摘要：本文從機(jī)電一體化概要、發(fā)展?fàn)顩r、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析與探討。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;電子技術(shù);自動(dòng)控制;發(fā)展趨勢

　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

　　1、機(jī)電一體化概要

　　機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化發(fā)展至今也己成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。只是，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體力但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能加自動(dòng)檢測、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

　　2、機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r

　　機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時(shí)期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。那時(shí)研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，己經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

　　20世紀(jì)70~80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展，各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。

　　20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支;另一方面對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。

　　我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)，充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)差距。

　　3、機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)

　　機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群體的總稱。其關(guān)鍵技術(shù)有：傳感與檢測技術(shù)信息處理技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等。

　　3.1傳感與檢測技術(shù)

　　傳感與檢測技術(shù)關(guān)鍵元件就是傳感器。傳感器是整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)的環(huán)境接口，是自動(dòng)化、信息化以及智能化應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。傳感器的水平反映了一個(gè)國家的科技發(fā)達(dá)程度，特別是新型高科技傳感器的研究和開發(fā)世界各國都非常重視，比如多功能集成傳感器、智能傳感器、仿生傳感器等。多功能集成傳感器就是具有“一器多感”技術(shù)特點(diǎn)的傳感器。智能傳感器就是帶有微處理器的，具有信息自我處理功能的傳感器。仿生傳感器就是模擬人的感覺器官的傳感器，是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的核心。

　　3.2信息處理技術(shù)

　　信息處理技術(shù)包括信息的交換、傳遞、存儲和處理，主要工具就是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)及信息處理系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)(或產(chǎn)品)的信息處理中心，充分利用計(jì)算機(jī)超強(qiáng)的信息處理能力以及豐富的軟件資源，增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性，使系統(tǒng)具有了一定的智能。

　　3.3先進(jìn)制造技術(shù)

　　先進(jìn)制造技術(shù)是機(jī)電一體化發(fā)展的必然產(chǎn)物，是機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。先進(jìn)制造技術(shù)保障系統(tǒng)(或產(chǎn)品)構(gòu)造功能的最優(yōu)化。先進(jìn)制造技術(shù)采用具有柔性操作的先進(jìn)制造設(shè)備：機(jī)械加工中心、機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品，實(shí)行先進(jìn)的組織管理，組成柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)，提高制造作業(yè)及制造系統(tǒng)的柔性和生產(chǎn)率，以滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)的需要，滿足社會(huì)發(fā)展的需要。

　　3.4伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

　　伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是系統(tǒng)直接執(zhí)行操作的技術(shù)，其目的是從動(dòng)力學(xué)角度分析系統(tǒng)行為，保證系統(tǒng)整體運(yùn)行的最優(yōu)化。伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型，按照控制指令將電信號轉(zhuǎn)換成流體能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)運(yùn)功機(jī)構(gòu)，對整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。

　　3.5自動(dòng)控制技術(shù)

　　自動(dòng)控制技術(shù)是在自動(dòng)控制原理的指導(dǎo)下，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)對具體的控制裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)化20世紀(jì)80年代以來，如模糊控制，專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等人工智能控制技術(shù)，得到快速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用。

　　3.6系統(tǒng)總體技術(shù)

　　系統(tǒng)總體技術(shù)包括系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和接口技術(shù)，是用跨學(xué)科的思維能力來進(jìn)行綜合集成的技術(shù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)是以系統(tǒng)整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將系統(tǒng)整體分解成相互聯(lián)系的若干功能單元，再對功能單元進(jìn)行二次分解，最終確定一個(gè)可行的技術(shù)方案。接口技術(shù)的實(shí)質(zhì)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的具體應(yīng)用，是各要素或子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。在某種意義上說，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)歸根結(jié)底就是接口設(shè)計(jì)。

　　4、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

　　機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：

　　4.1智能化

　　智能化就是要求機(jī)電產(chǎn)品具有一定的智能，使其具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。如果人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步體現(xiàn)在人腦的智能上，那么機(jī)電一體化的發(fā)展和進(jìn)步就體現(xiàn)在其產(chǎn)品的智能上。智能化是機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的主要區(qū)別之一，也是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的主要方向。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊天地。

　　4.2模塊化

　　模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)�；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

　　4.3網(wǎng)絡(luò)化

　　20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等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(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)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，利用現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化己成大勢，家庭網(wǎng)絡(luò)(homenet)就是將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系(compute,IntegratedAppliancesystem,CIAS),使人們在家里享受科技帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

　　4.4微型化

　　微型化是指機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微機(jī)電一體化(MicroMechatronics)是機(jī)電一體化的一個(gè)重要分支，國外稱其微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MicroElectroMechanicalSystems).它泛指幾何尺寸不超過1cm的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向著微米、納米級發(fā)展。采用精細(xì)加工技術(shù)加工生產(chǎn)微機(jī)電一體化產(chǎn)品，其體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)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。

　　4.5集成化

　　機(jī)電一體化的集成是從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體功能分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干子功能，再將系統(tǒng)分解成若干個(gè)功能單一的功能單元，然后通過軟、硬件將各個(gè)功能單元有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)功能最強(qiáng)。集成是機(jī)電一體化發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力，它是一種創(chuàng)新性的過程，正是由于這種創(chuàng)新性，將機(jī)、電、信息、控制等各種相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體最優(yōu)，促使機(jī)電一體化領(lǐng)域的不斷拓展。

　　4.6系統(tǒng)化

　　系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除Rs232外，還有Rs485、DCs人格化。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一層是機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來的。

　　4.7人性化

　　機(jī)電一體化產(chǎn)品的使用對象和服務(wù)對象都是人。所以對于未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品，一方面必須加強(qiáng)它們與生命機(jī)體的相似性，給產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性;另一方面充分協(xié)調(diào)產(chǎn)品與人和環(huán)境的關(guān)系，使產(chǎn)品更關(guān)注人的生理、心理特性和極限，更適宜人的使用與操作。

　　4.8綠色化

　　工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適;另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)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(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)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(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境服廢后能回收利用。

　　5、結(jié)束語

　　我國機(jī)電一體化技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。在發(fā)展過程中，首先應(yīng)充分利用原有技術(shù)和設(shè)備，發(fā)展經(jīng)濟(jì)型機(jī)電產(chǎn)品;然后充分利用發(fā)達(dá)國家的高新技術(shù)，引進(jìn)、仿制和開發(fā)效益好收效快的機(jī)電產(chǎn)品;在此基礎(chǔ)上，全面開發(fā)具有中國特色的高新產(chǎn)品.

　　機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展至今己經(jīng)成為一門有著自身完整體系的綜合性學(xué)科，隨著未來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展還將被賦予新的內(nèi)容。

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