機電一體化的研究現狀與發展前景

摘 要：隨著經濟的發展和科技的進步，以及各種學科的相互滲透，機電一體化已經成為一門新興的邊緣學科。機電一體化在未來的研究和開發過程中，主要包括對計算機數控系統、計算機輔助設計和計算機集成制造系統以及機器人的研究和開發除此之外，更應該注重人機對話功能的開發。機電一體化的產品將會廣泛的用于人們的日常生活中和各種工業工廠、醫學以及無人碼頭等領域。

關鍵詞：機電一體化；現狀；發展

1 機電一體化技術概述

機電一體化是以機械為主、將計算機技術和電子技術等多門學科逐漸引用到工程機械中并相互結合、互相滲透的一門新興技術學科。早期的機電一體化技術是把電子技術和計算機技術簡單的融入到機械技術后形成的一種操作相對方便的技術產品。隨著科學技術和機電一體化的進步和發展以及人們對機電一體化的深刻認識和廣泛應用，機電一體化在工程機械產品中的動力功能以及信息處理功能上引進電子技術和計算機技術，并把計算機軟件與機械裝置相結合起來，增加了機電一體化產品的功能，提高了工作效率和效益。擴展了機電一體化的領域以及適用范圍。隨著科學技術的進一步發展，機電一體化技術出現在航空，醫學等各個領域，是因為它建立在機械技術上，用微電子技術、計算機和信息處理技術、電力電子技術、自動控制技術以及伺服驅動技術來服務的一種高新技術。我們的日常生活越來越離不開機電一體化的產品，如自動洗衣機、自動門、空調等等。在機械制造領域、農業工程領域和醫學領域，機電一體化技術也有一定程度的應用。另外，機電一體化還在不斷的更新和改進，人們的思維模式不僅僅停留在數控機床、機器人等某一具體產品上，還把目光轉移到控制系統和被控制系統相結合的產品上。例如，計算機輔助設計制造系統，計算機集成制造系統以及各種工業過程控制系統。

2 機電一體化的發展狀況

機電一體化技術的發展大體可以分為四個階段。20世紀60年代以前為第一階段，即萌芽階段。早在電子計算機問世不久，科學技術界就已經在醞釀，將機械技術和電子技術結合起來的思想和實踐由來已久，由于電子技術的發展，人們自然地利用電子技術的成果來完善機械產品的性能。在二戰期間以及戰后，由于戰爭的需求以及人們對電子技術的認識，相繼高性能的軍事產品得以發明以及廣泛應用。隨后，美國在1952年成功研制世界上了第一臺數控機床、可編程機器人的發明，實踐證明機械技術和電子技術的結合不是隨著人們的主觀意識憑空想象的，是可以實現的。由于機電一體化對電子技術等其他學科的要求比較高，當時的電子技術水平還沒發展到一定程度，機電一體化的產品不能深入研究和大量生產，還不能大范圍推廣和應用。但給機電一體化的發展奠定了一定的基礎。

20世紀70年代至20世紀80年代為第二階段，即初創階段。起初，機電一體化技術先在汽車上應用，然后在工程機械上推廣，其主要目的是為了降低排氣污染，節約能源，滿足日益嚴格的環保法規要求。隨著社會的發展，尤其是電子技術和計算機技術的發展，人們對工程機械提出了越來越高的要求，不僅僅只是耗能低、環保，還要操縱方便、使用安全性和可靠性提高、生產能力和質量提高，希望實現自動化、節能化。

20世紀80年代至20世紀90年代為第三階段，即發展時期。在這一時期，機電一體化技術在眾多領域中得到重要的應用，其主要應用領域是數控機床，提高了數控機床的技術精度和操控性，極大的提高了工作效率。由于微電子技術的研究和發展，機電一體化的產品也隨著不斷地更新，以及傳感測控技術和信息轉換技術的結合運用，在工業機器人的軟件設計和編程等關鍵領域取得了技術上的巨大進步。

20世紀90年代以后為第四階段，即為智能化階段。進入20世紀90年代，通信技術開始進入機電一體化領域，通信和計算機網絡的發展以及人工智能技術在這一時期取得巨大的進步，以及促進了分布式系統的形成，使不少機器可以遙控操作、智能化操作。現在，“模糊控制”技術的應用已經非常普遍，相應的產品也越來越多，甚至還出現了“混沌控制”的智能化產品，由于科技的不斷進步以及人們對機電一體化的產品要求越來越高。因此，機電一體化的學科體系在不斷地更新和研究。

3 機電一體化技術的發展趨勢

進入21世紀以來，機電一體化技術得到了更大的發展。傳感器的性能也進一步得到提高，對傳感器信號的處理和判斷的智能化程度也達到更高的水平，出現了具有更高柔性和自適應性的機電一體化系統。未來的機電一體化將會朝著下面幾個方向發展。

3.1 智能化。智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要方向。例如，在那些易燃、易爆、對人的安全存在著嚴重威脅的環境中，采用機器人等智能化的機電一體化的產品，對于減輕人的勞動強度，提高自動化程度是十分必要的。所以，智能化的機電一體化產品去替代人的工作是很必要的。但人們對智能化的期望不僅僅是這些，如果使它具有判斷推理能力、邏輯思維能力以及自主決策等能力，能夠操控更高的控制目標。這樣才能實現機電一體化的智能化。比如，在數控機床上增加人機對話功能，使人和機器可以更直接的融合，實現人機一體化的智能產品。機電一體化技術即使不能達到人腦的智能化程度，但是機電一體化產品微處理器的準確和高性能還是可以實現的。因此，智能化是機電一體化的發展方向。

3.2 模塊化。國際和國內各方面的標準由于利益的沖突，很難在近期制定，不過一些大型企業的相互組建也會逐漸形成行業標準。由于機電產品的模塊化的系統比較復雜、生產廠家繁多，所以研制和開發時應具有標準接口、動力接口、電子接口以及環境接口的機電一體化產品單元研究和分類，使機電一體化產品成為具有視覺功能、識別和圖像處理功能的機電一體化的新型產品，以實現機電產品的標準化和系列化。現在的產品不同系統之間的分工將會越來越精細，因此，機電一體化產品的模塊化將是它發展的必然趨勢。

3.3 微型化。早期的微型化指的是機電一體化微型機器和微觀領域發展的趨勢。微型機電一體化產品由于體積小、運用靈活，所以在生物醫療以及軍事等方面有不可取代的優勢。因此，電子產品會朝著微型化、高性能和多功能的方向發展。

3.4 集成化。機電一體化不僅僅是機械與電子的簡單綜合，應該是盡可能包含其他領域的各種先進技術的有機結合。所以機電一體化在生產過程中應同時處理加工、裝配、檢測、包裝以及管理等多種工序。因此，機電一體化的集成化也是它的一個發展方向。

3.5 人性化。未來的機電一體化將會更廣泛的應用到我們的日常生活中，如家用機器人，給機器人賦予人的情感以及智慧，這樣就能使人的生活更加豐富多彩。因此，機電一體化產品的人性化也將是它發展的必然趨勢。

參考文獻

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[3]劉正明.機電一體化的發展趨勢[J].科技傳播，2012，（21）：41+20.

作者簡介：王大為，工作于寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，主要從事冶金設備管理。