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篇(1)

關(guān)鍵詞：機電一體化；控制系統(tǒng)；概念設(shè)計

中圖分類號：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 10-0005-02

一、引言

機電一體化（Mechatronics）這一概念，是日本學(xué)者在1971年首次提出來的。至今，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，隨科技的發(fā)展不斷豐富，不斷更新，機電一體化的內(nèi)涵也發(fā)生了根本性的變化。尤其是進入21世紀(jì)以來，人們的消費觀念不斷變化，圍繞消費者之間的市場競爭日趨激烈和白熱化，重點是針對機電一體化產(chǎn)品的輸出柔性、工作性能及可靠性等方面，在這些方面的，人們的要求越來越高。

新時代背景下，機電一體化技術(shù)在計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的快速發(fā)展下得到了飛躍發(fā)展，面臨著更加廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也在集成技術(shù)、新材料、微電子的快速發(fā)展背景下發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品向智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、自動化、柔性化、機電一體化邁進，已經(jīng)步入了一個新的發(fā)展階段。再就是隨著傳感、信息技術(shù)和傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的融合，機電一體化技術(shù)已成為一個新興的跨學(xué)科的技術(shù)，它涉及到的信息處理技術(shù)、制造技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、接口技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

總之，科學(xué)技術(shù)越是向更新更高層次發(fā)展，就越能給人們帶來更多的驚喜和生活空間，也能給人們更加豐富物質(zhì)、文化和精神享受?？梢哉f，機電一體化技術(shù)在21世紀(jì)的機械產(chǎn)品的設(shè)計和發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，重點研究機電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念原理及設(shè)計方法具有重要的理論意義及現(xiàn)實意義。

二、機電一體化系統(tǒng)及其組成原理

機電一體化系統(tǒng)是一個各種技術(shù)之間相互協(xié)調(diào)和整合的有機的、完整的體系，不是一個簡單的各種技術(shù)拼湊和堆積。機電一體化系統(tǒng)從技術(shù)層面來說綜合保函和運用了控制系統(tǒng)、機械工程、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、電子技術(shù)和其他技術(shù)。尤其是機電一體化系統(tǒng)的中的驅(qū)動元件和執(zhí)行器子系統(tǒng)是核心的執(zhí)行機構(gòu)，是實現(xiàn)可控電動機行為的終極目標(biāo)，充分利用計算機信息處理和控制功能，利用現(xiàn)代控制驅(qū)動元件特性的機械系統(tǒng)。

（一）機電一體化系統(tǒng)概述

1.由計算機進行信息處理和控制的現(xiàn)代機械系統(tǒng)最終目的就是要實現(xiàn)機械運動和動作協(xié)調(diào)，這個也是機電一體化系統(tǒng)功能設(shè)計的根本出發(fā)點。

2.機電一體化系統(tǒng)從完成工藝動作過程這一總功能的角度來看，可劃分為：信息處理及控制子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)、廣義執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)（如圖1），它們分別完成信息處理及控制、信息檢測、機械運動和動作。

3.由驅(qū)動元件和執(zhí)行件（或執(zhí)行機構(gòu)）融為一體的廣義執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行子系統(tǒng)，具有它的特殊性、可控性。

（二）機電一體化系統(tǒng)的組成原理

1.廣義執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)。由剛性物件組成的形形機構(gòu)組合而成的傳統(tǒng)，他們的缺乏可控性是傳動和執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)上最大的問題。而驅(qū)動元件與執(zhí)行件（或執(zhí)行機構(gòu)）融為一體是廣義執(zhí)行機構(gòu)的一個特點（如圖2），從而實現(xiàn)可控運動。

電機、氣動馬達(dá)和動作缸是驅(qū)動元件中的一兩種，同時還有液壓、電磁鐵、彈性元件、形狀記憶合金、光能馬達(dá)等，這足以說明驅(qū)動元件種類繁多。機電一體化系統(tǒng)得到更加有效工作就必須依靠驅(qū)動元件的多樣性。傳統(tǒng)機構(gòu)中的輸出件可以為執(zhí)行件，單一構(gòu)件也可以是執(zhí)行件。同時，驅(qū)動元件與執(zhí)行件（或執(zhí)行機構(gòu)）的集成應(yīng)用使機電一體化系統(tǒng)更加有效地工作。

