機電一體化技術的現狀和發展趨勢研究

李雪飛

【摘 要】機電一體化是繼機械設備和電子技術一體化之后的一個統稱。機電一體化在機械設備中的深入應用可以使機械設備在性能控制和信息處理等各個方面更加智能化和自動化。作為一種機械系統技術，機電一體化是基于現代技術的集成，如機電技術、計算機技術和自動化技術。目前，機電一體化具有很強的系統性和相對獨立性。很大一部分高職院校把機電一體化技術作為一門新興學科來教授和培養許多高素質的機電一體化技術和應用型人才，為我國工業技術的發展做出了巨大貢獻。

【關鍵詞】機電一體化；現狀；發展趨勢

現代科學技術的不斷發展極大地促進了不同學科的交叉和滲透以及工程領域的技術變革和革命。在機械工程領域，由于微電子和計算機技術的快速發展以及其滲透到機械工業中形成的機電一體化，機械工業的技術結構、產品結構、功能和組成、生產模式和管理系統都發生了巨大的變化，使得工業生產從機械電氣化發展到以機電一體化為特征的發展階段。

1機電一體化的發展現狀

1.1國外機電一體化的發展現狀

（1）絕大多數的制造業領域都有機電一體化產品，在工業比較發達的國家，機電一體化產品遍及絕大多數的制造業領域，其中數控機床和工業智能機器人是這些國家的主要機電一體化產品，其中的數控機床在機床領域中所占的比重越來越大，而工業智能機器人也將逐步進入管理、辦公、家庭和娛樂等各個領域，具有非常廣闊的發展前景。在數控機床方面，目前數控機床的定位精度已由一般的0.01mm～0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級機床達到0.0005mm左右，納米級機床達到0.005μm ～0.01μm，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數控系統和機床已有產品。在工業機器人方面，目前日本的工業機器人生產量占全世界工業機器人的70%左右，與工業機器人相關的專利則有90%以上掌握在日本企業手中。由此也可以看出，日本是名副其實的機器人王國。美國、德國分別居二、三位。（2）機電一體化開始逐步向集成化的方向發展，CIMS，即計算機集成制造系統，它突破了原有制造業各部門之間的界限，實現了工業制造企業生產準備、產品開發、經營決策等各個環節的有效整合，在計算機集成制造系統的作用下，當前的世界制造業開始逐步向集成化的方向發展。（3）激光技術在機電一體化中的應用，激光技術在機電一體化中的應用，將使光機電一體化成為機電一體化技術重要的發展方向。

1.2國內機電一體化的發展現狀

（1）數控技術方面，我國對數控技術的研究起始于1985年，經過這些年的發展，我國目前已經基本掌握了數控技術的核心技術，相關的數控技術產品也越來越多的出現在工業產品市場中。（2）工業機器人方面，我國對工業機器人的研究開始于1986年，目前，已經掌握了機器人的軟件編程、控制系統以及操作機的設計制造等技術，并開發出了能夠進行水下作業施工的多種工業機器人。（3）計算機集成制造系統方面，經過近些年的潛心研究，我國在計算機集成制造系統方面已經有了較快發展。其中，已經在包括清華大學在內的多數著名高校內建成了國家CIMS技術實驗室、工程研究中心以及相關的CIMS培訓中心。

2機電一體化的發展趨勢

2.1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；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、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。網絡化20世紀末，網絡技術的迅速發展給世界帶來了巨大的變革，同樣也給機電一體化技術以重大影響，由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。通過網絡對機電一體化設備進行遠程控制，例如當代數控機床配裝的CNC系統不少具有以太網接口，可以直接連入企業內部的局域網，實現制造過程的集成，當然進一步還要通過企業的主干通訊網實現制造環境與企業級的ERP等系統的集成。在此基礎上，再通過因特網就可以實現企業間的網絡化了。此外，基于PC的CNC系統連接調制和通訊軟件，還能借助因特網進行遠程診斷。可見遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現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，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

2.2人性化

近幾年，處理器速度的飛速提高和微機的高性能化，為嵌入智能控制算法（專家系統、模糊邏輯、神經網絡、遺傳算法及其混合技術等）創造了條件，再加上傳感器系統的集成化與智能化，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展，使其具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力。智能化發展的結果出現了智能機器人、智能醫用器械、智能探測儀等等。智能機器人可以獲取、處理和識別多種信號，自主地完成較為復雜的操作任務，比一般工業機器人具有更大的靈活性、機動性和更廣泛的用途。在本世紀，具有像人的四肢、靈巧的雙手、雙目視覺、力覺及觸覺感知功能的仿人型智能機器人必將被研制出來。

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

2.3光機電一體化

光機電一體化技術是微電子技術、計算機技術、控制技術、光學技術與機械技術的相互交叉與融合，是諸多高新技術產業和高新技術裝備的基礎。它包括產品和技術兩方面：光機電一體化產品是集光學、機械、微電子、自動控制和通信技術于一體的高科技產品，具有很高功能和附加值；產品具有體積小、重量輕、適應性強、使用壽命長、操作更方便的特點。光機電一體化技術是指其技術原理和使光機電一體化產品得以實現，使用和發展的技術。只要合理采用這種技術，便能夠產生很高的功能水平和附加價值，給生產商和用戶帶來巨大的經濟效益。光機電一體化的未來技術熱點主要包括：激光技術、激光快速成型技術、傳感檢測技術以及光能驅動技術。比如說激光打孔、刻槽、標記、光化學沉積，還可以制造光制動器和光機器人等。

3結束語

綜上所述，隨著科學技術的進一步發展，機電一體化技術也將不斷進步和發展，并逐步利用各個學科等方面的最新成果發展，以采用微電子技術和智能化、網絡化、環保化的發展。

參考文獻：

[1]張漢初.淺析機電一體化技術的發展趨勢[J].汽車技術，2008（11）.

[2]石美峰.機電一體化技術的發展與思考[J].山西焦煤科技，2007.