導語：如何才能寫好一篇機電一體化技術概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：機電一體化;產(chǎn)品創(chuàng)新;概念設計

機電一體化產(chǎn)品的概念設計有著極其豐富的內(nèi)容，同時也是產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程內(nèi)最具創(chuàng)造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關產(chǎn)品研發(fā)者起到關鍵的引導效用。因此，對機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新性概念設計進行探索，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1機電一體化產(chǎn)品概念設計的概述

1.1機電一體化產(chǎn)品概念設計的內(nèi)容

機電一體化產(chǎn)品是在機電一體化基礎上建立起的包含系統(tǒng)與構(gòu)件、基本元內(nèi)容的集合，而機電一體化產(chǎn)品概念設計的含義則是依據(jù)產(chǎn)品使用周期中各個環(huán)節(jié)所需要求對產(chǎn)品實施功能改造、分析和子功能開發(fā)，進而實現(xiàn)其滿足功能結(jié)構(gòu)要求的系統(tǒng)化設計活動。這種設計工作的過程包括前期規(guī)劃、設計概念以及對計劃進行詳細化和豐富化，并加以改進補充。機電一體化產(chǎn)品概念設計過程中的程式化內(nèi)容可以通過計算機技術代為實現(xiàn)，但除此之外難以被程式化的方面還需產(chǎn)品設計人員通過人工設計逐步完成。通過構(gòu)建人機協(xié)同的概念設計理念，對其功能與組織開發(fā)的過程按照模塊化思想進行劃分，以此實現(xiàn)這一設計工作的層次性、協(xié)調(diào)性。目前，發(fā)達國家對機電一體化概念設計的深入研究大體集中于其調(diào)控系統(tǒng)的設計。機電一體化的理念自1971年被提出以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，內(nèi)容也在逐步豐富，尤其在科技快速發(fā)展的今天，廣闊的市場空間與消費需求的升級，更加迫使機電一體化產(chǎn)品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計算機技術、互聯(lián)網(wǎng)信息技術、傳感技術、AI技術、微電子技術、新材料技術、集成技術以及其他相關技術的進步，都為機電一體化產(chǎn)品的革新打下了技術根基，使得機電一體化產(chǎn)品朝著更優(yōu)質(zhì)、更高效的方向邁進。

1.2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計的意義

機電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新型概念設計本身有著重要作用，其既是產(chǎn)品品質(zhì)的深層內(nèi)容，又是其功能屬性得以發(fā)揮的保障，對其本身質(zhì)量的影響也約占60%～70%。因此，建成機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內(nèi)容。第一，創(chuàng)新機電一體化產(chǎn)品的概念設計是保障機電一體化產(chǎn)品品質(zhì)的必要性要求。機電一體化體系具有多種學科互相交叉、集成融合的特點，本身具有著復雜內(nèi)涵。因此，現(xiàn)今許多的機械產(chǎn)品的設計并不適應機電一體化技術本身的特色，難以做到根據(jù)機電一體化技術特征隨之作出應對。第二，機電一體化產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)新促使其理論體系得到發(fā)展。要創(chuàng)新這一概念設計，必將建立新的方式、理論基礎。只有在合理、可靠的概念設計基礎上，才能使之收獲具有優(yōu)異性能的機電一化體產(chǎn)品。再加之如今概念設計的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關注與認同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設計理論的建立，對于推動創(chuàng)新機電一體化產(chǎn)的概念設計發(fā)展起到了不可忽略的效用，進一步促進了機電一體化技術體系的建立和機電一體化技術的完善。第三，機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計對于生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量的提高起到切實的幫助作用。許多機電一體化產(chǎn)品都帶有自動處理、調(diào)節(jié)的功效，通過這些能力的實現(xiàn)，能夠保證工作質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。例如，在數(shù)控機床的使用過程中，其生產(chǎn)效率要高出普通基礎5～6倍，并能夠?qū)崿F(xiàn)機床數(shù)量減少50%，節(jié)省50%操作人員的效能，生產(chǎn)周期也能縮短40%，進而使得生產(chǎn)成本降低50%左右。

2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計理論

2.1機電一體化產(chǎn)品應用到的系統(tǒng)原理

機電一體化系統(tǒng)是該類產(chǎn)品中最為重要的基礎。就其本質(zhì)來說。它算是一種復雜機械，但與普通的機械相比還有著顯著區(qū)分。機電一體化體系是通過在機構(gòu)的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進的電子技術，并使之與軟件相互聯(lián)合形成的一類新型機械系統(tǒng)。就其功能來說，機電一體化系統(tǒng)包含機械力、能量流、運動力等多種動力學有關的特殊機械，以及一些機電部件互相關聯(lián)的系統(tǒng)。其中，機電一體化系統(tǒng)的核心又在于集成協(xié)調(diào)各種技術，通過對機械工程、控制系統(tǒng)、計算機技術、電子技術、電工技術等多項技術的聯(lián)合利用，實現(xiàn)其運動行為可控的目標，而不僅簡單對各項技術進行拼湊堆積。這也是利用計算機的調(diào)節(jié)和處理能力，實現(xiàn)驅(qū)動元件可控特征的現(xiàn)代化機械系統(tǒng)。有關機電系統(tǒng)化原理的研究主要包含三方面內(nèi)容。第一，三環(huán)論。研究者認為，機電一體化產(chǎn)品可以劃分為電子、機械、軟件三項功能模塊。第二，五塊論。通常視機電一體化產(chǎn)品是由動力功能、控制功能、構(gòu)造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統(tǒng)理論。研究人員認為，機電一體化系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩項分支系統(tǒng)共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機械主體加以強調(diào)，也并未對處理好機電一體化系統(tǒng)的概念設計中出現(xiàn)的復雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產(chǎn)品的概念設計不能起到重要作用。在概念設計實際工作中，機電一體化系統(tǒng)往往會被劃分為傳感檢測、執(zhí)行機構(gòu)、信息控制處理三個子系統(tǒng)。通過這三個子系統(tǒng)的系統(tǒng)分工，各自完成信息檢測、機械運動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實現(xiàn)該系統(tǒng)中各項功能的優(yōu)化和最佳效果的發(fā)揮，并以此獲得機電一體化系統(tǒng)的概念設計合理的相關方案。

