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1、浅谈国内机电一体化的现状与发展论文摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基 本情况和发展背景，综述国内外机电一体化技术的现状，分析机电一体化技术的发展趋势。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，工程领域的技术改 造与革命。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、产品结构、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”迈入以“机电一体化”为特征的 发展阶段。1 机电一体化概述机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电
2、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已经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。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、传感测控技术及 电力电子技术，根据系统功能目标要求，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。因此， “机电一体化” 涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基
3、于上述群体技术有机融合的一种 综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体 化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到 机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一 体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能， 如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就 是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化 特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。2 机电一体化的发展状况机电一体化的发展
4、大体可以分为三个阶段：(1)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械 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到了积极的作用。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。(2)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
5、定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微 型计算机的出现，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发展；各国均开始对机电一体化技术 和产品给予很大的关注和支持。(3)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，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电 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。涡街流量计我国是从 20 世纪 8
6、0 年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体 化领导小组，并将该技术列入“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。3 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。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：3.1 智能化智能化是 21 世纪机电一体化技术的一个重要发展方向
7、。人工智能在机电一体化的研究 中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。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，使它具有判断推理、逻辑思维 及自主决策等能力，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、高速度的微处理器使机电一体化 产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。3.2 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、
8、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项 十分复杂但又非常重要的事情。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等。 有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的， 还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。3.3 网络化由于网络的普及，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的应用使家用电器网络化已成大势， 利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家
9、电系统 (computer integrated appliance system，CIAS)，能使人们呆在家里就可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将朝着网络化方向发展。3.4 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、信息等方面具有无可比拟的优势。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
10、光刻技术和蚀刻技术两类。3.5 环保化工业的发达给人们生活带来巨大变化。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，具有远大的发展前景。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。3.6 系统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 是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，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，研制出各种机电一体化产 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。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和产物。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 景也将越来越光明。
