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關(guān)鍵詞：機電一體化；基本概念；核心技術(shù)；發(fā)展進程；發(fā)展方向

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼： A

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(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。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)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(shù)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“機電一體化”為特征的發(fā)展階段?！皺C電一體化”意思是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合。這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認，我國的工程技術(shù)人員習(xí)慣上把它譯為機電一體化技術(shù)。機電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機融合、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更日新月異。

一、機電一體化技術(shù)基本概念

機電一體化技術(shù)是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，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，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(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)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。

二、機電一體化的核心技術(shù)

1、機械技術(shù)：是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)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(shù)：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。

3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)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(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

5、傳感檢測技術(shù)：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(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。

三、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(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。

2、微電子技術(shù)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(shè)計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3、激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料科學(xué)、微細加工和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合與擴展、具有強烈應(yīng)用背景的新興交叉學(xué)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、機電一體化的發(fā)展方向

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(shù)向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)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(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)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(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)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(chǔ)。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(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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(luò)化：20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。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(luò)化方向發(fā)展。

3、自動化：所謂自動化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實預(yù)期的目標、功能。一個自動化系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實現(xiàn)自動運行目標。

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(shè)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(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。

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關(guān)鍵詞： 機電一體化； 特點； 發(fā)展趨勢

中圖分類號： TH-39 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）06-0113-02

一、機電一體化的基本概念

機電一體化技術(shù)是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，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，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(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)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。

二、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，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)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(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)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(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，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(shù)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(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)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(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)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(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)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(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構(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，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

三、機電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點

機電一體化產(chǎn)品的功能是通過其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來共同實現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來看，機電一體化產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電一體化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術(shù)就構(gòu)成了機電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。

1．機械系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品的機械系統(tǒng)包括機身、框架、機械傳動和聯(lián)接等機械部分。這部分是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，因此對機械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求。

2．動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。動力系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機電一體化產(chǎn)品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅(qū)動電路等。

3．傳感與檢測系統(tǒng)。傳感器的作用是將機電一體化產(chǎn)品在運行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般由測量儀器或儀表來實現(xiàn)，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。

4．信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進行相應(yīng)的處理、運算和決策，以對產(chǎn)品的運行施以按照要求的控制，實現(xiàn)控制功能。機電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計算機的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口所組成。

5．執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)在控制信息的作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。機電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機構(gòu)一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)因機電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執(zhí)行機構(gòu)是實現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個產(chǎn)品的性能，因而是機電一體化產(chǎn)品中最重要的組成部分。機電一體化產(chǎn)品的五個組成部分在工作時相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過各種接口及其相應(yīng)的軟件有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。

四、機電一體化的發(fā)展趨勢

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術(shù)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(shè)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(yīng)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(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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，則是完全可能而又必要的。

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、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。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。這樣，可利用標準單元迅速開發(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)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3.網(wǎng)絡(luò)化

20世紀90年代，計算機技術(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、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏?。各種網(wǎng)絡(luò)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(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。

4.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(lǐng)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1cm3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(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

5.綠色化

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(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)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(shè)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。

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、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，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。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。

綜上所述，機電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)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。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和設(shè)計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機械設(shè)備的要求，而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。

參考文獻：

[1] 李建勇．機電一體化技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004．

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[關(guān)鍵字]機電一體化；技術(shù)；應(yīng)用

機電一體化技術(shù)發(fā)展狀況

1、1機電一體化技術(shù)的智能化發(fā)展

智能化功能是機電一體化技術(shù)賦予產(chǎn)品的終極開發(fā)目標，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等智能技術(shù)已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域并取得了顯著成果，豐富了智能化機電一體化產(chǎn)品，其多樣性技術(shù)主體包括邏輯模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)、智能工程與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)等。其中邏輯模糊控制技術(shù)屬于人工智能范疇，基于對人們思維方式的模仿進行不精確信息的展示。目前，該系統(tǒng)在各個應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如列車啟停系統(tǒng)中應(yīng)用該技術(shù)便會有效消除慣性作用，令人們在乘車途中始終保持穩(wěn)定運行狀態(tài)而不至于產(chǎn)生前仰后合不穩(wěn)現(xiàn)象。專家系統(tǒng)則是針對不解問題的軟件智能系統(tǒng)，其豐富知識經(jīng)驗通過計算機技術(shù)形成了可被處理或接受的符號形式，基于專家推理與控制方式策略，在該領(lǐng)域聚集后便可突破僅能由專家解決的系列問題，進而上升至專家水平。誠然，該專家系統(tǒng)具有基于智能化的一定局限性，現(xiàn)行局部領(lǐng)域中去取得了成功應(yīng)用效果，例如融入專家加工系統(tǒng)于數(shù)控機床中便可顯著提升其系統(tǒng)智能化水平。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)具有較高非線性復(fù)雜性、自適應(yīng)力、高容錯能力、自我組織與計算能力，可實現(xiàn)基于模擬或數(shù)字形式的并行處理，并較為接近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行工作。該技術(shù)系統(tǒng)廣泛適用于需同時對多方條件因素進行模糊不精確的信息處理。當前該技術(shù)在聚類、分類語音及音素識別中獲得了可喜成績。例如基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的漢語聲調(diào)識別、識別手寫字符、車牌照識別、指紋認證等。隨著科技迅猛發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)還會在視覺與聲覺方面實現(xiàn)突破，制造出機電一體化多功能產(chǎn)品。

