機電一體化技術(shù)的現狀及發(fā)展
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機電一體化技術(shù)的現狀及發(fā)展【1】
摘 要：機電一體化是現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結果，本文綜述了國內外機電一體化技術(shù)的現狀，分析了機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：機電一體化;現狀;發(fā)展趨勢
一、機電一體化的產(chǎn)生與應用
20世紀60年代以來(lái)，人們利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機械產(chǎn)品的性能后，刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結合。
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)展更進(jìn)一步奠定了技術(shù)基礎。
20世紀80年代末期，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。
各國均開(kāi)始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持，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)入了深入發(fā)展時(shí)期。
光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中展露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。
我國從20世紀80年代開(kāi)始開(kāi)展機電一體化研究和應用。
取得了一定成果，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴(lài)并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。
機電一體化已成為一門(mén)有著(zhù)自身體系的新型學(xué)科，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內容。
二、機電一體化的發(fā)展現狀
機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。
20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱(chēng)為初級階段。
在這一時(shí)期，人們利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機械產(chǎn)品的性能。
特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結合，這些機電結合的軍用技術(shù)，戰后轉為民用，對戰后經(jīng)濟的恢復起了積極的作用。
那時(shí)研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。
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。
20世紀70年代～80年代為第二階段，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。
大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎。
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。
一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中展露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。
另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法、機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。
同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，更為機電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。
這些研究，將促使機電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀80年代初才開(kāi)始在這方面研究和應用。
國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。
在制定“九五”規劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。
許多大專(zhuān)院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應用也做了大量的工作，雖然取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當差距。
三、機電一體化的發(fā)展趨勢
(一)智能化趨勢
智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。
人工智能在機電一體化建設者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。
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。
機電一體化產(chǎn)品不可能具有與人完全相同的智能。
但是，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。
(二)模塊化趨勢
模塊化是一項重要而艱巨的工程。
由于機電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠(chǎng)家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。
如研制集減速、智能調速、電機于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。
這樣可利用標準單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，也可以擴大生產(chǎn)規模，制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。
從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定，無(wú)論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規�；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。
(三)網(wǎng)絡(luò )化趨勢
計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都帶來(lái)了巨大的變革。
各種網(wǎng)絡(luò )將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。
機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì )暢銷(xiāo)全球。
由于網(wǎng)絡(luò )的普及，基于網(wǎng)絡(luò )的各種遠程控制和監視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。
現場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò )化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò )將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè )，因此機電一體化產(chǎn)品朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展是為大勢所趨。
(四)微型化趨勢
微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀(guān)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢，國外稱(chēng)其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。
微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動(dòng)靈活，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)。
(五)綠色化趨勢
工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來(lái)了巨大變化。
物質(zhì)豐富，生活舒適;另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。
于是人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。
綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時(shí)代的趨勢。
綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護和人類(lèi)健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。
設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。
機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
機電一體化的發(fā)展及趨【2】
摘 要 機電一體化是現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結果。
文章概述機電一體化的核心技術(shù)，分析機電一體化發(fā)展進(jìn)程，提出機電一體化向智能化邁進(jìn)的趨勢。
關(guān)鍵詞 機電一體化;核心技術(shù);發(fā)展進(jìn)程;發(fā)展趨勢
機電一體化技術(shù)是面向應用的跨學(xué)科技術(shù)，是機械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機融合、相互滲透的結果。
今天機電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更日新月異。
1 機電一體化的核心技術(shù)
1.1 機械技術(shù)：是機電一體化的基礎，機械技術(shù)的著(zhù)眼點(diǎn)在于如何與機電一體化技術(shù)相適應，利用其高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現結構上、材料上、性能上變更，滿(mǎn)足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
1.2 計算機與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專(zhuān)家系統技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。
1.3 系統技術(shù)：即以整體概念組織應用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統技術(shù)中一個(gè)重要方面，是實(shí)現系統各部分有機連接的保證。
1.4 自動(dòng)控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導下，進(jìn)行系統設計，設計后的系統仿真，現場(chǎng)調試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。
1.5 傳感檢測技術(shù)：是系統的感受器官，是實(shí)現自動(dòng)控制、自動(dòng)調節的關(guān)鍵環(huán)節。
其功能越強，系統的自動(dòng)化程序就越高。
1.6 伺服傳動(dòng)技術(shù)：包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類(lèi)型的傳動(dòng)裝置，伺服系統是實(shí)現電信號到機械動(dòng)作的轉換裝置與部件、對系統的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
2 機電一體化的發(fā)展進(jìn)程
2.1 數控機床問(wèn)世：自從1952年美國第1臺數控銑床問(wèn)世至今已50個(gè)年頭。
我國數控機床制造業(yè)在80年代曾有過(guò)高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門(mén)投入大量技改資金，使數控設備制造市場(chǎng)一派繁榮。
2.2 微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過(guò)30多年發(fā)展，已初步形成包括設計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結構。
2.3 可編程序控制器(PLC)的應用于工業(yè)：上世紀60年代后期，美國汽車(chē)制造業(yè)開(kāi)發(fā)一種Modular Digital Controller(MODICON)取代繼電控制盤(pán)。
MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車(chē)工業(yè)獲得大量應用。
80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術(shù)。
90年代又開(kāi)始了PLC的第三個(gè)發(fā)展時(shí)期。
90年代后期進(jìn)入了第四階段。
其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的體系結構，采用開(kāi)放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口;采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實(shí)上的標準;從而使PLC和DCS這些原來(lái)處于不同硬件平臺的系統，正隨著(zhù)計算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個(gè)操作系統、同一個(gè)編程系統，執行不同的DCS和PLC功能。
這就是真正意義上的EIC三電一體化。
2.4 激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來(lái)信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導光學(xué)、材料科學(xué)、微細加工和半導體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學(xué)科，對于國家經(jīng)濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。
3 機電一體化向智能化邁進(jìn)
20世紀90年代后期，各主要發(fā)達國家開(kāi)始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。
一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支;另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。
未來(lái)機電一體化的主要發(fā)展方向有：
3.1 智能化：是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向，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。
3.2 網(wǎng)絡(luò )化：20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì )暢銷(xiāo)全球。
因此，機電一體化產(chǎn)品無(wú)疑將朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。
3.3 微型化：興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀(guān)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。
國外稱(chēng)其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。
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。
3.4 綠色化：機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護和人類(lèi)健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。
4結束語(yǔ)
當然，機電一體化的發(fā)展不是孤立的，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并隨著(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)的發(fā)展與應用也將更加廣闊。
參考文獻 ?
[1] 李華。淺析機電一體化技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢。2009?
[2] 莊卓源。機電一體化技術(shù)的發(fā)展。2010.
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