2.信息處理及控制子系統(tǒng)。信息處理和控制子系統(tǒng)檢測傳感器所提供的信息，技術(shù)和控制策略和執(zhí)行的廣義執(zhí)行機構(gòu)控制的基礎(chǔ)上采取行動的過程中。應(yīng)執(zhí)行的控制來實現(xiàn)，廣義的運動學(xué)模型是由一臺計算機和軟件實現(xiàn)。信息處理和控制子系統(tǒng)是實現(xiàn)智能化的現(xiàn)代機械系統(tǒng)，自動化的關(guān)鍵。

3.檢測傳感子系統(tǒng)。檢測傳感器是實現(xiàn)物理量的檢測和信號采集的功能載體，也是連接廣義執(zhí)行子系統(tǒng)的中間紐帶。

三、機電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念設(shè)計過程

總體而言，要從功能需求出發(fā)建立機電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念設(shè)計圖3所示：

（一）用戶需求模型

1.用戶需求調(diào)查與分解。用戶需求表達(dá)的是用戶自己的意愿，要想獲得這些意愿與想法，需要通過市場調(diào)查，但是這樣的可操作性不強，很難使設(shè)計者完全把握用戶的需求，對此可以將用戶需求進行細(xì)分。機電一體化系統(tǒng)用戶需求可分為控制域、機械域和其他域，控制域又可分為硬件域和軟件域。將最初的用戶需求（父需求）對應(yīng)于所設(shè)計的產(chǎn)品向各個領(lǐng)域進行分解（圖4：用戶需求調(diào)查與分解），獲得最終的用戶需求（葉需求）.分解后的需求可以更具體的體現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

圖4 用戶需求調(diào)查與分解

用戶需求分解后，要進一步對客戶需求進行評估，尤其是重點對每一個葉需求進行重審核，以此進一步用衡量的方法進行分析.

2.衡量過程。衡量用戶需求的優(yōu)先次序，在關(guān)鍵的用戶需求中做出挑選。衡量方法的原理是：如果一個“希望需求”與一定數(shù)量的“必須需求”之間存在相關(guān)性，那么這個希望需求也應(yīng)該“必須”滿足，作為額外的必須需求。衡量過程如下：

（2）標(biāo)記0表示希望需求與必須需求之間沒有相關(guān)性。

（3）標(biāo)記1表示希望需求與必須需求之間有很強的相關(guān)性。

（4）如果希望需求的綜合值在[3，5]之間或更高的作為額外的必須需求。

（二）建立功能模型

功能是系統(tǒng)輸出量和輸入量之間的關(guān)系，常被稱為流，通常分為物料流、能量流和信息流。功能結(jié)構(gòu)是功能模型或功能分析結(jié)果的一種表達(dá)形式。產(chǎn)品的總功能分解成若干功能元，將系統(tǒng)的各個功能元用流有機的組合起來就得到功能結(jié)構(gòu)。

使用功能基建立功能結(jié)構(gòu)的步驟如下：

1.確定系統(tǒng)的總功能及輸入、輸出流。

2.對于每一個輸入流創(chuàng)建功能鏈。成立為每個輸入的功能鏈。設(shè)計者設(shè)想成為流，考慮從輸入到輸出，或在每個操作發(fā)生對流的轉(zhuǎn)換操作每個功能組按時間順序排列，并建立功能鏈?？煞譃閮蓚€時間順序，串行和并行的功能鏈。串行函數(shù)鏈對流操作發(fā)生的時間順序，并聯(lián)功能鏈的基礎(chǔ)上發(fā)生的操作一次，串行并行功能鏈的功能鏈，共享一個或多個公共流的數(shù)量。在功能結(jié)構(gòu)所表達(dá)的支流。

3.連接各功能鏈得到功能結(jié)構(gòu)。信號的檢測，處理和反饋的過程其實就是所控制的過程。創(chuàng)建功能框圖，對所有信號進行分析。通過分析，可以得出不同類型的信號和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，尤其是進一步的功能的控制系統(tǒng)，然后在此基礎(chǔ)上提出若干控制方案。

四、結(jié)束語

在本文中，對機電一體化系統(tǒng)做出了新的認(rèn)識，提出了一種在機電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計過程中，并促進機電一體化系統(tǒng)的理解，尤其是提出了如何設(shè)計一個控制系統(tǒng)的分析方法，使控制系統(tǒng)滿足用戶的需求，并確?？刂葡到y(tǒng)是最合理的。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊鶴年.機電一體化系統(tǒng)中的智能控制技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2011，7.

[2]黃嫻.機電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計[J].法制與經(jīng)濟（下旬），2011，8.

[3]倪傳明.機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，15.

