機電工程技術及一體化發展趨勢

司振濤

摘要：機電工程技術通常是指機械與電氣控制工程結合，研究機械設備及其電力驅動與控制的方法。從20世紀中葉以來，隨著微電子科學技術的發展及其廣泛應用，人類進入了電子時代、計算機時代。半導體大規模集成電路的出現，促進了微電子科學技術和計算機技術向機械工業滲透，由此產生了機械電子工程。計算機控制和電子控制已經成為當前實現機械控制的主要方式，在這種形勢下，機電一體化技術開始出現在人們的視野中，并發展得越來越快。它從根本上改變了機械制造業的面貌，提高了機電產品在國際市場上的競爭能力。本文將以機電一體化技術為主題展開探討，揭示其發展趨勢，因此具有一定的現實意義和指導意義。

關鍵詞：機電工程；一體化；電氣

1 機電一體化的優越性

1.1 使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。

1.2 生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。

1.3 使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現，系統可重復實現全部動作。

1.4 具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。

1.5 調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。

2 機電一體化的核心工程技術

2.1 機械本體工程技術。機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。

2.2 傳感工程技術。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。

2.3 信息處理工程技術。機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。

2.4 驅動工程技術。電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。

2.5 接口工程技術。為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，工程技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

2.6 軟件工程技術。軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

3 機電一體化技術發展趨勢

3.1 人工智能化。人工智能化即讓機器具有能夠模仿人類思維和決策的能力，從而更正確、高效的到達目的。在當今現代化社會，機電一體技術的發展趨勢必然是向人工智能化方面發展。當然，機電一體化技術向人工智能化方面發展，并不代表機電一體化產品就完全具備人的智能，甚至取代人類，其主要目的就是為了能緊跟時代發展需求，以此更好的造福社會和人民群眾。

3.2 網絡化。隨著網絡技術的飛速發展，網絡技術在社會發展和人們日常生活中所起到的作用越來越重要。網絡技術興起和應用，導致了信息大爆炸時代的出現，各種消息僅需極短的時間就能傳遞到世界各地，同時也使得全球經濟聯系的更為緊密，進一步實現了全球經濟一體化。機電一體化技術向網絡化發展，所帶來的改變可謂是天翻地覆，試想機電一體化技術網絡化，一旦研制出新的機電產品，通過網絡傳播在很短的時間內就能在全球范圍內進行暢銷，這樣不僅節省了大量宣傳費用，還大大拓寬了宣傳范圍，可謂一舉數得。

3.3 微型精密化。微電子技術的出現使得機電一體化的發展產生了巨大變革。微電子技術是基于微電子機械系統的一種技術，主要指幾何尺寸小于1厘米的機電一體產品，并不斷向微米、納米方向發展。微機電一體化產品主要具有體積小、耗能少、運動十分靈活等特點，在社會發展中具有非常重要的作用，尤其是在醫療、軍事方面，有著極為強大的功能，例如在醫療方面，其所具備的特點能幫助醫生更好的完成一些復雜的、風險較高的內科手術。當前，機電一體化超精密技術主要包括光刻技術與蝕刻技術兩種。

3.4 產品綠色化。綠色、環保、節能是現代化社會發展一直提倡的宗旨，亦是人們群眾共同關注和熱議的話題之一。現代化社會發展的一個主要趨勢就是綠色化，保護自然環境，合理利用自然資源等，并且對于許多產品也要求其轉變為綠色產品。工業發展推動了人類社會的進步，高新科技、高檔住宅為人類提供了舒適的生活，但同時也在不斷消耗自然資源，破壞生態環境。在人們充分認識到發展工業的同時應盡量提倡綠色、環保、節能，綠色產品概念隨之應運而生，可以說產品綠色化是社會發展的必然趨勢。

4 結語

綜上所述，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。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和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且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，機電一體化技術的發展前景也將更加廣闊。

參考文獻：

[1]劉耀海.淺談機電一體化技術的應用與發展趨勢[J].信息系統工程，2012，10：89+95.

[2]姜新嘉.淺析機電一體化技術的應用及發展趨勢[J].電子制作，2013，08：231.

（作者單位：河南中能建設工程有限公司）