机电一体化的发展与应用

1、机电一体化的发展与应用摘要：在现代科学技术发展中，机电一体化是其发展的必然结果，本文主要对机电一体化的基本概要和发展背景进行了叙述，同时还对其发展的外部环境、技术现状以及发展的渊源做了相应的分析，尤其在新时期当中，对机电一体化技术的发展趋势做了展望。关键词：机电一体化；智能化；发展趋势TheApplicationandDevelopingProspectsofMechatronicsAbstract:Mechatronicsistheinevitabledevelopmentofmodernscieneeandtechnologyresults,thispaperoutlinesthebasi

2、coutlinemechatronicstechnologyanddevelopmentbackground,analyzedtheneweramechatronicdevelopmentoftheexternalenvironment,thedevelopmentoforiginandmechatronicstechnologystatusandtheNewEramechatronicstechnologytrendsarediscussed.Keywords:mechatronics;intelligentization;developmenttrend0引言机电一体化的外文名词是Mech

3、antronics，起源于日本，是日本人创造的英文名词，是由机械学“mechanics”与电子学“electronics”结合而成的拼缀词，意思为机械电子学，在我国则称之为机电一体化1。目前，国内外对机电一体化的涵义有各种各样的认识，其各自的出发点和着眼点不尽相同，再加上机电一体化本身的涵义还在随着科学技术和生产水平的发展不断更新。特别是21世纪以来，面对市场上日趋激烈的竞争，和人们消费观念不断的变化，人们对机电一体化产品工作性能和产品的可靠性提出了越来越高的要求。与之相关的学科，如计算机技术、网络技术、信息技术、AI技术、传感技术等的发展，为机电一体化系统提供了更加宽广的应用前景2。尤其是信

4、息、新材料、微电子及集成技术的发展，使产品的结构从上至下发生了革命性的变化。伴随信息、传感等技术与传统机械产品的渐渐融合，传统机械产品正向着网络化、智能化、微型化、自动化、模块化、柔性化等机电一体化新阶段迈进。机电一体化技术俨然已经成为了一门新兴的技术，它由多种交叉学科组成且涉及到机械制造技术、自动控制技术、传感器技术、信息处理技术、接口技术、伺服驱动技术等关键技术。1机电一体化的核心技术机电一体化的核心技术主要包括：（1）机械制造技术3在机电一体化技术中，机械制造技术是最基础部分。该技术的目的就是与机电一体化技术如何相适应，而它则是通过运用其它高新技术来更新本身概念，从而实现了该技术在结构、

5、材料及性能上的变更，就可以满足于该技术在提高精度、刚度的要求，并且改善性能，也可以在缩小体积和减少重量上的到满足。而机械的工艺和理论则都是借助于计算机辅助技术来进行的，同时机电一体化系统则是结合人工智能系统和专家系统等方面在不断的创新，从而形成了新一代的机械制造技术。（2）信息处理技术计算机信息处理技术包含了人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等方面技术，同时还包含了对信息的存取、运算、判断与决策以及交换等方面。（3）传感器技术4在系统中，传感检测技术属于感受器官，它是对自动调节和控制实现额关键所在，系统在其功能越强时，自动化程序就越高。在近年来，光纤传感器”取得了很好额发展，同时对机电一

6、体化有很多影响。（4）自动控制技术自动控制技术在理论的指导下，进行设计。对设计好的系统仿真技术，进行现场的调试，而该技术则包含了速度控制、自诊断校正、自适应控制、补偿、再现、检索以及高精度定位控制等方面，而人工智能技术发展很快，这也机电一体化技术有一定的影响。（5）伺服传动技术伺服传动技术主要包含了气动、电动和液压等各种类型的传动装置，同时也是对电信号到机械动作的实现，同时也对转换装置与部件。控制质量、功能和对系统的动态性能上都有影响。由系统和基础元部件所组成的为机电一体化产品。其中机电一体化元部件最典型的有传感器、微型电机、电力电子器件及装置、可编程序控制器、伺服机构专用集成电路、模糊控制器

