机电一体化技术的应用与发展前景65933

1、机电一体化技术的应用与发展前景摘要： 现代科学技术的不断发展，极大地推动力不同科学的交叉与渗透，导致 了工 程领 域的技 术革 命与 改造 。在机 械工 程领 域，由 于微 电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由 “机械电气化 ”迈入了 “机 电一体化 ”为 特征 的发 展 阶段。机电 一体 化是 一种 复合 技术，是机 械技 术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。关键词：机

2、械工业；机电一体化；数控；模块化一、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、

3、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

4、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。二、机电一体化的发展状况机电一体化的发展大体可以分为 3 个阶段。20 世纪 60 年代以前为第一阶 段，这一 阶段 称为初 级阶 段。在这 一 时期 ，人 们自 觉不 自觉地 利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争 刺激 了机 械产 品与 电子 技术 的结合，这些 机电 结合 的军 用技术，战

5、后 转为 民用 ，对战 后经 济的 恢复 起 了积 极的 作用 。那 时研制 和开发从总体上看还处于自发状态。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。20 世纪 7080 年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段 。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。这个时期的特点是： mechatronics 一词首 先在 日本 被普

6、 遍 接受 ，大 约到 20 世纪 80 年代 末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。20 世纪 90 年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。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

7、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。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。我国是从 20 世纪 80 年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863 计划 ”中。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.三、机电一体化的发展趋势机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交 叉综 合，它的发 展和 进步 依赖 并促 进相关 技术 的发 展和 进 步。因此，机电一体化的主要发展方向如下：1、智能化智能化是 21 世纪机电一体化技术发展的一

8、个重要发展方向 。人工 智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的 “智能化 ”是对机器行为的描述，是在控制理 论的 基础 上，吸 收人 工智 能、运 筹学 、计算 机科 学、模 糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新 方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但 是，高 性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。2、模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和

9、生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需 要制 定各 项标 准 ，以便各 部件 、单元 的匹 配和 接口 。由 于利益 冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形 成。显然 ，从电 气产 品的 标准 化、系 列化 带来 的好 处可 以肯定 ，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电

10、一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。3、网络化20 世纪 90 年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起 和飞 速发 展给 科 学技 术、工业 生产 、政治 、军 事、教 育义 举人 么日常生活都带来了巨大的变革。各种 网络将全球经济、生产连成一片，企业间 的竞 争也 将全 球 化。机 电一 体化 新产 品一 旦研 制出 来，只 要其 功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭 网络 (home net) 将

11、各 种家 用电 器连 接成以 计算 机为 中心 的计算 机集成家 电系 统 (computer integrated appliance system, CIAS) ，使 人们在家 里分 享各 种高 技 术带 来的 便利 与快 乐。因此，机电 一体 化产品 无疑朝着网络化方向发展。4、微型化微型化兴起于 20 世纪 80 年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观 领域 发展 的趋 势 。国 外称 其为 微电 子 机械 系统（ MEMS），泛指 几何尺寸 不超过 1cm3 的机电 一体 化产 品， 并向微 米、 纳米 级发 展 。微 机电一体 化产 品体 积小、耗能 少、运 动灵 活，在生 物医

12、 疗、军 事、信息 等方面具 有不 可比 拟的 优 势。微 机电 一体 化发 展的 瓶颈 在于 微机 械 技术，微机电 一体 化产 品的 加 工采 用精 细加 工技 术，即超 精密 技术，它 包括 光刻技术和蚀刻技术两类。5、绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一 方面，资 源减 少，生 态环 境受 到严 重污 染。于 是，人们 呼吁保护环境资源，回归自然。绿 色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是 时代 的趋 势。绿色产 品在 其设 计、制造、使用 和销 毁的 生命过 程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设

13、计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。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 后能回收利用。6、系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系 统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同 时寻求实现多 子系 统协 调控 制 和综 合管 理。表 现之 二是 通信 功能 的大 大 加强，一般除 RS232 外， 还有 RS485、 DCS 人格 化。 未来 的机 电一 体化更 加注 重产品 与人 的关 系，机 电一 体化 的人 格化 有两层 含义 。一 层是 ，机电 一体化产 品的 最终 使用 对 象是 人，如何赋 予机

