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1、机电技术应用行业发展动态陇东职业中专 马士恩主要内容l国外机电一体化电机发展动向 l世界机电产品发展现状和趋势 l光机电一体化技术与产品发展前景分析 l机器人与自动化产业概述 l2005世界机器人调查l数控系统伺服电机控制技术发展动向 l五轴高速加工中心的发展动向 l机电一体化研究现状及发展应用前景国外机电一体化电机发展动向 近二十年来，科学技术突飞猛进。随着电力电子技术、计算 机技术和控制理论发展，电机调速技术得到迅速发展，使得电 机的应用不再局限于工业应用而且在商业及家用设备等各个领 域获得更加广泛的应用；而随着新材料如稀土永磁材料、磁性 复合材料的出现，更给电机设计插上翅膀，各种新型、高
2、效、 特种电机层出不穷。这些都极大地丰富了电机理论，拓宽了电 机的应用领域，同时也给电机设计和制造工艺提出更高的要求 。 交流变频调速系统及变频电机二十年来，电力电子技术发生了革命性的进展。功率 元件从70年代的晶闸管（SCR），发展到80年代的双极型晶体管 （BJT，也称作GTR），到90年代则主要是绝缘栅双极晶体管（ IGBT）。日本的三菱电机公司已推出2000V/1200A的IGBT，欧洲 的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的 IGBT模块则已大量生产供应；IR以及Fairchild等著名半导体公 司生产的IPM模块更为交流调速技术的白色家电（指
3、冰箱、洗衣 机和空调器等）以及汽车等领域的应用提供了可能。控制方面 也从模拟控制发展到数字控制，从单片机发展到数字信号处理 器（DSP）和高级专用集成电路，控制部件功能日益完善，而所 需的控制器件和控制器体积日益减小，控制器可靠性日益提高 而成本日益降低。例如0.75kW通用变频器的过去的10年间，体 积减小到原来的1/10，成本下降了大约4050%，中小型电机变 频调速系统已经发展成熟。据美国控制工程报道在 19962000年间美国用于工厂自动化方面的电动机和传动装置的 总费用约45亿美元，其中采用变频器控制三相异步电动机的约 占52.8%，且呈逐年上升趋势。 无刷电机近年来，转子采用永磁结
4、构、主电路采用功率器件 的无刷直流电机得到了很大的发展，其功率覆盖等级较大。小 功率无刷直流电机主要应用于工厂自动化和办公自动化方面， 如计算机外设复印机和家用电器中，它正在迅速取代传统的直 流电机和异步电机；90年代以来，在高精度的数控设备中相当 多的采用了永磁同步无刷电机（交流伺服电机）以取代宽调速 的直流伺服电机，特别是在机器人和机械手的驱动中，无刷直 流电机的应用相当多。目前全世界机器人的拥有量已经超过100 万台，且每年以大于20%的速度增长，这已经成为无刷直流电机 的主要应用领域。近年来，采用交流无刷电机代替异步电机作 为机床的主轴直接驱动也已成为新的研究和应用热点。大功率 无刷直
5、流电机（一般采用晶闸管作为功率器件，习惯上称为无 换向器电机）在低速、环境恶劣和有一定调速性能要求的场合 有着广泛的应用前景，如钢厂的轧机、水泥窑传动抽水蓄能等 。 目前国外交流伺服电机已经部分形成系列，如德国 Lens公司，而宝钢引进的轧机流水线电气传动基本采用了无换 向器电机实现；日本在电动车的应用中也主要采用了无刷直流 电机作为驱动电机，并取得了较好的应用效果。 世界机电产品发展现状和趋势 世界机电产品贸易呈现区域化相对集中从目前世界机电产品进出口贸易流向来看，绝大多数 机电产品跨国流动贸易额，是在北美、欧洲和亚洲各国业已形 成的区域贸易集团内部或跨区域贸易集团之间进行的。从经济 全球化
