白斯琴

摘 要 無論是計算機技術還是機電一體化技術都是20世紀后期才繁榮發(fā)展起來的技術，這兩類技術都對人類的生活方式以及生產(chǎn)活動造成了巨大的影響?？萍嫉陌l(fā)展也帶來了更為復雜的依靠單一手段很難處理的問題，這必然就需要跨學科協(xié)作，而技術與技術之間的整合往往會碰撞出絢爛的花火，比如將計算機超強的運算控制能力通過通訊技術與機電一體化技術進行整合將會是一個很有前景的課題。

關鍵詞 計算機技術；機電一體化

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0002-02

顧名思義，機電一體化這門學科本身就不是一種單一的構成，它的英文單詞mechatronics就是由機械學的英文詞頭與電子學的英文詞尾構成。很明顯這是主要以傳統(tǒng)的機械技術加上新興的電子技術為主體，由多門學科相互交叉融合的邊緣學科。雖然機電一體化起步時間較晚，但是由于其對于工業(yè)生產(chǎn)的重要作用和廣闊的應用前景而發(fā)展迅速，可以說機電一體化技術為人類的工業(yè)化大生產(chǎn)做出了重要的貢獻，信息處理技術、傳感與測試技術、伺服驅動技術、微電子技術等高新技術的不斷發(fā)展、注入為機電一體化技術的發(fā)展帶來了巨大的活力，解決了以往很難單憑一種技術解決的問題，使得人們能夠處理的問題規(guī)模愈加龐大。科技的發(fā)展永無止境，機電一體化的發(fā)展也需要一直進行下去，雖然電子技術與計算機技術有諸多的重復之處，但計算機卻有著更為龐大的運算、控制能力，在一些需要大規(guī)模管控的系統(tǒng)中，計算機技術與機電一體化技術的整合便變得非常的有意義了。

1 整合的意義與可能性

一門新技術的誕生需要兩個條件：一是科技的進步，沒有科技力量的支撐即使有心也是無力；二是社會的需求，沒有需求作為動力也就沒有了研究的價值。對于機電一體化也同樣如此，機械技術、電氣技術、微電子技術等技術的發(fā)展為其提供了堅實的基礎；人們對生產(chǎn)與生活中的各種相關產(chǎn)品的質量與品種的需求為其提供了充足的動力，這是機電一體化能夠誕生的條件，對于計算機技術與機電一體化技術的整合也可以從這兩方面考慮。

從科技角度上講，首先計算機技術的發(fā)展極為迅速，分支眾多，其中不乏對機電一體化有用的類別，比如適應力更強的人工智能算法、更加高效率的集成控制系統(tǒng)設計等等。由于硬件條件所限，電子技術與計算機相比有著諸多的不足之處，計算機技術完全可以彌補這些不足，為機電一體化技術再添活力，作為橋梁的通訊技術的成熟與微電子芯片的運算能力的發(fā)展也為機電產(chǎn)品與計算機的融合提供了可能。

先不談復雜的協(xié)同操作，僅以圖像識別為例，對于復雜的圖像識別，往往需要運算量巨大的算法支持，而機電一體化中承載的運算能力根本就不足以完成這個任務，顯然使用計算機的性價比更高也更加的靈活。電子與計算機的通信也可以很好的解決，采用通用的如IIC，SPORT，SPI或者串口等，也可以自設計一些針對性更強的通訊協(xié)議保障機電一體化產(chǎn)品與計算機的通訊。

從需求角度來講，小型的問題對機電一體化的要求并不是非常突出，但是大型的問題卻是很有需求。機電一體化主要是機械與電子的結合，雖然應用了許多高新的技術手段大大的提升了各類性能參數(shù)，但伴隨著問題的增長一味的提升電子技術能力便變得有些不合適了。最明顯的一個例子就是協(xié)同操作上，如果機電一體化產(chǎn)品既要兼顧自己的任務執(zhí)行又要與其他機電一體化產(chǎn)品通訊交流，那么對它的要求就有些越界了，更重要的是有可能機電一體化產(chǎn)品根本就不會知曉它需要與誰協(xié)同，這就需要一個類似大腦的角色來處理。面對此類問題，計算機與機電一體化技術的整合便顯得非常有必要。

2 重要的兩個技術問題

1）采用何種通信協(xié)議。計算機與機電一體化產(chǎn)品之間的整合必然離不開相互的通訊，第一個需要考慮的問題是通訊問題。計算機需要知道機電一體化產(chǎn)品的狀態(tài)，有時也需要能夠控制機電一體化產(chǎn)品動作，如果對實時性要求高的話還需要有快速通訊的能力。綜合以上情況，便知采用何種通信方式很重要，決定這一問題需要從兩個方面考慮。