2.2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計方法

對機電一體化產(chǎn)品而言，其概念設計是許多領域內(nèi)知識、技術之間的交織融合，具有新穎復雜、反復迭代、目標多解、結(jié)構(gòu)不良等特點。滿足機電一體化產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)新，關鍵在于發(fā)揮設計者的主觀能動性，通過展現(xiàn)設計智慧，滿足創(chuàng)新性的要求。要實現(xiàn)這一目標，主要在于實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)配合。計算機技術的飛速進步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創(chuàng)新產(chǎn)品設計這類任務，主要還得依靠人類的智能實現(xiàn)。機電一體系統(tǒng)也是人機協(xié)同系統(tǒng)，通過對設計者與計算機的分工，來達到創(chuàng)新概念設計的目的。機電一體化產(chǎn)品概念設計創(chuàng)新主要方法包括三方面內(nèi)容。第一，落實人才戰(zhàn)略，培養(yǎng)專業(yè)性人才?？萍几偁幾罱K都會落實在人才競爭上。要實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)新，人才供應是重要保障。機電一體化技術專業(yè)人才在制造行業(yè)占據(jù)就業(yè)滿意度第三位的好名次，就業(yè)率更是高達100%。因此，加強專業(yè)人才培養(yǎng)更有著多方面的積極意義，國家以及機電行業(yè)要在培養(yǎng)、優(yōu)化道路中貢獻出更多力量，從多方面對學生展開培訓工作，以此實現(xiàn)增強研究者、開發(fā)者、設計者以及其他相關從業(yè)人員素質(zhì)的目的。第二，努力拓寬供應市場，嚴守質(zhì)量關。市場是檢驗產(chǎn)品的試金石，將機電一體化產(chǎn)品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠?qū)崿F(xiàn)，另一方面通過買方對產(chǎn)品性能體驗所作反饋也對產(chǎn)品研發(fā)起到反作用力的效果，使其優(yōu)點得以保存、延續(xù)，缺點得到改良、進化，從而不斷促進機電一體化產(chǎn)品性能的整體提升。第三，將環(huán)保技術納入機電一體化的發(fā)展策略中。機械技術、計算機技術、電子技術、電力技術等多種技術的應用，往往會伴隨著電子、機械污染的問題。在機電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，無可避免也會產(chǎn)生一些污染物。因此，設計者在設計研發(fā)過程中要考慮到環(huán)保問題，讓機電一體化產(chǎn)品朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，以施行環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展策略為其提供方法指引。通過一些環(huán)保設施和環(huán)?？萍嫉膶嵭?，有效遏制資源浪費、污染物增多的問題。當實際運行過程中出現(xiàn)技術故障時，也可以反復利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關生產(chǎn)負責人還應主動淘汰一些產(chǎn)能落后的設備、產(chǎn)品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)，使人們擁有健康的生存環(huán)境。

2.3機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計的發(fā)展展望

機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計主要發(fā)展在于理論的進步。雖然機電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強分析、研究，但其發(fā)展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內(nèi)容：第一，根據(jù)被測物理量，建立傳感器特點和類型的知識庫；第二，構(gòu)建與機電一體化產(chǎn)品的概念設計相關的推理方法庫；第三，將執(zhí)行機構(gòu)的實現(xiàn)運動與動作進行分類，構(gòu)建執(zhí)行機構(gòu)庫和驅(qū)動元件庫，以促進驅(qū)動元件、執(zhí)行、傳動機構(gòu)和兩者的集成選擇實行；第四，實現(xiàn)對該類產(chǎn)品概念設計在各個環(huán)節(jié)評價體系的建立，尤其在概念設計初期中構(gòu)建對功能原理設計環(huán)節(jié)的評價體系；第五，構(gòu)建調(diào)節(jié)和控制信息的資料庫，以促進挑選硬件和編制軟件中對機構(gòu)子系統(tǒng)高效管控的實現(xiàn)。隨著機電技術與各項科技的快速進步以及機電一體化研究的逐步深入，促使機電一體化產(chǎn)品概念設計的理論體系更加豐富，并具有更為強大的實用功能和操作功能，從而順利實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)。

