機電一體化的基本概念范文
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第1篇
中圖分類號：TH-39 文獻標識碼： A
隨著現代科學技術的不斷發展，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展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。“機電一體化”意思是機械技術和電子技術的有機結合。這一名稱已得到包括我國在內的世界各國的承認，我國的工程技術人員習慣上把它譯為機電一體化技術。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、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發展飛速，機電一體化產品更日新月異。
一、機電一體化技術基本概念
機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發展，向機械工業領域迅猛滲透，機械電子技術深度結合的現代工業的基礎上，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，從系統理論出發，根據系統功能目標和優化組織結構目標，以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質運動，能量變換進行研究，使得整個系統有機結合與綜合集成，并在系統程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質的和能量的有規則運動，在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現多種技術功能復合的最佳功能價值系統工程技術。
二、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，實現結構上、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、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。
3、系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統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，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，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、檢索等。
5、傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。
三、機電一體化的發展進程
1、數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。
2、微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。
3、激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，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合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。
四、機電一體化的發展方向
20世紀90年代后期，各主要發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，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網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展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有：
1、智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，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、網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3、自動化：所謂自動化技術，是指人類利用各種技術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，以現實預期的目標、功能。一個自動化系統通常由多個環節要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉換、信息的處理及信息的執行等功能，最后實現自動運行目標。
4、綠色化：機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。
第2篇
【關鍵詞】機電一體化；概念；構成；應用領域；發展
1、基本概念
機電一體化在機械技術的基礎上，結合了微電子技術和計算機技術通過三者和其他一些學科互相滲透、互相融合的一門新技術。它的產品相較傳統的機電產品，有很多優越性。
