淺談機電一體化技術的發展與應用

摘要：所謂“機電一體化”，就是指機械技術、微電子技術，控制技術、信息技術與計算機技術等相關技術有機結合并互相滲透的結果，是機械工業發展與現代科技發展到一定程度的必然趨勢和必然結果。本文簡要闡述機電一體化的基本結構和應用領域，并概述一下其未來的發展方向。

關鍵詞：機電一體化；核心技術；技術應用；發展趨勢

現代科技的迅猛發展將極大地帶動機械制造工業的技術升級和技術革命。在機械制造工業領域，因為微電子技術與計算機技術的飛速發展及其不斷向機械制造工業的滲透而形成機電一體化，使得機械制造工業的技術結構、功能與結構、產品的構成、生產方式以及管理體系都發生了非常大變化，從而使工業生產從“機械電氣化”進入“機電一體化”一個嶄新的發展階段。到目前為止，世界各個國家都在大力推廣或者運用機電一體化這種先進技術。在人生產生活的每個領域都已經得到了廣泛的運用，并且正在前所未有的速度向前發展，這不僅僅會深刻地影響世界科技、軍事、經濟和社會的發展，同時，還會深刻的影響著全球機電一體化的總體發展趨勢。

一、機電一體化技術的構成和核心

1．計算機信息化技術

其中包括信息交換、信息存取、數字運算、結果判斷與解決對策、人工智能科技、專家系統技術、網絡神經技術都屬于計算機技術和信息處理技術的范疇。

2．機械制造技術

機電一體化的技術基礎，機械制造技術的著眼點是如何才能與機電一體化的技術相適應，充分利用現代科學技術去更新概念，這樣可以實現機械技術在結構上、性能上、材料上的變更，基本滿足減小重量、提高精度、縮小體積、提高剛度以及對技術改善性能的要求。

3．機械系統技術

就是以一個整體的概念組織應用于機械工業各種相關技術，如從全局的角度和機電系統目標出發，可以將總體分解為有相互關聯的一些若干功能單元，尤其是接口技術是整個系統技術中的重要方面，它是實現整體系統各部分子系統有機連接的一個保證。

4．傳感檢測技術

整個機電一體化系統的感覺器官，是實現自動調節、自動控制的一個關鍵環節。如果功能越強，那么系統自動化的程序就會越高。

5．伺服傳動技術

其包括氣動、電動、液壓等各種技術類型的重要傳動裝置，伺服傳動系統是實現電信號轉化為機械動作的一個轉換裝置和部件、它對系統的控制質量、動態性能和其它功能有著決定性的影響。

6．自動化控制技術

應用范圍很廣，是在控制理論的指導下，進行全面的系統設計和設計后的系統仿真及現場調試，自動化控制技術主要包括高精度的定位控制、自適應控制、速度控制、自我診斷校正、再現、補償、檢索等。

二、機電一體化技術主要應用領域

1．機電一體化在現代機械工業中的應用

現代機械制造業集成很多當代科技發展的最新成果，充分利用計算機微電子技術，讓機械制造工業提高到一個新的高度。最近幾年，機械制造工程的領域的高新技術不斷產生，例如計算機的數字控制系統、現代集成工業制造系統、敏捷制造、柔性制造技術、虛擬制造、并行機械制造工程等。特別是在機電一體化的系統制造的過程中，一些經典的機械制造理論和工藝應當借助于微電子計算機技術的輔助，同時可以采用人工智能和機械專家系統等，從而形成最新一代的機械制造工業技術。

2．交流傳動技術的應用

隨著電力電子與微電子信息技術的不斷發展，促使交流調速技術非常迅速的發展。因為交流傳動的突出特點，電氣傳動技術將在不久的未來由交流傳動而全面的取代直流傳動，那么數字控制技術的發展會使極為復雜且先進的矢量控制技術的實用化得以選手迅速實現，而交流調速系統優越的調速性能已經達到甚至可能會超過直流調速的水平。當前，而大容量電機或者中小容量的一些電機基本上都可使用同步或者異步的電機來實現可逆的平滑調速。

3．現場總線的技術(FBT)

所謂現場總線技術就是指連接設置現場的儀表和設置在控制室里的控制設備相互之間的數字式、多站、雙向的一個通信鏈路。通常較多采用現場總線的技術來取代現行信號的傳輸技術，這樣能夠能使更多的數字信息在智能化的現場儀表裝置和更高級的相關控制系統相互之間在同一個通信媒體上來進行信息的一個雙向傳送。

4．分布式信息控制系統

所謂的分布式信息控制系統就是指用一臺中央大型計算機同時指揮若干臺面，并且能夠準確指向控制它們的現場監控的計算機與智能控制單元，可以利用計算機技術對企業生產過程進行全面、集中的監視、管理、操作和分散控制。

5．開放式的信息控制系統

開放就意味著對某種標準的一個信息交換規則的共識與支持，按照此標準設計的控制系統是可以實現在所有不同生產廠家產品的全面兼容、互換或者資源共享。

6．在自動化機械制造和自動化生產線中一些應用

在生產與生活中已被廣泛使用的各類自動機械、機械自動生產線以及各式各樣自動化設備，這是目前機電一體化技術在應用領域的又一個具體體現。所有這些自動化機械制造或者機械生產線中已廣泛應用了許多現代微電子最新技術和傳感技術，例如可編程序的控制器、機械制造變頻調速器、光電控制系統與人機界面控制裝置等。

二、機電一體化技術的發展方向

以微電子信息技術、計算機技術、軟件開發技術以及通信技術等為核心所引發的網絡化、數字化、綜合化的信息技術革命，不僅僅會深刻地影響著世界的科技、社會、經濟與軍事的發展，并且也會深刻的影響著未來機電一體化的發展趨勢。

1．光機電一體化方向

機電一體化系統是由傳感系統、信息處理系統、能源系統等各個部件組成。如果引進光學應用技術，可以利用光學應用技術的突出特點，就能夠有效地改進并完善機電一體化的傳感系統、信息處理系統和能源系統。

2．智能化方向的發展

以后機電一體化的產品“全息”一些特征將會越來越明顯，而智能化的水平也會越來越高。這得益于計算機技術和信息技術(軟件開放以及芯片技術)迅速發展。

3．微型化的發展趨勢

利用半導體技術作業過程中的一個蝕刻技術，實驗室中已經制造出可以使用的亞微米級的機械元件。而當這一研究成果被應用于實際的產品時，那就再沒有必要去區分機械部分與控制部分了。到那時，機械與電子就完全能夠“融合”，執行結構、CPU 、傳感器等可以集成在一起了，體積會很小，并且可以組成一種新的自律元件。這樣的微型化將是未來機電一體化一個重要的發展方向。

總結：

機電一體化系統是在基礎學科充分發展的條件下出現的新型技術，是多科學技術的相互交叉互相融合發展的產物，是生產力發展到某一定階段的必然結果。隨著時代的不斷發展，科技不斷的進步，各種新理論和新技術也不斷涌現，而各個學科相互間的融合會進一步的深入，機電一體化的發展空間會越來越廣闊。

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