淺議計算機以及機電一體化技術的整合

機電一體化與計算機整合的必然性

20世紀60年代，以微電子技術為主導，自動化技術、信息技術、生物技術、新材料技術、新能源技術、激光與紅外技術等高新技術逐步形成，引發了第四次技術革命。在這場新技術革命的沖擊下，作為傳統產業之一的機械工業的產品結構和生產系統結構發生了質的飛躍。通過微電子技術、計算機技術等信息技術與機械裝置和動力設備有機結合，一方面極大的提高了機電產品性能和競爭性；另一方面又極大的提高了生產系統的生產效率和企業的競爭能力，促使機械工業開始了一場大規模的技術革命，產生了機電一體化技術。

我們從中可以看到機電一體化技術是多種技術融合的產物。它是在信息論、控制論和系統論的基礎上，在計算機、傳感器和軟件技術三者的支撐下發展起來的。實際上，機電一體化技術己經不僅僅局限于機械與電子技術的有機結合，而是融合檢測傳感技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服驅動技術、精密機械技術、計算機技術和系統總體技術等多種技術于一體的交叉學科與綜合技術。其中，信息處理技術是機電一體化技術中必不可少的部分，以微電子技術和計算機技術為龍頭的信息處理技術是使機電一體化產品具有自動化、數字化和智能化的關鍵所在。

計算機技術對機電一體化發展的推動過程

縱觀機電一體化技術的發展歷程可以發現，它是一個以機電整合為主，同時綜合整合其他各類學科技術的過程，尤其是以計算機技術為代表的信息技術極大的促進了機電一體化的發展。可以說，機電一體化的發展過程正是與計算機技術整合的過程。

機電一體化技術的發展歷程，大體上可以分為三個階段：

20世紀60年代以前為第一階段，稱其為萌芽階段。在這一時期，人們自覺或不自覺的利用電子技術的初步成果來代替機械產品的性能。

20世紀70年代到80年代為第二階段。稱其為蓬勃發展階段。在這一時期，人們自覺地、主動地利用3C技術的巨大成果創造新的機電一體化產品。

從20世紀90年代后期開始為第三階段，稱其為智能化階段，機電一體化技術向智能化新階段邁進。

計算機與機電一體化技術整合的表現

縱觀機電一體化的發展過程可以發現，它是同時綜合整合其他各類學科技術的過程。計算機技術為代表的信息技術極大地促進了機電體化。

早期的機電一體化是在機械電子基礎上整合進微電子技術，1981年日本機械振興協會經濟研究所在《日本機械工業的存在條件機械工業和電子化》的報告書中所說的機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進了電子技術，它是將機械裝置與電子設備以及軟件等有機結合起來構成系統的總稱。

隨著以計算機技術為主的信息技術的迅猛發展，機電一體化也在不斷地發展。現代機械系統就是在早期機電一體化系統的基礎上實現了網絡技術、軟件技術、管理技術等高新技術的整合。諸如先進制造技術、智能結構、智能機器人等無一不是在早期機電一體化系統基礎上憑借著高性能計算機處理技術，創造性整合的新領域。

綜上所述，機電一體化是一門以機械、電子、計算機為主的多學科交叉、滲透的邊緣學科；其發展過程是整合的過程；整合作為發展的內在動力，是一個創造性的過程；正是由于它的創造性，將機、電、信息、控制等各種相關技術融會貫通，揚長避短，才實現了系統整體優化的效果，產生了多姿多彩的機電一體化產品和系統，促使了該領域的不斷拓展。因此，整合理論應該是機電一體化學科研究的重點。

計算機與機電一體化技術整合的特點

機電一體化的整合過程是一種有機的，實現機、電、微電子及其他技術綜合的過程，是一種創新過程而不是簡單的組合，必須充分發揮機，光、電、微電于等技術的各自優點，互相補償，互相滲透，因此它應該是有規可循的。研究機電一體化的整合過程，可以總結出以下四個基本特點。

(1)以功能為線索通俗地講，機電一體化產品或系統是在傳統機械的基礎上實現了計算機控制的自動化機械。個完整的機電一體化系統由五個本質上不同的基本功能要素組成，即動力、機構、執行器、計算機和傳感器。

(2)以機電為基礎從機電一體化的五個功能要素的物理載體，可以清楚地發現，除計算機功能要素外，其他要素都是以機電為基礎的，這也符合機電一體化產生和發展的背景。

動力模塊通過機電結構實現了將其他形式的能量轉換為電能：執行器模塊通過機電結構實現了電信號到機械信號的轉變；傳感器模塊通過機電結構實現了外界信號轉換為電信號的途徑：計算機模塊在輸入的電信號中加入了新的信息，從而實現了信息的增值，并輸出新的電信號。因此，整合的功能要素是以機電為基礎的，以電介質為整合過程的公共界面。

(3)以信息為核心機電一體化整合采用計算機實現協調與控制，它與傳統的機械系統有本質的區別就是以信息處理為核心。信息處理環節可以通過硬件、軟件或它們的組合來實現，一般主要通過軟件設計來實現。隨著控制系統中信息處理壞節的地位越來越重要，軟件在開發工作中所占的比重也越來越高。

(4)機電一體化的整合是一個創新過程通過機電一體化的巧妙整合，可以達到用其他設計方法不能取得或者相對來講更容易獲得的結果。從某種意義上講，機電一體化的整合過程是一種系統整體優化的過程，即在滿足系統設計功能目標的前提下，實現整體最佳化。

（作者單位：長春房地（集團）有限責任公司地產分公司）