1、2機電一體化技術(shù)的人格化、集成化與綠色化發(fā)展

機電一體化對生命機體的模仿、注重與人們活動相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品令其體現(xiàn)出人格化發(fā)展特征，基于產(chǎn)品使用的最終對象為人，因此機電一體化技術(shù)應(yīng)主體考慮如何賦予產(chǎn)品人特有的情感性、智能性與人性化，因此其需要在造型、色彩等層面上下功夫，力求產(chǎn)品藝術(shù)性，例如家用機器人的誕生便是人機一體化的體現(xiàn)。機電一體化的集成化包含兩層含義，不僅代表電子與機械的融合，而是盡最大可能令他類先進技術(shù)領(lǐng)域包含于其中，同時引入工程系統(tǒng)技術(shù)對機電一體化進行應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)的指導(dǎo)?，F(xiàn)代化機電一體化技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)集成電學(xué)、光學(xué)、機械、聲學(xué)等生物化學(xué)多學(xué)科技術(shù)，深挖其征參量進而正確進行耦合關(guān)系處理，由此可見機電一體化系統(tǒng)具有豐富的集成性。綠色化理念是對資源效率及環(huán)境影響的綜合考慮，其制造目標主體面向產(chǎn)品的制造、設(shè)計、運輸、包裝、使用及報廢處理整體生命發(fā)展周期，現(xiàn)代機電一體化技術(shù)為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展需全面激發(fā)資源利用率，切實降低對生態(tài)環(huán)境的不良影響，進而打造優(yōu)勢綠色制造業(yè)全面發(fā)展模式。

2、機電一體化技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用

為有效提升機電產(chǎn)品綜合優(yōu)質(zhì)性能，充分滿足制造零件高精度與高效率、形狀復(fù)雜性、生產(chǎn)低噪聲、少阻力、高強度、長壽命等現(xiàn)實需求，產(chǎn)品設(shè)計形狀、空間構(gòu)造、刑面等體現(xiàn)了較為復(fù)雜特性，因此進一步令機電一體化技術(shù)必須向著高性能、系統(tǒng)化、智能化、微型化與輕量化方向發(fā)展。其主體應(yīng)用領(lǐng)域則包含數(shù)控機床、集成計算機制造、工業(yè)機器人與柔性制造等。

2、1機電一體化在數(shù)控機床領(lǐng)域的應(yīng)用

機電一體化在數(shù)控技術(shù)及機床中的應(yīng)用發(fā)展令其功能、結(jié)構(gòu)、控制精度與操作實現(xiàn)了迅速提升，具體體現(xiàn)為采用多處理器、多總線構(gòu)建模塊化、總線式與緊湊型結(jié)構(gòu)。在設(shè)計層面則凸顯了開放性，即令硬件功能模塊與體系結(jié)構(gòu)包含了兼容性、層次性、適應(yīng)性結(jié)構(gòu)標準，較大限度提升了用戶綜合使用效益。該領(lǐng)域還引入了WOP技術(shù)令其凸顯智能化發(fā)展，系統(tǒng)面向車間多維度加工與編程技術(shù)過程提供了動態(tài)仿真環(huán)境，科學(xué)引入了模糊控制與在線診斷等高效智能機制。同時基于模塊化思想我們可應(yīng)用大容量存儲器及軟件進一步豐富數(shù)控功能，強化系統(tǒng)控制效能。為實現(xiàn)多通道、多過程控制，我們可令一臺機床在同一時間控制多種機床、多臺設(shè)備并獨立完成多個加工任務(wù)，集成檢測道具破損、搬運物料與機械手控制于系統(tǒng)服務(wù)運行中?；谛畔⒒W(wǎng)絡(luò)時代我們可充分激發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)多級功能，強化系統(tǒng)組合及復(fù)雜化創(chuàng)建加工系統(tǒng)綜合能力。另外我們還可利用單片機與單板構(gòu)成控制機，引入專業(yè)模板或芯片構(gòu)建緊湊結(jié)構(gòu)數(shù)控裝置。

