機電一體化技術及其發展趨勢分析

續亞強

（重慶工貿職業技術學院，重慶 408000）

1 機電一體化概述

機電一體化（英文名Mechantronics），這是一個由日本某專業協會組裝的新造詞，它是英文的機械學與電子學的拼接組合，現在國際上已經通用，漢語則譯為機電一體化或機械電子學。

機電一體化技術發展到現在已是較為成熟的概念，具備了自身的專業內涵，可以簡單地定義為：機電一體化技術是從系統工程出發，應用機械電子信息等有關技術，對它們進行有機組織與綜合，從而實現整體最佳化。其基本特征可表述為：機電一體化是綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，以系統的觀點為基礎，根據系統功能目標要求,合理配置與布局各功能單元,，并使整個系統達到最優化的系統工程技術。很明顯，機電一體化技術是多種技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單疊加。機電一體化的實體部分是機械技術和電子技術，又通過信息技術把兩者有機結合在一起，從而創造出功能更為先進的技術產品。因此，從某種意義上說，機電一體化技術是系統工程學在機械電子領域中的應用，而機電一體化產品則是這種技術的應用效果。

2 機電一體化的發展歷程

機電一體化的發展，目前國際上主要把他劃分為3個階段。第一階段：20世紀60年代以前，或稱為初級階段。在這期間，人們已開始有意識地將電子技術應用在機械產品的加工生產方面，特別是在二戰期間，因為戰爭的需要，加速了各種現代技術的融合應用，獲得了大的進展，戰后轉為民用，也對世界經濟的恢復和發展起了催化作用。在初級階段，機電一體化技術的開發應用從總體上看還處于分散零碎自發的狀態；第二階段：20世紀70～80年代，這期間為系統化發展階段。其間計算機技術、控制技術、通信技術以及大規模、超大規模集成電路和微型計算機的發展，為機電一體化的快速發展提供了保障。這個時期，日本首先對機電一體化的概念進行了命名（mechatronics），在隨后的幾年時間內，世界很多國家逐漸采用了該命名。同時，各國已開始系統化地研究機電一體化技術和產品，并在人力財力上進行了大量的投入；第三階段：20世紀90年代后期，屬于機電一體化技術跨入智能化發展階段。這期間，機電一體化吸納了光學、通信等技術，同時機電一體化系統的集成方法及學科體系建設都獲得了大的突破。人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等高科技領域的重大突破，也極大地拓展了機電一體化技術的發展空間。時至今日，機電一體化已經形成了較為完整的科學體系。

3 機電一體化的發展方向

（1）網絡化。計算機技術的飛速發展，給世界經濟帶來了革命性的變革，各種網絡將全球的各種信息拉到了同一個供世界分享的平臺，經濟的飛速發展以及技術的競爭也變得短兵相接，而作為網絡遠程控制的終端設備，實際就是機電一體化產品。機電一體化產品通過網絡的控制更深入到了工業生產和平民生活的各個方面，目前正在探索的物聯網就是例證。因此，機電一體化技術的網絡化發展必將是未來發展的重要方向。

（2）環保化 。低碳環保是時下世界范圍內關注的話題，也是有利于世界經濟可持續發展的大事，世界各國對此在各個方面都傾注了大量的人力和財力，節約能源，降低能耗，減少污染，已是各行各業生存競爭甚至發展壯大的的硬性支撐。所以，機電一體化技術也不例外，其產品的開發和應用符合綠色環保的要求，才會有良性發展的巨大空間和市場動力。

（3）模塊化 。模塊化是指研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元。由于機電一體化涉及的應用領域十分廣泛，產品繁多，各種功能單元的組合又能創造出全新功能的機電一體化產品，這就給研發生產各種功能模塊提供了廣闊的市場空間，也會極大地推動電氣產品的標準化、系列化發展，因此，模塊化發展方向不論是對生產標準機電一體化單元的企業還是完整產品的企業，都將是其獲得良性發展的最好路徑。

（4）智能化 。所謂的智能化，是指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，而不是簡單控制的一種高層次控制模型。智能化是21世紀各種科學技術發展的一個重要特征，機器人與數控機床的智能化就是機電一體化技術智能化趨勢的重要體現。

