元器件的通用程度（例如規范各接口的尺寸、類型等），各零部件能夠互相匹配兼容，將會相關產品的市場推廣、保養維修提供極大的便利，上述模塊之間可互相聯系并實現功能集成，這樣可以提高設備的集約化程度。通過模塊化生產的方式，將會使得企業的生產更加快速、便捷以及高效，從而有效的降低生產成本。

5 結語

機電一體化的發展有力推動了工業生產的進步，同時工業生產中的具體要求倒逼機電一體化技術不斷革新并吸收融合其他技術，未來機電一體化技術將朝著綠色化、智能化、網絡化、模塊化等方向發展，并在工業生產中扮演更加重要的角色。

參考文獻

[1]劉桂超，李玉滿.機電一體化技術在機械工程上的應用及發展趨勢探析[J].化工管理，2017，（35）：202.

[2]李凱.機電一體化的應用領域和發展趨勢[J].中國設備工程，2017，（24）：108-109.

[3]周琴.機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J].機械，2010，（7）：24-26.