我國機電一體化的發展探究

陳德光

(中冶寶鋼技術服務有限公司,上海 201900)

我國機電一體化的發展探究

陳德光

(中冶寶鋼技術服務有限公司,上海 201900)

科學技術不斷發展,計算機技術也被廣泛應用于各個行業,促使機電一體化技術在企業中國得到了普遍應用。在出現機電一體化之后,生產從機械電氣化轉化為機電一體化,推動了企業生產和產品的進步,也表現出了一定的優越性。本文主要介紹機電一體化技術的組成和特點、探究其在國外和國內的發展情況,并分析了機電一體化技術的發展趨勢。

機電一體化 特點 組成 發展情況 發展趨勢

機電一體化，也稱作機械電子工程。目前已經進入知識經濟時代，知識的普及和信息的傳播更加快捷。由于機械工程行業開始廣泛應用計算機技術和微電子技術，產生了機電一體化，并潛移默化的改變了生產方式、工程以及構成等。

1 機電一體化概述

在1971年雜志中第一次出現機電一體化的概念，然后機電一體化快速發展并得到廣泛應用。機電一體化是新興的交叉學科，也就是將電子器件的控制功能附加和信息處理或者是融合在機械裝置中的復合技術。機械在應用機電一體化技術之后，不再僅僅具有機械化的特點，同時具備智能化和人性化特點，促使機械結構更加簡單，提高了自動化水平。機電一體化包括多種技術：機械技術、信息技術、微電子技術、傳感器技術等，并且在實踐中發揮了很大的作用。

機電一體化系統主要由結構組成要素、感知組成要素、動力組成要素、運動組成要素、智能組成要素五大組成要素構成。結構組成要素指的是機械本體，支撐系統的功能；感知組成要素指的是傳感的測試，檢測參數以及狀態；動力組成要素指的是動力驅動，供應能量；運動組成要素指的是執行機構，以指令為依據執行和動作；職能組成要素指的是控制和信息處理，控制系統運行。

機電一體化具有智能化、模塊化和系統化的特點。從智能化角度來看，信息技術和模糊技術的快速發展提高了其智能化水平，在很大程度上不同于傳統機械自動化。因為其增加了人工智能的機械，具有更高的效率和精度。最近幾年，優化了微機的性能，提高了處理器的速度，所以機電一體化更加智能。以模塊的角度來看，它是機電一體化重要工程的發展趨勢。以系統化角度來看，應用模式化和開放化的總線結構改變了系統的結構，促使系統更加靈活、協調和易管理。綜上所述，機電一體化具有高精度、高性能、高效率、更強可編程適應性，促使控制變得更加復雜。

2 機電一體化的發展情況

2.1 國外機電一體化的發展

國外機電一體化的發展主要分為初級階段、第二階段、第三階段。初級階段指的是20世紀60年代之前，人們開始逐漸應用電子技術，所以被廣泛應用。第二個階段，機電一體化產品以及技術發展迅速。第三個階段，各個國家非常關注節電一體化。比如日本，日本在1989年第一屆國際先進機電一體化會議中，討論了機電一體化的發展，并制定了其發展的具體計劃。國外機電一體化發展的一個重要因素是可以應用于各個制造領域，并從單機發展到制造產業的集成化。

2.2 國內機電一體化的發展情況

電子計算機技術、通信技術和自動化控制技術的迅速發展為我國研究和應用機電一體化技術打下了基礎，加強了機械和電子技術的融合水平。尤其是在我國完成微型計算機、大規模集成電路產品的研發和上市之后，進一步推動了機電一體化的發展。我國從20世紀80年代開始正式研究機電一體化技術，國務院將其列入“863”計劃的一個重點項目，同時成立了專門的機電一體化技術研發領導小組。同時，在制定“九五”規劃以及2010年發展綱要時，尤其指出加快機電一體化技術發展的重要作用和詳細實施措施。我國很多科研機構、高等院校、生產企業針對這方面也做了研究，在一定程度上推動我國機電一體化的發展。我國機電一體化技術在20世紀90年代進入快速發展階段。機電一體化技術研發融入光學、通信、電子等現代技術，尤其是逐漸應用微細加工技術，推動新型技術，例如光機電一體化、微機電一體化等的發展。設計、集成和分析機電一體化系統開始向智能化發展，并且深入研究這一邊緣學科體系。此外，機電一體化廣泛應用光纖技術、神經網絡技術、人工智能技術等，拓展了發展空間和完善了其科學體系。