篇(2)

關(guān)鍵詞：機電一體化；概念；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

一、機電一體化的概念與由來

人類進入了一個新的世紀(jì)──21世紀(jì)?；仡欉^去的20世紀(jì)，人類的經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果超過了過去所有世紀(jì)的總和。傳統(tǒng)的學(xué)科正在脫胎換骨，新的學(xué)科不斷問世，技術(shù)的融合程度比任何一次技術(shù)革命都高。機電一體化技術(shù)產(chǎn)生于這一背景之下，自然符合科技發(fā)展的規(guī)律，也是機械學(xué)科發(fā)展的必然結(jié)果?！皺C電一體化”這一技術(shù)術(shù)語最初來源于日本學(xué)術(shù)界，他們根據(jù)英文的Mechanics（機械學(xué)）和Electronics（電子學(xué)）兩詞，組合出Mechantronics一詞，日文諧音記作“夕力卜口二少又”，其表意漢字為“機電一體化”,Mechantronics一詞從學(xué)科角度可以翻譯為“機械電子學(xué)”，我國科技界也經(jīng)常直接使用“機電一體化”作為漢語的表達(dá)詞匯。

一般認(rèn)為，機電一體化是以機械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機電一體化是機械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。其次，機電一體化是一個發(fā)展中的概念，早期的機電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強調(diào)機械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)“滲透”到機械技術(shù)中，豐富了機電一體化的含義，現(xiàn)代的機電一體化不僅僅指機械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機電一體化、機電氣（氣壓）一體化、機電液（液壓）一體化、機電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強調(diào)各種技術(shù)在機電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說，機電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。

二、機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

與其它科學(xué)技術(shù)一樣，機電一體化技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一個較長期的過程。有學(xué)者將這一過程劃分為萌芽階段、快速發(fā)展階段和智能化階段三個階段，這種劃分方法真實客觀地反映了機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程。

“萌芽階段”指20世紀(jì)60年代以前的時期。在這一時期，人們在機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中總是自覺或不自覺地應(yīng)用電子技術(shù)的初步成果來改善機械產(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，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的軍事用途的機電產(chǎn)品。這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)和技術(shù)的進步起到了積極的作用。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(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)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，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

20世紀(jì)70年代到80年代為第二階段，稱之為“快速發(fā)展階段”。在這一時期，人們自覺地、主動地利用3C技術(shù)的成果創(chuàng)造新的機電一體化產(chǎn)品，3C技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是：①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；②機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；③各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。

從20世紀(jì)90年代開始的第三階段，稱之為“智能化階段”。在這一階段，機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進，其主要標(biāo)志是光學(xué)、通信技術(shù)等領(lǐng)域進入機電一體化，同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。

我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當(dāng)差距。

三、機電一體化的發(fā)展趨勢

隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機電一體化技術(shù)（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣。

機電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：

（1）機械技術(shù)機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應(yīng)借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。

（2）計算機與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。

（3）系統(tǒng)技術(shù)

系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。

（4）自動控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

（5）傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。

（6）伺服傳動技術(shù)包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

四、結(jié)語

綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

參考文獻(xiàn)：

［1］李建勇．機電一體化技術(shù)．北京：科學(xué)出版社，2004．

［2］潘忠堂．淺析傳感器技術(shù)是機電一體化的一項關(guān)鍵技術(shù)．機械電子工程，1998(1)：13-17,39

［3］馮正進．機電一體化技術(shù)進展．工業(yè)工程，2000(1)：1-4

篇(3)

關(guān)鍵詞：機電一體化；發(fā)展趨勢；應(yīng)用分析；

1 機電一體化概述

日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機電一體化技術(shù)”這一概念，它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個新詞，取名為“Mechatronics”，意思是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合，機電一體化技術(shù)即結(jié)合應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。隨著計算機技術(shù)迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機電一體化技術(shù)方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣泛。

2 機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的發(fā)展總共經(jīng)歷了3個階段。上世紀(jì)60年代以前是機電一體化發(fā)展第一階段（初級階段）。這個時期，人們主要利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。第二個階段是上世紀(jì)70-80年代（快速發(fā)展階段）。這一時期計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)都得到了快速發(fā)展，為后來的機電一體化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。而大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路與微型計算機的迅猛發(fā)展，則為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。第三階段則是上世紀(jì)90年代后期至今，這一階段機電一體化技術(shù)開始向智能化方向邁進，進入深入發(fā)展時期。此時光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。我國則是從上世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。

