機電一體化技術的應用及發展

摘 要：自從電子技術問世，電子技術與機械技術的結合就開始了，出現了半導體集成電路，尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路后，機電一體化技術有了明顯發展，從而使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，機械、機電融為一體，相得益彰。

關鍵詞：機電一體化；應用領域；發展方向

機電一體化又稱機械電子學，亦可稱為機電整合，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。隨著機電一體化技術的快速發展，機電一體化的概念為人們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得了前所未有的發展。

1、機電一體化概述

機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。它是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有智能化的特征。現代化的自動生產設備幾乎可以說都是機電一體化設備。

2、機電一體化技術的應用領域

2.1 數控機床

我國機床擁有量高居全球之首，2010年產值達1260億元人民幣，超過意大利排名世界第三。數控機床代表了一個國家機床生產的水平。目前，我國生產的數控機床約占國內市場份額的31%，其余從境外進口。時下我國中高端數控機床市場的絕大部分被境外產品占領，其中高端數控機床國內產品的市場占有率僅4%左右。經過多年發展，我國機床生產雖然取得了很大成績，但就技術水平和整體實力而言，在世界上僅處于第二梯隊的中前位置，美歐日排在第一梯隊。數控機床具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。

2.2 自動機與自動生產線

在國民經濟生產和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產線及各種自動化設備，是當前機電一體化技術應用的又一具體體現。如：2000～80000瓶/h的啤酒自動生產線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產線；各種高速香煙生產線；各種印刷包裝生產線；郵政信函自動分撿處理生產線；易拉罐自動生產線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產線等等，這些自動機或生產線中廣泛應用了現代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器，變頻調速器，人機界面控制裝置與光電控制系統等。

2.3 機器人

機器人是20世紀人類最偉大的發明之一。從某種意義上講，一個國家機器人技術水平的高低反映了這個國家綜合技術實力的高低。機器人已在工業領域得到了廣泛的應用，而且正以驚人的速度不斷向軍事、醫療、服務、娛樂等非工業領域擴展。毋庸質疑，21世紀機器人技術必將得到更大的發展，成為各國必爭的知識經濟至高點。

在計算機技術和人工智能科學發展的基礎上，產生了具有感知、思維和行動功能的智能機器人，是機構學、自動控制、計算機、人工智能、微電子學、光學、通訊技術、傳感技術、仿生學等多種學科和技術的綜合成果。智能機器人可獲取、處理和識別多種信息，自主地完成較為復雜的操作任務，比一般的工業機器人具有更大的靈活性、機動性和更廣泛的應用領域。智能機器人作為新一代生產和服務工具，在制造領域和非制造領域具有更廣泛、更重要的位置，如核工業、水下、空間、農業、工程機械（地上和地下）、建筑、醫用、救災、排險、軍事、服務、娛樂等方面，可代替人完成各種工作。

2.4 汽車電子化產品

汽車上比較常用的一般有5種儀表和3種相應的傳感器，即電流表、機油壓力表、水溫表、燃油表、車速里程表等指示儀表和機油壓力傳感器、水溫傳感器和油量傳感器。

目前，電子化儀表已經取代機械式儀表。這是由于機械式儀表一旦出現故障將很難處理，而電子化儀表則不同。采用電子化儀表不僅可以改進駕駛員的目視性，還有助于汽車儀表的多樣化。

3、機電一體化技術的發展趨勢

3.1智能化

智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

3.2數字化

微控制器和接口技術的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；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，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、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程控制操作、診斷和修復。

3.3系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強。一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。

3.4模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，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、信息接口的機電一體化產品單元是一件復雜而重要的事，它需要制定一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。

4、結束語

機電一體化是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，是機械工業發展的必然趨勢。是21世紀機械工業的主角，在各方面均可帶來顯著的經濟效益和社會效益，具有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]君蘭工作室.機電一體化，科學出版社（北京），2009.

[2]龍代清.機電一體化技術的內涵與發展.

作者簡介：

劉斌（1990年12月24—），江西，漢，研究方向：機電。endprint