14、 电一 体化 产品 人的 智 能、情感、人性 显得 越来 越重 要 ，特别 是对 家用 机器 人，其 高层 境界 就是 人机 一体化。另一 层是 模仿 生物机 理，研制 各种 机电一 体花 产品 。事 实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。四、典型的机电一体化产品机电一体化产品分系统( 整机) 和基础元、部件两大类。典型的机电一体 化系 统有 ：数控机床 、机器人 、汽车 电子 化产 品、智能 化仪器 仪表、电子 排版 印刷 系统 、 CAD CAM系统 等。 典型 的机 电一 体化 元、部 件有 ：电力 电子 器件 及装 置 、可 编程 序控 制器 、模糊 控制 器、微型 电机

15、、传感器、专用 集成 电路 、伺服 机构 等。这些 典型的 机电 一体 化产 品的技 术现状、发展趋势、市场前景分析从略。五、我国发展“机电一体化”面临的形势和任务机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其 目的 是节 能、节材，提高 工效，提 高产 品质 量，把 传统 工业 的技术进 步提 高一 步；二 是开 发自 动化 、数 字化、智能 化机 电产 品，促 进产品的更新换代。( 一 ) 我国“机电一体化”工作面临的形势1. 我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度2. 我国用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高， 有压 力。3. 我国用机电

16、一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在 我国工业系统中，能耗、耗水 大户，对环 境污 染严 重的 企业 还占 相当大 的比 重。近 年来 我国 的工业结 构、产品 结构 虽然几 经调 整，但由 于多种 原因 ，成效一 直不够 明显 。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离” “死 守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中 意的 产品 问题。上佳 的答 案早 就摆 在了这 些企 业的 面前，这就 是发展机 电一 体化，开发 和生 产有 关的 机电 一体化 产品。机电 一体 化产 品功能强、性能 好、质 量高、

17、成 本低，且具 有柔性，可根 据市 场需 要和 用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无 须改换设备。这是解 决机 电产 品多 品 种、少批 量生 产的 重要出 路。同时 ，可 为传统 的机械工 业注 入新 鲜血 液 ，带来 新的 活力，把 机械 生产 从繁 重的 体力劳 动中解脱出来，实现文明生产。另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历 史不 长，差 距较 大，许 多产 品的 品种 、数量、档次 、质 量都不 能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。( 二 )我国“机电一体化”工作的任务我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用

18、机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体 化产 品，促 进机 电产 品的 更新 换代。总的 目的 是促 进机 电一体 产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。六、我国发展“机电一体化”的对策( 一 ) 加强统筹安排，协调发展计划目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有 一套 自己 的发 展 策略。各单 位的 计划 由于 受各 自立 足点、着眼 点的限制 ，难 免只 考虑 局部利 益，各主 管部 门 的有 关计 划和 规划 ，也有 统

19、一考虑 不足，统筹 安排 不够 的问 题，同 时缺 少综 观全 局的 有权 威性的 发展计划 和战 略规 划。因 此，建 议各 主管 部门 责成 有关 单位 在进 行深入 调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的 “机 电一体化 ”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车!( 二 ) 强化行业管理，发挥“协会”作用目前，我国“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“ 政出多门 ”是难哆的。因 此，我 国有必要明确一个 “ 机电一体化” 行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及 机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会的

20、建设，赋予 其行 业管 理职 能。“ 协会 ”要 进一 步扩 大领 导机构 理事 会的 代表 层面 和 复盖 面，要加 强办 公室、秘书 处的 建设 ；要通 过其精明 干练 的办 事机 构 、经 济实 体，组织 “ 行业 ”发 展计 划、战 略规 划的拟制 ；指 导行 业布 点布局 的调 整，进行 发展突 破口 的选 择，抓 好重 点工程的试点和有关项目的发标、招标工作( 三 ) 优化发展环境、增大支持力度优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机 电一 体化 ”产 业提供 方便；尽可 能为 兴办 开发、生产 机电 一体 化产品的 高新 技术 企业 开 绿灯；尽力 为开 发、生产 机电 一体 化产 品调配 好资源要素等。增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统 产品 的发 展，对 未采 用机 电一 体化 技术落 后产 品限 制强 制 淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传 统产 业乾 地改 造 ，对有关 技术 开发 、应用 项目 优先 立项 、优先