淺談機電一體化技術的應用與發展趨勢

宋江婷

（泉州輕工職業學院，福建 泉州 362200）

1 機電一體化技術的簡介以及優點

機電一體化技術是科學技術迅猛發展的知識產物。由于大規模集成電路的研發不斷深入，再加上微型電子計算機蓬勃發展起來，就加快了電子信息技術和機械技術的有效融合，然后通過一系列復雜的加工和改造，最終形成了機電一體化技術。

1.1 機電一體化系統的組成

（1）機械本體。其作用就是連接和支撐其它的要素，再將這些要素有機地結合起來，進而形成統一的整體。機電一體化技術滲透到生活中的方方面面，且它的產品種類很多，但均不可能與機械本體脫節。例如:數控機床的機械本體是機床；機器人的機械本體是機身。所以，機械本體是機電一體化系統中最基本也是比較重要的構成成分。沒有機械本體的支撐，其它各個部件就會零零散散，不能組成能滿足生產需要的機電一體化裝置。

（2）動力系統。它主要是為了配合控制系統，給機電一體化裝置提供充足的動力和能量，進而使其能按照生產需求順利的完成任務。動力系統的能量源頭主要是氣、液、電等。

（3）傳感和運行檢測系統。它把機電一體化產品運行時的各種所需要的參數和狀態都轉變為能夠測定的物理量，并充分運用各檢測系統來測定這些物理量，給機電一體化產品同時提供了運行控制時所有需要的信息。其通常是靠儀表或傳感器來實現傳感和檢測系統的不同功能，通常要求它的體積比較小、方便安裝、有較高的精確度。

（4）信息控制及處理系統。該系統是為了滿足機電一體化裝置的基本功能要求，接收來自于檢測與傳感系統的信息，然后再進行相應的處理，以便控制產品。在機電一體化產品中，信息控制及處理系統主要是由計算機中的硬件、軟件以及各種接口構成。其中，計算機的硬件包括輸入／輸出設備、數控裝置、顯示器以及可編程控制器。同時，機電一體化產品對信息的處理要有較高的速度。

（5）執行部件。控制信息作用于執行部件讓其自動完成動作，并實現它的基本功能。執行部件大多情況下也是運動部件，在機械、電氣液等結構中應用較廣泛。機電一體化裝置的種類和作業對象各不相同，這將會造成執行機構之間存在很大的差異。執行機構的順利運行還能逐一實現產品的目標功能，因此它的性能好壞直接決定著產品性能的好壞。

在機電一體化裝置中，只有各個部件協調運行才能使目標功能順利完成。在產品結構上，各部分又由不同的軟件及相對應的接口連接起來，進而組成了一個外部性能好、內部結構科學合理的完整的機電一體化裝置。

1.2 機電一體化的優點

（1）提高工廠的工作質量和生產能力。大多數的機電一體化產品有信息的自動處理和控制的功能，能夠在很大程度上提高它在控制和檢測方面的靈敏度、精準度。運用自動控制系統可以讓執行機構更加精確地完成預先設置好的任務，這樣就可以消除機械操作的人為誤差，有助于實現最佳的操作，確保工作效率與工作質量，還能使產品的合格率達到最佳。

（2）提高產品使用時的可靠性和安全性。機電一體化裝置均具有自動保護、自動監視、自動診斷、自動報警等性能，在實際的運行時一旦發生突發問題，它能自動解決。機電一體化產品由于采用電子元器件，從而具有較高的靈敏度和可靠性。

（3）調整和維護方便，使用性能改善。具有復合功能，適用面廣。改善勞動條件，有利于自動化生產。節約能源，減少耗材。機電一體化技術具有全自動控制的功能，應變性強，能夠達到生產上的最優化效益。

2 機電一體化技術的應用及發展趨勢

2.1 機電一體化的意義

（1）功能增強。機電一體化產品的顯著特征是具有多種復合功能，比如通過數控加工中心就可以讓多臺普通機床多道工序一次性裝卡完成，并自動地對工件和刀具進行檢測，清晰地顯示出道具的動態軌跡，還具有極強的復合功能如故障自診斷。

（2）高精度。通過機電一體化技術能夠對機構如傳動部件進行精簡，從而降低由于機械磨損、受力變形和配合間隙多導致的誤差，同時對采用控制技術補償、校正和計算機檢測等多種干擾因素所產生的動態誤差也能夠達到單純依靠機械無法達到的工作精度。

