機電一體化的發(fā)展

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　　摘要：機電一體化是指在機構的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設計及軟件融合起來(lái)所構成的系統的總稱(chēng)。近年來(lái)，機電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在各個(gè)行業(yè)都得到廣泛地應用。微電子信息技術(shù)的引入，使古老的機械工業(yè)煥發(fā)了青春，使傳統的機械電器產(chǎn)品在功能上、性能上以及制造技術(shù)上都提高到一個(gè)嶄新水平，所帶來(lái)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益是十分巨大的。

　　關(guān)鍵詞：機電一體化;自動(dòng)控制技術(shù);發(fā)展趨勢

　　機電一體化的外文名詞是Mechantronics，起源于日本，是取英語(yǔ)Mechanics的前半部和Electronics的后半部拼合而成的，表示機械學(xué)與電子學(xué)兩種學(xué)科的綜合。目前，國內外對機電一體化的涵義有各種各樣的認識，其各自的出發(fā)點(diǎn)和著(zhù)眼點(diǎn)不盡相同，再加上機電一體化本身的涵義還在隨著(zhù)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷被賦予新的內容。機電一體化技術(shù)即結合應用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體，是現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結果。隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，不斷地推動(dòng)不同學(xué)科的交叉和滲透，從而導致整個(gè)工程領(lǐng)域的技術(shù)革命。

　　1.機電一體化概要

　　機電一體化是指在機構的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來(lái)所構成的系統的總稱(chēng)。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門(mén)有著(zhù)自身體系的新型學(xué)科，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內容。機電一體化涵蓋技術(shù)和產(chǎn)品兩個(gè)方面，只是機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其他新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統機械。機電一體化系統由若干具有特定功能的機械和電子要素組成的有機整體，具有滿(mǎn)足人的使用要求的最佳功能。

　　2.我國機電一體化的現狀

　　世界范圍內機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。第一階段也稱(chēng)為初級階段。20世紀60年代以前由于當時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。第二階段可稱(chēng)為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎。第三階段，20世紀90年代后期，開(kāi)始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。

　　計算機數控機床(CNC)是一種由計算機或專(zhuān)用電子計算裝置控制的高效自動(dòng)化機床。它綜合應用了計算機技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測量和機械設計等方面的最新成就，是典型的機電一體化產(chǎn)品，是機床發(fā)展的必然趨勢。

　　汽車(chē)的機電一體化中心內容是以微機為中心通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)改善汽車(chē)的性能，增加汽車(chē)的功能，實(shí)現汽車(chē)降低油耗，減少排氣污染，提高汽車(chē)行駛的安全性、可靠性、操作方便和舒適性。近幾十年，國際各大汽車(chē)公司都加大了對汽車(chē)機電一體化的研究，使其發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。

　　工業(yè)機器人(IR)一般應由機械系統、驅動(dòng)系統、控制系統、檢測傳感系統和人工智能系統等組成，是一種能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，按照預定程序、軌跡及其要求，實(shí)現抓取、搬運工件或操作工具的自動(dòng)化裝置，是具有發(fā)展前途的機電一體化典型產(chǎn)品。

　　3.機電一體化的發(fā)展趨勢

　　3.1自律分配系統化

　　未來(lái)的機電一體化產(chǎn)品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個(gè)子系統是相互獨立工作的，其特點(diǎn)是子系統可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動(dòng)”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個(gè)系統。

　　3.2系統化

　　系統化的表現特征之一是系統體系結構進(jìn)一步采用開(kāi)放和模塊化的結構。系統可以靈活組套，進(jìn)行任意裁減和組合，同時(shí)要求實(shí)現多坐標系列控制功能的NC系統。表現特征之二是通話(huà)功能的大大加強，即網(wǎng)絡(luò )化趨勢。

　　3.3人工智能化

　　這里所說(shuō)的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類(lèi)智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

　　3.4全息系統化

　　機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來(lái)越明顯，智能化水平越來(lái)越高。其系統的層次結構，也由簡(jiǎn)單的“從上到下”的形勢而變?yōu)閺碗s的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

　　3.5綠色化

　　環(huán)境、資源、人口是當今人類(lèi)社會(huì )面臨的三大主題。

　　3.6微型機電化

　　微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動(dòng)靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)。

　　3.7面向21世紀的制造模式

　　一次制造成功，采用成組技術(shù)和分組作業(yè)方式，按質(zhì)、按量、按時(shí)完成，做到零廢品、零庫存、零設備故障、零環(huán)境污染，從以“技術(shù)”為中心向以“人”為中心轉變，從“金字塔式多層次管理”向“網(wǎng)絡(luò )式管理”、由順序工作方式向并行工作方式、由固定組織

　　加工向敏捷制造加工轉變。

　　4.結語(yǔ)

　　機電一體化的出現并不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結晶，傳統的機械設計方法和設計概念正在發(fā)生著(zhù)革命性的變化。21世紀，機電一體化技術(shù)將扮演機械工業(yè)的主角，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來(lái)越明顯。我國可以利用后發(fā)的成本優(yōu)勢和廣闊的市場(chǎng)潛力，用全新的方式和更短的時(shí)間研發(fā)更多具有知識產(chǎn)權的機電一體化產(chǎn)品。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來(lái)越明顯，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來(lái)越光明。
　　參考文獻：

　　[1]李建勇.機電控制工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002

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