3結(jié)束語

機電一體化產(chǎn)品的研究雖然已經(jīng)取得了較為矚目的成績，但關于機電一體化產(chǎn)品設計的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關從業(yè)者不斷加強探索、創(chuàng)新，通過大量細致的實踐研究工作，促進機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計的完善和成熟，并最終實現(xiàn)其優(yōu)異的實用價值。

作者:王中元 單位:內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術學院

參考文獻:

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【關鍵詞】機電一體化；技術；現(xiàn)狀；發(fā)展；趨勢

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一、前言

隨著時代的進步，科技的發(fā)展，各個工業(yè)領域的技術開始融合起來，從而大大提高了技術的水平，提高了我國的工業(yè)生產(chǎn)能力。機電一體化就是這樣一個在科技發(fā)展的浪潮中衍生的科技發(fā)展新方向。

二十世紀九十年代后期發(fā)展至今，機電一體化技術開始逐漸地邁向了新階段[3]。以微電子技術作為核心的高科技技術逐漸被應用于工程機械制造領域中，進而改變了我國工程機械長期落后的困境，同時也促進了相關工業(yè)制成品的性能的進步，從整體上將我國的工程機械推進了一個全新的臺階。尤其是在一些樓宇建設中電子監(jiān)控和自動報警的應用中，如果相關的設備和工程機械出現(xiàn)了故障，電子監(jiān)控設備以及自動報警系統(tǒng)能夠及時準確地為工作人員提供相關信號，以方便工作人員及時地維護和更新。

二、機電一體化技術

機電一體化技術．顧名思義．結(jié)合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統(tǒng)技術，應用范圍愈來愈廣。

機電一體化技術具體包括以下內(nèi)容：

1、機械技術

機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術。

2、計算機與信息技術

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3、自動控制技術

其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

4、傳感檢測技術

傳感檢測技術是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。

5、伺服傳動技術

包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

三、機電一體化的發(fā)展階段

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段。上世紀60年代以前為第一階段（亦可稱為初級階段）。在這一時期，人們不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復起了積極的作用。

上世紀70～80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎。

第三階段，上世紀90年代后，機電一體化技術開始向智能化方向邁進，進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支。另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。

四、機電一體化技術的現(xiàn)狀

機電一體化技術與其他技術的發(fā)展狀況類似，也經(jīng)歷了長期的產(chǎn)生發(fā)展和成熟的過程。在機電一體化概念還未出現(xiàn)時，世界各國的相關科技工作者就已在原有的機械設計基礎之上設計和研發(fā)出了機電一體化的產(chǎn)品。但隨著機電一體化產(chǎn)品的不斷前進和發(fā)展，20世紀70年代初，相關的科技工作者才在長期實踐過程中系統(tǒng)地總結(jié)和提出了機電一體化的概念，并在實踐中使其不斷發(fā)展完善。

隨著集成電路、計算機技術等的發(fā)展和普遍應用，機電一體化也得到了新的全面發(fā)展由于具備了形式靈活內(nèi)容豐富應用廣泛的特點，機電一體化技術在機械行業(yè)中引發(fā)了深層的技術改革，而這種改革又反過來推動了機電一體化技術向全新的方向發(fā)展?，F(xiàn)在，隨著技術進步時展，機電一體化技術的應用已深入到社會生活的各個領域，為人類帶來了更為高效的生產(chǎn)和生活方式。

五、機電一體化技術的發(fā)展趨勢

縱觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術的發(fā)展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展：

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。

2.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環(huán)境接口等的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，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械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。

3.網(wǎng)絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術的應用使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡（homenet）將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)（computer integrated appliance system，CIAS），能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利號快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

4.微型化

微型化興起于20世紀80年代末，是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)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(tǒng)。微機電系統(tǒng)產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

5.綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來巨大變化。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)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前景。

六、結(jié)束語

綜上所述，機電一體化技術已經(jīng)成為了當下科技發(fā)展的一個新的趨勢，它是眾多學科交叉、共生的結(jié)果，對于提高我國的科技水平和人們的生活水平具有很好的推動作用。

【參考文獻】

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關鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結(jié)合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業(yè)，機械技術面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關鍵技術

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲?！皠恿δ堋笔窍蛳到y(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設計歸根結(jié)底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關關鍵技術

①機械技術：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術：機電一體化系統(tǒng)是一個技術綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術將各有關技術協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

2 機電一體化的設計過程

機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變?yōu)榭刂齐妱訖C，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經(jīng)濟中體現(xiàn)了制造業(yè)高科技化，促進了高科技產(chǎn)業(yè)和知識經(jīng)濟的發(fā)展。它是一種用于機電產(chǎn)品最優(yōu)設計的方法學。它包括4個基本學科：電氣、機械、計算機科學和信息技術。如圖1所示。

摘要：本文結(jié)合筆者的多年工作經(jīng)驗，對機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及關鍵技術進行了簡要的分析，并就機電一體化系統(tǒng)的幾種可靠性設計進行了探討。

關鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結(jié)合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業(yè)，機械技術面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關鍵技術

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設計歸根結(jié)底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關關鍵技術

①機械技術：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術：機電一體化系統(tǒng)是一個技術綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術將各有關技術協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

2 機電一體化的設計過程

篇4

[關鍵詞]機電一體化發(fā)展系統(tǒng)組成

中圖分類號:TM-9文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110120-01

一、機電一體化的概念

機電一體化又稱機械電子學,英語稱為Mechatronics,它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上,隨著機電一體化技術的快速發(fā)展,機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術,是機械和微電子技術緊密集合的一門技術,他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化,智能化。機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。