3 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用

（一）機床數(shù)控領(lǐng)域

機電一體化在數(shù)控機床領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)有40年的歷史，在技術(shù)領(lǐng)域有了進一步的提高，無論是在結(jié)構(gòu)上功能上還是在操作上都發(fā)展的比較完善。類型具有總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，在開放性設(shè)計中，這種設(shè)計硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性的，可以大大提高用戶的使用效益和智能化的。在機電一體化的系統(tǒng)研究中分出多級的網(wǎng)絡(luò)，這樣能使復(fù)雜加工系統(tǒng)的作業(yè)能力的運行。

（二）計算機集成制造系統(tǒng)的領(lǐng)域及工業(yè)機器人

計算機系統(tǒng)的組合不是分散的子系統(tǒng)的組合，它是由全局的實踐總結(jié)出最優(yōu)的系統(tǒng)的組合，它需要各個部門加強溝通，圍繞制造展開工作。當(dāng)產(chǎn)品的集成度越高，就能夠使各個生產(chǎn)要素間的配置更加合理和完善。工業(yè)機器人首先出現(xiàn)的是不夠靈活的半機器人，它根據(jù)示范的動作進行重復(fù)的運動，在工作中，不會考慮工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化。而現(xiàn)代的機器人，里面裝有不同的傳感元件，機器人可以作業(yè)環(huán)境和對象做出簡單的信息判斷，并能做出簡單的分析。這是機電一體化發(fā)展的新成果，也是其發(fā)展的前景所在。

4 機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向分析

機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的進步的表現(xiàn)，近年來，機電一體化在國內(nèi)外都有了全新的發(fā)展，并且廣泛的被人們用于各個行業(yè)，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。進入21世紀(jì)機電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展。

（一）機電一體化發(fā)展的智能化、數(shù)字化趨勢

首先機電一體化發(fā)展的智能化趨勢。機電一體化的發(fā)展打破了傳統(tǒng)機械自動化或者半自動化的局面，實現(xiàn)了智能化，這也是今后機電一體化的重要發(fā)展方向。嵌入式智能控制的算法運用，使機電一體化的產(chǎn)品發(fā)展為智能化，是模擬人腦的人工智能的產(chǎn)品，它可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置來做出判斷以及決策，可以取代人們的部分腦力勞動。其次機電一體化發(fā)展的數(shù)字化趨勢。奠定機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)是微控制器及其發(fā)展（如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人）；而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起則為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路（如虛擬設(shè)計、計算機集成制造等）；數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

（二）機電一體化發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化趨勢

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在20世紀(jì)90年代異軍突起，其興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們的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(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)（CIAS），使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

（三）機電一體化發(fā)展的微型化、模塊化趨勢

首先機電一體化將向微型化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)的廠家很多，但是如果統(tǒng)一開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)機械、電氣、動力等方面的機電一體化產(chǎn)品并不是一件容易的事情，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，才能使各部件、單元匹配成功。機電一體化的生產(chǎn)商也可以根據(jù)自己產(chǎn)品的需要或者國外最新的產(chǎn)品的模型來進行創(chuàng)新，更新?lián)Q代自己的產(chǎn)品，并不斷地擴大生產(chǎn)規(guī)模，使機電一體化的發(fā)展走向正規(guī)化和統(tǒng)一化。其次機電一體化將向微型化方向發(fā)展。在20世紀(jì)80年代末機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物t療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

（四）機電一體化發(fā)展的綠色化、系統(tǒng)化趨勢

首先機電一體化發(fā)展的綠色化趨勢。所謂機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。工業(yè)經(jīng)濟給人們生活帶來了巨大變化。在人民物質(zhì)豐富、生活舒適的同時資源卻在減少，生態(tài)環(huán)境在不斷惡化。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。其次機電一體化發(fā)展的系統(tǒng)化趨勢。系統(tǒng)具有隨時分解組合的功能，這種功能實現(xiàn)了多子系統(tǒng)互相調(diào)和以及整合的需要，機電一體化的系統(tǒng)功能，不但運用在通信系統(tǒng)以外，還運用在遠(yuǎn)程通訊以及互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，局域網(wǎng)也慢慢的采用。機電一體化在系統(tǒng)方面未來的發(fā)展，是會越來越考慮人的因素，模擬人的智能的，甚至可以模擬生物的結(jié)構(gòu)來發(fā)展。

篇(4)

