浅论我国机电一体化的发展

摘 要：机电一体化是微电子技术向传统工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，是机械技术与微电子技术相互融合的产物。是工业产品和过程的设计与制造中，机械工程与电子和智能计算机控制的协同集成。

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一、机电一体化的形成和发展

随着第三次工业革命的发生，大规模集成电路的出现，特别是微微型计算机的发展，促进了机械技术与电子技术的相互交叉和相互渗透，并使机械技术与电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机结合起来，形成了今天的机电一体化的技术。，使机械工业的技术结构、产品机构、功能、构成及生产方式发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

从机械产品发展到机电一体化产品分为四个阶段。第一个阶段，产品纯机械结构。第二阶段，在机械产品上添加电机、开关和其他元件形成的机电产品。第三阶段，是产品集成了电子技术以致软件变的有“智能”，此外还可以与上级的控制调节系统的信息流与通信流的相集成。第四个阶段，进一步将机械、电子和软件在空间上集成而形成的机电一体化产品。机电一体化已不是机械装置和电子装置的简单组合，而是机械、电子、控制、光学、信息技术和计算机技术的有机结合。而当到了20世纪90年代后期，机电一体化的概念又发生了重大而深刻的变化，智能控制技术和网络技术与机电一体化的结合，使它们又擦出了绚烂的火花，机电一体化进入了深入发展时期。

二、机电一体化的技术及其分类

（一） 机电一体化的核心技术

机电一体化技术是多种技术的融合。其核心技术包括计算机与信息处理技术、自动控制技术、传感与检测技术、机械制造技术、伺服传动技术五个方面。

计算机与信息处理技术他不仅仅指计算机的软件技术和硬件技术，还包括网络与通信技术、数据技术等。其中近年来蓬勃发展的现场总线技术不仅是一种技术，更重要的是一种思想。

自动控制技术是近年来最活跃的技术领域。继承典控制理论发展之后，人工智能控制的提出，这都对机电一体化技术产生了深远的影响。随着微型机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十分重要的关键技术。

传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系统的输入端相连并将检测到的信息送到信息处理部分。传感与检测的关键元件是传感器。传感器是将被测量变换成系统可识别的、与被测量有确定对应的关系的有用的信号的一种装置。

机械制造技术是机电一体化技术的基础。它和其他几项技术的关系，是皮毛的关系。我们再次强调这一点，是要说明机械技术是机电一体化技术中的重要作用。无论机械设计、机械制造，还是机械工艺，潜力都很大。

伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，由微型计算机通过接口与这些传动装置相连接，控制它们的运动，带动工作机械运动。伺服传动技术是直接执行操作技术，而伺服系统是实现电信号到机械动作转换装置或部件，对系统的动态性能、控制质量功能和功能具有决定性影响。

（二） 机电一体化分类

机电一体化主要分为两大分支，即生产过程的机电一体化和机电产品的机电一体化。

生产过程的机电一体化意味着整个工业体系的机电一体化，机械制造过程的机电一体化、冶金生产的机电一体化、化工生产的机电一体化、纺织工业的机电一体化等。生产过程的机电一体化根据生产的特点又可以划分为离散制作过程机电一体花和连续生产过程的机电一体化。前者以机械制造业为代表，后者以化工生产流程为代表。

机电产品的机电一体化是机电一体化的核心是生产过程机电一体化的物质基础，传统的机电产品加上微机控制即可以转变为新一代的产品而新的产品较之旧产品功能强、性能好、精度高、体积小、更方便可靠。

机电一体化产品根据结构和电子技术与计算机技术在系统中的作用可以分为三类：

（1）原机械产品采用电子技术和计算机控制技术从而产生性能好、功能强的机电一体化的新一代产品，如微电脑洗衣机、机器人等。

（2）用集成电路或计算机及其软件代替的原机械的部分结构，从而形成的机电一体化产品，如电子缝纫机、电子照相机，用交流或直流调速电机代替原交流电机加速箱的机械结构等。

（3）利用机电一体化原理设计的全新的机电一体化产品如传真机、复印机、录象机等。

三、机电一体化发展的方向

1. 智能化

大多数复杂的机械设备存在着大滞后和强非线性，因而难于实现自动控制。所以应该在复杂的机械需要有高度的只能水平人工只能系统以便那些必要的场合能够代替人去执行各种任务。今后的机电一体化产品智能化特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术、人工智能技术、运筹学的发展。高性能、高速的微处理器使机电一体化产品完全可以代替人类一些简单而又经常重复的动作。

2.网络化

网络技术的兴起和飞速发展使各种远程控制和监视技术带来巨大的变革，由于网络的普及，促进了基于网络的各种远程控制和监视技术的发展，而且远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网、广域网技术使机械制造业发生了根本性变化，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统使人们在家里享爱各种高技术带来的便利与快乐。

3.模块化

由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准的机械接口、电气接口和动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但十分有前途的事。如研制集减速、智能调速、电机与一体的动力单元，具有视觉、图象处理、识别和测距等功能的控制单元以及完成各种典型操作的机械装置。由于利益冲突，近期很难制定国内或国际上的这个方面的标准，但可以通过组建大企业来逐渐形成。

4.微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，是机电一体化的新的发展方向，其表现形式是微电子机械系统。微机电一体化产品,泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品。并向微米、纳米发展。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了，机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，组成一种自律元件。微机电一体化的产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优越性能。

5.自带能源化

自带能源化是指机电一体化产品自身带有的能源，无需外部供电。能源一直是科学家的研究重点。太阳能电池、燃料电池和各种高性能的大容量的电池相继产生。给许多场合，无法使用电能，而对于运动的机电一体化产品，自带能源有其特有的好处和优势。

6.绿色化

工业的发达给人们带来了巨大的变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重的污染。绿色产品在其设计、制造、使用、和销毁的生命过程中符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途，机电一体化产品绿色化主要指，使用时不污染环境。能回收在利用的产品。

总结：

机电一体化技术可以用来设计新型的机电一体化产品，改造旧的机电产品，使机电产品的面貌大大改观，达到功能增强、体积减小、重量减轻、可靠性提高、性能价格比大大改善的目的。机电一体化已从单纯研究机械技术、微电子技术、信息技术、材料技术等发展成为一门有机融合各项技术的一个整体。而融合各种技术的机电一体化技术的优势将变得越来越明显，它必将有力的促进机电产品的创新和开发，在高科技和经济发展中起到举足轻重的作用。

参考文献

1.李建勇．机电一体化技术．北京：科学出版社，

2.王中杰。智能控制综述。基础自动化

3.李运华．机电控制．北京：北京航空航天大学出版社

(作者单位:浙江理工大学机控学院 )