李朋博

摘要：機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化發(fā)展至今也己成為一門有著自身體系的新型學科。

關(guān)鍵詞：機電一體化；電子技術(shù)；自動控制

前 言

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。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)以及其它新技術(shù)的簡單組合、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(qū)別。機械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能加自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

一、機電一體化的發(fā)展狀況

人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術(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(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，己經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

二、機電一體化的關(guān)鍵技術(shù)

1.傳感與檢測技術(shù)

傳感與檢測技術(shù)關(guān)鍵元件就是傳感器。傳感器是整個機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）的環(huán)境接口，是自動化、信息化以及智能化應用和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。傳感器的水平反映了一個國家的科技發(fā)達程度，特別是新型高科技傳感器的研究和開發(fā)世界各國都非常重視，比如多功能集成傳感器、智能傳感器、仿生傳感器等。多功能集成傳感器就是具有“一器多感”技術(shù)特點的傳感器。

2.信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)包括信息的交換、傳遞、存儲和處理，主要工具就是計算機。計算機及信息處理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)（或產(chǎn)品）的信息處理中心，充分利用計算機超強的信息處理能力以及豐富的軟件資源，增強了系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性，使系統(tǒng)具有了一定的智能。

3.先進制造技術(shù)

先進制造技術(shù)是機電一體化發(fā)展的必然產(chǎn)物，是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。先進制造技術(shù)保障系統(tǒng)（或產(chǎn)品）構(gòu)造功能的最優(yōu)化。先進制造技術(shù)采用具有柔性操作的先進制造設(shè)備：機械加工中心、機床、工業(yè)機器人等機電一體化產(chǎn)品，實行先進的組織管理，組成柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)，提高制造作業(yè)及制造系統(tǒng)的柔性和生產(chǎn)率，以滿足機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）的需要，滿足社會發(fā)展的需要。

4.伺服驅(qū)動技術(shù)

伺服驅(qū)動技術(shù)是系統(tǒng)直接執(zhí)行操作的技術(shù)，其目的是從動力學角度分析系統(tǒng)行為，保證系統(tǒng)整體運行的最優(yōu)化。伺服驅(qū)動裝置包括電動、氣動、液壓等各種類型，按照控制指令將電信號轉(zhuǎn)換成流體能或機械能驅(qū)動運功機構(gòu)，對整個系統(tǒng)的動態(tài)特性、控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。

5.自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)是在自動控制原理的指導下，結(jié)合計算機技術(shù)對具體的控制裝置和控制系統(tǒng)進行設(shè)計、仿真、調(diào)試，最終實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)化20 世紀80 年代以來，如模糊控制，專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等人工智能控制技術(shù)，得到快速發(fā)展并被廣泛應用。

三、機電一體化的發(fā)展趨勢

1.智能化

智能化就是要求機電產(chǎn)品具有一定的智能，使其具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。如果人類社會的發(fā)展和進步體現(xiàn)在人腦的智能上，那么機電一體化的發(fā)展和進步就體現(xiàn)在其產(chǎn)品的智能上。智能化是機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)自動化技術(shù)的主要區(qū)別之一，也是21 世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的主要方向。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進步和發(fā)展，為機電一體化技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊天地。

2.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、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非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、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發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。

3.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)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。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，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，利用現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化己成大勢。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

4.微型化

微型化是指機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微機電一體化（Micro Mechatronics）是機電一體化的一個重要分支，國外稱其微型電子機械系統(tǒng) （Micro Electro Mechanical Systems）.它泛指幾何尺寸不超過1cm 的機電一體化產(chǎn)品，并向著微米、納米級發(fā)展。采用精細加工技術(shù)加工生產(chǎn)微機電一體化產(chǎn)品，其體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

四、結(jié)束語

我國機電一體化技術(shù)水平與發(fā)達國家相比差距較大。在發(fā)展過程中，首先應充分利用原有技術(shù)和設(shè)備，發(fā)展經(jīng)濟型機電產(chǎn)品；然后充分利用發(fā)達國家的高新技術(shù)，引進、仿制和開發(fā)效益好收效快的機電產(chǎn)品；在此基礎(chǔ)上，全面開發(fā)具有中國特色的高新產(chǎn)品。機電一體化技術(shù)發(fā)展至今己經(jīng)成為一門有著自身完整體系的綜合性學科，隨著未來科學技術(shù)的不斷發(fā)展還將被賦予新的內(nèi)容。