（3）結構簡化。一般來說，機電一體化技術采用內裝式微處理器、電力電子器件、大規模集成電路等替代原有笨重的傳動裝置和電器控制柜，使得產品的體積大大縮小，電子元器件數量大幅下降，其結構也越來越簡化。比如電子控制和匹配的電機電磁結構相結合構成的無換向器電機，它沒有采用傳統的換向電刷，極大地簡化了電機結構，縮小了電機體積、減輕了電機重量、提高電機使用壽命。

（4）可靠性增強。隨著科技的發展，集成電路的集成度穩步提升，其可靠性也得到不斷的增強，機電一體化產品故障率得到控制和減少。不僅如此，目前很多機電一體化產品具有停電對策、過負荷與失控保護、自診斷等功能，一定程度上提高了機電一體化產品的可靠性和安全性。

（5）柔性提高。柔性主要是指能夠利用軟件改變機器的工作程序，以滿足不同的需要。例如:工作機器人具有較多的運動自由度，手抓部分可以換用不同的工具，通過改變控制程序、運動軌跡和運動姿態，可以適應不同的作業要求；數控機床、FMS或FMC可以通過改變控制程序來適應不同零件的加工工藝。

2.2 機電一體化技術的應用領域

機電一體化技術已經廣泛應用到各個領域，如鋼鐵、國防、醫藥、能源、汽車、數控等。現代機電一體化生產系統大大地提高了汽車生產的產量和質量，并且整個生產系統能隨時通過變換程序來生產型號不同的汽車，也使新產品的研發生產周期大大縮短，適應了市場變化的需求。機電一體化技術還解決了生產企業的用工荒和產品效率低的問題。

2.3 機電一體化技術的發展趨勢

（1）智能化。大多數復雜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。冶金礦山及工程機械的大型成套設備中許多復雜機械需要具有較高智能水平的人工智能系統，在必要的場合能夠代替人去執行各種任務。這樣的系統需要自學習、自組織、自適應、思維、決策等能力，系統還應具有人機界面，設備也應具有自動診斷和自動修復的功能。

（2）模塊化。由于機電一體化裝置的品種和制造商都比較多，研發機電一體化系統結構單元的工作既前景廣闊又富有挑戰性。例如，在研制集減速與智能調速于一體的系統上，這些動力結構單元運用了機電一體化技術。

（3）網絡化。由于我國的制造企業均普及了網絡，從某種意義上來說，這間接地加快了網絡遠程監視技術及控制技術的發展。此外，總線、廣域網、局域網技術使得機械制造業發生了根本的變化，網絡制造技術已經成為了機械制造與自動化領域研究的重點。

（4）微型化。微型化也是機電一體化的一個新的發展方向，其表現形式是微電子機械系統。機電一體化的產品也逐漸向微米、納米級發展。它的耗能低、體積小、靈活性高，廣泛應用于醫療、國防軍事等方面。

（5）自帶能源化。自帶能源化即指機電一體化裝置自身附帶了能源系統，不需要另外供電。能源問題始終是一個全球性問題，在很多情況下沒有充足的電能供應，因此機電一體化裝置自帶動力能源就有了其獨有的優勢。

（6）綠色化。要始終堅持環境友好型的發展原則，綠色化的產品將有更加廣闊的前途。機電一體化裝置中的綠色化指的是在裝置的運行過程中不會對環境產生危害，在報廢時還能夠加以回收利用。

3 結束語

隨著科技研究深入，機電一體化的技術水平會越來越高，其產品的性能也會越來越好，能夠幫助實際生產，使工廠效率提高。

［1］王 靜.淺析機電一體化技術的現狀和發展趨勢［J］.同煤科技，2006，（4）:33－35.

［2］趙 淑，陳匡正，趙 儒.對我國機電一體化技術發展趨勢的探析［J］.才智，2008，（20）:136－137.

［3］王 斌.論機電一體化技術的發展趨勢略述［J］.產業與科技論壇，2006，（9）:24－25.

［4］張 振.機電設備安裝試運行異常現象分析與對策［J］.才智，2008，（1）:8－10.

［5］俞靈東.淺談機電一體化技術的發展狀況及其應用［J］.科技致富向導，2011，（23）:185.

［6］李 晨.機電一體化技術的現狀和發展趨勢芻議［J］.機電信息，2011，（21）:188.