論機電一體化技術及其產品的發展和應用

張松潔 李海龍

摘 要： 隨著中國科學技術日益的迅速發展，機電一體化技術的應用也越來越廣泛。機電一體化技術是跨學科技術，闡述了機電一體化技術及其產品的發展趨勢，并介紹了機電一體化在行業中的相關技術應用。

關鍵詞： 機電一體化技術；產品；發展趨勢技術應用

一、機電一體化技術及其產品的發展趨勢

（一）機電一體化技術發展趨勢

機電一體化技術是以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發的數字化、網絡化、綜合化、個性化信息技術革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。機電一體化技術將向以下幾個方向發展：

1、智能化方向

今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發展。

2、光機電一體化方向

一般機電一體化系統是由傳感系統、能源（動力）系統、信息處理系統、機械結構等部件組成。引進光學技術，利用光學技術的先天特點，就能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源系統和信息處理系統。

3、微型化方向？

目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當這一成果用于實際產品時，就沒有必要再區分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以“融合”機體，執行結構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的。

（二）機電一體化產品的發展趨勢

1、智能化 智能化即要求機電產品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數學、神經網絡、灰色理論、心理學、生理學和混沌動力學等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

2、微控制器和接口技術的發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程控制操作、診斷和修復。

3、模塊化 是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。從而避免利益的沖突，并能使之標準化、系列化。

4、微型化 微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電系統是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件和系統。微機電系統產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、信息等方面具有不可比擬的優勢。

二、機電一體化技術的應用

（一）在現代機械制造業中的應用

傳統機械制造業是建立在規模經濟的基礎上，靠企業規模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率，其生產盈利是靠機器取代人力，靠復雜的專業加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業是以信息為主導，采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業，其特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環保協調的綠色制造。現代制造業集成了現代科學技術的發展，充分利用電子計算機技術，使制造技術提高到新的高度。

（二）在飲料行業中的應用

機電一體化技術是當今發展最快、應用前景最為廣泛的技術之一。機電一體化技術在食品、飲料包裝機械的開發、設計和制造過程中的應用。不僅使單機的自動化程度大大提高，而且使整條包裝生產線的自動化控制水平、生產能力得到很大提高，使其競爭能力遠遠超過傳統的機械控制的同類設備。可以大大改善食品飲料包裝生產設備產品的質量，提高其國內、國際競爭能力。

（三）在鋼鐵企業中的應用

1、計算機集成制造系統（CIMS） 鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。

2、開放式控制系統 “開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

3、交流傳動技術 隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。

三、總結

機電一體化是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。隨著機電一體化技術的發展，各種產品與裝置實現了機電一體化，有利實現整體優化，提高產品質量和生產效率，縮短開發新產品的生產準備周期，加速科技成果向商品轉化，有利推動傳統產業發生深刻變革，同時，隨著新產品的研發及高精密等設備的發展，要求新一代機電一體化技術、產品及系統朝著高性能、智能化、系統化以及微型化方向發展，從而為國家帶來更大的經濟效益與社會效益，其發展前景也將越來越光明。

參考文獻

[1]張楊林.機電一體化技術進展及發展趨勢[J].機械制造，2005，6（43）.

[2]楊春光.我國機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J].科技促進發展，2007，3（28）.

[3]袁中凡.機電一體化技術.電子工業出版社.2004.

[4]李運華.機電控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.