機電一體化技術的應用與發展趨勢

胡環宇

摘要

進入21世紀以來，機電一體化技術已逐漸發展成為了我國工業技術領域的核心技術之一，它不僅有力促進了傳統機電產品結構的簡化，提高了產品的工作性能與自動化程度，而且還極大提高了生產加工過程的智能化與柔性化控制水平。本文結合工作實踐，首先分析了機電一體化技術的主要應用，并就其未來發展趨勢進行了探索與研究。

【關鍵詞】機電一體化技術 應用 發展趨勢

機電一體化技術，是將現代微電子技術、機械技術、自動控制技術、信息技術、自動檢測技術等多種技術所交叉與融合的一門新興技術。與傳統的機電產品相比，機電一體化產品普遍具有使用可靠性、安全性高，反應靈敏快速，提高生產能力與工作質量等多項技術優勢，在當前的生產過程控制、企業自動化以及各行業技術應用等多個領域中，都有著非常廣泛的普及與應用。

1 機電一體化技術的應用分析

1.1 在過程控制中的應用

隨著生產技術的發展，使得生產規模越來越大，生產的過程也越來越復雜。特別是在連續化、流程化的生產過程中，尋求最佳工況，實現自動控制，己成為了人們主要追求的目標。利用機電一體化技術具有的高可靠性、安全性及反應速度，不僅能提高生產過程中的加工效率與加工精度，而且能簡化產品結構，實現柔性化與智能化的生產目標。

1.1.1 提高生產效率和加工精度

目前，多數機電一體化產品（或系統），均具備了較強的自動控制、自動檢測、自動計算以及連續作業的能力，從而極大減少了輔助時間，增加了有效工時，實現了生產效率的大幅度提升。例如，利用普通車床上加工生產時，約有50%的時間花費在了測量檢查、裝夾零件、看圖樣等輔助時間上，而通過數控機床的應用，則能明顯縮短輔助時間，并使整個加工時間減少1/2以上，提高了生產效率。

同時，利用機電一體化產品，能實現自動調速、自動校正、自動補償、自動監控等多項功能，從而使得生產加工的一致性良好、互換性更強，以極大的提高加工精度，減少廢次品的產生。

1.1.2 簡化產品結構

隨著微電子技術、電力電子技術、自動控制技術的快速發展，原有機電產品中部分笨重的結構，被取代為新型的電子裝置，從而使得機電一體化產品的結構得到了大幅度簡化。例如，利用電子調速系統替代復雜、笨重的齒輪結構，不僅能實現無級變速控制，而且能明顯提高機電產品的動態響應速度與靈敏性。

1.1.3 實現柔性化、智能化生產過程控制

隨著信息技術、計算機技術的快速發展，目前機電一體化產品的工作狀態，己基本實現了程序化控制。當現場工藝發生改變時，只需要重新編寫軟件程序，即可以實現對機電設備控制操作的改變，因此尤其適用于生產過程中的多品種、大批量的柔性化、智能化操作控制。

1.2 在行業技術中的應用

近年來，隨著技術的發展，機電一體化技術正越來越廣泛的我國各個領域的行業技術相結合起來，如農業、鋼鐵、紡織、建材、化工等等，并產生出了巨大的經濟價值與社會效益。以農業和紡織工業為例：

1.2.1 在農業領域中的應用

（1）提高了農業機械產品的現代化與自動化。例如，我國近年來研制的聯合收割機，利用機電一體化技術，可實現對收割機切割器速度的自動調節，以保證機器運行的穩定，減少谷物收割時的損失；而新研制的播種機械，利用機電一體化技術，則實現了自動播種、自動駕駛、自動對行等多種功能，有效提高了播種的效率。

（2）實現了農田的智能化管理。利用機電一體化技術，還能實現對農田、溫室中溫濕度的自動調節與控制，以改善農作物的生長環境。

1.2.2 在紡織工業中的應用

利用機電一體化技術，使傳統的紡織機械與微電子技術相有機結合，不僅能極大減輕勞動強度，提高紡織生產的效率與產品質量，而且還能使得紡織機械具有自動控制、自動調節、自動信息處理、自動故障檢測等多種功能，使紡織工業由人員密集型生產，向著技術化、智能化的方向不斷發展。

2 機電一體化技術的發展趨勢

經過多年以來的發展，我國的機電一體化技術己取得了較為豐碩的成果，如技術水平不斷提高，產品品種也不斷增多。但總體而言，我國機電一體化技術的研究與開發成果，仍處于初級階段，并將主要朝著以下幾個方向重點發展：

2.1 高速化

高速的靈敏性與反應速度，是所有機電一體化產品的基本開發目標。然而，目前許多產品在反應速度及靈敏性方面，卻不盡如人意。其原因既有機械方面的因素（摩擦力矩），也有電子方面的因素（軟件程序算法和硬件響應速度）。

而隨著近年來各種新材料、新技術的出現與應用，以及計算機軟件、硬件技術的高速發展，機電一體化產品在反映速度及靈敏性方

面的問題將得到逐步解決，并向不斷促進產品向著高速化的方向發展。

2.2 智能化

智能化也是機電一體化技術的一個重要發展方向。尤其是伴隨著近年來神經網絡技術、模糊控制技術、圖像識別技術等智能化技術的逐漸成熟，再加上專家知識庫、方法庫的建立與應用，各種機電一體化產品的智能化水平將得到進一步提升，以更好的發揮出在生產加工過程中智能化控制的作用。

2.3 復合化

復合化是指以現有技術為基礎，并根據生產工藝和加工過程的實際需要，通過綜合與匹配使各種技術能成為一個有機的整體，并產生出有利于生產加工的新功能。伴隨著近年來微電子技術、電力電子技術、機械技術的快速發展，各種技術之間的界線正逐漸趨于模糊，并表現出相互滲透與融合的趨勢，尤其是微電子技術中的納米技術的蓬勃發展，可以使人們在微觀環境下拆卸與組裝分子和原子，以制造出具備更多功能的電子元件和機械元件，以更好的滿足機電一體化產品實際生產與發展的需要。

2.4 微型化

結構微型化、輕量化，也是機電一體化產品的一個主要發展方向，例如，我國己成功研制出了可供電機提供能源的毫米級微型電池、制造出了直徑為毫米級的機械軸承、研制出了納米級的中國地圖顯示儀等等。尤其是隨著近年來納米技術、分子測量技術、原子掃描技術、微觀顯示技術等多種新興技術的快速發展，相應在不久的將來，各種機電產品的結構將進一步簡化，微型化和輕量化程度將越來越高。

3 總結

本文主要就機電一體化技術的應用與發展趨勢進行探索與研究。伴隨著機電一體化技術進一步向著高速化、智能化、系統化和微型化的方向發展，必然將為我國生產工藝及加工過程帶來更大的變革，并會對我國經濟的發展起到更加有力的推動與促進作用。

參考文獻

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