6、的角度来看，机电产品贸易在一定程度上显现了在地域 分布上的相对集中。目前欧洲、北美、亚洲及大洋洲各国机电 产品出口占世界机电产品出口贸易额的94；上述地区机电产 品进口占世界机电产品贸易额的85。由于世界机电产品发展主要依托欧洲、北美、亚洲机电 产品贸易规模的扩大，因此，上述三个地区机电产品贸易增长 速度，反映了整个世界机电产品贸易发展的全貌。高新技术机电产品贸易比重、增幅明显近10年来，以信息技术为代表的高新技术产业迅猛发展 ，不仅加快了发达国家的产业结构调整步伐，而且也为一些发 展中国家摆脱单纯依靠劳动力成本低廉优势、大力发展高新技 术机电产品贸易提供了机遇。世界范围的产业结构调整促成了
7、全球机电产品产销格局发生新的变化。美国、日本在高新技术机电产品出口年均增长速度和占 全部机电产品出口的比重发展最快，美国为28、44，日本 则为32、39。 机电产品产业内贸易方式趋强 二战以来，国际贸易变化最显著的特征就是产业内贸易迅 速增长，即不同国家同类产品之间的贸易量大大增加。其原因 是跨国公司为主体的机电产品生产全球化，加快了全球机电工 业结构的优化调整，改变了许多国家传统的“进口初级产品 出口制成品”的贸易模式，出现了众多同一产业既出口又进口 的产业内贸易。它不仅使发达国家之间的贸易大大增加，同时 也使得发展中国家与发达国家之间及发展中国家相互之间贸易 不断增加。跨国公司内部贸易的
8、蓬勃发展，使得越来越多机电 产品的中间产品成为世界贸易的主流。据美国财富杂志预测，到2010年和2030年光电子信息 技术装备及产品、新生和再生能源技术装备及产品、海洋开发 技术装备及产品、空间技术装备及产品、环保技术装备及产品 等五大类高科技机电产品将占世界机电产品出口额的20和40 。随着现代科学技术的发展，许多新型机电产品相继被开发 并陆续投入国际市场，它带动了世界机电产品市场上需求长线 看好。 世界机电产品贸易的冲突和摩擦加剧 作为推进全球贸易自由化的多边贸易组织WTO，虽然 具备了比较完善的规则和约束各成员的贸易法规，作为其成员 提供了参与国际竞争的共同标准，但是经济全球化的负面影响
9、 在把各国经济紧密联系在一起的同时，并未消除各国间的利益 冲突，它使得各国的国家层面上和区域层面上的经济竞争日趋 激烈。 一是各国广泛使用技术性贸易壁垒(Technical BarrierToTrade简称TBT)，以保护人类健康和消费者安全为理 由，对进口的机电产品设立了更为严格的技术性能标准和机电 产品的品质标准，技术性贸易壁垒成为继关税壁垒、非关税壁 垒（行政措施)之后的新型贸易壁垒。 二是加大对机电产品反倾销行动的力度，造成大量机电产品 反倾销的使用率明显增加；三是发达国家对发展中国家设置绿色贸易壁垒，以洁净技术 和洁净产品能维护生态环境为由，制定相关的以环境保护为目 的的贸易惩罚措施
10、，如环境附加税，以限制低质廉价机电产品 打进世界市场。四是发达国家迫于石油价格波动，汇率变化及国内劳工组织 压力，把机电产品贸易同劳工标准、社会福利等非贸易壁垒相 挂钩，针对发展中国家机电产品出口设置新的障碍。 发展中国家机电产品出口继续增长虽然中国机电产品出口中的70是通过加工贸易实现的 ，它的劳动密集型加工程度大，增值率低，但是中国作为全球 最大的发展中国家，充分利用充足的熟练劳动力资源和多元化 的产业制造能力，已在全球机电产品出口中占有重要一席。21世纪中国机电产品出口仍将保持增长态势，并逐步提 高机电产品出口比重。与中国情况相近的许多东南亚、南亚、 拉美新兴市场经济国家，近10年来也一
11、直保持着机电产品出口 稳定增长的态势。泰国、马来西亚、印度、巴西、墨西哥在世 界机械与运输设备出口国家的位次排序中，逐年前移，墨西哥 甚至排在15强的第9位。 可以预见除了上述国家在21世纪会继续保持机电产品出 口强势以外，前东欧市场经济转轨的国家及俄罗斯也会在完成 向市场经济过渡阶段后，发挥各自制造工业基础雄厚的优势， 跻身世界机电产品出口大国的行列。 扩大机电产品出口的战略措施目前我国扩大机电产品出口面临的主要制约因素 有以下几方面：一是市场多元化战略实施受到迟滞，原因是世界机电产 品市场除了发达国家市场相对稳定规范外，绝大多数发展中国 家机电产品市场都尚待开发，发展空间和市场潜力挖掘都有
