淺談機電一體化的科學性和先進性

機電一體化技術是一項先進的自動化技術，由機械本體、檢測機構、計算機控制中心、執行機構四部分組成，計算機通過對檢測機構提供的信息進行處理、判斷，將指令發送給執行機構通過機械本體完成系統的功能。機器人是典型的機電一體化技術產品，它具有科學性和先進性，機電一體化技術使整個人類社會發生了巨大的變革。

早在20世紀50年代，美國科學家模仿人類的器官、外形、功能發明了世界上第一臺機器人，在機器人的基礎上又發明了數控機床等自動化產品和設備。這些自動化產品和設備就是機電一體化技術的發明。擅長引進、吸收和消化的日本人對機電一體化這項先進技術進行了大力的推廣宣傳和研究。20世紀70年代，日本人將這項技術命名為機電一體化。 我國從1985年開始引進并發展了這項技術。目前，機電一體化技術已廣泛應用于機械、建筑、農業、醫療及家庭等領域，并向智能化網絡化發展。

機電一體化技術具有廣闊的應用領域和發展前景，使整個工業和人類社會發生了巨大的變革，極大地改善了人類的生活，發展了社會的經濟。機電一體化技術的先進在于它的科學性，機器人是典型的機電一體化技術產品，是當今世界先進技術的典型代表，它來源于人類。人類是大自然的產物，它的器官、外形及功能是十分科學的，因此，機電一體化技術產品也是十分科學的。機電一體化系統由四部分組成，機械本體即系統主體(相當于人的身體)，檢測部分即傳感器(相當于人的五官)，控制部分即計算機(相當于人的大腦)，還有執行部分即電機（相當于人的肢體），這四部分組成一個既動作協調一致，又能適應條件變化的有機統一體，自動地完成規定的動作和功能。

一、機電一體化技術的科學性

機電一體化系統是一個自動化的控制系統，具有微型化和強大信息處理功能的計算機作為系統的控制中心，具有高精度和智能化的傳感器作為檢測機構，具有良好動態品質的機電產品作為執行機構，通過精密、可靠、穩定、輕巧的機械本體實現系統的功能。檢測機構將檢測到的信息傳遞給控制中心，控制中心將收到的信息經分析、判斷后向執行機構發出指令，執行機構完成動作，檢測機構將動作結果反饋到控制中心進行調節。

1.機械本體

機械本體是機電一體化系統中的被控制對象，是完成給定工作的主體，是系統技術的載體，它將整個系統連接為一個整體，實現系統特定功能。機電一體化技術中的機械技術是在傳統技術的基礎上發展而成，具有明顯的綜合性和先進性。傳統的機械設計是手工繪圖，人工調研，機電一體化機械設計是計算機繪圖，網絡調研；傳統的機械制造是普通機床加工，精度低、效率低，機電一體化機械制造是高精度的數控機床加工，高效率，低勞動強度。因此，機電一體化的機械本體可靠、穩定、精密、輕巧、實用美觀、結構簡單、制造方便、通用性強，賦予系統巧妙的靈巧性實現系統的靈巧動作和規定功能。

2.檢測及傳感器

傳感器應用在各種自動控制系統中，在機電一體化系統中作為傳感器的檢測機構，是機電一體化系統的主要組成部分，它能快速、準確地獲取信息，并經轉換、測量傳遞給電腦控制器，作為電腦做出準確判斷的依據。傳感器的應用可追溯的18世紀，當時，傳感器代替人的眼、耳、觸覺等獲得被測的物理量變換成電信號，隨著控制技術和材料學的發展，出現了半導體傳感器、有機材料傳感器、生物傳感器等，傳感器的速度和精度越來越高，種類越來越齊全，應用越來越廣泛，未來的集成化傳感器和智能化傳感器更快速、更準確、更穩定、可靠性更高，人們期待的嗅覺和味覺傳感器不久終能問世。

3.控制器及計算機

計算機作為機電一體化系統的控制中心，是機電一體化技術的重要內容和主導技術，作為系統的核心，它將收到的信息進行判斷計算后，向執行機構發出指令，從而將系統中的各部分有機地組合成一體，計算機的控制性能是機電一體化系統性能好壞的關鍵。計算機不僅計算速度快，計算精度高，而且具有記憶和邏輯判斷能力，能更快、更準確地處理更多被控參數的復雜情況。一般自動控制系統是利用比較器或調節器(作為控制器)將被控參數值和目標值進行比較，比較之后的差值，經過控制器的處理之后送到執行機構，速度較慢，精度較低，操作較復雜。自從上世紀40年代計算機產生以來，自動化系統的控制器逐漸被計算機所代替，工業控制計算機（工控機）發展迅速，可編程序控制器，單片機在機電一體化系統中得到了廣泛的應用。

4.驅動及執行機構

在機電一體化系統中，由控制中心發出的指令，通過傳動機構的驅動，使執行機構完成特定的動作。機電一體化系統為了準確、靈敏地實現系統運動的軌跡、速度、方向、起止點位置等要求，執行機構中的工作部分形狀與結構依據工作對象的性能，導向部分多采用滑動軸承、含油軸承、滑動導軌及非接觸式軸承和導軌，保證執行機構受力狀態和高速運轉條件下的軌跡和定位精度、運動剛度、熱變形和摩擦特性等動態品質，減小質量和轉動慣量，提高傳動剛性，減小摩擦和轉動間隙，使得執行機構具有良好的動態品質，從而能高質量地保證機電一體化系統特定功能的實現。

二、機電一體化技術的先進性

機電一體化技術既不同于傳統的機電技術，也不同于普通計算機技術，而是在這些技術的基礎上，使他們科學地結合并產生飛躍而形成的新技術。

1.機電一體化技術具有綜合性和系統性

機電一體化技術是由機械技術、電子技術和計算機技術等相結合而形成的一門跨學科的邊緣學科，一個多功能的完整系統。在這個系統中，各項技術揚長避短、取長補短，達到整體的高性能、高效率。機電一體化技術不僅用在單機產品中，而且可以應用在整個工程系統，在不同的技術層次中，覆蓋著更廣闊的領域。機電一體化產品都具有自動控制、自動校驗、自動診斷、自動恢復、自動保護和智能等多種功能，它能應用于不同的場合，不同的領域，并具有極強的應變能力，可以滿足用戶各種需要。

2.機電一體化技術增強了產品功能，提高了精度，簡化了結構和操作

機電一體化技術應用了計算機技術，通過改變程序、指令，無需改變硬件結構就可以對產品的功能進行變換，使機械功能的給定和改變向著軟件化和智能化的方向發展。機電一體化技術使機械的傳動部件減少，磨損和誤差大大減小，同時，采用了電子技術和反饋控制對誤差的補償，因而提高了工作精度。機電一體化技術用密集型技術和密集型知識，簡化了機械結構，改善了操作性能，甚至可以實現操作的全自動化。

3.機電一體化技術節能、安全、可靠、競爭力強

機電一體化產品通過采用低能耗的驅動機構和最佳的調節控制系統，大大提高了能源的利用率，平均節能20%左右。機電一體化產品的自動保護功能和自動操作功能，顯著地提高了安全性。機械結構的簡化和機械磨損的減小，提高了壽命、穩定性和可靠性。機電一體化技術賦予產品更新換代的活力，產品在功能、水平、質量、品種和使用效果等方面都能更好地滿足國內外市場的需要，因而增強了產品的競爭能力。

作者單位 陜西省經貿學校

責任編輯 張曉楠