2、2柔性制造與集成計算機制造系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用

柔性制造是系統(tǒng)的計算機化，我們可主體應(yīng)用數(shù)控機床、計算機、料盤、機器人、自動化倉庫與搬運小車構(gòu)建系統(tǒng)，令其可實時、隨機、按量依據(jù)裝配部門要求基于生產(chǎn)能力范疇進行工件加工制造，較為適用于小型、中型批量、多品種、更改設(shè)計頻繁變化的零散型批量零件生產(chǎn)。集成計算機制造系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)并非就個分散現(xiàn)有系統(tǒng)進行的簡單組合，而應(yīng)基于全局角度進行最優(yōu)化的動態(tài)性組合，令原有部門界限合理打破，并基于制造進行信息流與物流的控制，實現(xiàn)由產(chǎn)品開發(fā)、決策、準備生產(chǎn)、實驗產(chǎn)品到經(jīng)營管理的統(tǒng)籌化結(jié)合。就企業(yè)層面來講其集成度提升可令各類生產(chǎn)要素優(yōu)化配置，并最大化激發(fā)各自潛力。

2、3基于機電一體化技術(shù)的工業(yè)機器人開發(fā)應(yīng)用

基于機電一體化技術(shù)的一代機器人具有示教再現(xiàn)特征，即只能依據(jù)示教重復(fù)開展運動，缺乏對作業(yè)對象及周圍工作環(huán)境的靈活適應(yīng)性。該領(lǐng)域機器人第二代引入了先進性傳感元件，可對其操作對象及作業(yè)服務(wù)環(huán)境進行簡單信息的獲取，并基于處理計算、分析能力展開一定水平的判斷，進行針對相關(guān)動作的控制反饋，并凸顯了低級水平的智能化。第三代該領(lǐng)域機器人則全面現(xiàn)實了智能化特征，通過引入機電一體化技術(shù)我們可令其富含多重感知功能，可自主開展復(fù)雜思維邏輯運算、決策與判斷，進而獨立運行服務(wù)與作業(yè)環(huán)境中，體現(xiàn)了現(xiàn)代化、科技化應(yīng)用服務(wù)價值。

3、結(jié)語

機電一體化技術(shù)在歷經(jīng)多年的探究完善中逐步構(gòu)建了較為完整的概念體系，并基于集成電路與計算機技術(shù)的大規(guī)模迅猛發(fā)展令其機電結(jié)合形式更為靈活、內(nèi)容豐富多樣并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，取得了可喜成績?；谄鋬?yōu)勢功能我們只有深入探尋、創(chuàng)新發(fā)展、綜合利用，才能全面激發(fā)其價值化能效，拓寬高新技術(shù)領(lǐng)域，研發(fā)出真正高端、適應(yīng)人們豐富需求的機電一體化產(chǎn)品。

[參考文獻]

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【關(guān)鍵詞】機電一體化；概念；發(fā)展歷史；發(fā)展趨勢

一、機電一體化的概念

機電一體化技術(shù)，顧名思義，就是將機械設(shè)備與電子技術(shù)相互整合，使機械設(shè)備的動力、信息處理與控制等部分的功能呈現(xiàn)自動化、智能化狀態(tài)，它是建立在機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化處理技術(shù)等一系列現(xiàn)代化技術(shù)的基礎(chǔ)上的機械系統(tǒng)技術(shù)。機電一體化技術(shù)其實是包括了技術(shù)與產(chǎn)品兩個方面，所以，在研究人員研究機電一體化技術(shù)應(yīng)該充分考慮到這兩個方面之間的關(guān)系，不能脫離產(chǎn)品的生產(chǎn)而單獨研究技術(shù)，也不能一味地追求技術(shù)的創(chuàng)新而忽視產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)該以先進的技術(shù)生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，這才是深化機電一體化技術(shù)發(fā)展的最終目的。

二、機電一體化的歷史發(fā)展

20世紀60年代以來，電子技術(shù)與機械產(chǎn)品的結(jié)合，使機械產(chǎn)品的性能得以大幅度提高，刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的進一步融合。計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展更進一步奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀80年代末期，機電一體化技術(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90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入了深入發(fā)展時期。光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中展露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支。我國從20世紀80年代開始開展機電一體化研究和應(yīng)用。取得了一定成果，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。機電一體化已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。

三、機電一體化的發(fā)展趨勢

（1）智能化。人工智能在機電一體化建設(shè)中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(yīng)用。智能化是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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。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，則是完全可能而又必要的。（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，機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的標準繁多，研制和開發(fā)具有統(tǒng)一標準接口的的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。利用標準單元可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，降低研制和開發(fā)費用，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。（3）網(wǎng)絡(luò)化。20世紀90年代，計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突飛猛進。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、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兓c實惠。各種網(wǎng)絡(luò)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。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。（4）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(lǐng)域發(fā)展的趨勢。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(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。（5）綠色化。綠色產(chǎn)品在其設(shè)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(shè)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。（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、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，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。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。

參 考 文 獻

[1]劉慶民.機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].科技致富向?qū)?2011（12）

[2]胡家華.機電一體化技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[J].中國高新技術(shù)企業(yè).2011（21）

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關(guān)鍵詞 機電一體化技術(shù) 相關(guān)技術(shù) 組成要素 原則 發(fā)展方向

一、機電一體化技術(shù)的相關(guān)技術(shù)

1.機械技術(shù)

機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)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。

