本站原创机电一体化发展至今已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容.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产品.
一、机电一体化的发展阶段
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构产品的性能,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70-80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的发展；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、审经网络技术及光纤技术等领域取得了巨大进步,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.
二、机电一体化的发展走向
1.柔性化
未来机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”.有较强的“柔性”,能较好地应付突发事,被设计成“自律分配系统”.在这系统中,各子系统是相互独立工作的子
系统为总系统怎么写作,同时具有本身的“自律性”.可根据不同环境条件做出不同反应,其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息,在总的前提下,具有“行动”是可以改变的,这样,既明显地增加了系统的能力,又不因某一个子系统的故障而影响整个系统.
2.智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要方向.人工智能在机电一体化的研究日益得到重视,机器人与数控机床就是智能化的典型应用.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.
3.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.
4.网络化
20世纪90年代,计算机技术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、教育等人们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使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络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,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.
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.系统可以灵活组织,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,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以人的智能、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,研制各种机电一体化产品.事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的.
7.仿生物系统化
今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上处于“静态”时不稳定,但在动态（工作）时却是稳定的.这有点类似于活的生物,当控制系统（大脑）停止工作时,生物便“死亡”,而当控制系统（大脑）工作时,生物就很有活力,就目前情况看,机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势,但还有一段很漫长的道路要走,微型化方向,目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室已制造出亚微米级的机械元件.当这一成果用于实际产品时,就没有必要再区分机械部分和控制器部分了.那时,机械和电子完全可以“融合”机体,执行结构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件,这种微型化是机电一体化的重要发展方向.