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第1篇

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；概念；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

一、機(jī)電一體化的概念與由來

人類進(jìn)入了一個(gè)新的世紀(jì)──21世紀(jì)?；仡欉^去的20世紀(jì)，人類的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果超過了過去所有世紀(jì)的總和。傳統(tǒng)的學(xué)科正在脫胎換骨，新的學(xué)科不斷問世，技術(shù)的融合程度比任何一次技術(shù)革命都高。機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生于這一背景之下，自然符合科技發(fā)展的規(guī)律，也是機(jī)械學(xué)科發(fā)展的必然結(jié)果。“機(jī)電一體化”這一技術(shù)術(shù)語最初來源于日本學(xué)術(shù)界，他們根據(jù)英文的Mechanics（機(jī)械學(xué)）和Electronics（電子學(xué)）兩詞，組合出Mechantronics一詞，日文諧音記作“夕力卜口二少又”，其表意漢字為“機(jī)電一體化”,Mechantronics一詞從學(xué)科角度可以翻譯為“機(jī)械電子學(xué)”，我國科技界也經(jīng)常直接使用“機(jī)電一體化”作為漢語的表達(dá)詞匯。

一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。其次，機(jī)電一體化是一個(gè)發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。

二、機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

與其它科學(xué)技術(shù)一樣，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一個(gè)較長期的過程。有學(xué)者將這一過程劃分為萌芽階段、快速發(fā)展階段和智能化階段三個(gè)階段，這種劃分方法真實(shí)客觀地反映了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程。

“萌芽階段”指20世紀(jì)60年代以前的時(shí)期。在這一時(shí)期，人們在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過程中總是自覺或不自覺地應(yīng)用電子技術(shù)的初步成果來改善機(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，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的軍事用途的機(jī)電產(chǎn)品。這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。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，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

20世紀(jì)70年代到80年代為第二階段，稱之為“快速發(fā)展階段”。在這一時(shí)期，人們自覺地、主動(dòng)地利用3C技術(shù)的成果創(chuàng)造新的機(jī)電一體化產(chǎn)品，3C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：①mechatronics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)；②機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；③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。

從20世紀(jì)90年代開始的第三階段，稱之為“智能化階段”。在這一階段，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)，其主要標(biāo)志是光學(xué)、通信技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)入機(jī)電一體化，同時(shí)，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)開辟了發(fā)展的廣闊天地。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)列為“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。

三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機(jī)電一體化技術(shù)（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣。

機(jī)電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：

（1）機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)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(shí)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(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。

（2）計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運(yùn)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(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

（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(biāo)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(gè)重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

（4）自動(dòng)控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(bǔ)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)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(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。

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

四、結(jié)語

綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

參考文獻(xiàn)：

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

［2］潘忠堂．淺析傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)．機(jī)械電子工程，1998(1)：13-17,39

［3］馮正進(jìn)．機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)展．工業(yè)工程，2000(1)：1-4

第2篇

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；發(fā)展；趨勢

中圖分類號：TP　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號：1672-3198(2010)11-0330-01

1　機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(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?！皺C(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面，是一種綜合技術(shù)，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。

2　機(jī)電一體化的核心技術(shù)

2.1　機(jī)械技術(shù)

是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)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(shí)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。

2.2　計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運(yùn)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(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

2.3　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(biāo)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(gè)重要方面，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

2.4　自動(dòng)控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。

2.5　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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高。

3　機(jī)電一體化的發(fā)展過程

機(jī)電一體化的發(fā)展過程大體可以分為三個(gè)階段：

3.1　初級階段

20世紀(jì)60年代以前為第一階段，也稱為初級階段。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)起到了積極的作用。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，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

3.2　高速發(fā)展階段

20世紀(jì)70-80年代為第二階段，也稱為高速發(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)的出現(xiàn)，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)品給予很大的關(guān)注和支持。

3.3　智能化階段

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，機(jī)電一體化進(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)電一體化中嶄露頭腳，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。同時(shí)，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)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并且逐漸形成完整的學(xué)科體系。

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

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)研究中得到日益重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(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，以求達(dá)到更高的控制目標(biāo)。誠然，要使機(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能的和必要的。

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)品的種類和生產(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)雜和非常重要的事。例如研制集減速、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(shí)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。若能利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。但這需要制定各項(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)的標(biāo)準(zhǔn)，但可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)的興起和發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育、人們?nèi)粘Ｉ睿紟砹司薮笞兏?。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)和生產(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，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)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(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利和快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

4.4　微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末。機(jī)電一體化有向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過lcm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有顯著優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)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。

4.5　綠色化

工業(yè)的發(fā)達(dá)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(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、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，報(bào)廢后能回收利用。

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)特征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：

第3篇

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù)；發(fā)展趨勢：應(yīng)用研究；

中圖分類號：TP271+.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：

引言

機(jī)電一體化經(jīng)歷了自然產(chǎn)生和發(fā)展的過程，20世紀(jì)年代70初，經(jīng)日本科技工作者系統(tǒng)地概括和總結(jié)，形成了比較完整的機(jī)電一體化概念，越后由于大規(guī)模集成電路技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)震，使得機(jī)電結(jié)合的形式更加靈活活，內(nèi)容更加豐富，應(yīng)用更加廣泛。我國的機(jī)電—體化經(jīng)過幾十年的發(fā)展取得了重大進(jìn)展，主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。

1 機(jī)電一體化的內(nèi)容

1.1機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用機(jī)械、電子等有關(guān)技術(shù)，使機(jī)械、電子有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)，主要包括技術(shù)原理和使用機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群（族）的總稱。