2. 計算機與信息技術(shù)

計算機技術(shù)與信息技術(shù)密切相關(guān)，其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。在機電一體化系統(tǒng)中，計算機與信息處理部分指揮整個系統(tǒng)的運行，信息處理是否正確、及時，直接影響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率。

3. 系統(tǒng)技術(shù)

系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)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。

4. 自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

5. 傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)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(guān)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。

6. 伺服傳動技術(shù)

伺服傳動技術(shù)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、 機電一體化系統(tǒng)五大組成要素一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素五大組成要素有機結(jié)合而成。

機械本體是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu);動力驅(qū)動部分依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。

測試傳感部分對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。

控制及信息處理部分將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。

執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。

三、機電一體化四大原則：構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結(jié)構(gòu)耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。

兩個需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。

運動傳遞使構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優(yōu)化。

在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學(xué)習(xí)功能等知識驅(qū)動功能。

兩個需要進行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進行能量的轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器，驅(qū)動器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法及原理。

四、機電一體化的發(fā)展方向

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。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(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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.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、DCS人格化。機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，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。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。

3.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程，也是機電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢。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(fù)雜但又是非常重要的事。它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品，同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。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。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。

4.微型化

微型機電一體化系統(tǒng)高度融合了微機械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，是機電一體化的一個新的發(fā)展方向。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(lǐng)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1cm3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，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢，都有廣闊的應(yīng)用前景。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

5.綠色化

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(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)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(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。

6.網(wǎng)絡(luò)化

20世紀90年代，計算機技術(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、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、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。

綜上所述，機電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)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。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和設(shè)計概念發(fā)生著革命性的變化。

參考文獻

[1]芮延年.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社.2004.

篇6

【關(guān)鍵詞】機電一體化；進展；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：

前言

我們所處的知識經(jīng)濟時代是一種全新的經(jīng)濟形態(tài)，它最突出的特點在于知識和信息的傳播網(wǎng)絡(luò)化和無形化交易的迅猛發(fā)展，內(nèi)外環(huán)境的動態(tài)性越來越強，這也不斷催生信息技術(shù)和工程技術(shù)的變革。隨著科技的進步，機電技術(shù)的發(fā)展必然走向電子化，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合的新的技術(shù)，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。

二、機電一體化技術(shù)概要

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(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。一般來說，機電一體化技術(shù)是機械工業(yè)實現(xiàn)自動化控制的一個重要的標志。隨著機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，機電一體化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為具有自身特色的新興學(xué)科?；咎卣骺筛爬椋簷C電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(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)以及程序編寫技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)各個板塊的功能和優(yōu)化組織的目標，將各單元的功能盡量設(shè)計合理化，在功能多、質(zhì)量高、可靠性好、能耗低的基礎(chǔ)上展現(xiàn)特定功能價值，并最大限度優(yōu)化整個系統(tǒng)的工作任務(wù)。因此，我們所說的“機電一體化”包括了“產(chǎn)品”和“技術(shù)”兩個部分。將上述的各項群體技術(shù)進行綜合的融合也就是機電一體化的主要任務(wù)。

三、國內(nèi)外機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

1、國外發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

國外的機電一體化技術(shù)于20世紀40年代代開始發(fā)展，經(jīng)過萌芽階段之后，于20世紀60年代向通信、控制、計算機技術(shù)發(fā)展，正式進入發(fā)展階段，這個階段是機電一體化技術(shù)的飛躍與轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，這個時期內(nèi)的機電一體化技術(shù)呈現(xiàn)多元化的迅猛發(fā)展態(tài)勢，機電一體化產(chǎn)品層出不窮。20世紀80年代之后，以美國為主的西方國家為機電一體化技術(shù)的發(fā)展制定了一系列的發(fā)展策略，并大力推動機電一體化技術(shù)朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向邁進，智能化的機械工業(yè)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，今后，機電一體化技術(shù)仍會以智能化作為發(fā)展和改革的核心，智能化的機電一體化產(chǎn)品會為機械工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

當前，全球機電一體化技術(shù)的發(fā)展除以智能化為核心和主要標志之外，還與激光技術(shù)、微細加工技術(shù)得到了很好的融合，其中，激光技術(shù)的加人，產(chǎn)生了“光機電一體化”的先進技術(shù)類型，大大拓寬了機電一體化技術(shù)領(lǐng)域范圍；微細加工技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的融合為電子技術(shù)的發(fā)展和革新提供了有力的支持。

2、我國機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

我國20世紀8O年代開始發(fā)展和革新機電一體化技術(shù)，并在技術(shù)與環(huán)境上給予了很大的支持。機電一體化技術(shù)在我國機械工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的這3O年來，國內(nèi)社會經(jīng)濟及人民生活水平得到了很大的提升，人們對產(chǎn)品品質(zhì)及種類的需求量越來越大、要求越來越高，傳統(tǒng)機械制造業(yè)發(fā)生了很大的變革，機械制造業(yè)積極引進了國外先進的機電一體化技術(shù)和理念，將機電一體化列為國家高技術(shù)重點研究領(lǐng)域，研發(fā)了一系列擁有我國獨立知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)，使機電一體化領(lǐng)域取得了很大的進展。目前，我國機電一體化技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在數(shù)控應(yīng)用技術(shù)、流水線工業(yè)機器人及計算機集成制造系統(tǒng)等方面。