關(guān)鍵字：機電一體化技術(shù)發(fā)展方向

中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

一、引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，造就了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。機電一體化技術(shù)始于電子技術(shù)的發(fā)展及電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合，尤其是大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，促進機電一體化技術(shù)發(fā)展并引起廣泛注意。數(shù)控機床的問世寫下機電一體化技術(shù)新篇章；微電子技術(shù)為機電一體化技術(shù)帶來勃勃生機；可編程序控制器“電力電子”的發(fā)展為機電一體化技術(shù)提供堅實基礎(chǔ)；激光技術(shù)模糊技術(shù)、信息技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展使機電一體化技術(shù)躍上新臺階。

二、機電一體化的發(fā)展?fàn)顩r

機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，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。由于技術(shù)的局限性已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。20世紀(jì)70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面進行研究和應(yīng)用。但與日本等先進國家相比仍有相當(dāng)差距。

三、機電一體化的技術(shù)分類

1.網(wǎng)絡(luò)計算機信息技術(shù)。各種信息資料之間交換、運算、存儲、判斷和決定以及專家系統(tǒng)和智能網(wǎng)絡(luò)都是計算機信息處理技術(shù)。

2.機械技術(shù)。機電一體化的基礎(chǔ)技術(shù)就是機械技術(shù)。它和機電一體化相互促進，完成了結(jié)構(gòu)和功能上的改革，同時它的重量減輕，體積相對以前更小，精度也得到了提高，它的性能指標(biāo)也更加的適應(yīng)人類的需要，努力地利用高科技來更新著機電一體化的概念。

3.自動化技術(shù)。自動化技術(shù)是在自動控制理論的基礎(chǔ)上，先進性系統(tǒng)的設(shè)計然后再經(jīng)過仿真調(diào)試，它可以進行高精度和速度的控制，還能進行自我的調(diào)制、診斷和修補。

4.系統(tǒng)技術(shù)。系統(tǒng)技術(shù)是以整體趨勢和目標(biāo)為基礎(chǔ)，利用整體概念組織和各種相關(guān)的技術(shù)，利用總分的觀念來將整體分成為好多有一定關(guān)聯(lián)的小單元，其中的接口技術(shù)是紐扣是實現(xiàn)各小部分進行連接的保證。

5.感應(yīng)技術(shù)?，F(xiàn)在的感應(yīng)技術(shù)在社會生活中的應(yīng)用十分普遍，機電一體化也應(yīng)用了感應(yīng)檢測技術(shù)。要想實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制和自動調(diào)節(jié)，傳感檢測技術(shù)是必不可少的，它向人類的皮膚那樣，是整個系統(tǒng)的感受器官，而且他的功能越是強大那么系統(tǒng)的自動化程度就越高。

四、機電一體化的發(fā)展方向

1.智能化。人工智能在機電一體化中越來越受到人們的重視，它是在理論得以控制上，讓機電一體化的產(chǎn)品具有一定的智能，在這其中還有人工智能、計算機學(xué)、生命科學(xué)等一些新的思想和新的方法，它雖然不能達(dá)到人類那樣的水平，但也可以進行一些簡單的推理判斷和邏輯決策。當(dāng)然，要想真正的像人一樣是不可能的，它只能進行低級智能或人的部分智能。

2.模塊化。模塊化的工程任重而道遠(yuǎn)。實現(xiàn)機電一體不僅可以利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，還可以擴大生產(chǎn)規(guī)模，從這一點來說不管是對于任何機電一體化化的企業(yè)，模塊化將帶來一個美好的前景，并且它的潛力是無窮的。

3.網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展給社會各方面的發(fā)展都帶來了巨大的變革，全球化的趨勢也無可阻擋，機電一體化新產(chǎn)品無疑會暢銷全球，而且網(wǎng)絡(luò)化可以在一定基礎(chǔ)上促進智能化的應(yīng)用，他可以以計算機為中心把一系列的家用電器連成一個系統(tǒng)，讓人們真切的感受到現(xiàn)代高科技帶來的便利，因此機電一體化的網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的必然結(jié)果。

4、微型化。現(xiàn)在社會上大多數(shù)的產(chǎn)品都在走向微型化，機電一體化也是順應(yīng)時代的潮流。機電一體化正在向微型精確的方面發(fā)展它在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

5.綠色化。綠色環(huán)保是世界的主題，現(xiàn)在的環(huán)境狀態(tài)是資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染，于是人們呼吁保護環(huán)境資源的呼聲更加高漲，時展的要求是可以設(shè)計一不污染環(huán)境的綠色化的機電一體化產(chǎn)品，讓綠色路線在產(chǎn)品中一路暢通，這也就成為了機電一體化最符合人類社會發(fā)展的一個發(fā)展方向。