二、機電一體化技術發(fā)展歷程

自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,“機電一體化”技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意:

1.數(shù)控機床的問世,寫下了“機電一體化”歷史的第一頁;

2.微電子技術為“機電一體化”帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、“電力電子”等的發(fā)展為“機電一體化”提供了堅強基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使“機電一體化”躍上新臺階。

三、機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展。機電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面:

1.智能化:智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視,機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。誠然,使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或者人的部分智能,則是完全可能而且必要的。

2.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),進行任意剪裁和組合,同時尋求實現(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。一般除RS232外,還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系,機電一體化的人格化有兩層含義:一層是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等,顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化;另一層是模仿生物機理,研制出各種機電一體化產(chǎn)品。事實上,許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)而研制出來的。

3.微型化:興起于20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

4.仿生物系統(tǒng)化:今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大,并且往往在結(jié)構(gòu)上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定,但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物:當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時,生物便“死亡”,而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時,生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構(gòu)可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體,但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物――軟件”或“生物系統(tǒng)”,而生物的特點是硬件(肌體)――軟件(大腦)一體,不可分割?？磥?機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨,但有一段漫長的道路要走。

四、機電一體化技術內(nèi)容

機電一體化技術內(nèi)容主要包含以下幾個方面:機械技術機械技術;計算機與信息技術;系統(tǒng)技術;自動控制技術;傳感檢測技術;伺服傳動技術。

五、機電一體化系統(tǒng)組成

1.機械本體:機械本體包括機架、機械連接、機械傳動等,它是機電一體化的基礎,起著支撐系統(tǒng)中其他功能單元、傳遞運動和動力的作用。與純粹的機械產(chǎn)品相比,機電一體化系統(tǒng)的技術性能得到提高、功能得到增強,這就要求機械本體在機械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應,具有高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型、輕量、美觀的特點。

2.檢測傳感部分:檢測傳感部分包括各種傳感器及其信號檢測電路,其作用就是檢測機電一體化系統(tǒng)工作過程中本身和外界環(huán)境有關參量的變化,并將信息傳遞給電子控制單元,電子控制單元根據(jù)檢查到的信息向執(zhí)行器發(fā)出相應的控制。

3.電子控制單元:電子控制單元又稱ECU(Electrical Control Unit),是機電一體化系統(tǒng)的核心,負責將來自各傳感器的檢測信號和外部輸入命令進行集中、存儲、計算、分析,根據(jù)信息處理結(jié)果,按照一定的程度和節(jié)奏發(fā)出相應的指令,控制整個系統(tǒng)有目的地進行。

4.執(zhí)行器:執(zhí)行器的作用是根據(jù)電子控制單元的指令驅(qū)動機械部件的運動。執(zhí)行器是運動部件,通常采用電力驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動等幾種方式。

5.動力源:動力源是機電一體化產(chǎn)品能量供應部分,其作用是按照系統(tǒng)控制要求向機械系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能,以電能為主。

綜上所述,機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的,它是許多科學技術發(fā)展的結(jié)晶,是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不但發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。

參考文獻:

[1]李建勇,機電一體化技術[M].北京:科學出版社,2004.

[2]顧京,現(xiàn)代機床設備[M].北京:化學工業(yè)出版社,2001.

篇5

關鍵詞：學科、滲透、結(jié)晶、發(fā)展趨勢。

現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(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)由機械電氣化邁入了以機電一體化為特征的發(fā)展階段。

1 機電一體化概要

機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化。智能化機電一體化是指在機構(gòu)取得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。

因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產(chǎn)品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術和其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替勞動者的勞力。但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手和肢體的延伸，還是人的感官和頭腦的眼神。機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別是它具有智能化的特征。

2 機電一體化的發(fā)展概況

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

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中斬露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微電等新的分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

3 機電一體化的發(fā)展趨勢

3.1 智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能目前是不可能的，但高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能的。

3.2 環(huán)?；?/p>

工業(yè)的發(fā)達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)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色環(huán)保產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色環(huán)保的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展意義。機電一體化產(chǎn)品的環(huán)?；饕侵府a(chǎn)品使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

3.3 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集成減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，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械裝置。這樣，可利用標準單元迅速 （下接63頁）

（上接53頁）開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標準，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)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3.4 網(wǎng)絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術是家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

3.5 微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

結(jié)束語

綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是科學技術發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

參考文獻

篇6

關鍵詞：機電一體化；核心技術；發(fā)展進程；發(fā)展趨勢

機電一體化技術是面向應用的跨學科技術，是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更日新月異。

一、機電一體化的核心技術

1.機械技術：是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

2.計算機與信息技術：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3.系統(tǒng)技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。

4.自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

5.傳感檢測技術：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。

6.伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

二、機電一體化的發(fā)展進程

1.數(shù)控機床問世：自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設備制造市場一派繁榮。

2.微電子技術的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3.可編程序控制器（PLC）的應用于工業(yè)：上世紀60年代后期，美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種ModularDigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業(yè)獲得大量應用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口；采用各種相關的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng)，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現(xiàn)：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發(fā)展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結(jié)合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經(jīng)濟、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。