盡管我國機電一體化技術(shù)相比國外一些國家起步晚、技術(shù)發(fā)展程度低，但從近年來的發(fā)展態(tài)勢和發(fā)展速度上看來，國內(nèi)機電一體化技術(shù)領(lǐng)域前景廣闊。目前，我國機電一體化技術(shù)發(fā)展中存在的主要問題有：技術(shù)研發(fā)與發(fā)展基礎(chǔ)薄弱，支持力度不足；技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)品研發(fā)不成正比，未能在產(chǎn)品上得到充分體現(xiàn)；技術(shù)對國民經(jīng)濟貢獻不夠。

四、機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化的發(fā)展是向智能化方向邁進。二十世紀9O年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)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(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)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(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)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(chǔ)。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有以下幾個方面：

1、智能化。智能化就是要求機電產(chǎn)品有一定的智能，具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。人工智能技術(shù)在糊數(shù)學(xué)、灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生理學(xué)、心理學(xué)和混沌動力學(xué)等領(lǐng)域得到不斷與進步和發(fā)展，為機電一體化技術(shù)在智能化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)和開辟了新的出路。

2、數(shù)字化。接口技術(shù)和微控制器的發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有可靠性高、容易操作，普遍性，自診斷能力，可維護性及優(yōu)質(zhì)的人機界面。

3、模塊化。模塊在整個系統(tǒng)中是一個相對重要的工作。目前，生產(chǎn)機電一體化的廠家繁多，種類不能統(tǒng)一。在環(huán)境接口、動力接口、機械接口的研制開發(fā)過程中要逐步統(tǒng)一到標準化的接口道路上來。例如研制具有變頻調(diào)速、集減速電機一體的動力驅(qū)動單元；具有圖像處理、視覺、測距和識別等功能的電機一體控制單元等。此時，在研發(fā)設(shè)計產(chǎn)品時，可利用標準模塊化單元相對比較快速研發(fā)出新的產(chǎn)品。從而避免各種相互沖突的關(guān)系，并能使之系列化、標準化。

4、網(wǎng)絡(luò)化。信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的快速興起和發(fā)展給各個領(lǐng)域都帶來了變革?；谟嬎銠C網(wǎng)絡(luò)普及的基礎(chǔ)，各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)也不斷發(fā)展。遠程控制的終端設(shè)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(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，人們足不出戶可充分享受各種個科技帶來的便利和好處，因此 機電一體化產(chǎn)品朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展是必然的趨勢。

5、自源化。機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源是自源化最好的詮釋，比如燃料電池、大容量電池和太陽能電池。因為很多場合由于電源的缺少使得很多產(chǎn)品不能使用，所以，自帶動力源是非常有必要的。

6、人性化。任何產(chǎn)品必然會向人性化的方向發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品也不例外，不但要完善產(chǎn)品性能，還要在造型、色彩等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使產(chǎn)品更加自然，更加接近人們生活習(xí)慣。

7、微型化。微型化是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)指的是可以批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、和信號處理，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)品具有體積小、耗能少、運動靈活的顯著特點，在生物醫(yī)療、信息等方面具有非常明顯的優(yōu)勢。

8、綠色化。綠色產(chǎn)品指的是低能耗、低材耗、低污染、可再生利用的產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在產(chǎn)品使用過程中不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束的時候，還可分解和再生利用。

五、結(jié)束語

機電一體化技術(shù)是振興機械制造行業(yè)與國民經(jīng)濟的不可或缺的部分，是機械工業(yè)技術(shù)、電子計算機技術(shù)及信息科學(xué)技術(shù)的融合與交叉的產(chǎn)物。機電一體化發(fā)展至今，還處于發(fā)展階段，并朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向不斷發(fā)展，必將具有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻：

【1】楊保群．機電一體化技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用簡介[j]．微電機，2009

【2】高德成．機電一體化技術(shù)發(fā)展問題分析與技術(shù)探索[j]．自動化與儀器儀表，2011

篇7

關(guān)鍵詞：機電一體化；發(fā)展趨勢；應(yīng)用分析；

1 機電一體化概述

日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機電一體化技術(shù)”這一概念，它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個新詞，取名為“Mechatronics”，意思是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合，機電一體化技術(shù)即結(jié)合應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。隨著計算機技術(shù)迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機電一體化技術(shù)方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣泛。