6.人性化。人性化是各類產(chǎn)品的必然發(fā)展方向。機電一體化的產(chǎn)品在具有一定完整性能的基礎(chǔ)上，對于外觀設(shè)計以及它的外觀視覺也有著相應(yīng)的要求，這可以讓產(chǎn)品與外在環(huán)境更加的適應(yīng)，讓人們使用產(chǎn)品更加的貼心，更加的自然，更接近生活習(xí)慣。

機電一體化與電子之間深度結(jié)合，并且與各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)是國民經(jīng)濟發(fā)展所急需的優(yōu)勢學(xué)科方向。機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。所以要緊緊抓住人才需求變化的大趨勢，準(zhǔn)確定位，嚴(yán)謹(jǐn)制定人才培養(yǎng)計劃，使教學(xué)緊跟機電一體化技術(shù)發(fā)展變化的趨勢，為培養(yǎng)出符合機電一體化技術(shù)崗位實際需要的、高素質(zhì)、強能力的合格人才。

篇(5)

關(guān)鍵詞：學(xué)科、滲透、結(jié)晶、發(fā)展趨勢。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由機械電氣化邁入了以機電一體化為特征的發(fā)展階段。

1 機電一體化概要

機電一體化又稱機械電子學(xué)，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設(shè)計》的副刊上，隨著機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化。智能化機電一體化是指在機構(gòu)取得主功能、動力功能、信息處理功能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)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(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(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，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。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)和其它新技術(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)由純技術(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勞動者的勞力。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，如自動檢測、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)品不僅是人的手和肢體的延伸，還是人的感官和頭腦的眼神。機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別是它具有智能化的特征。

2 機電一體化的發(fā)展概況

機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺或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(fù)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(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)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，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機電一體化中斬露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微電等新的分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。

3 機電一體化的發(fā)展趨勢

3.1 智能化

智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能目前是不可能的，但高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能的。

3.2 環(huán)保化

工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色環(huán)保產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色環(huán)保的機電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展意義。機電一體化產(chǎn)品的環(huán)保化主要是指產(chǎn)品使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

3.3 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(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集成減速、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(biāo)準(zhǔn)單元迅速 （下接63頁）

（上接53頁）開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3.4 網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì)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(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么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(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

3.5 微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小 、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。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

結(jié)束語

綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

參考文獻(xiàn)

篇(6)

[關(guān)鍵詞]機電一體化發(fā)展系統(tǒng)組成

中圖分類號:TM-9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110120-01

一、機電一體化的概念

機電一體化又稱機械電子學(xué),英語稱為Mechatronics,它是由英文機械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設(shè)計》的副刊上,隨著機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展,機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù),是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù),他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化,智能化。機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能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。

二、機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程

自電子技術(shù)一問世,電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,“機電一體化”技術(shù)之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意:

1.數(shù)控機床的問世,寫下了“機電一體化”歷史的第一頁;

2.微電子技術(shù)為“機電一體化”帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、“電力電子”等的發(fā)展為“機電一體化”提供了堅強基礎(chǔ);

4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使“機電一體化”躍上新臺階。

三、機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合,它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面:

1.智能化:智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視,機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法,使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然,使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或者人的部分智能,則是完全可能而且必要的。

2.系統(tǒng)化:系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外,還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,機電一體化的人格化有兩層含義:一層是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等,顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化;另一層是模仿生物機理,研制出各種機電一體化產(chǎn)品。事實上,許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)而研制出來的。

3.微型化:興起于20世紀(jì)80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、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。

4.仿生物系統(tǒng)化:今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大,并且往往在結(jié)構(gòu)上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定,但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物:當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時,生物便“死亡”,而當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)工作時,生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構(gòu)可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體,但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領(lǐng)域稱為“生物――軟件”或“生物系統(tǒng)”,而生物的特點是硬件(肌體)――軟件(大腦)一體,不可分割?？磥?機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨,但有一段漫長的道路要走。

四、機電一體化技術(shù)內(nèi)容

機電一體化技術(shù)內(nèi)容主要包含以下幾個方面:機械技術(shù)機械技術(shù);計算機與信息技術(shù);系統(tǒng)技術(shù);自動控制技術(shù);傳感檢測技術(shù);伺服傳動技術(shù)。