三、機電一體化向智能化邁進

20世紀90年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有：

1.智能化：是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。

2.網(wǎng)絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

3.微型化：興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

4.綠色化：機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。

5.系統(tǒng)化：其表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進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)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。

結(jié)束語：

當然，機電一體化的發(fā)展不是孤立的，與機電一體化相關的技術還有很多，并隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發(fā)展與應用也將更加廣闊。

參考文獻：

篇7

關鍵詞：機電一體化；發(fā)展背景；趨勢

【分類號】：TU855

前言：近些年來，隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，推動了不同學科的相互交叉與滲透，并引發(fā)了幾乎所有工程領域的技術革命與改造。再加之微電子技術的飛速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透，機械工業(yè)的技術結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能、生產(chǎn)方式及其管理體系均發(fā)生了巨大變化，目前，關于“機電一體化”含義尚未取得統(tǒng)一的定義，較為普遍的提法是“日本機械振興協(xié)會”經(jīng)濟研究所對機電一體化概念所做的解釋：“機電一體化是在機械主功能、功力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。”隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，“機電一體化”還被不斷地賦予新的內(nèi)容。但其基本概念的含義可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將機械技術、微電子技術、信息技術、控制技術、計算機技術、傳感器技術、接口技術等在系統(tǒng)工程的基礎上有機地加以綜合，實現(xiàn)整個系統(tǒng)最優(yōu)化而建立起來的一種新的科學技術。它使生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化，機電產(chǎn)品智能化，極大地提高了生產(chǎn)效率。一場“機電一體化”革命蓄勢待發(fā)。

一。機電一體化的發(fā)展背景

隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的趨勢，這完全取決于機電一體化技術所存在的優(yōu)越性和潛在的應用性能。

（一） 使用安全性和可靠性提高

機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。機電一體化產(chǎn)品由于采用電子元器件，減少了機械產(chǎn)品中的可動構(gòu)件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性，產(chǎn)品的故障率低，壽命得到了提高。

（二）生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高

機電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機構(gòu)按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時，由于機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作的自動化，使得生產(chǎn)能力大大提高。

（三）使用性能改善

機電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預設的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體化產(chǎn)品可通過被控對象的數(shù)學模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作

二.形勢。

我國用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度我國用機電一體化技術加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。

我國用機電一體化產(chǎn)品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產(chǎn)品的責任重，有意義。在我國工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重。近年來我國的工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖然幾經(jīng)調(diào)整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè)，優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產(chǎn)有關的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低，且具有柔性，可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。

另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的歷史不長，差距較大，許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。

三.機電一體化的發(fā)展趨勢

（一） 智能系統(tǒng)化

所謂智能系統(tǒng)化，是指機電產(chǎn)品系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用模式化和開放式的總線結(jié)構(gòu)，機電系統(tǒng)各部分可以靈活組態(tài)，進行任意組合，這是機電一體化和傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一。另外，機電產(chǎn)品的通信功能大大加強，局部網(wǎng)絡開始被大范圍地使用?？傊磥淼臋C電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系，機電產(chǎn)品開始往著生物系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

（二） 微型化

未來的機電一體化將會高度融合微機械技術、軟件技術和微電子技術，所以未來的機電產(chǎn)品系統(tǒng)能進行精細操作，在航空航天、生物醫(yī)學和信息技術等領域都將有廣闊的應用前景。

（三） 規(guī)范化

由于機電一體化產(chǎn)品種類繁多，研制和開發(fā)工作相當復雜，所以需要制定一系列標準來規(guī)范生產(chǎn)過程。在這種形勢背景下，機電一體化開始向著規(guī)范化的方向發(fā)展，如此一來，不僅可以迅速開發(fā)新產(chǎn)品，而且還可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。

（四）網(wǎng)絡化趨勢

計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)等領域都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂，因此機電一體化產(chǎn)品朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展是為大勢所趨。

（五）綠色化趨勢

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

（六） 集成化 集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。

（七） 帶源化 是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。 人性化 機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

篇8

關鍵詞：機電一體化 ,進程, 智能化, 發(fā)展

Abstract: along with the development of information technology, mechanical and electrical integration technology development is rapid, "mechanical and electrical integration" is to take machinery, electronics and information technology to organic union, in order to realize the industrial production and process optimization of the whole a high and new technology. Mechanical and electrical integration is refers to the Lord in the equipment institutions function, power function, the information processing functions and control function introduce electronic technology, mechanical and electronic device design and software combined form the floorboard of the system. Mechanical and electrical integration is the modern inevitable outcome of the development of science and technology, this paper introduces the basic characteristics of the electromechanical integration technology, this paper analyzes the development trend of the electromechanical integration technology.