2 機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的發(fā)展總共經(jīng)歷了3個階段。上世紀60年代以前是機電一體化發(fā)展第一階段（初級階段）。這個時期，人們主要利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。第二個階段是上世紀70-80年代（快速發(fā)展階段）。這一時期計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)都得到了快速發(fā)展，為后來的機電一體化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。而大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路與微型計算機的迅猛發(fā)展，則為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。第三階段則是上世紀90年代后期至今，這一階段機電一體化技術(shù)開始向智能化方向邁進，進入深入發(fā)展時期。此時光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)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(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。我國則是從上世紀80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。

3 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用

（一）機床數(shù)控領(lǐng)域

機電一體化在數(shù)控機床領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)有40年的歷史，在技術(shù)領(lǐng)域有了進一步的提高，無論是在結(jié)構(gòu)上功能上還是在操作上都發(fā)展的比較完善。類型具有總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，在開放性設(shè)計中，這種設(shè)計硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性的，可以大大提高用戶的使用效益和智能化的。在機電一體化的系統(tǒng)研究中分出多級的網(wǎng)絡(luò)，這樣能使復(fù)雜加工系統(tǒng)的作業(yè)能力的運行。

（二）計算機集成制造系統(tǒng)的領(lǐng)域及工業(yè)機器人

計算機系統(tǒng)的組合不是分散的子系統(tǒng)的組合，它是由全局的實踐總結(jié)出最優(yōu)的系統(tǒng)的組合，它需要各個部門加強溝通，圍繞制造展開工作。當產(chǎn)品的集成度越高，就能夠使各個生產(chǎn)要素間的配置更加合理和完善。工業(yè)機器人首先出現(xiàn)的是不夠靈活的半機器人，它根據(jù)示范的動作進行重復(fù)的運動，在工作中，不會考慮工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化。而現(xiàn)代的機器人，里面裝有不同的傳感元件，機器人可以作業(yè)環(huán)境和對象做出簡單的信息判斷，并能做出簡單的分析。這是機電一體化發(fā)展的新成果，也是其發(fā)展的前景所在。

4 機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向分析

機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的進步的表現(xiàn)，近年來，機電一體化在國內(nèi)外都有了全新的發(fā)展，并且廣泛的被人們用于各個行業(yè)，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。進入21世紀機電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展。

（一）機電一體化發(fā)展的智能化、數(shù)字化趨勢

首先機電一體化發(fā)展的智能化趨勢。機電一體化的發(fā)展打破了傳統(tǒng)機械自動化或者半自動化的局面，實現(xiàn)了智能化，這也是今后機電一體化的重要發(fā)展方向。嵌入式智能控制的算法運用，使機電一體化的產(chǎn)品發(fā)展為智能化，是模擬人腦的人工智能的產(chǎn)品，它可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置來做出判斷以及決策，可以取代人們的部分腦力勞動。其次機電一體化發(fā)展的數(shù)字化趨勢。奠定機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)是微控制器及其發(fā)展（如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人）；而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起則為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路（如虛擬設(shè)計、計算機集成制造等）；數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復(fù)。

（二）機電一體化發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化趨勢

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在20世紀90年代異軍突起，其興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們的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、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(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)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(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)（CIAS），使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

（三）機電一體化發(fā)展的微型化、模塊化趨勢

首先機電一體化將向微型化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)的廠家很多，但是如果統(tǒng)一開發(fā)標準機械、電氣、動力等方面的機電一體化產(chǎn)品并不是一件容易的事情，制定統(tǒng)一的標準，才能使各部件、單元匹配成功。機電一體化的生產(chǎn)商也可以根據(jù)自己產(chǎn)品的需要或者國外最新的產(chǎn)品的模型來進行創(chuàng)新，更新?lián)Q代自己的產(chǎn)品，并不斷地擴大生產(chǎn)規(guī)模，使機電一體化的發(fā)展走向正規(guī)化和統(tǒng)一化。其次機電一體化將向微型化方向發(fā)展。在20世紀80年代末機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），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t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(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

（四）機電一體化發(fā)展的綠色化、系統(tǒng)化趨勢

首先機電一體化發(fā)展的綠色化趨勢。所謂機電一體化產(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。工業(yè)經(jīng)濟給人們生活帶來了巨大變化。在人民物質(zhì)豐富、生活舒適的同時資源卻在減少，生態(tài)環(huán)境在不斷惡化。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(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)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(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品具有遠大的發(fā)展前途。其次機電一體化發(fā)展的系統(tǒng)化趨勢。系統(tǒng)具有隨時分解組合的功能，這種功能實現(xiàn)了多子系統(tǒng)互相調(diào)和以及整合的需要，機電一體化的系統(tǒng)功能，不但運用在通信系統(tǒng)以外，還運用在遠程通訊以及互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，局域網(wǎng)也慢慢的采用。機電一體化在系統(tǒng)方面未來的發(fā)展，是會越來越考慮人的因素，模擬人的智能的，甚至可以模擬生物的結(jié)構(gòu)來發(fā)展。