五、機電一體化系統(tǒng)組成

1.機械本體:機械本體包括機架、機械連接、機械傳動等,它是機電一體化的基礎(chǔ),起著支撐系統(tǒng)中其他功能單元、傳遞運動和動力的作用。與純粹的機械產(chǎn)品相比,機電一體化系統(tǒng)的技術(shù)性能得到提高、功能得到增強,這就要求機械本體在機械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應(yīng),具有高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型、輕量、美觀的特點。

2.檢測傳感部分:檢測傳感部分包括各種傳感器及其信號檢測電路,其作用就是檢測機電一體化系統(tǒng)工作過程中本身和外界環(huán)境有關(guān)參量的變化,并將信息傳遞給電子控制單元,電子控制單元根據(jù)檢查到的信息向執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制。

3.電子控制單元:電子控制單元又稱ECU(Electrical Control Unit),是機電一體化系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)將來自各傳感器的檢測信號和外部輸入命令進行集中、存儲、計算、分析,根據(jù)信息處理結(jié)果,按照一定的程度和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令,控制整個系統(tǒng)有目的地進行。

4.執(zhí)行器:執(zhí)行器的作用是根據(jù)電子控制單元的指令驅(qū)動機械部件的運動。執(zhí)行器是運動部件,通常采用電力驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動等幾種方式。

5.動力源:動力源是機電一體化產(chǎn)品能量供應(yīng)部分,其作用是按照系統(tǒng)控制要求向機械系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能,以電能為主。

綜上所述,機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的,它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶,是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn):

[1]李建勇,機電一體化技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[2]顧京,現(xiàn)代機床設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

篇(7)

關(guān)鍵詞：機電一體化；產(chǎn)品應(yīng)用；數(shù)控機床；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1機電一體化概述

1.1基本概念

機電一體化的英文單詞是Mechatronics。它分別取了機械技術(shù)（Mechanics）的前半部分和電子技術(shù)（Electron-ics）的后半部分。通常，我們認(rèn)為機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)的有機結(jié)合，又稱之為機械電子技術(shù)。

1.2五要素和四原則

五要素——機電一體化系統(tǒng)的硬件組成：指的是機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素，具體包括結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素。（1）結(jié)構(gòu)組成要素：系統(tǒng)的框架、支撐、定位、聯(lián)接部件。（2）動力組成要素：為系統(tǒng)提供能量、動力維護運行的部件。（3）感知組成要素：對系統(tǒng)內(nèi)外各種狀況進行檢測、轉(zhuǎn)換、傳輸、分析、處理，產(chǎn)生控制信息。（4）智能組成要素：將感知組成要素傳來的控制信息進行匯總、存儲、分析、處理，發(fā)出指令。（5）運動組成要素：根據(jù)智能組成要素發(fā)出的指令，完成既定的執(zhí)行功能。

四原則——機電一體化系統(tǒng)的運作規(guī)律：指的是五大組成要素在互相作用時必須遵循的結(jié)構(gòu)耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。（1）接口耦合：信息交換涉及到的兩個環(huán)節(jié)，通過接口耦合來解決信息模式不兼容而不能傳遞的問題。（2）能量轉(zhuǎn)換：這也是兩個環(huán)節(jié)由于模式不兼容的問題導(dǎo)致無法直接進行能量轉(zhuǎn)換。（3）信息控制：智能組成要素完成信息的采集、傳輸、存儲等操作。（4）運動傳遞：機電一體化系統(tǒng)的各組成要素之間通過運動傳遞原則達(dá)到優(yōu)化不同類型運動的變換與傳輸。

2機電一體化的應(yīng)用

機電一體化的不斷發(fā)展，實現(xiàn)了產(chǎn)品整體優(yōu)化，也實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量提升、生產(chǎn)效率提高。在新產(chǎn)品的生產(chǎn)和準(zhǔn)備周期上，機電一體化也有其巨大優(yōu)勢。

2.1機電一體化在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應(yīng)用

與建立在規(guī)模經(jīng)濟基礎(chǔ)上，依靠規(guī)模、產(chǎn)量來爭取競爭優(yōu)勢的傳統(tǒng)機械制造業(yè)不同，先進機械制造業(yè)強調(diào)以信息為主導(dǎo)。表一為傳統(tǒng)機械制造業(yè)與先進機械制造業(yè)的類比。

表一 傳統(tǒng)機械制造業(yè)與先進機械制造業(yè)類比

本質(zhì)

競爭優(yōu)勢

綜合特點

傳統(tǒng)機械制造業(yè)

