本站原创[摘 要]机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景.综述了国内外机电一体化技术的现状,分析了机电一体化技术的发展趋势.
[关 键 词]机电一体化技术现状产品制造技术发展趋势
中图分类号：TM文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）23-0233-02
现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,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.
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、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.
二、机电一体化的发展历程
1.数控机床的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页；
2.微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机；
3.可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础；
4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶.
三、机电一体化的技术现状
机电一体化占据制造产业的主导地位是发展的必然,而制造产业是整个科学技术和国家经济发展的基础工业,因而机电一体化在当前激烈的国际政治、军事、经济竞争中起着重要的作用,受到了工业国家的极大重视.
美国国家关键技术委员会在1991年向总统提交的报告中,列举了22项对于美国国家经济繁荣和国防安全至为关键的技术,其中包括机器人、传感器、控制技术和CIMS及与CIMS相关的其他工具和技术,如仿真系统、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、成组技术（CT）、计算机辅助工艺规程编制（CAPP）、工厂调度工具等.西欧高技术发展规划“尤里卡”计划,提出了五大关键技术领域、24个重点攻关项目作为欧洲高技术发展战略目标,其中包括研制可自由行动、决策并易于人机对话的欧洲第三代安全民用机器人,广泛合作研究计算机辅助设计、制造、生产、管理的柔性系统,实现工厂全面自动化等机电一体化研究方向.日本将智能传感器,计算机芯片制造技术,具有视频、触觉和人机对话能力的人工智能工业机器人,柔性制造系统等,列为高技术领域的重大研究课题.同时,各国政府对这些高新技术的发展给予必要的政策优惠和资金支持.
我国是发展中国家,对机电一体化技术研发及应用相对滞后.1985年12月,国家科委组织完成了《我国机电一体化发展途径与对策》的软科学研究,探讨我国机电一体化发展战略,提出了数控机床、工业自动化控制仪表等15个机电一体化优先发展领域和6项共性关键技术的研究方向和课题,提出了机电一体化产品的产值比率在2000年达到15%～20%的发展目标.
经过近二十多年的发展,我国在数控技术、汽车电子化等机电一体化技术方面有了较大的提高.近年来,我国已研制成功了用于喷漆、焊接、搬运以及能前后行走的、能爬墙、能上阶、能在水下作业的多种类型机器人.CIMS研究方面,我国已在清华大学建成国家CIMS研究中心（ERC）,在一些著名大学和研究单位建立7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心,在国家立项实施CIMS的企业已达70多家.这些都将推动我国的机电一体化技术向更高层次纵深发展.
四、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）将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（puterintegratedappliancesystem,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.
五、结束语
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求.当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且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,机电一体化技术的发展前景将会越来越好.