淺論機電一體化技術

康華軍

【摘要】“機電一體化”在國外被稱為 Mechatronics，是日本人在 20 世紀 70 年代初提出來的，用英文 Mechanics 的前半部分和Electronics 的后半部分構成的一個新詞，意思是機械技術和電子技術的有機結合。這一名稱已得到包括我國在內的世界各國的承認， 我國的工程技術人員把它譯為機電一體化技術。使用機電技術應用名稱時，注意不要與機電公司的機電相混，因為機電公司經營的水泵、電機等不屬于機電一體化技術的范圍。由于科學技術在不斷發展，機電一體化產品或設備也在不斷更新，并不斷采用更先進的技術。因此，在理解機電一體化的含義時，可以將“機電” 一詞模糊為“先進技術”。

【關鍵詞】機電;機電工程;技術

一、機電一體化技術基本概要

機電一體化是指機、電融合為一體，但絕不是兩者的簡單相加。機電一體化技術應用于數控機床、機器人、柔性制造系統、自動化測量工具、數控機床、數控設備、自動扶梯、自動電梯、智能大廈、自動機以及自動化工廠。在日常生活中，機電一體化的產品也無處不在：全自動照相機、全自動洗衣機、音響設備、電腦打印機等。這些產品或設備有不同的使用范圍、不同的結構和不同的性能，但是它們都能自動地完成一定的工作。它們在按規定程序，有順序、有規律地完成整套動作之后才能實現它們的價值。

機電一體化技術是同時運用機械、電子、儀表、計算機和自動控制等多種技術的復合技術。這個由電腦控制的產品或設備要有被控制的機械和各種裝置，用來進行控制的工業控制計算機（ 工控機）、各種儀表（ 用于檢測、顯示、計數、報警等）、電器（ 為執行某個動作，作為行程開關等）。這些儀表可以是電動的， 也可以是氣動的，甚至可以是液壓或光電的。

二、機電一體化技術的組成要素及遵循原則

1.組成要素

機電一體化的產品或設備，不論體積是大還是小，不論結構是復雜還是簡單，也不論功能是多還是少，它們都是一個由機械零件和電子元件組成的有機整體，都是一個完整的系統。一個機電一體化系統一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素有機結合而成。

機械本體（結構組成要素），是系統的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯接等。動力驅動部分（動力組成要素）：依據系統控制要求，提供能量和動力以使系統正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）：對系統的運行需要的內部和外部環境的各種參數和狀態進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。控制及信息處理部分（職能組成要素）：將測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規定程序與節奏發出相應的指令，控制整個系統有目的地運行。執行機構（運動組成要素）：根據控制及信息處理部分發出的指令，完成規定的動作和功能。

2.遵循原則

構成機電一體化系統的五大組成要素，其自身及相互之間都必須遵循接口耦合、能量轉換、信息控制、運動傳遞四大原則。

（1）接口耦合。兩個需要進行信息交換和傳遞的環節之間， 由于信息模式不同（數字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續脈沖與序列脈沖等），無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現。而兩個信號強弱相差懸殊的環節之間，也必須通過接口耦合后才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環節之間可靠、快速、準確地交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規范才行。因此，接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能， 使信息按規定的模式進行交換與傳遞。

（2）能量轉換。兩個需要進行傳輸和交換的環節之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉換和交流，必須進行能量的轉換。能量的轉換包括執行器、驅動器，以及不同類型能量的最優轉換方法。

（3）信息控制。在系統中，所謂智能組成要素的系統控制單元。在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統還包含知識獲得、推理機制以及自學功能等知識驅動功能。

（4）運動傳遞。運動傳遞是構成機電一體化系統各組成要素之間的不同類型運動的變換與傳輸，以及以運動控制為目的的優化。

三、機電一體化的基礎知識

1.知識結構

了解、掌握由工控機控制的系統或設備（ 自動機、自動生產線） 相關的技術基礎知識。

2.能力要求

操作、維護、安裝、調試或改進機電一體化系統或設備（ 自動機、自動生產線或某個產品） 的能力，還需有一定的管理能力。并明顯強調了動手能力，即以先進技術的應用為主要目的。

3.有關基礎知識

（1）電子技術基礎。電子技術基礎包括模擬電路和數字電路， 是在電工技術的基礎之上，對晶體管構成的電路進行的系統、定性和定量的分析研究，是機電一體化技術中最基礎的部分。

（2）機械技術基礎。機械技術基礎包括制圖、力學、機械原理、機械零件、機械制造和維修等技術，是機械本體的知識基礎， 是機電一體化技術中不可缺少的部分。

（3）檢測技術。掌握工業中常用的檢測元器件的選用、安裝、調試和使用。各種控制系統離不開檢測元器件，檢測元器件是機電一體化技術的主要內容。

（4）執行機構技術。掌握各種機械、電器、氣動、液動執行機構的原理和使用方法，各種機電一體化系統和設備都是為了達到某種目的而制造的，而功能的實現又離不開執行機構。

（5）工控機技術。要求會使用工控機（ 工業控制計算機），能夠按自動機的要求設計編制控制程序。在機電一體化控制系統和設備中，工控機作為控制的中心，對整個系統起著指揮和協調的作用。工控機性能的好壞以及技術人員使用的熟練程度，直接影響到機電一體化控制系統和設備性能的好壞。

綜上所述，機電一體化決不是機械與電子兩種技術的混合或簡單疊加，而是兩者的有機結合。機電一體化系統是先進的自動控制系統，可以處理更多被控參數的復雜情況，計算速度也更快、更準確。機電一體化技術是新技術，是在傳統技術的基礎上發展而來的，機電一體化技術具有明顯的綜合性和先進性。機電一體化技術既不同于傳統的機械技術、電子技術和微電子技術，又不同于普通的計算機技術，而是將這些技術相互融合、相互滲透并產生飛躍而形成的新技術。

參考文獻：

劉家發. 淺談機電一體化系統功能結構與優化[J]. 中國科技博覽，2013，（8）.