試論機電一體化的發(fā)展及趨勢

【摘 要】機電一體化技術(shù)通過把電子技術(shù)引入到機械工業(yè)中，將機械裝置、電子化設(shè)計、軟件有機結(jié)合成一個整體，提升了產(chǎn)品的性能。機電一體化的出現(xiàn)，極大地改變了整個機械工業(yè)的面貌；它引導(dǎo)了機械工業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)品、管理、生產(chǎn)方式等方面發(fā)生巨變；使得生產(chǎn)力提高、原料損耗降低、勞動強度下降、市場競爭力提高、效益顯著提升。從此，工業(yè)化生產(chǎn)就告別了以往的“機械電氣化”，邁進(jìn)“機電一體化”的方向發(fā)展。本文首先對機電一體化進(jìn)行了概述，接著陳述了機電一體化的發(fā)展歷程，最后分析了機電一體化的未來發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】機電一體化；發(fā)展；趨勢

從20世紀(jì)80年代以來，由于計算機科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是在大規(guī)模集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)取得重大突破后，計算機逐漸向價格低、體積小、性能高、功能強方向發(fā)展。因此，計算機也就具備了與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合、向其它學(xué)科滲透的基本條件。這對其它領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)的革命與改革將起到極大地推進(jìn)作用。比如在機械工程方面，計算機已經(jīng)被廣泛用于產(chǎn)品和工藝流程的控制，它將計算機、電器、機械變成一個有機的整體，進(jìn)而形成一門新的技術(shù)—機電一體化。機電一體化的出現(xiàn)，極大地改變了整個機械工業(yè)的面貌；它引導(dǎo)了機械工業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)品、管理、生產(chǎn)方式等方面發(fā)生巨變；使得生產(chǎn)力提高、原料損耗降低、勞動強度下降、市場競爭力提高、效益顯著提升。從此，工業(yè)化生產(chǎn)就告別了以往的“機械電氣化”，邁進(jìn)“機電一體化”的方向發(fā)展。

1、機電一體化概論

所謂的機電一體化是一門綜合技術(shù)群（族）的總稱，它主要目的是運用一些技術(shù)原理來使用、發(fā)展機電一體化產(chǎn)品。從系統(tǒng)工程的觀點上來看，就是將有關(guān)電子技術(shù)運用到機械的主體、動力、控制以及信息處理等功能上去；將機械裝置、電子化設(shè)計、軟件有機結(jié)合起來形成一個系統(tǒng)；進(jìn)而促使系統(tǒng)和產(chǎn)品展現(xiàn)最優(yōu)的整體。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機電一體化正在被賦予許多新的內(nèi)容和功能。比如能夠自動檢測和處理信息；能夠先通過自動診斷來發(fā)現(xiàn)問題，然后進(jìn)行自動調(diào)節(jié)與控制，達(dá)到自動保護(hù)的目的；這表明機電一體化已經(jīng)具備智能化的特征。而傳統(tǒng)的機械電氣化只是將機械技術(shù)、微電子技術(shù)等其它幾種新技術(shù)進(jìn)行簡單組合和拼湊，這樣效果只是將體系代替和放大。所以，兩者在功能上有著本質(zhì)的區(qū)別。

目前市面上機電一體化產(chǎn)品主要有三類。一是將機與電結(jié)合在一起的典型產(chǎn)品，比如彩色復(fù)印機、自動繪圖機；二是用電子裝置來代替一部分控制功能和機構(gòu)的機械產(chǎn)品，如機電一體化照相機、帶數(shù)字顯示的機械設(shè)備；三是通過微電子裝置代替原設(shè)備的信息處理機構(gòu)的產(chǎn)品，如全電子式電話交換機、指針式石英電子表。這些機電一體化產(chǎn)品都具有輕巧化、多功能化和智能化的特點。