Keywords: electromechanical integration, process, intelligent, development

中圖分類號： TH-39 文獻標識碼： A 文章編號：

“機電一體化”在國外被稱為Mechatronics，意為機械技術和電子技術的有機結(jié)合。它是在以微型計算機、機械電子技術深度結(jié)合的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標，對各組成要素間的信息處理、接口耦合、運動傳遞和能量變換進行研究，使整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等方面實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術。

一、機電一體化的核心技術

（一）、機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能

上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術。

（二）、其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術均屬于計算機信息處理技術。

（三）、系統(tǒng)技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。

（四）、傳感檢測技術是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。

（五）、自動控制技術其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適

應控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

二、機電一體化的技術基本特征

機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。機電一體化是一個綜合的概念，涵蓋“技術”和“產(chǎn)品”兩方面內(nèi)容。前者是指包括技術基礎、技術原理在內(nèi)的、使機電一體化產(chǎn)品得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術。后者是指采用機

電一體化技術，在機械產(chǎn)品基礎上創(chuàng)造出來的新一代機電一體化產(chǎn)品。“機電一體化”已成為當今世界工業(yè)發(fā)展的主要趨勢，也帶動了傳統(tǒng)機械工業(yè)的一場新的革命。機械工業(yè)要爭生存，求發(fā)展，必須走機電一體化之路。學科隨著科學技術的不斷發(fā)展, 還將被賦予新的內(nèi)容。

三、機電一體化的發(fā)展進程

（一）、我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965 年，經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)已初步形成了包括設計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。微電子技術是現(xiàn)代電子信息技術的直接基礎，如微機控制的數(shù)控機床己不再是傳統(tǒng)的機床；又如汽車的電子化導致汽車工業(yè)的革命，目前先進的現(xiàn)代化汽車，其電子裝備已占其總成本的70% 。進入信息化社會，集成電路成為武器的一個組成單元，電子戰(zhàn)、智能武器應運而生。雷達的精確定位和導航，戰(zhàn)略導彈的減重增程，戰(zhàn)術導彈的精確制導，巡航導彈的圖形識別與匹配，以及各類衛(wèi)星的有效載荷和壽命的提高等等，其核心技術都是微電子技術。

（二）、以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發(fā)展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結(jié)合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經(jīng)濟、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。

四、機電一體化向智能化邁進

20 世紀90 年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。

（一）、智能化是21 世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是其重要應用。

（二）、微型化興起于20 世紀80 年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過

1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

（三）、系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進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)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。

結(jié)論：

機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學技術發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

參考文獻：

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關鍵詞：機電一體化 機械系統(tǒng) 設計

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0029-01

機電一體化機械系統(tǒng)是利用計算機來完成機械設計和研究的過程。是對傳統(tǒng)機電工業(yè)的改革和創(chuàng)新，擁有很大的發(fā)展前景。因為機械系統(tǒng)是一個系統(tǒng)，是由各個機電部件組成，所以每一個部分都要做到精細，互相協(xié)調(diào)配合而達到系統(tǒng)的高效科學。

1 機電一體化機械系統(tǒng)的相關概念

機電一體化系統(tǒng)是由多個信息處理系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)配合所組成的，所以對信息的處理和反應非常之快，因為系統(tǒng)存在多個分支。機電一體化的機械系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)相比有很大差別，傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)沒有計算機的控制部分，而機電一體化機械系統(tǒng)就是以計算機為中心樞紐，組織機械進行生產(chǎn)開發(fā)和運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)代的機電一體化系統(tǒng)就是利用仿生技術、微電子技術實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和快速應變能力，是現(xiàn)代高科技手段在機械制造行業(yè)的推廣和應用，具有非常大的市場價值。

2 機電一體化機械系統(tǒng)的設計原則

2.1 高精度

機電一體化產(chǎn)品最重要的特點以及設計的基本原則就是高精度。只有機電產(chǎn)品的精度符合設計要求，才能把自身的優(yōu)勢更好的應用在生產(chǎn)中。如果機電一體化的機械系統(tǒng)不夠精確，會造成機電產(chǎn)品不合格的情況發(fā)生。機電一體化產(chǎn)品的零部件尺寸是否達到標準尺寸是判斷機電一體化產(chǎn)品精度是否合格的重要評判標準。

2.2 智能化

機電產(chǎn)品的智能化又稱快速反應性是機電一體化機械系統(tǒng)的主要特征，它可以自由的應對突發(fā)狀況并減少反應時間，哪怕是臨時修改設計內(nèi)容，因為機電一體化的機械系統(tǒng)的各個部分是獨立工作的，所以不會因為一個子系統(tǒng)發(fā)生故障而導致整個系統(tǒng)無法運行。從系統(tǒng)接收信息指令的那一刻開始，智能化系統(tǒng)就以非?？斓乃俣认驒C械的各個部分傳達并工作。

2.3 穩(wěn)定性好

機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以有效增加其使用壽命和效率，穩(wěn)定性好的產(chǎn)品性能參數(shù)就高，穩(wěn)定性差的產(chǎn)品性能參數(shù)就低，所以保證穩(wěn)定性非常重要。因為一個機械系統(tǒng)的子系統(tǒng)非常之多，所以要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要降低機械振動的頻率和摩擦系數(shù)，再三確認零部件的尺寸選擇，整體上向著小型化和輕量化的方向發(fā)展。

3 機電一體化機械系統(tǒng)的設計步驟

3.1 動力元件的設計

動力元件傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的重要組成成分，機電一體化的機械系統(tǒng)動力元件是由計算機信息網(wǎng)絡協(xié)調(diào)與控制的，為各種機械傳導部位提供動力和支持。動力元件主要包括發(fā)電機等可以提供動力的機電設備，隨著科技的發(fā)展，機電一體化機械系統(tǒng)的動力元件將更加智能化和自動化，不需要浪費人力資源。