篇8

[關(guān)鍵詞]智能 機電一體化 綠色

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）24-0325-01

本論文主要從機電一體化技術(shù)未來的發(fā)展等進行講述。主要包括了全息系統(tǒng)化、微型機電化、光機電一體化、產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)全球化、產(chǎn)品綠色化、“生物――軟件”化、全息系統(tǒng)化也即智能化、光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢、未來的機電一體化技術(shù)發(fā)展注重產(chǎn)品與人的關(guān)系等。具體材料請詳見：

1 概述

機電一體化指的是在機械的主功能、動力功能、控制功能和信息功能的基礎(chǔ)上引進微電子技術(shù)，并且將機械設(shè)備和電子設(shè)備用軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱，因此，“機電一體化技術(shù)”是機械、微電子和信息三項技術(shù)相互融合、交叉的產(chǎn)物，是機械技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器、微型機在各個技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，對各個領(lǐng)域的發(fā)展起了很大的推動作用，正因電子技術(shù)的快速發(fā)展，進而帶動了機電一體化技術(shù)的發(fā)展，科技的進步更是依賴于其發(fā)展，因此其未來的發(fā)展對科技的進步起著至關(guān)重要的作用。

2 機電一體化技術(shù)未來的發(fā)展

2.1 全息系統(tǒng)化

全息系統(tǒng)化也即智能化，是對機器的行為描述，即在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、運籌學(xué)、混沌動力學(xué)、人工智能、心理學(xué)和生理學(xué)等新的學(xué)科方法、新的設(shè)計思想，從而模擬人類的思維能力，使它如同人一樣具有思維、意識等能力，以便達到更高水平的控制目標。隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品智能特征也越來越明顯，智能化水平也是日趨上升，新世紀機電一體化技術(shù)中的智能化的快速發(fā)展，人工智能在機電一體化的研究中也日益得到重視，其中機器人與數(shù)控機床的智能結(jié)合就是一項重要應(yīng)用。當然，要使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能永遠是不可能的，也沒有這個必要，但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品具有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

2.2 微型機電化

在實驗室中，目前，通過半導(dǎo)體蝕刻技術(shù)，已經(jīng)制造出亞微米級的機械元件，如果這一成果應(yīng)用于實際產(chǎn)品時，那么就沒有必要再區(qū)分什么是控制器、什么是機械部分了，這時就完全的實現(xiàn)機械和電子的“融合”，這樣CPU、機體、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)就可以集成在一起，而且體積小，同時組成一種自律元件。這種微型機械學(xué)是機電一體化的一個重要的前進方向，更是機電一體化向微觀領(lǐng)域和微型機器的發(fā)展趨勢，在國外，人們稱其為微電子機械系統(tǒng)，也指外觀尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，一并向微米級、納米級發(fā)展，正因為微機電一體化產(chǎn)品耗能少、體積小、運動靈活，在軍事、生物醫(yī)療、信息等方面占有很高的地位和很大的優(yōu)勢。

2.3 光機電一體化

光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢，因為機電一體化系統(tǒng)是由機械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等部件構(gòu)成的，因此，在機電一體化技術(shù)中引進光學(xué)技術(shù)，充分利用光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點，有效地改進機電一體化系統(tǒng)的能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。

2.4 產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)全球化

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展帶動了科學(xué)技術(shù)的巨大發(fā)展，同時給日常生活都帶來了全新的面貌，全球生產(chǎn)、經(jīng)濟被各種網(wǎng)絡(luò)連成一片，企業(yè)間的競爭也將出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全球化，一旦研制出機電一體化新產(chǎn)品，只要其質(zhì)量有保證，功能可靠，必然會暢銷全球。因為有了網(wǎng)絡(luò)的普及，那么只要是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程監(jiān)視和控制技術(shù)也就方興未艾，然而遠程控制的終端設(shè)備就是機電一體化產(chǎn)品，因此，機電一體化產(chǎn)品也必然會朝著網(wǎng)絡(luò)全球化發(fā)展。

2.5 產(chǎn)品綠色化

隨著工業(yè)的發(fā)達，人們的生活也發(fā)生了巨大的變化：①物質(zhì)需求豐富，生活舒適；②可用資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞。因為這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，人們開始呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然，那么此時，綠色產(chǎn)品的概念也就應(yīng)運而生，這是一個時代的綠色化趨勢，在這里，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指：使用時不破壞生態(tài)環(huán)境，報廢后還能回收利用。因此，機電一體化綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的過程中，應(yīng)完全符合生存環(huán)境和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境盡可能的無害或危害極少，資源利用率要極高。由于這種客觀的存在性，設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品所需要的技術(shù)成本很高，但其具有遠大的發(fā)展空間。 2.6“生物――軟件”化未來的機電一體化技術(shù)發(fā)展注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，即機電一體化的人格化，其有兩層含義：①機電一體化產(chǎn)品的使用對象是人，怎樣將人的智能、情感、人性賦予機電一體化產(chǎn)品顯得越來越重要，尤其是家用機器人，其最高境界就是人機一體化；②模仿生物機理，研制出各種機電一體化產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，機電一體化裝置對信息的依賴性越來越大，很多時候類似于活的生物：當大腦停止工作時，生物便死亡，而大腦工作時，生物就充滿活力，即信息決定系統(tǒng)的工作與否。目前，在仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已經(jīng)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)品提供新型的機體，但是如何使這些新型機體具有生命力還是研究中的一大難題，這一研究領(lǐng)域被稱之為“生物――軟件”或者說“生物系統(tǒng)”，而生物的特點正是“肌體（硬件）――大腦（軟件）”一體，不可分割。機電一體化產(chǎn)品向生物系統(tǒng)化發(fā)展是好，但是目前的技術(shù)與理論還是有很大的差距，因此，還需要更加倍的努力。

