機(jī)電一體化的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展

劉 波

摘要 近些年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展及其在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，而機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展又促使機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與功能以及企業(yè)的管理體系和產(chǎn)品生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大變化?？傊?，在我國(guó)機(jī)電一體化作為一個(gè)新興的技術(shù)，雖然還處于起步的發(fā)展階段，但是卻是推動(dòng)我國(guó)當(dāng)前工業(yè)技術(shù)革命的重要力量。本文從對(duì)機(jī)電一體化的相關(guān)概念的介紹談起，然后分別就機(jī)電一體化的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展做深刻的剖析。

關(guān)鍵詞 機(jī)電技術(shù)；機(jī)電一體化；現(xiàn)狀；發(fā)展

中圖分類號(hào)TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）67-0039-02

1 機(jī)電一體化概述

1.1 機(jī)電一體化的定義

所謂機(jī)電一體化就是指通過(guò)將微電子技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能以及控制功能等其他功能模塊上，并利用相關(guān)軟件將電子裝置與機(jī)械裝置有機(jī)整合在一起所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。從機(jī)電一體化的定義可以看出，機(jī)電一體化技術(shù)并不是機(jī)械與電子簡(jiǎn)單的疊加，而是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的應(yīng)用技術(shù)。因此，機(jī)電一體化涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面的內(nèi)容。

1.2 機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)主要包括信息處理技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)與傳感器技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)等幾個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)，以下將分別給予詳細(xì)的說(shuō)明。

1.2.1 信息處理技術(shù)

所謂的信息處理技術(shù)就是指在生產(chǎn)基于機(jī)電技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品的過(guò)程中，對(duì)與產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)控制有關(guān)的信息所進(jìn)行的處理。

1.2.2 精密機(jī)械技術(shù)

精密機(jī)械技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)大多數(shù)機(jī)電產(chǎn)品的核心和基礎(chǔ)技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)大多數(shù)機(jī)電產(chǎn)品的相關(guān)功能和構(gòu)造功能的重要前提和首要的技術(shù)支撐。

1.2.3 自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)主要包括精度較高的速度控制、定位控制、自適應(yīng)控制以及補(bǔ)償和校正等技術(shù)。而且隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及功能的不斷增強(qiáng)，基于自動(dòng)控制技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量在獲得不斷的提高。

1.2.4 檢測(cè)與傳感器技術(shù)

檢測(cè)與傳感器技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)各種基于機(jī)電技術(shù)產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)、工作狀態(tài)以及其他相關(guān)信息的接受以及參數(shù)和相關(guān)信息準(zhǔn)確度的檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)以后，將其接受的信息傳送給處理裝置，然后由處理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)控制。

1.2.5 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是基于機(jī)電技術(shù)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)，它作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備執(zhí)行操作的重要支撐技術(shù)，在很大程度上決定了基于機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2.6 系統(tǒng)總體技術(shù)

系統(tǒng)總體技術(shù)是用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，從整體目標(biāo)出發(fā)，將基于機(jī)電技術(shù)產(chǎn)品的總體功能劃分為若干個(gè)各功能模塊，然后結(jié)合各個(gè)功能模塊的實(shí)際情況，找出能夠有效解決各個(gè)功能模塊實(shí)際需求的可行技術(shù)方案，再把相應(yīng)的技術(shù)方案進(jìn)行匯總，從而設(shè)計(jì)出合理的功能技術(shù)方案。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1.1 絕大多數(shù)的制造業(yè)領(lǐng)域都有機(jī)電一體化產(chǎn)品

在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，機(jī)電一體化產(chǎn)品遍及絕大多數(shù)的制造業(yè)領(lǐng)域，其中數(shù)控機(jī)床和工業(yè)智能機(jī)器人是這些國(guó)家的主要機(jī)電一體化產(chǎn)品，其中的數(shù)控機(jī)床在機(jī)床領(lǐng)域中所占的比重越來(lái)越大，而工業(yè)智能機(jī)器人也將逐步進(jìn)入管理、辦公、家庭和娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