1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）由若干具有特定功能的機(jī)械和電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人的使用要求的最佳功能，機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）。主要是指機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與微電子系統(tǒng)（或部件）相互置換和有機(jī)結(jié)合，從而賦予新的功能和性能的新一代產(chǎn)品，有良好的人機(jī)協(xié)作關(guān)系。一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)主要是由機(jī)械裝置、執(zhí)行裝置、動(dòng)力源、傳感器、計(jì)算機(jī)這5個(gè)要素構(gòu)成。

1.3機(jī)電一體化工程（ 機(jī)械電子工程）是機(jī)械工程與電子工程的綜合集成，即給定機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）“目的功能”與“規(guī)格”后，機(jī)電一體化技術(shù)人員利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的整個(gè)過程體系。機(jī)電一體化工程是系統(tǒng)工程在機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中的具體應(yīng)用。

1.4機(jī)電一體化思想體現(xiàn)了“ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理”和“綜合集成技巧”。系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。從某種意義上講、機(jī)電一體化思想相當(dāng)于“一體化”思想。它帶來了諸如光電機(jī)一體化、機(jī)電液一體化、科工貿(mào)一體化、人機(jī)一體化等技術(shù)及其產(chǎn)品。

2機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向

由于機(jī)電一體化技術(shù)是多學(xué)科技術(shù)交融的技術(shù)，因此其發(fā)展的程度必然受制于其相應(yīng)支撐技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也必然促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。

2．1智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，而機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是其重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新方法，模擬人類智能，使它具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)、思維和決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。

2．2模塊化

機(jī)電一體化產(chǎn)品種類繁多。讓它們自由地交換信息是一項(xiàng)十分復(fù)雜的事，因此有必要研制具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口或電氣動(dòng)力接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品。如果機(jī)電產(chǎn)品能夠象“搭積木”那樣讓需求者根據(jù)要求自由組合，那么無論是對資源的節(jié)約，還是服務(wù)于各行各界，都有著其巨大的作用。

2．3 網(wǎng)絡(luò)一體化

由于網(wǎng)絡(luò)的普及，推進(jìn)了全球化的進(jìn)程。而基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，讓家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能。把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)(Computer Integrated ApplianceSystem，CIAS)，使人們無論在家里還是在外面，都能隨時(shí)享受各種機(jī)電產(chǎn)品帶來的好處。因此，機(jī)電_體化產(chǎn)品無疑會(huì)朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

2．4微機(jī)電化

微機(jī)電化指的是機(jī)電系統(tǒng)主要裝置的特征尺寸在亞微米至亞毫米范圍。微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品由于體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在軍事、生物醫(yī)療、航空、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

2．5 綠色化

綠色化主要是指產(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，而且是低能耗、低材耗、協(xié)調(diào)而可再生的產(chǎn)品。

3機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

在人們的日常生活當(dāng)中，自動(dòng)機(jī)械、信息處理設(shè)備、辦公室設(shè)備、車輛電子設(shè)備、醫(yī)療器械、光學(xué)裝置、智能家電、樓宇安全系統(tǒng)等機(jī)電一體化系統(tǒng)都離不開執(zhí)行元件為其提供動(dòng)力。而執(zhí)行元件和電子控制裝置之間是無法直接連接的，因此需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件。該驅(qū)動(dòng)部件在電子控制裝置的控制下，接收指令，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，從而得到目標(biāo)輸出。電子控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框架見圖1。

對于精密傳動(dòng)來說，需要在執(zhí)行元件輸出終端進(jìn)行傳動(dòng)測量，如測量其位置、速度、加速度，同時(shí)將所測得的數(shù)據(jù)反饋給電子控制裝置，讓其進(jìn)行比較，進(jìn)行誤差修正控制，最終實(shí)現(xiàn)精密傳動(dòng)。電子閉環(huán)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框架見圖2。

當(dāng)有多個(gè)執(zhí)行元件，其輸出動(dòng)作規(guī)律各不相同時(shí)，一方面要根據(jù)各執(zhí)行元件工作情況來考慮其控制的形式，另一方面需要確定它們之間是否存在輸出的聯(lián)系。如果它們之間沒有聯(lián)系，可以讓它們單獨(dú)來工作，也可以通過構(gòu)建PC機(jī)上位控制來統(tǒng)一管理。圖3為PC機(jī)二級管理的多驅(qū)動(dòng)電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。若工作聯(lián)動(dòng)內(nèi)容經(jīng)常變化，就應(yīng)該構(gòu)建一個(gè)可以直接識(shí)別聯(lián)動(dòng)輸出的軟件，將聯(lián)動(dòng)輸出寫入軟件當(dāng)中，讓其直接轉(zhuǎn)化為控制程序，這樣就能靈活地應(yīng)對動(dòng)作輸出的需求。圖4為裝載了位置控制模塊的PC機(jī)二級管理多驅(qū)動(dòng)電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

上述機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，僅論述了如何將傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)等技術(shù)簡單的融合，各部件都是以模塊形式搭建的，而模塊間的信號傳輸及所涉及到的接口技術(shù)和信息處理技術(shù)是其中的重點(diǎn)。所以，在機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用中，以全局最優(yōu)的觀念去設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品，并且解決好每個(gè)功能模塊信息處理和傳輸?shù)膯栴}，是能夠迅速地利用好機(jī)電一體化技術(shù)的方法。

結(jié)束語

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是人們?yōu)榱藵M足社會(huì)日益豐富的需求而不斷地對已有的技術(shù)進(jìn)行變革創(chuàng)新并且使它們有機(jī)結(jié)合的一門綜合性技術(shù)。。因此，機(jī)電一體化技術(shù)對我們?nèi)祟惖陌l(fā)展有著極其深遠(yuǎn)的意義。

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