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1　機電一體化的發(fā)展狀況

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，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)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(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起了積極的作用。

20世紀70~80年代為第二階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(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算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)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(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)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(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)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(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。

2　機電一體化的發(fā)展趨勢

2.1　光機電一體化——一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的。因此，引進光學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢。

2.2　自律分配系統(tǒng)化——柔性化。未來的機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。

2.3　全息系統(tǒng)化——智能化。今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”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(shù)、信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。

2.4　“生物——軟件”化仿生物系統(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。仿生學(xué)研究領(lǐng)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。

2.5　微型機電化——微型化。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。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。

3　發(fā)展機電一體化技術(shù)的對策

3.1　加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)發(fā)展計劃。目前，我國從事“機電一體化”研究開發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套發(fā)展策略和計劃。同時，各地政府各相關(guān)單位也有不少相應(yīng)的發(fā)展計劃與規(guī)劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，政府各主管部門的有關(guān)計劃和規(guī)劃，也有統(tǒng)一考慮不足，統(tǒng)籌安排不夠的問題，缺少綜觀全局的有權(quán)威性的發(fā)展計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，各地政府應(yīng)責(zé)成有關(guān)機構(gòu)在進行深入調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，制定出統(tǒng)管全局的“機電一體化”研究、開發(fā)、生產(chǎn)計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復(fù)，生產(chǎn)上撞車。

3.2　強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用。目前，機電一體化技術(shù)較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多門”是難免的。因此，各地有必要明確一個“機電一體化”行業(yè)的統(tǒng)管機構(gòu)，根據(jù)目前國家政治體制改革和經(jīng)濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點，應(yīng)該盡快加強機電一體化協(xié)會的建設(shè)，賦予其行業(yè)管理職能。

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一、機電一體化的產(chǎn)生及概述

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入了深入發(fā)展時期。我國從20世紀80年代開始開展機電一體化研究和應(yīng)用，取得了一定成果。

機電一體化是一個綜合的概念，包含了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面內(nèi)容，它首先是指機電一體化技術(shù)，其次是指機電一體化產(chǎn)品。機電一體化技術(shù)是指包含技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)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(shù)，機電一體化產(chǎn)品是指采用機電一體化技術(shù)，在機械產(chǎn)品基礎(chǔ)上創(chuàng)造出來的新一代機電產(chǎn)品。

二、機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：第一階段（又稱初級階段）是20世紀60年代以前，這一時期人們不自覺地利用電子技術(shù)并使之得到比較廣泛的承認；第二階段，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；第三階段，各國均開始極大關(guān)注和支持機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。

我國從20世紀80年代初開始進行機電一體化的研究和應(yīng)用，國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863 計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010 年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響，許多大專院校、研究機構(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。雖然目前國內(nèi)機電一體化技術(shù)與日本、歐美等先進國家相比仍有一定差距，但隨著新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，我國加大了對機電一體化技術(shù)的研究力度，并將其確定為國家高技術(shù)重點研究領(lǐng)域，給予優(yōu)先支持，并取得了一定的成績。

三、機電一體化發(fā)展趨勢

1.智能化

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(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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。智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。但是，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。

2.光機電一體化

光機電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面：光機電一體化產(chǎn)品是集光學(xué)、機械、微電子、自動控制和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有很高功能和附加值；產(chǎn)品具有體積小、重量輕、適應(yīng)性強、使用壽命長、操作更方便的特點。

3.網(wǎng)絡(luò)化

由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)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(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)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(shù)帶來的便利與快樂，因此機電一體化產(chǎn)品朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展是為大勢所趨。

4.微型化

微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢，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，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(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)。

5.綠色化

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。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色產(chǎn)品在其設(shè)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，設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。

6、柔性化

柔性化有兩層含義，首先是產(chǎn)品具有自適應(yīng)性如紡織業(yè)中，紡紗設(shè)備能方便的適應(yīng)不同種類的纖維，織機能滿足多種織物對織造工藝的要求，在變換品種時能做到方便快捷；其次，機械設(shè)備制造商要具備根據(jù)用戶的要求而為用戶定制的能力。實現(xiàn)柔性化的必要條件是產(chǎn)品設(shè)計必須貫徹模塊化的設(shè)計理念。