12、待 时日。二是高新技术机电产品占整个机电产品出口比重偏低。 由于缺乏含有自主知识产权的民族名牌机电产品，使得中国大 陆机电工业生产规模居世界第 6位的能力，没有能充分发挥出 口潜力，机电产品出口落后于韩国、新加坡、台湾、香港、墨 西哥，世界排名仅在第15位。三是发达国家及部分发展中国家频繁发起反倾销、反补 贴诉讼，发达国家在噪声污染、电磁污染、节能性、安全性、 兼容性等方面设置技术性贸易壁垒，将给我国扩大机电产品出 口带来新一轮阻力。 目前，我国高新技术产品出口已呈现高速增长的态势，但 高新技术产品出口还存在着结构性的矛盾。主要体现在（1）在 产品结构方面，我国在中低端产品供大于求、生产能力过
13、剩的 同时，高端核心产品主要依赖进口。（2）高新技术产品出口市 场集中在美日欧等发达国家，约占八成；（3）国有企业和民营 企业高新技术产品出口所占比重依然较低。这三个方面尤以产 品结构性的矛盾尤为突出。为了改变目前我国高新技术产品出口结构不合理的现象， 国家有关部门大力支持和鼓励具有自主知识产权的高新技术产 品出口，具体的政策措施主要包括以下几个方面：首先是资金支持政策，这是政策重点。其次，为高新技术产品出口企业营造良好的出口环境方面。 光机电一体化技术与产品发展前景 分析 近年来光机电一体化(OPTO Mechatronics)技术与产业日益 成为我国国民经济中的热点话题，举国上下都将光机电
14、一体化 技术与产业作为竞相发展的对象，进而以此构筑拉动国民经济 的新增长点。1 光机电一体化技术与产品的特色光机电一体化技术是在现代光学技术与机电一体化技术基 础上发展起来的又一门新兴交叉学科，是综合集成当前光学、 机械学、电子学、信息处理与控制等领域中最新技术的一种群 体技术。简单来说，光机电一体化技术的先进作用是在机械电 子产品中加入了现代光学技术，进而将光电子技术、光电检测 技术、视觉传感技术与机电控制技术、微机技术的各自优势结 合起来，形成综合化优势，开发出前所未有的高新技术产品。 国内外目前开发出的光机电一体化产品的主要特色是具有智能 化测控乃至视觉控制功能。 1 . 1 将光学技术
15、与各种信息处理技术相结合光学技术在光机电一体化产品中直接而又最重要的角色就 是对各种信息进行光电检测与控制从而实现智能化控制。目前 应用较多的有激光传感检测技术，其应用分类情况如图。 另一类广泛应用的光电传感器是CCD 传感器，CCD 是电荷 耦合器件(Charge couple device)的简称，是一种微型图像传 感器既，具有光电转换功能，又具有信号电荷的存储、转移和 读出功能。它能把一幅空间域分布的图像变换为一列按时间域 离散分布的电信号，并具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围 大、象元尺寸小、几何精度高、抗振动和潮湿及低成本的特点 。由于CCD 图像传感器以时间积分方式工作，光积分时间
16、可在 很宽范围内调节，所以输出信号易与计算机相连接，进行数字 化处理。近几年来，随着MOS 集成电路制造工艺的飞速发展， CCD 技术也得以迅速发展。实际上，CCD 图像传感器作为一种 新型光电转换器现已被广泛应用于摄像、图像采集、扫描仪和 工业测控等领域。 此外还可以应用光纤技术进行探测传感、信号传输，从而 出现了各种各样的光纤传感器，已经在油气井测试、板坝结构 缝监测、桥梁状态监测、管道泄漏监测、表面粗糙度检测、纤 维增强塑料基复合材料(FRP)残余应力测定、空间温度场测量、 电力测量等行业得到了不同程度的应用，例如在电力系统中采 用光纤电流传感器和光纤电压传感器则可以大大提高电力系统 运行与监控的自动化程度和各项指标。 1.2 将光学技术与各种科学仪器和装置相结合X 线显微镜、光电平印装置、光化学气相沉积(CVD)装置、 三维显示等都是光学技术结合后在原有基础上产生的升级换代 产品。1.3 将光学技术与微机电系统(MEMS)相结合微光机电系统是(MOMES)是在微机电系统的基础上，把光电 子器件、微电子器件和微机械结构或装置以微加工技术集