規(guī)模經(jīng)濟

1、企業(yè)規(guī)模大；

2、生產(chǎn)批量；

3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性取勝；

4、資源利用率高。

1、專業(yè)加工復(fù)雜；

2、機器替代人力。

先進機械制造業(yè)

信息產(chǎn)業(yè)

1、先進生產(chǎn)模式；

2、先進制造系統(tǒng)；

3、先進制造技術(shù)；

4、先進組織管理形式。

1、全球化、網(wǎng)絡(luò)化

2、虛擬化、智能化、

3、環(huán)保協(xié)調(diào)

2.2在飲料行業(yè)中的應(yīng)用

機電一體化應(yīng)于食品、飲料行業(yè)已經(jīng)有很長的歷史了。在包裝機械的開發(fā)設(shè)計和制造中，機電一體化技術(shù)發(fā)揮了非常大的作用，它的出現(xiàn)使包裝生產(chǎn)線的各項指標(biāo)（如自動化水平、系統(tǒng)控制水平、生產(chǎn)能力）得到了極大的提高，競爭力產(chǎn)生了質(zhì)的飛越，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同類傳統(tǒng)的機械設(shè)備，同時也使單機的自動化程度大大提高。

2.3在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用

機電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用有很多。在鋼鐵生產(chǎn)的全局控制中，計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）發(fā)揮重要的作用。CIMS將生產(chǎn)管理的各項宏觀與微觀過程與人有機地聯(lián)系在一起，實現(xiàn)了生產(chǎn)要素的統(tǒng)籌管理。在鋼鐵生產(chǎn)的傳動環(huán)節(jié)，交流傳動技術(shù)一出現(xiàn)就受到各大廠家的青睞，它使矢量控制技術(shù)得以在實現(xiàn)。其于交流傳動技術(shù)在調(diào)速方面的巨大優(yōu)勢，它取代傳統(tǒng)的直流傳動指日可待。

3機電一體化產(chǎn)品舉例

以數(shù)控機床為例，闡述機電一體化產(chǎn)品的實際應(yīng)用。

數(shù)控機床綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量等技術(shù)，是一種高效率、高精度、多功能的先進機床，與傳統(tǒng)機床相比有巨大優(yōu)勢，取代傳統(tǒng)機床是大勢所趨，是成本、技術(shù)和時間問題。

圖1為數(shù)控機床工作過程原理圖，圖2為數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)。

圖1 數(shù)控機床工作過程原理圖

圖2 數(shù)控機床的組成

4機電一體化的發(fā)展趨勢

隨著機電一體化越來越廣泛的應(yīng)用，各行各業(yè)都不斷涌現(xiàn)出機電一體化的應(yīng)用實例。每每出現(xiàn)機電一體化的產(chǎn)品，都會引起一場革命，造成一個行業(yè)的蓬勃發(fā)展或者另一個落后產(chǎn)業(yè)的加速衰亡。

隨著新產(chǎn)品的研發(fā)及高精密等設(shè)備的發(fā)展，要求新一代機電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮慕?jīng)濟效益與社會效益。

未來，機電一體化的發(fā)展趨勢不可避免地向以下幾個方面發(fā)展。

4.1智能化

機電一體化技術(shù)越來越成熟。首先表現(xiàn)在其智能化程度越來越高，甚至具備了一定的AI（人工智能，Artificial Intelligence）能力。這給用戶在使用、維護上帶來了極大的方便。

4.2數(shù)字化

機電一體化產(chǎn)品也將會更數(shù)字化，如數(shù)控機床和機器人，這也是進一步增強機電一體化產(chǎn)品可靠性、通用性、可操作性的重要保障。

4.3模塊化

產(chǎn)品配件模塊化的最主要好處是使產(chǎn)品配件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，不僅更加容易應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，也使接口規(guī)則更加簡單和體系化?，F(xiàn)階段機電一體化蓬勃發(fā)展但仍處于初級階段，產(chǎn)品種類繁多而不成體系，模塊化這項工作潛力巨大。

5結(jié) 語

機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)的有機結(jié)合。機電一體化在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，產(chǎn)品層出不窮，引領(lǐng)各行各業(yè)發(fā)生翻天覆地的改變。機電一體化在未來不可避免地向智能數(shù)字、模塊設(shè)計生產(chǎn)、互聯(lián)共享、人性便攜和環(huán)保綠色等方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]顧京.現(xiàn)代機床設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001

[2]袁中凡.機電一體化技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社.2006.