首先，機電一體化產品使用起來更安全、更放心。因為機電一體化產品大多都具備自我監控、報警及判斷保護系統，一般工作時容易出現的超載、超壓、短路、超溫等情況都能自動而有效的處理，極大減少了事故的發生，為工人的人身安全提供了保障。其次，機電一體化產品的工作效率和質量要優于傳統產品。因為相較傳統產品，機電一體化產品多了自動處理信息和自我控制的機制，這樣可以極大提升執行操作的準確性和效率，減少了工作人員的主觀失誤，是整個工作過程按最佳的路線通過，縮短了生產周期，產能大大提升。然后，機電一體化產品的操作更簡單，按鍵更少更清晰，而且工作進程可由計算機控制指揮，使之實用性能大大提升，可自我優化。還有，機電一體化產品因為融合了多方面的技術，適用范圍不再局限于一處，產品擁有及優秀的復合功能，自動化水平也大大提升，具有自動控制、補償、校驗、調節、保護、美化等多種多樣的功能，應用于多領域多方面，滿足了多種多樣的客戶群體。最后，機電一體化產品還優秀在易檢修易調控。因為自動化程度的提升，使用者能通過計算機極快的調整參數，通過控制系統啟動控制程序，而不需要手動更換設備的組成部分。而維修更加方便，只需事先存儲全面的解決方案，產品就能憑借自身超強的自動化系統及時解決問題，很方便便捷。
2、主要技術和產品種類a
2.1主要技術
2.1.1機械技術。機械技術是根本，機電技術建立在機械技術的基礎上，結合計算機技術與電子技術，最大程度發揮機械技術的特性與優點，從材料、性能、結構上實現最優化。
2.1.2計算機技術。計算機技術是控制核心，它負責信息交換、存儲、計算和命令。計算機技術包括人工智能技術、專家系統技術等。
2.1.3系統技術。系統技術指將整體分解成無數個相互關聯的功能單元的相關技術，其中最重要的是接口技術，它肩負著系統各部分緊密連接的重擔。
2.2 產品種類
2.2.1數控機械類。執行機構為機械的產品，如洗衣機、機床等。
2.2.2機電結合類。執行機構為電子與機械相互融合的系統，如自動探傷機等。
2.2.3電液伺服類。控制機構為液壓伺服閥，如電子伺服萬能材料試驗機等。
2.2.4信息控制類。執行機構的行動被接受的數據所控制，如傳真機、打印機等。
2.2.5電子設備類。執行結構為電子設備，如電火花加工機床。
3、機電一體化產品的構成
3.1機械系統。是產品的基本骨架，支撐著其他所有系統，包括機身、框架、連接部分等。
3.2動力系統。產品整體的能量來源，維持產品的正常工作，受控制機嘻嘻處理系統控制。
3.3傳感系統。檢測監測產品各系統的正常工作并采集外界環境信息，將信息狀變成電子信號，傳輸給處理單元，并經處理后返還執行。
3.4驅動系統。是產品動作部分的支撐，用以獲得能量轉變成相應動作，驅動執行各種指令。
3.5執行系統。即運動部件，受驅動部分驅動完成相應動作。
3.6控制及信息處理部分。含處理單元，收集各處傳感器發送的電子信號，集中處理、存儲、分析，并按照程序命令控制整個產品的高效工作。
4、應用領域
4.1數控機床。數控機床是應用的最主要方面之一。目前，數控機床大多使用功能比以前強大許多得多主線體系結構，而且現在設計越來越來開放，智能系統應用的越來越廣泛，是現在的數控鋸床能滿足絕大部分客戶需求。現在的數控機床功能多種多樣，包括在線診斷、動態仿真、模糊控制，提升了產品功能多樣化和可操控性。此外，多過程、多通道控制以及網絡功能等，使數控機床能夠滿足人們日益提高的對復雜系統和曲面的加工要求。
4.2交流傳動技術。交流傳動技術主要基于微電子技術和計算機技術的基礎上研發，交流傳動系統具有極高的優越性。隨技術的發展交流調速系統的性能已經優于直流調速系統，交流傳動技術即將占領市場。
4.3FMS（柔性制造系統）。FMS是計算機技術應用的一大體現，主要由機器人、料盤、自動搬運小車、計算機、數控機床和自動化倉庫等組成。柔性制造系統能實施滿足提出的要求即可按規定控制生產，因此特別適用于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
4.4工業機器人。第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性。第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理分析做出一定的判斷，對動作進行反饋控制表現出低級智能以開始走向實用化。第3代機器人即智能機器人具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維判斷和決策在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
5、發展趨勢
5.1智能化。智能化即發展人工智能，是機器能夠具有自主的計算推理能力。而這一切的基礎，主要是模糊技術、軟件芯片技術、信息技術以及其他一些相關技術的飛速發展。智能化是未來科技發展的必然趨勢，其中就包括機電一體化產品之一，智能機器人。
5.2高速、高精度化。數控機床一直是機電一體化的一大項應用，而未來數控機床勢必要比現在更快速、更精確。速度方面，機床主軸的轉速、加速度都會得到極大加強。而納米技術的發展與應用也使機床更微型更精確，這是未來的發展方向。
5.3綠色化。隨著科技發展，科技生產迅速提升的同時也在危害著環境的健康。地球是我們共同的家園，人類的發展絕對不能以破壞生存條件作為代價，所以科技的發展的同時，也要求著生產的綠色化與環境保護。產品的綠色化，指的是在產品設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，資源浪費少、排污少、對自然生態環境影響極低。綠色化即將成為最重要的發展方向。
6、結束語
現今，機電一體化已經越來越貼近我們的生活，這是讓人聞為之興奮的美好結果。相信隨著科技的不斷發展，各類技術不斷地水融，各學科的不斷滲透和影響，機電一體化必將綻放耀眼的光華，產生更多給于我們極大方便的產品，讓我們的生活彌漫著科技的芬芳。
參考文獻
[1]李建勇.機電一體化技術[M].北京：科學出版社，2114.