（5）微型化 。微型化是機電產品很自然的發展方向。近幾十年的微電子技術的發展，帶動了多學科相關技術的跨越式發展，機電技術也不例外。機電一體化各功能塊產品在幾何尺寸上已經走向了微米級、納米級，必將會使機電設備和產品更進一步微型化和低耗能化，并在更顯微的領域得到應用，從而推動機電一體化技術及其他相關技術的高速發展。

（6）有源化。有源化有的也稱帶源化，它是指在一些無法使用常規電能的場合，機電產品能自帶電力能源。這種電力能源可以是太陽能電池、燃料電池和其他電池等，以滿足如航天、野外、深海等特殊場合應用的需要。這種需要事關國家戰略，意義十分重大和深遠。

4 我國機電一體化發展分析

4.1 我國機電一體化技術發展狀況

我國機電一體化技術和世界發達國家相比，有相當大的差距，但其發展勢頭十分可喜。我國是在20世紀80年代初才開始涉入機電一體化領域，隨后國家成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”，開始納入了國家發展規劃之中，一些大專院校、研究機構等也相繼開設了相應的學科專業，并隨之進行了大量的引入和研究，獲得了快速的跟進。

（1）數控技術發展迅速。我國數控技術在1958年開始起步，經過半個多世紀的發展，國產數控機床的國內市場占有率達70%，普通級數控機床的加工精度已由10 μm提高到5 μm,精密級加工中心則從3～5 μm提高到1～1.5 μm，并且超精密加工精度已經進入納米級，在數控技術的一些分支領域還取得了一些世界前沿的研究應用成果。

（2）機器人研究成效顯著。國家在1986年將機器人的研究開發列入國家科技計劃,現已掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統和軟件編程技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人的關鍵元器件，開發出了弧焊、點焊、注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業的多種機器人，并已投入到了相關的實用領域。目前，國內相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化制造技術，解決了工業機器人控制、驅動系統的設計技術及機器人軟件的設計和編程等。我國從事機器人研發的單位現在已有200多家，專門從事機器人產業開發的企業有50家以上，中國市場上總共擁有近萬臺工業機器人。有些領域的機器人研發還達到國際領先水平。

（3）計算機集成制造系統（CIMS）前景廣闊。隨著我國機電一體化技術的快速發展，CIMS技術也發展較快。清華大學已經建成國家CIMS工程研究中心，在國家一些著名工科院校相繼建立了CIMS單元技術實驗室和CIMS培訓中心，在全國范圍內，絕大部分省市和一些行業、企業均不同程度地實施了CIMS應用示范工程，產生了巨大的經濟效益和社會效益。隨著國家經濟的快速推進，CIMS已受到了更深層次的重視，投入力度越來越大，應用領域和發展前景也越來越廣闊。

4.2 我國機電一體化技術發展策略

立足于我國的基本國情和發展現狀，機電一體化技術未來發展應以國家的戰略需求和國民經濟的發展為中心，制定能夠主導21世紀國家機電一體化關鍵技術以及相關的配套技術的攻關方向，以滿足國家戰略的和市場經濟發展的需要。同時，還應重視兩個方面的工作，一是繼續加大利用電子信息技術對傳統產業的改造，提升傳統產業的科技含量，二是新型裝備和產品的開發，應大膽采用機電一體化的研發思想和技術，把機械和電子進行深層次的滲透和融合，以使后繼研發成果具備世界前沿技術水平。

5 結語

綜上所述，機電一體化技術的產生和發展是社會生產力發展到一定階段的必然產物，是歷史的選擇。我們必須正視它對一個國家乃至世界經濟構成的重大影響，利用好我們的后發優勢，有所為有所不為，突出重點，兼顧左右，快速縮短與發達國家的差距，并爭取后來居上，創新發展我國機電一體化產業。

[1]李建勇.機電一體化技術[M].北京:科學出版社，2004.

[2]章浩.機電一體化技術的發展與應用[J].農機化研究，2006.

[3]陳晟.論我國機電一體化技術現狀及發展走向[J].科技資訊，2008，（3）.

[4]王立新.淺談數控技術的發展趨勢[J].赤峰學院學報，2007，（5）.