2、機電一體化的發(fā)展歷程

機電一體化主要經(jīng)過了三個階段的發(fā)展：第一階段為20世紀(jì)60年代以前，在這一初級的階段，由于人們對機電研究和開發(fā)從總體上還處在一種自發(fā)的狀態(tài)，電子技術(shù)的水平也尚未發(fā)展到一定程度，所以當(dāng)時的機械技術(shù)和電子技術(shù)還不能夠廣泛和深入的結(jié)合；正是由于這些原因，盡管第二次世界大戰(zhàn)刺激了當(dāng)時的機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，而且在戰(zhàn)后這項機電結(jié)合的軍用技術(shù)也轉(zhuǎn)化為民用，人們還是只有自覺地利用這些初步的電子技術(shù)成果來改善機械產(chǎn)品的性能，因而那些過去開發(fā)的產(chǎn)品也就無法推廣和普及。第二階段為20世紀(jì)70-80年代，在這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)都得到蓬勃發(fā)展，同時大規(guī)模的集成電路和微型計算機也出現(xiàn)了，這些就為機電一體化的發(fā)展提供了大量的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)；至此，機電一體化開始受到世界的廣泛關(guān)注和支持，極大加速了它的發(fā)展。進(jìn)入到20世紀(jì)90年代后期，機電一體化的發(fā)展邁入到深入發(fā)展的第三階段，機電一體化技術(shù)正逐漸邁向智能化；由于光纖技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)等都取得了重大突破，再加上微細(xì)加工技術(shù)的新技術(shù)的引入和系統(tǒng)完整的學(xué)科體系的形成，都極大促進(jìn)了機電一體化的發(fā)展。

3、機電一體化發(fā)展趨勢

3.1微型化和智能化

智能化和微型化是未來機電一體化技術(shù)的兩個重要發(fā)展方向。所謂智能化，就是具有模擬人類智能，能夠進(jìn)行獨立的判斷、推理、決策等邏輯思維能力。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是模糊技術(shù)、軟件技術(shù)、芯片技術(shù)的取得長足的進(jìn)步，機電一體化的智能性越來越強、產(chǎn)品的信息越來越凸顯；再加上生理和心理學(xué)、運籌學(xué)、混沌學(xué)的引入，機電一體化的目標(biāo)也越來越高；因此，人們越來越重視機電一體化中的智能化研究。另一方面，機電一體化的產(chǎn)品正在向微米，甚至納米的微觀領(lǐng)域發(fā)展，對機電一體化產(chǎn)品的微型化研究起源于20世紀(jì)80年代，由于該產(chǎn)品具有靈巧、輕便、低耗能等優(yōu)勢，因此被廣泛地用于通信、醫(yī)療、軍事等多個領(lǐng)域；雖然目前微機械技術(shù)的不成熟，阻礙了其發(fā)展步伐，但在未來必將取得重大突破。

3.2系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化

所謂系統(tǒng)化，就是以靈活的方式來進(jìn)行多種組合，力求對多子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、控制、管理的一種具備模式化而又開放式的總線結(jié)構(gòu)；它不僅能夠增強機電的通信能力，甚至可以根據(jù)仿生學(xué)來賦予機電一體化產(chǎn)品人的感情，從而不斷地開發(fā)出新的機電一體化產(chǎn)品。另外，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和發(fā)展，對各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測的終端設(shè)備的需求量不斷增大，而這些設(shè)備本身就屬于機電一體化產(chǎn)品的范疇。由此可見，機電一體化絕對會向著系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

3.3柔性化和環(huán)?；?/p>

為了更好的應(yīng)對一些突然事故，未來的機電一體化必須是一個包含多個相互獨立子系統(tǒng)的母系統(tǒng)；這其中每個子系統(tǒng)可以擁有對多變的環(huán)境做出相應(yīng)的反應(yīng)的能力的，這樣就顯得機電一體化在控制系統(tǒng)過程中具有柔性化，不會顯得生硬、死板。除此之外，為了適應(yīng)時代的趨勢，未來的機電一體化還應(yīng)該注重環(huán)?；欢嘣O(shè)計和制造一些無污染、無公害的綠色產(chǎn)品，大力保護(hù)自然環(huán)境和資源，維護(hù)人們的身體健康；所以環(huán)保化也極其重要。

4、結(jié)語

由此可見，機電一體化的出現(xiàn)不是偶然的，它是隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。盡管當(dāng)今世界的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)很強大，一些電子技術(shù)和軟件都可以達(dá)到機械生產(chǎn)的要求，但是在一些機械硬件上還是無法滿足如遠(yuǎn)程控制的協(xié)調(diào)、機電動作的模擬、微小空間的接口連接等要求。所以，機電一體化在未來仍將是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重中之重。