浅谈机电一体化技术发展历程及其趋势

1、机电一体化技术发展历程及其趋势摘要：机电一体化是融了机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术的一门新兴的交叉学科，它涉及机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等多种模块。随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展，以机械为主体的工业产品和民用产品不断采用诸学科的新技术，在机械化的基础上，正向自动化和智能化方向发展，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。关键词：机电一体化 发展趋势 智能化一、绪论 机电一体化又称机械电子学，是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学El

2、ectronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术。 机电一体化是微电子技术向传统机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念。Mechantronics(机电一体化) 一词是取Mechanics(机械学)的前半部Elec-tronics(电子工业)的后半部拼合而成的，起源于日本，表示机械学与电子学两种学科的综合。日本机械振兴协会经济研究所1981 年3月提出了对机电一体化的定义：“机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进了微电子技术，并将机械装置与

3、电子装置用相关软件有机融合而构成的系统的总称。”（这是到目前为止，较为人们所接受的涵义）。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。中国机电设计迈入PLM全新阶段，正挑战着了前所未有的，不可预测的难题，一个个久战沙场经久不衰精兵良将正褪去了昨日英雄的光环，唯有CAMEL VIEW 能够胜任军统三国，光复旧业的重任，此时数系科技与德国iXtronics GmbH公司携手共同开拓机电设计领域的新篇章，CAMEL VIEW 作为机电一

4、体化设计系统，从产品的概念设计到产品性能的测试、验证、通过都是一体化的，流程化的、规范化的，在满足用户设计的前提下，数值实验的仿真与结果的验证无不精确化，支持复杂环境下，多工况，多耦合场设计。 随着机电一体化的发展，美国IEEE/ASME 于1996 年对与机电一体化又给出了一个较为全面的定义：“对机电一体化初步定义为在工业产品和过程的设计和制造中，机械工程和电子与智能计算机控制的协同集成，包括11 个方面：成型和设计；系统集成；执行器和传感器；智能控制；机器人；制造；运动控制；振动和噪声控制；微器件和光电子系统；汽车系统；其它应用”。可见，机电一体化是融了机械技术、微电子技术、信息技术等多种

5、技术的一门新兴的交叉学科，它涉及机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等多种模块。随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展，以机械为主体的工业产品和民用产品不断采用诸学科的新技术，在机械化的基础上，正向自动化和智能化方向发展，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。二、机电一体化概要机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学

6、技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。  因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技

7、术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。三、机电一体化的核心技术及发展历程3.1 机电一体化的核心技术（1） 机械技术机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼

8、点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。 （2） 计算机与信息技术其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。（3） 系统技术系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分

9、有机连接的保证。（4） 自动控制技术其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。 （5） 传感检测技术传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。 （6） 伺服传动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。3.

10、2 机电一体化的发展历程()机电一体化的发展1、世界范围内，机电一体化发展的三个阶段（1）第一阶段为20 世纪60 年代以前由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平, 机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展, 已经开发的产品也无法大量推广。这一时期主要的产品是数控机床，由于技术上和价格上的原因，仅供给航空航天等尖端科技领域的使用，其加工精度也算不高（在当时算很高了）；（2）第二阶段为20 世纪7080 年代这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展, 为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展, 为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。 （3）第

11、三阶段为20 世纪90 年代后期这个时期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段, 机电一体化呈现深入发展时期。一方面, 光学、通信技术等进入了机电一体化, 微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚, 出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法, 机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时, 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步, 为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。2、我国的机电一体化的发展早在1958年我国就开始研究数控机床，于1966年研制成功晶体管数控系统，并生产出了数控切割机、数控铣床等产品，但是

12、受当时国内条件的限制，机电一体化在国内并没有发展起来。直到20 世纪80 年代初我国才开始系统的从事机电一体化的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列入“863 计划”。在制定“九五”规划和2010 年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作, 取得了一定成果, 但与日本等先进国家相比仍有相当差距。四、机电一体化技术与产品的应用范围及特点4.1机电一体化技术的产品范围机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而

13、且还在不断地增加。1、 数控机械类主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。2、 电子设备类主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。3、 机电结合类主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。4、 电液伺服类主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机等。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。5、信息控制类主要产品包括传真机、磁盘存储

14、器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。4.2 机电一体化产品的主要优点1、具有记忆、运算、控制、信息处理等功能。从而达到产品的高性能、多功能化和智能化。2、 结构简化。使产品向着轻、薄、细、巧的方向迅速发展, 易采用标准化、模块化的方法进行设计、制造。3、可以根据负荷及运行情况进行调整与控制。具有节能的特点。4、具有自动监视、诊断功能及某些智能, 使安全可靠性大幅度提高。五、 机电一体化技术的发展方向 有关研究报告显示“机电一体化”一词最早是日本提出的，在上世纪80年代初，日本名古屋大学最早设置了机电一体化专业.如今已改称为“机械电子工

15、程”专业；在高职高专则仍延用机电一体化专业名称. 机电一体化专业是精密机械-电子技术（含电力电子）-计算机技术等多门学科交叉融合的产物，属高新技术，也是当前发展最快的技术之一，它是先进制造技术的主要组成部分.它的发展推动了当前制造技术的迅速更新换代，是产品向高、精、快迅速迈进，使劳动生产率迅速提高.由于中国逐渐成为世界制造业基地加上传统企业面临大规模的技术改造与设备更新，国内急需大量先进制造技术专业人才.因此该专业毕业生就业前景很好，而且待遇也高.毕业生主要在各行政、企业、事业单位从事机械、电气工程、常用电器的维修、安装与调试以及技术管理等工作。机电一体化专业就业前景到底怎样呢?市场调研发现机

16、电一体化专业是一个宽口径专业，适应范围很广，学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外，还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试，充分体现重视技能培养的特点.学生毕业后主要面向珠江三角洲各企业、公司，从事加工制造业，家电生产和售后服务，数控加工机床设备使用维护，物业自动化管理系统，机电产品设计、生产、改造、技术支持，以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等等。（一）光机电一体化一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。因此, 引进光学技术, 实现光学技术的先天优点能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动

17、力)系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。（二）数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。（三）智能化智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻

18、辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。（四）绿色化环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主题。特别是环境问题，其恶化程度与日俱增，正在对人类社会的生存与发展造成严重的威胁；而资源问题不仅仅涉及人类世界有限的资源如何利用，也是产生环境问题的主要根源。于是近年来一个新的概念已经提出：最有效地利用资源和最高限度地利用废弃物，是当前世界上环境问题的治本之道。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用。工业的发展使得资源减少，生态环境受到严重污染。绿色化成了时代的趋势，产品的绿色化更成了适应未来发展的一大特色。（五）模块化由于机电一体化产品种类和生产厂家繁

19、多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的工作，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。（六）微型化国外微型机电一体化系统的几何尺寸一般不超过1cm，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域都有广阔的应用前景。四、 结束语机电一体化是工业革命的一次大的革新，它大大提高了社会生产力，推动了社会的发展。随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合