在數(shù)控機(jī)床方面，目前數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01mm~0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.005μm ~0.01μm，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。

在工業(yè)機(jī)器人方面，目前日本的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)量占全世界工業(yè)機(jī)器人的70%左右，與工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的專利則有90%以上掌握在日本企業(yè)手中。由此也可以看出，日本是名副其實(shí)的機(jī)器人王國(guó)。 美國(guó)、德國(guó)分別居二、三位。

2.1.2 機(jī)電一體化開(kāi)始逐步向集成化的方向發(fā)展

CIMS，即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，它突破了原有制造業(yè)各部門之間的界限，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)制造企業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)備、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、經(jīng)營(yíng)決策等各個(gè)環(huán)節(jié)的有效整合，在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的作用下，當(dāng)前的世界制造業(yè)開(kāi)始逐步向集成化的方向發(fā)展。

2.1.3 激光技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

激光技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用，將使光機(jī)電一體化成為機(jī)電一體化技術(shù)重要的發(fā)展方向。

2.1.4 微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展迅速

當(dāng)前微機(jī)電技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，將帶動(dòng)微細(xì)加工技術(shù)的興起。

2.2 國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 數(shù)控技術(shù)方面

我國(guó)對(duì)數(shù)控技術(shù)的研究起始于1985年，經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，我國(guó)目前已經(jīng)基本掌握了數(shù)控技術(shù)的核心技術(shù)，相關(guān)的數(shù)控技術(shù)產(chǎn)品也越來(lái)越多的出現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)中。

2.2.2 工業(yè)機(jī)器人方面

我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究開(kāi)始于1986年，目前，已經(jīng)掌握了機(jī)器人的軟件編程、控制系統(tǒng)以及操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造等技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出了能夠進(jìn)行水下作業(yè)施工的多種工業(yè)機(jī)器人。

2.2.3 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面

經(jīng)過(guò)近些年的潛心研究，我國(guó)在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面已經(jīng)有了較快發(fā)展。其中，已經(jīng)在包括清華大學(xué)在內(nèi)的多數(shù)著名高校內(nèi)建成了國(guó)家CIMS技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、工程研究中心以及相關(guān)的CIMS培訓(xùn)中心。

3 機(jī)電一體化的未來(lái)發(fā)展

3.1 智能化

智能化的機(jī)電一體化產(chǎn)品是指具有一定的邏輯思維、判斷推理和自主決策能力的機(jī)電一體化產(chǎn)品，由于可以智能化的機(jī)電一體化產(chǎn)品對(duì)人類的智能進(jìn)行模擬，所以，一些智能化的機(jī)電一體化產(chǎn)品就可以替代人的部分腦力勞動(dòng)。

3.2 微型化

當(dāng)前微型化的機(jī)電一體化產(chǎn)品的幾何尺寸一般不會(huì)大于1cm3，而且微型化的機(jī)電一體化產(chǎn)品在不斷的向微米級(jí)和納米級(jí)的方向發(fā)展。目前，國(guó)外已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室中制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。

3.3 模塊化

從各方面來(lái)看，機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，這樣一來(lái)，企業(yè)就可以可利用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品，進(jìn)而將大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

3.4 網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展促使其不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。其中，隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種機(jī)電一體化產(chǎn)品，如遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)等如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)出來(lái)。

3.5 綠色化

根據(jù)時(shí)代的發(fā)展需求，綠色化將成為機(jī)電一體化的必然發(fā)展趨勢(shì)，其目標(biāo)是在機(jī)電一體化產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中，要保證產(chǎn)品對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的危害最小，而獲得的資源利用率卻最高。

4 結(jié)論

機(jī)電一體化是很多學(xué)科相互發(fā)展和相互促進(jìn)的結(jié)果，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)所融合的技術(shù)將越來(lái)越廣泛，而以機(jī)械和微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為主體的機(jī)電一體化技術(shù)將成為機(jī)電一體化的必然發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)電一體化的發(fā)展前景非常廣闊。

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