3 機電一體化的發展趨勢

工業在我國社會發展和經濟建設中發揮著重要作用，并且推動了工業機械制造產業的技術升級。機電一體化的發展重點是研發以及應用微電子技術和電力電子技術，尤其是應用微型計算機和微處理器。我國機電一體化當前向著智能化、集中控制化、網絡化、微型化和綠色化發展。

3.1 機電一體化的智能化發展趨勢

我國機電一體化的一個重要發展趨勢是智能化，可以充分展現機電一體化產品“全息”特點。智能化指的是系統描述工業機械本身行為，可以進行邏輯思維、推理判斷和自主決策等。機電一體化技術的智能化相對于傳統技術，以現代機械控制理論為基礎，和人工智能、計算機科學、心理學等先進技術和思想相融合，利用最新的芯片技術和模糊技術。機電一體化技術的智能化重視產品整體的性能，當前已經開發研發智能機器人、新型微波爐等，通過智能化處理產品控制系統，不斷提高產品的性能。

3.2 我國機電一體化技術向集中監控化發展

在設計機電產品時逐漸廣泛應用集中監控化技術，促使設備更好的運行，并良好維護設備。集中監控系統相對于傳統機電產品控制系統更加重視統一處理各部分功能，也就是利用中央監控系統監控設備運行的整個過程，及時發現系統故障，有效處理發現的故障。機電一體化技術尤為注重安全管理機電設備和安全運行設備，通過不斷升級技術，推動機電設備監控系統的集成化發展。

3.3 我國機電一體化技術向網絡化發展

當前不斷更新換代計算機產品，也不斷發展網絡技術，我國機電一體化技術從20世紀90年代融合網絡技術，并且獲得了一定成果。在21世紀到來之后，網絡技術推動了各種遠程監控技術不斷發展，并且應用于機電一體化產品中，進一步推動了機電一體化技術的發展。因此我國機電一體化技術的網絡化發展在提高產品安全性和完善產品性能方面發揮著重要作用。

3.4 機電一體化技術的微型化發展

蝕刻技術是半導體器件制造的一個基本技術，我國科研人員已經應用此技術成功制造出“亞微米級”的微型化機械元件。將此應用于機電一體化產品之后不再需要區分機械和控制部分，而是完全融合機械和電子各部分零件，尤其是將傳感器、CPU等關鍵部分集于一體，不斷縮小機電一體化產品體積。當前，我國已經研究和生產了一系列微機電一體化產品，其體積小于1立方厘米，并且逐漸發展到微米級和納米級。比如，將微機電產品應用于軍事、通訊、生物醫療等產品中，可以消耗更少的能量，占用更小的空間，并更加靈活的運動等，所以逐漸廣泛應用于各個領域和行業。可是我國當前研發機械技術、超精密技術的水平比較低，這是我國研究中需要突破的重點。

3.5 我國機電一體化技術向綠色化發展

當前，人們不斷提高環保意識，追求綠色產品，人們當前生活追求低碳節能生活。所以，將來機電一體化產品也要順應這一趨勢，促使產品在設計、制造和使用環節滿足法定的環保要求，不危機人們的生命健康，不破壞生態平衡，并且在產品達到使用壽命之后也可以進行回收和利用。

3.6 應用PLC技術

PLC指的是可編程邏輯控制器，具有的功能有邏輯控制、數字量化智能控制、數據采集、監控等。當前，我國設計的機電產品，PLC都配有算數運算和A/D以及D/A轉換功能，有些高精密機電產品甚至有PID功能，閉環控制模擬量。在控制機電產品的運動和速度方面，應用PLC技術輸出和接受高脈沖，同時配有對應的傳感器和伺服設備。機電產品控制系統在應用PLC技術之后可以智能控制數字量，在同時應用PLC技術和可編程序端設備之后，可以實時采集和現實數據，促使設備管理人員及時統計和分析各種數據，進而應用PLC自檢信號監控機電產品系統。機電一體化技術在應用PLC技術之后提高了產品的通信功能，更好的控制運動和順序、聯網通信、處理數據等。

4 結語

當前，我國機電一體化技術取得了一定的成就，可是相對于發達國家還是比較落后。我國當前經濟和社會發展迅速，其中現代工業和機械制造業的發展更為明顯，研究機電一體化技術是非常重要的，推動我國不斷向工業大國發展。我國機電一體化的發展趨勢是智能化、集中控制化、網絡化、微型化和綠色化，將會給人們的生產和生活帶來很大便利。而在發展機電一體化技術的過程中，也要重視引入和研究新型技術，對當前的技術格局進行改善，更快的達到國際技術水平。

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