淺析機電一體化的未來發展趨勢

肖云飛

（身份證號：132530198004150018）

淺析機電一體化的未來發展趨勢

肖云飛

（身份證號：132530198004150018）

本文探討了機電一體化技術的發展歷程與構成、優勢，并展望了機電一體化的未來發展趨勢。

機電一體化；智能；綠色；微型

1　機電一體化產品的構成

（1）機械本體：機身、框架、機械聯接等產品支持機構，實現構造功能。要求：可靠、小型、美觀。

（2）動力驅動：提供能量，轉換成需要的形式，實現動力和驅動功能。要求：效率高、可靠性好。

（3）檢測傳感裝置：檢測產品內部狀態和外部環境，實現計測功能。要求：體積小、精度高、抗干擾。

（4）控制與信息處理：處理、運算、決策，實現控制功能。要求：高可靠性、柔性、智能化。

（5）執行機構：包括機械傳動與操作機構，接收控制信息，完成要求的動作，實現主功能。高性能、高精度、高效率。

2　機電一體化的發展趨勢

2.1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。

2.2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。

2.3仿生物系統化

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態（工作）時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統（大腦）工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。

2.4光機電一體化

一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此，引進光學技術，實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源（動力）系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢。

2.5自律分配系統化——柔性化

未來的機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力（柔性），又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

2.6微型化

微型化興起于20世紀80年代末，是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。近十余年來，微機電系統，作為機電一體化技術的新尖端分支而倍受重視，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，發展難點在于微機械并不是簡單地將大尺寸的機械按比例縮小，由于結構的微型化，在材料、機構設計、摩擦特性、加工方法、測試與定位及驅動方式等方面都產生了一些特殊問題。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，可進入一般機械無法進入的空間，并易于進行精細操作，因此在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。因此在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。

2.7綠色化

機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。工業的發展使得資源減少，生態環境受到嚴重污染。綠色化成了時代的趨勢，產品的綠色化更成了適應未來發展的一大特色。如果我們把機械產品和制造機械產品的機械裝置統稱為機械系統，則機電一體化技術產品的功能可歸結為：提高機械系統的性能，完成傳統機械系統不能完成的功能；提高機械系統的智能化程度，使人在更舒適的環境中工作；提高機械系統的可回收性；降低機械系統的原材料消耗；降低機械系統的能耗；降低機械系統對環境的污染，可以看出其中至少有3條是和環境保護有關的。

3　結語

進入21世紀，機電一體化技術產品的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環境舒適和可回收的智能化機械產品，即提供一種能滿足可持續性發展的綠色產品。

[1]張萬忠.可編程控制器應用技術[M].北京：化學工業出版社，2001.

[2]于慶廣.可編程控制器原理及系統設計[M].北京：清華大學出版社，2004.

[3]劉鍇，周海.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：航空航天大學出版社，2004.

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1673-0038（2015）31-0197-01

2015-7-3