將通訊協(xié)議標準化，即采用一個標準的通信協(xié)議。這樣做的好處是可以獲得很大的兼容性，可以與其他產(chǎn)品較好的一起工作，將機電一體化產(chǎn)品做成了一個可替換的小模塊，提供了該模塊支持的接口，只要符合這個接口那么就可以納入到整個系統(tǒng)中來。這樣對于用戶而言就有了更多的選擇余地，而且維護成本會下降，比如將智能洗衣機、智能燈具等智能家居產(chǎn)品與計算機或者手機的整合。

采用自己獨特的通訊協(xié)議，做一個封閉的系統(tǒng)。生產(chǎn)廠家這樣做第一是可以優(yōu)化通訊協(xié)議，其針對性較強，廠家可以盡可能的提升產(chǎn)品的性能而不用考慮兼容性問題，第二是如果廠家競爭力較強的話，一套封閉的系統(tǒng)可以保證不被其他廠家染指，從而獲取更高的利潤，比如大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。

2）系統(tǒng)大致框架設計。當前的機電一體化產(chǎn)品非常的豐富，從工業(yè)生產(chǎn)裝備到智能家居都有所涉獵，雖然應用方向不同但是由于計算機和機電一體化產(chǎn)品的特性決定了它們在整合后系統(tǒng)中各自的地位與作用是相似的。在機電一體化產(chǎn)品中，機械設備、探測設備等均為執(zhí)行機構，電子設備為控制機構，整合后的機電產(chǎn)品應該作為一個具有一定獨立執(zhí)行能力的執(zhí)行機構，將計算機作為調度控制機構，大致的層級如下。

這是一種最為簡單的整合框架。在系統(tǒng)中，機電產(chǎn)品只需要能夠完成自己的工作，并向上提供自身狀態(tài)即可，計算機接受所有機電產(chǎn)品的狀態(tài)并進行資源整合，必要時對機電產(chǎn)品下達指令完成任務。

對于整個系統(tǒng)來講，這樣做模塊化較高，維護成本降低。首先在復雜系統(tǒng)中降低了對機電產(chǎn)品的要求，一個機電產(chǎn)品不需要與其他機電產(chǎn)品相互溝通，做好本職工作即可，一旦出現(xiàn)問題僅需要將出問題部分更換，對系統(tǒng)的沖擊較小，維護費用較低。模塊化帶來的另一個好處是后期升級方便，無論是想替換系統(tǒng)中某一個機電產(chǎn)品還是升級整個的系統(tǒng)控制方式都可以很方便的進行。

具體的系統(tǒng)設計因使用不同而不同，但框架與設計思路是一定的，都是以計算機作為大腦以機電產(chǎn)品作為身體進行設計，在更復雜的系統(tǒng)中可能還會需要將簡單系統(tǒng)作為一部分融入到整個系統(tǒng)中作為一個類似簡單系統(tǒng)中機電產(chǎn)品的角色。在工業(yè)生產(chǎn)中可能這種整合更加的嚴密些，在類似智能家居這種松散不確定的系統(tǒng)中可能會寬泛些，但無論怎樣，整合后的系統(tǒng)都可以更大程度上發(fā)揮機電產(chǎn)品的能力，更加高效節(jié)約的完成資源調配，最重要的是可以用來解決更多難以依靠單一機電產(chǎn)品解決的問題。

3 結束語

由于生產(chǎn)力的進步與發(fā)展，人們對于生活方式和生產(chǎn)方式都提出了更高的要求，現(xiàn)有的機電產(chǎn)品雖然發(fā)展較快但是許多都處于獨自為戰(zhàn)的狀態(tài)，不僅難于管理且維護、升級成本較高，而利用計算機的集成能力整合機電產(chǎn)品是一個很好的解決思路，無論是創(chuàng)建智能家居聯(lián)合網(wǎng)絡系統(tǒng)為生活提供方便還是集成種類繁多的機電產(chǎn)品去完成工業(yè)生產(chǎn)都需要將計算機技術與機電一體化技術整合，在物聯(lián)網(wǎng)時代即將到來的今天，機電產(chǎn)品整合是大勢所趨。

參考文獻

[1]俞竹青.機電一體化系統(tǒng)設計[M].電子工業(yè)出版社，2011.endprint