7、等方面，而系统中最典型的有CAD/CAM系统、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、机器人等等。2国内外机电一体化技术进展当前，国外机电一体化发展迅猛，其表现有以下方面。在制造业中机电一体化产品很常见。其数控机床是最典型产品，在发达的工业国家应用非常的广泛；工业机器人的应用率也在飞速增长，据预测，在未来10年工业机器人将以25%30%的增长速度逐渐步入人们生活中的很多领域；在制造业中，单机的机电一体化则是向集成化进行过度。计算机集成制造系统(CIMS),是当今世界范围内制造业发展的总趋势。它由经济管理系统、分析与设计系统、制造系统等方面通过网络、通讯以及计算机进行联系而成的。激光技术逐渐进入机电一体

8、化领域。光机电一体化的发展,扩展的不仅仅是机电一体化的应用领域，甚至许多行业出现重大变革。所谓光机电一体化就是激光技术与机械技术、电子技术的结合；（4）微细加工技术与设备的突飞猛进。微电子技术及其产业的高度发展，带动了大量高新技术的兴起，微细加工技术和装备对微机械的诞生和发展起了决定性的作用，从而也大大支持了电子产业的发展。改革开放以来，特别是近年来，受国际金融危机影响，面临国际市场经济激烈竞争形势的挑战，国家和企业充分认识到机电一体化技术对我国经济发展的战略意义，将其确定为国家高新技术的重点研究领域，在研究和发展上加大力度，并且给予优先支持，目前已取得了重大进展。我国分别在数控技术、工业机器

9、人及计算机集成制造系统等方面大力发展机电一体化技术。我国的机电一体化经过十多年的发展取得了较为可喜的成就，分别在工业机器人、数控技术及计算机集成制造系统等方面成功的大力发展了机电一体化技术。但总的来说，离国民经济对先进技术的要求还有一定的距离。3机电一体化的发展趋势机电一体化是多学科的交叉融合，综合了机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、光学技术、电力电子技术、接口技术等技术，其发展进步依赖并促进了相关技术的发展。新时期机电一体化呈现出新的发展趋势5卜7。3.1数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础。不断发展的数控机床和机器以及迅速崛起的计算机网络，为数字化设计与制造提供了

10、保障。计算机集成制和虚拟设计的成功应用正说明了这一点。数字化的实现便于远程操作、诊断和修复。数字化对机电一体化产品的软件具有较高的要求，其必须具有易操作性、高可靠性、可维护性、自诊断能力以及友好的人机界面。3.2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，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。3.3模块化研制和开发标准的机械接口、环境接口、动力接口的机电一体化产品单元模块是一项比较复杂的工作，不仅因为

11、机电一体化产品种类繁多而且有众多的生产厂家。其中研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元具有非凡的意义；这样，在产品开发设计时，就可以利用这些标准模块化单元迅速的开发出新产品。3.4网络化20世纪末，网络技术的迅速发展在给科学技术、工业生产、教育、军事、政治及日常生活带来巨大变革的同时也给机电一体化技术以重大影响，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

12、体化产品。3.5智能化伴随着智能技术的发展，机电一体化技术也呈现智能化发展的趋势。智能化在机电一体化中的应用主要表现在，它要求机电产品具有一定的智能性，具有类似人的逻辑思维、判断推理、自主决策的能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、灰色理论、神经网络、生理学、心理学和混沌动力学等人工智能技术的发展和应用，使其具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，为机电一体化技术发展开辟了更加广阔的天地。3.6绿色化科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。4结语机电一体化已成为当今机电领域的新潮流和振兴机电工业的必由之路。推广电子技术对传统产业进行改造，是提高生产和管理技术、促进机电一体化产品的开发、加快产品结构调整的重要措施。随着科学技术的发展，各种技术相互渗透的趋势将越来越明显，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。参考文献：殷际英.机电一体化实用技术M.北京：化学工业出版社,2003.邱士安，胥宏.机电一体化技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2004.张春良,陈子辰.机械制造业与新技术