3.2 傳動元件的設計

傳動元件在機電一體化機械系統(tǒng)中起著傳導的作用，它將計算機的命令信號翻譯成機器可以讀懂的語言，指導其進一步工作。傳動元件包括兩個方面：傳動機和轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的變換器。傳動機的精度較高，體積小、重量輕、噪音低，還可以滿足機械系統(tǒng)的伺服性能，是穩(wěn)定性非常好的傳動元件。

3.3 機械系統(tǒng)的性能分析

機械系統(tǒng)的性能分析是動態(tài)特征與靜態(tài)特征的總和，通過建立數(shù)學模型、數(shù)學表達式來真實反映機械系統(tǒng)的性能。設計系統(tǒng)各個部件運動參數(shù)、關系和結(jié)構(gòu)，確定零件的精確度、材料和結(jié)構(gòu)。選擇其他部件、原件，配置系統(tǒng)阻尼等等都隸屬于機械系統(tǒng)的性能。這些機械系統(tǒng)的性能決定著機械產(chǎn)品的功能質(zhì)量參數(shù)，機械性能好的產(chǎn)品使用壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量好，靈敏度高、機械的耐磨損狀況良好，可長期使用。

4 機電一體化機械系統(tǒng)的改進措施

4.1 改良設計思想

要積極改良機電一體化的設計思想，隨著時代的進步而不斷進步，努力學習國外先進的機械生產(chǎn)技術，在實現(xiàn)“機械化”和“電子化”的有機結(jié)合之后，進一步實現(xiàn)自動化，減少人力資源的浪費，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。設計方案主要是由全部設計人員進行策劃和實施的，所以設計人員的才能和設計理念會很大程度上影響機電一體化的設計和應用。

4.2 加大經(jīng)費投入

真正實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，最基本要做的就是加大經(jīng)費投入，不論是科研經(jīng)費還是后期的維修經(jīng)費都要持續(xù)不斷的供給?？赡軓谋砻嫔蟻砜矗瑢崿F(xiàn)機電一體化的過程需要龐大的資金和各種各樣先進的技術，但是一旦實現(xiàn)了機電一體化機械系統(tǒng)，所節(jié)省的人力，創(chuàng)造的財富都是無法衡量的。

5 結(jié)語

無論是現(xiàn)在還是將來，機械自動化都將成為行業(yè)發(fā)展的大趨勢，機械的智能化將會成為行業(yè)的最終選擇，本研究分析了機電一體化機械系統(tǒng)的基本含義、設計和應用的基本原則、系統(tǒng)設計的基本步驟等基礎的設計和應用，并且提出了加大經(jīng)費投入和改良設計思想等措施來提高機電一體化機械系統(tǒng)的設計和應用，希望可以為機械行業(yè)的發(fā)展建言獻策，為祖國的未來添磚加瓦。

參考文獻

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關鍵字： 機電一體化 集成電路 智能化 微型化 綠色化

一、機電一體化的形成和發(fā)展

隨著第三次工業(yè)革命的發(fā)生，大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是微微型計算機的發(fā)展，促進了機械技術與電子技術的相互交叉和相互滲透，并使機械技術與電子技術在系統(tǒng)論、信息論和控制論的基礎上有機結(jié)合起來，形成了今天的機電一體化的技術。，使機械工業(yè)的技術結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能、構(gòu)成及生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。

從機械產(chǎn)品發(fā)展到機電一體化產(chǎn)品分為四個階段。第一個階段，產(chǎn)品純機械結(jié)構(gòu)。第二階段，在機械產(chǎn)品上添加電機、開關和其他元件形成的機電產(chǎn)品。第三階段，是產(chǎn)品集成了電子技術以致軟件變的有“智能”，此外還可以與上級的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信息流與通信流的相集成。第四個階段，進一步將機械、電子和軟件在空間上集成而形成的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化已不是機械裝置和電子裝置的簡單組合，而是機械、電子、控制、光學、信息技術和計算機技術的有機結(jié)合。而當?shù)搅?0世紀90年代后期，機電一體化的概念又發(fā)生了重大而深刻的變化，智能控制技術和網(wǎng)絡技術與機電一體化的結(jié)合，使它們又擦出了絢爛的火花，機電一體化進入了深入發(fā)展時期。

二、機電一體化的技術及其分類

（一） 機電一體化的核心技術

機電一體化技術是多種技術的融合。其核心技術包括計算機與信息處理技術、自動控制技術、傳感與檢測技術、機械制造技術、伺服傳動技術五個方面。

計算機與信息處理技術他不僅僅指計算機的軟件技術和硬件技術，還包括網(wǎng)絡與通信技術、數(shù)據(jù)技術等。其中近年來蓬勃發(fā)展的現(xiàn)場總線技術不僅是一種技術，更重要的是一種思想。

自動控制技術是近年來最活躍的技術領域。繼承典控制理論發(fā)展之后，人工智能控制的提出，這都對機電一體化技術產(chǎn)生了深遠的影響。隨著微型機的廣泛應用，自動控制技術越來越多地與計算機控制技術聯(lián)系在一起，成為機電一體化中十分重要的關鍵技術。

傳感與檢測裝置是系統(tǒng)的感受器官，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連并將檢測到的信息送到信息處理部分。傳感與檢測的關鍵元件是傳感器。傳感器是將被測量變換成系統(tǒng)可識別的、與被測量有確定對應的關系的有用的信號的一種裝置。

