淺論我國機電一體化的發展

摘 要：機電一體化是微電子技術向傳統工業滲透過程中逐漸形成的一個新概念，是機械技術與微電子技術相互融合的產物。是工業產品和過程的設計與制造中，機械工程與電子和智能計算機控制的協同集成。

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展

隨著第三次工業革命的發生，大規模集成電路的出現，特別是微微型計算機的發展，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論、信息論和控制論的基礎上有機結合起來，形成了今天的機電一體化的技術。，使機械工業的技術結構、產品機構、功能、構成及生產方式發生了巨大變化，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。

從機械產品發展到機電一體化產品分為四個階段。第一個階段，產品純機械結構。第二階段，在機械產品上添加電機、開關和其他元件形成的機電產品。第三階段，是產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節系統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合。而當到了20世紀90年代后期，機電一體化的概念又發生了重大而深刻的變化，智能控制技術和網絡技術與機電一體化的結合，使它們又擦出了絢爛的火花，機電一體化進入了深入發展時期。

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，還包括網絡與通信技術、數據技術等。其中近年來蓬勃發展的現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。繼承典控制理論發展之后，人工智能控制的提出，這都對機電一體化技術產生了深遠的影響。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的感受器官，它與信息系統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行操作技術，而伺服系統是實現電信號到機械動作轉換裝置或部件，對系統的動態性能、控制質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，即生產過程的機電一體化和機電產品的機電一體化。

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

機電產品的機電一體化是機電一體化的核心是生產過程機電一體化的物質基礎，傳統的機電產品加上微機控制即可以轉變為新一代的產品而新的產品較之舊產品功能強、性能好、精度高、體積小、更方便可靠。

機電一體化產品根據結構和電子技術與計算機技術在系統中的作用可以分為三類：

（1）原機械產品采用電子技術和計算機控制技術從而產生性能好、功能強的機電一體化的新一代產品，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構，從而形成的機電一體化產品，如電子縫紉機、電子照相機，用交流或直流調速電機代替原交流電機加速箱的機械結構等。

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

三、機電一體化發展的方向

1. 智能化

大多數復雜的機械設備存在著大滯后和強非線性，因而難于實現自動控制。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以便那些必要的場合能夠代替人去執行各種任務。今后的機電一體化產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、運籌學的發展。高性能、高速的微處理器使機電一體化產品完全可以代替人類一些簡單而又經常重復的動作。

2.網絡化

網絡技術的興起和飛速發展使各種遠程控制和監視技術帶來巨大的變革，由于網絡的普及，促進了基于網絡的各種遠程控制和監視技術的發展，而且遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網、廣域網技術使機械制造業發生了根本性變化，利用家庭網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

由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準的機械接口、電氣接口和動力接口、環境接口的機電一體化產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，近期很難制定國內或國際上的這個方面的標準，但可以通過組建大企業來逐漸形成。

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展方向，其表現形式是微電子機械系統。微機電一體化產品，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品。并向微米、納米發展。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了，機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，組成一種自律元件。微機電一體化的產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優越性能。

5.自帶能源化

自帶能源化是指機電一體化產品自身帶有的能源，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生。給許多場合，無法使用電能，而對于運動的機電一體化產品，自帶能源有其特有的好處和優勢。

6.綠色化

工業的發達給人們帶來了巨大的變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重的污染。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，資源利用率高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途，機電一體化產品綠色化主要指，使用時不污染環境。能回收在利用的產品。

總結：

機電一體化技術可以用來設計新型的機電一體化產品，改造舊的機電產品，使機電產品的面貌大大改觀，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勢將變得越來越明顯，它必將有力的促進機電產品的創新和開發，在高科技和經濟發展中起到舉足輕重的作用。

參考文獻

1.李建勇．機電一體化技術．北京：科學出版社，

2.王中杰。智能控制綜述。基礎自動化

3.李運華．機電控制．北京：北京航空航天大學出版社

(作者單位:浙江理工大學機控學院 )