機電一體化技術的發展方向

河北省唐山市市政建設總公司 劉 寶

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機電一體化技術的發展方向

河北省唐山市市政建設總公司 劉 寶

摘要：機電一體化的發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，關于機電一體化技術的研究和應用已成為全球性的課題。本文從數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化幾個方面，闡述機電一體化的發展方向。

關鍵詞：機電一體化技術 發展 全球性課題

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合。20世紀80年代以來，關于機電一體化技術的研究和應用已成為全球性課題。從軍事到經濟、從生產到生活、從簡單的日用消費品生產到復雜的社會生產和管理系統，機電一體化技術幾乎無所不在，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展。機電一體化技術的主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人。計算機網絡的迅速崛起為數字化設計與制造鋪平道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好的人機界面。數字化的實現便于遠程操作、診斷和修復。

2.智能化

智能化是要求機電產品有一定的智能性，使機電產品具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如，在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫。這些會對使用、操作和維護機電產品帶來方便。模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

3.模塊化

機電一體化的產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。例如，研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。在產品開發設計時，工作人員可以利用這些標準模塊化單元迅速開發新的產品。

4.網絡化

基于網絡的遠程控制和監視技術方興未艾。遠程控制的終端設備是機電一體化產品?，F場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，人們在家里可充分享受高新技術帶來的便利。因此，機電一體化產品應朝網絡化方向發展。

5.人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人。如何賦予機電一體化產品人的智能、情感和人性，顯得愈來愈重要。機電一體化產品除具有完善的性能外，還要在色彩、造型等方面與環境相協調，讓人們在使用這些產品時有藝術享受。例如，家用機器人的最高境界就是人機一體化。

6.微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統（Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器、信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得很大進展，開發出各種MEMS器件和系統。例如，各種微型傳感器，包括壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器，各種微構件，包括微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等。

7.集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合，以及各種產品不同結構的優化與復合，又包含生產過程中處理、加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，機電系統應具有柔性。首先，可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調安全運轉。然后，再通過軟、硬件將各個層次有機聯系起來，使其性能最優，功能最強。

8.帶源化

帶源化是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合機電產品無法使用電能，因而運動的機電一體化產品自帶動力源具有獨特的優勢。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

9.綠色化

科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，但也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，保護環境，回歸自然，可持續發展，綠色產品等概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調、可再生利用的產品。其設計、制造、使用和銷毀時，符合環保和人類健康的要求。機電一體化產品的綠色化主要指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時可分解和再生利用。

綜上所述，機電一體化技術的研究在持續發展，采用的技術手段越來越先進，人們無法通過定義界定其發展潛力。同時，機電一體化技術的應用領域在持續發展，也無法通過定義界定其應用范圍。

文章編號：ISSN2095-6711/Z01-2016-04-0236