機械制造技術是機電一體化技術的基礎。它和其他幾項技術的關系，是皮毛的關系。我們再次強調(diào)這一點，是要說明機械技術是機電一體化技術中的重要作用。無論機械設計、機械制造，還是機械工藝，潛力都很大。

伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，由微型計算機通過接口與這些傳動裝置相連接，控制它們的運動，帶動工作機械運動。伺服傳動技術是直接執(zhí)行操作技術，而伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作轉(zhuǎn)換裝置或部件，對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量功能和功能具有決定性影響。

（二） 機電一體化分類

機電一體化主要分為兩大分支，即生產(chǎn)過程的機電一體化和機電產(chǎn)品的機電一體化。

生產(chǎn)過程的機電一體化意味著整個工業(yè)體系的機電一體化，機械制造過程的機電一體化、冶金生產(chǎn)的機電一體化、化工生產(chǎn)的機電一體化、紡織工業(yè)的機電一體化等。生產(chǎn)過程的機電一體化根據(jù)生產(chǎn)的特點又可以劃分為離散制作過程機電一體花和連續(xù)生產(chǎn)過程的機電一體化。前者以機械制造業(yè)為代表，后者以化工生產(chǎn)流程為代表。

機電產(chǎn)品的機電一體化是機電一體化的核心是生產(chǎn)過程機電一體化的物質(zhì)基礎，傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品加上微機控制即可以轉(zhuǎn)變?yōu)樾乱淮漠a(chǎn)品而新的產(chǎn)品較之舊產(chǎn)品功能強、性能好、精度高、體積小、更方便可靠。

機電一體化產(chǎn)品根據(jù)結(jié)構(gòu)和電子技術與計算機技術在系統(tǒng)中的作用可以分為三類：

（1）原機械產(chǎn)品采用電子技術和計算機控制技術從而產(chǎn)生性能好、功能強的機電一體化的新一代產(chǎn)品，如微電腦洗衣機、機器人等。

（2）用集成電路或計算機及其軟件代替的原機械的部分結(jié)構(gòu)，從而形成的機電一體化產(chǎn)品，如電子縫紉機、電子照相機，用交流或直流調(diào)速電機代替原交流電機加速箱的機械結(jié)構(gòu)等。

（3）利用機電一體化原理設計的全新的機電一體化產(chǎn)品如傳真機、復印機、錄象機等。

三、機電一體化發(fā)展的方向

1. 智能化

大多數(shù)復雜的機械設備存在著大滯后和強非線性，因而難于實現(xiàn)自動控制。所以應該在復雜的機械需要有高度的只能水平人工只能系統(tǒng)以便那些必要的場合能夠代替人去執(zhí)行各種任務。今后的機電一體化產(chǎn)品智能化特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術、人工智能技術、運籌學的發(fā)展。高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品完全可以代替人類一些簡單而又經(jīng)常重復的動作。

2.網(wǎng)絡化

網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展使各種遠程控制和監(jiān)視技術帶來巨大的變革，由于網(wǎng)絡的普及，促進了基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術的發(fā)展，而且遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)技術使機械制造業(yè)發(fā)生了根本性變化，利用家庭網(wǎng)絡將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)使人們在家里享愛各種高技術帶來的便利與快樂。

3.模塊化

由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準的機械接口、電氣接口和動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但十分有前途的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機與一體的動力單元，具有視覺、圖象處理、識別和測距等功能的控制單元以及完成各種典型操作的機械裝置。由于利益沖突，近期很難制定國內(nèi)或國際上的這個方面的標準，但可以通過組建大企業(yè)來逐漸形成。

4.微型化

微型化興起于20世紀80年代末，是機電一體化的新的發(fā)展方向，其表現(xiàn)形式是微電子機械系統(tǒng)。微機電一體化產(chǎn)品,泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品。并向微米、納米發(fā)展。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了，機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，組成一種自律元件。微機電一體化的產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)越性能。

5.自帶能源化

自帶能源化是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有的能源，無需外部供電。能源一直是科學家的研究重點。太陽能電池、燃料電池和各種高性能的大容量的電池相繼產(chǎn)生。給許多場合，無法使用電能，而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶能源有其特有的好處和優(yōu)勢。

6.綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們帶來了巨大的變化。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)境受到嚴重的污染。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用、和銷毀的生命過程中符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途，機電一體化產(chǎn)品綠色化主要指，使用時不污染環(huán)境。能回收在利用的產(chǎn)品。

總結(jié)：

機電一體化技術可以用來設計新型的機電一體化產(chǎn)品，改造舊的機電產(chǎn)品，使機電產(chǎn)品的面貌大大改觀，達到功能增強、體積減小、重量減輕、可靠性提高、性能價格比大大改善的目的。機電一體化已從單純研究機械技術、微電子技術、信息技術、材料技術等發(fā)展成為一門有機融合各項技術的一個整體。而融合各種技術的機電一體化技術的優(yōu)勢將變得越來越明顯，它必將有力的促進機電產(chǎn)品的創(chuàng)新和開發(fā)，在高科技和經(jīng)濟發(fā)展中起到舉足輕重的作用。

參考文獻

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2.王中杰。智能控制綜述?；A自動化