淺析機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

海上孤舟

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)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(jī)械工程領(lǐng)域,，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化,，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)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(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段,。
1．機(jī)電一體化概要
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)得主功能,、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機(jī)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(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù),、自動(dòng)控制技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù),、傳感測(cè)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(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值,，并使整個(gè)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(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品,。
因此,，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面,。只是,，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù),、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊,。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別,。機(jī)械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化,，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械,，其主要功能依然是代替和放大的體力,。但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能,，如自動(dòng)檢測(cè),、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄,、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等,。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神,，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2．機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段,。20世紀(jì)60年代以前為第一階段,，這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期,，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間,，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合,，這些機(jī)電結(jié)合的****技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用,，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用,。那時(shí)研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài),。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平,，機(jī)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(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)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(shí)期,，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù),、通信技術(shù)的發(fā)展,，為機(jī)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(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ),。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)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(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展,；③各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持,。
20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段,，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期,。一方面，光學(xué),、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化,，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支,；另一方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì),、分析和集成方法,，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究,。同時(shí),，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(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地,。這些研究,，將促使機(jī)電一體化進(jìn)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(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始在這方面研究和應(yīng)用,。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計(jì)劃”中,。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專院校,、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作,，不取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比仍有相當(dāng)差距,。
3．機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)電一體化是集機(jī)械,、電子、光學(xué),、控制,、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合,，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,。因此,，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：
3.1智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視,，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用,。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上,，吸收人工智能,、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué),、模糊數(shù)學(xué),、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)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(chéng)然,，使機(jī)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,、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能,，則是完全可能而又必要的。
3.2模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程,。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口,、動(dòng)力接口,、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速,、智能調(diào)速,、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué),、圖像處理,、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置,。這樣,，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品,，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)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(guó)際或國(guó)內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn),，但可以通過(guò)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(lái)的好處可以肯定,，無(wú)論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè),，規(guī)模化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程,。
3.3網(wǎng)絡(luò)化
20世紀(jì)90年代,，計(jì)算機(jī)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(lái)了巨大的變革,。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì),、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化,。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái),，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠,，很快就會(huì)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(jī)電一體化產(chǎn)品�,，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system, CIAS),，使人們?cè)诩依锓窒砀鞣N高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè),。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,。
3.4微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末,，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì),。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品,，并向微米,、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小 ,、耗能少,、運(yùn)動(dòng)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(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù),，微機(jī)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,。
3.5綠色化
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)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(hù)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(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì),。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì),、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中,，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求,，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高,。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品,，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指,，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境,，報(bào)廢后能回收利用。
3.6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(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu),。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),，進(jìn)行任意剪裁和組合,，同時(shí)尋求實(shí)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(qiáng),，一般除RS232外,，還有RS485、DCS人格化,。未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一層是,，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人,，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感,、人性顯得越來(lái)越重要,，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化,。另一層是模仿生物機(jī)理,，研制各種機(jī)電一體花產(chǎn)品。事實(shí)上,，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來(lái)的,。
4．結(jié)語(yǔ)
綜上所述，機(jī)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(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然,，與機(jī)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(shì)將越來(lái)越明顯,，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來(lái)越光明

迪斯

謝謝樓主，張見(jiàn)識(shí)了

rushour

恩,，真可謂博大精深啊

零度呼吸

多謝樓主的分享�,。�,！

兔年給力

         機(jī)電一體化,，值得期待

五月天2990

謝謝分享，值得期待,。

xingdong215

精彩,、謝謝分享�,。№攤�(gè)

fengxz09

有點(diǎn)啟發(fā),，謝謝分享,。。,。,。

仙劍神曲

謝謝lz分享，打開(kāi)眼界