第3篇
關鍵詞：機電一體化；產品應用；數控機床；發展趨勢
中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0000-00
1機電一體化概述
1.1基本概念
機電一體化的英文單詞是Mechatronics。它分別取了機械技術（Mechanics）的前半部分和電子技術（Electron-ics）的后半部分。通常，我們認為機電一體化技術是機械技術、電子技術、信息技術的有機結合，又稱之為機械電子技術。
1.2五要素和四原則
五要素——機電一體化系統的硬件組成：指的是機電一體化系統的五大組成要素，具體包括結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素。（1）結構組成要素：系統的框架、支撐、定位、聯接部件。（2）動力組成要素：為系統提供能量、動力維護運行的部件。（3）感知組成要素：對系統內外各種狀況進行檢測、轉換、傳輸、分析、處理，產生控制信息。（4）智能組成要素：將感知組成要素傳來的控制信息進行匯總、存儲、分析、處理，發出指令。（5）運動組成要素：根據智能組成要素發出的指令，完成既定的執行功能。
四原則——機電一體化系統的運作規律：指的是五大組成要素在互相作用時必須遵循的結構耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉換四大原則。（1）接口耦合：信息交換涉及到的兩個環節，通過接口耦合來解決信息模式不兼容而不能傳遞的問題。（2）能量轉換：這也是兩個環節由于模式不兼容的問題導致無法直接進行能量轉換。（3）信息控制：智能組成要素完成信息的采集、傳輸、存儲等操作。（4）運動傳遞：機電一體化系統的各組成要素之間通過運動傳遞原則達到優化不同類型運動的變換與傳輸。
2機電一體化的應用
機電一體化的不斷發展，實現了產品整體優化，也實現了產品質量提升、生產效率提高。在新產品的生產和準備周期上，機電一體化也有其巨大優勢。
2.1機電一體化在現代機械制造業中的應用
與建立在規模經濟基礎上，依靠規模、產量來爭取競爭優勢的傳統機械制造業不同，先進機械制造業強調以信息為主導。表一為傳統機械制造業與先進機械制造業的類比。
表一 傳統機械制造業與先進機械制造業類比
本質
競爭優勢
綜合特點
傳統機械制造業
規模經濟
1、企業規模大；
2、生產批量；
3、產品結構和重復性取勝；
4、資源利用率高。
1、專業加工復雜；
2、機器替代人力。
先進機械制造業
信息產業
1、先進生產模式；
2、先進制造系統；
3、先進制造技術；
4、先進組織管理形式。
1、全球化、網絡化
2、虛擬化、智能化、
3、環保協調
2.2在飲料行業中的應用
機電一體化應于食品、飲料行業已經有很長的歷史了。在包裝機械的開發設計和制造中，機電一體化技術發揮了非常大的作用，它的出現使包裝生產線的各項指標（如自動化水平、系統控制水平、生產能力）得到了極大的提高，競爭力產生了質的飛越，遠遠超過同類傳統的機械設備，同時也使單機的自動化程度大大提高。
2.3在鋼鐵企業中的應用
機電一體化技術在鋼鐵企業中的應用有很多。在鋼鐵生產的全局控制中，計算機集成制造系統（CIMS）發揮重要的作用。CIMS將生產管理的各項宏觀與微觀過程與人有機地聯系在一起，實現了生產要素的統籌管理。在鋼鐵生產的傳動環節，交流傳動技術一出現就受到各大廠家的青睞，它使矢量控制技術得以在實現。其于交流傳動技術在調速方面的巨大優勢，它取代傳統的直流傳動指日可待。
3機電一體化產品舉例
以數控機床為例，闡述機電一體化產品的實際應用。
數控機床綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密測量等技術，是一種高效率、高精度、多功能的先進機床，與傳統機床相比有巨大優勢，取代傳統機床是大勢所趨，是成本、技術和時間問題。
圖1為數控機床工作過程原理圖，圖2為數控機床的組成結構。
圖1 數控機床工作過程原理圖
圖2 數控機床的組成
4機電一體化的發展趨勢
隨著機電一體化越來越廣泛的應用，各行各業都不斷涌現出機電一體化的應用實例。每每出現機電一體化的產品，都會引起一場革命，造成一個行業的蓬勃發展或者另一個落后產業的加速衰亡。
隨著新產品的研發及高精密等設備的發展，要求新一代機電一體化技術、產品及系統朝著高性能、智能化、系統化以及輕量化、微型化方向發展，從而為國家帶來更大的經濟效益與社會效益。
未來，機電一體化的發展趨勢不可避免地向以下幾個方面發展。
4.1智能化
機電一體化技術越來越成熟。首先表現在其智能化程度越來越高，甚至具備了一定的AI（人工智能，Artificial Intelligence）能力。這給用戶在使用、維護上帶來了極大的方便。
4.2數字化
機電一體化產品也將會更數字化，如數控機床和機器人，這也是進一步增強機電一體化產品可靠性、通用性、可操作性的重要保障。
4.3模塊化
產品配件模塊化的最主要好處是使產品配件標準化、系列化，不僅更加容易應用于工業生產，也使接口規則更加簡單和體系化。現階段機電一體化蓬勃發展但仍處于初級階段，產品種類繁多而不成體系，模塊化這項工作潛力巨大。
5結 語
機電一體化技術是機械技術、電子技術、信息技術的有機結合。機電一體化在各行各業中的應用越來越廣泛，產品層出不窮，引領各行各業發生翻天覆地的改變。機電一體化在未來不可避免地向智能數字、模塊設計生產、互聯共享、人性便攜和環保綠色等方向發展。
參考文獻
[1]顧京.現代機床設備[M].北京：化學工業出版社，2001
[2]袁中凡.機電一體化技術[M].北京：電子工業出版社.2006.
