機電一體化技術在制造業領域的發展研究

李廣

【摘 ?要】機電一體化技術是由微電子技術、計算機技術、信息技術、機械技術及其它技術相融合構成的一門獨立的交叉學科。機電一體化結合光學、通信技術、微細加工技術形成光機電一體化和微機電一體化的新分支。機電一體化產品迅猛發展，幾乎遍及所有制造業領域。機電一體化技術在數控技術、工業機器人、計算機集成制造系統方面都取得了一定的成果。隨著科學技術的發展，國內外機電一體化將朝著綠色化、智能化、網絡化、微型化、模塊化方向發展，各種技術相互融合的趨勢也將越來越明顯。以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢，機電一體化技術的發展前景也將越來越廣闊。

【關鍵詞】機電一體化;發展現狀;發展趨勢;

1國外機電一體化發展現狀

機電一體化的發展大體可以分為三個階段：第一階段（又稱初級階段）是20世紀60年代以前，這一時期人們不自覺地利用電子技術并使之得到比較廣泛的承認;第二階段，機電一體化技術和產品得到了極大發展;第三階段，各國均開始極大關注和支持機電一體化技術和產品。

機電一體化產品得以迅猛發展，主要表現在以下四個方面：

（1）機電一體化產品幾乎遍及所有制造業領域。在工業發達國家，數控機床占機床總數的30%-40%。工業機器人正向智能化和智能系統的方向發展，數量在未來十年將以25%-30%的速度增長。智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領域。

（2）機電一體化從單機向整個制造業的集成化過渡。計算機集成制造系統（CIMS）是當今世界制造業發展的總趨勢，它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。CIMS的實現是全局動態的最優綜合。

（3）激光技術進入機電一體化領域。激光技術與機械、電子技術的結合，不僅大大擴展了機電一體化的應用領域，而且使一些行業出現重大變革，是當今信息業與制造業的最佳結合點。

（4）微細加工技術與設備發展迅猛。微電子技術及其產業的高速發展，帶動了大量高新技術的興起，微細加工技術和裝備不僅支持了電子產業的發展，且對微機械的誕生和發展也起了決定性的作用。

2國內機電一體化發展現狀

（1）數控技術方面

我國的數控技術起步于1958年，在“九五”末期，國產數控機床的國內市場占有率達到50%，配置國產數控系統（普及型）也達到了10%。縱觀我國數控技術近50年的發展歷程，特別是經過四個五年計劃的攻關，總體來看取得了很好的成績。目前，國內已具有年產數控系統3000多套、主軸與進給裝置5000多套的生產能力。近十年來，普通級數控機床的加工精度已由10?m提高到5?m，精密級加工中心則從3-5?m提高到1-1.5?m，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.01?m）。

（2）工業機器人方面

我國在1986年將機器人的研究開發列入國家科技計劃，現已掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統和軟件編程技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人的關鍵元器件，并進入實用化階段，開發出弧焊、點焊、噴漆、裝配、搬運、注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業的多種機器人。目前，國內相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化制造技術，解決了工業機器人控制、驅動系統的設計技術，機器人軟件的設計和編程等關鍵技術，還掌握弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術。現在，我國從事機器人研發的單位有200多家，專門從事機器人產業開發的企業有50家以上，中國市場上總共擁有近萬臺工業機器人，其中完全國產的工業機器人行業集中度占30%左右。

（3）計算機集成制造系統方面

我國經過多年的理論和技術準備，CIMS已經有了較快發展。目前，已在清華大學建成國家CIMS工程研究中心，在著名高校和研究單位建立了七個CIMS單元技術實驗室和八個CIMS培訓中心[9]。2000年，全國已有20多個省市、10多個行業、200多家不同規模和類型的企業通過實施CIMS應用示范工程，取得了巨大的經濟效益。當前CIMS的進一步試點推廣應用已經擴展到機械、電子、航空、航天、輕工、紡織、冶金、石油化工等諸多領域，正得到各行各業越來越多的關注和投入。

3機電一體化的發展趨勢

（1）綠色化

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化：一方面物質豐富，生活舒適;另一方面資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。工業的發展使得資源減少，生態環境受到嚴重污染。綠色化成了時代的趨勢，產品的綠色化更成了適應未來發展的一大特色。

如果我們把機械產品和制造機械產品的機械裝置統稱為機械系統，則機電一體化技術的功能可歸結為：提高機械系統的性能，完成傳統機械系統不能完成的功能;提高機械系統的智能化程度，使人在更舒適的環境中工作;提高機械系統的可回收性;降低機械系統的原材料消耗;降低機械系統的能耗;降低機械系統對環境的污染。因此，進入21世紀，機電一體化技術的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環境舒適和可回收的智能化機械產品，即提供一種能滿足可持續性發展的綠色產品。

（2）智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能系統是一個知識處理系統，它包括知識表示、知識利用和知識獲取三個基本問題，其最終目標是模擬人的問題求解、推理、學習。人工智能在機電一體化建設中的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。目前，專家系統、模糊系統、神經網絡以及遺傳算法是機電一體化產品實現智能化的四種主要技術，它們各自獨立發展又彼此相互滲透。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現的問題進行分析、判斷、推理、構思和決策。

（3）網絡化

20世紀90年代，計算機技術的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革，同樣也給機電一體化技術帶來了重大影響，例如通過網絡對機電一體化設備進行遠程控制。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。

（4）微型化

微型化興起于20世紀80年代末，是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。近十余年來，微機電系統作為機電一體化技術的新尖端分支而倍受重視，它泛指幾何尺寸不超過1cm的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，發展難點在于微機械并不是簡單地將大尺寸的機械按比例縮小，由于結構的微型化，在材料、機構設計、摩擦特性、加工方法、測試與定位及驅動方式等方面都產生了一些特殊問題。

參考文獻：

[1]邱士安，胥宏.機電一體化技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[2]楊明，路琴.機電一體化的研究現狀與發展趨勢[J].農機化研究，2006，（8）：38-40

（作者身份證號碼：130529198708012230）