機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

鄧朝國

摘 要：文章對機(jī)電一體化技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢進(jìn)行了簡要介紹，并分析了其在未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢

一、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。大體上機(jī)電一體化技術(shù)共有三個(gè)發(fā)展階段，20世紀(jì)60年代之前屬于初級階段，即第一階段，該階段人們更為廣泛的承認(rèn)電子技術(shù)，并不自覺的加以利用；第二階段，許多國家對機(jī)電一體化技術(shù)給予關(guān)注，并支持其產(chǎn)品。1989年第一屆國際先進(jìn)機(jī)電一體化學(xué)術(shù)會議在東京召開，這也標(biāo)志著機(jī)電一體化的縱深發(fā)展。機(jī)電一體化在20世紀(jì)90年代后期處于深入發(fā)展時(shí)期，融入了微細(xì)加工技術(shù)、通信技術(shù)和光學(xué)等，形成了微機(jī)電一體化與光機(jī)電一體化的新分支，深入研究了機(jī)電一體化系統(tǒng)分析、建模與集成方法及其發(fā)展趨勢。其發(fā)展現(xiàn)狀有以下幾點(diǎn)表現(xiàn)：①全部制造業(yè)領(lǐng)域基本都應(yīng)用了機(jī)電一體化產(chǎn)品。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家30%-40%的機(jī)床都是數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人也趨向系統(tǒng)化與智能化，并以25%

-30%的速度在未來幾年內(nèi)呈增長趨勢，今后在家庭、娛樂、管理和辦公等多個(gè)領(lǐng)域都會逐漸應(yīng)用智能機(jī)器人。②單機(jī)的機(jī)電一體化逐漸過渡到全部制造業(yè)的集成化。如今制造業(yè)在全球發(fā)展的總趨勢就是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，它將原有部門間的接線打破，將基礎(chǔ)定為制造對信息流與物流進(jìn)行控制，從而有機(jī)結(jié)合決策經(jīng)營、開發(fā)產(chǎn)品、生產(chǎn)準(zhǔn)備、實(shí)際生產(chǎn)與管理等環(huán)節(jié)，綜合全局動(dòng)態(tài)。③機(jī)電一體化領(lǐng)域引入了激光技術(shù)，它結(jié)合了電子、機(jī)械技術(shù)，將機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)展，更好的結(jié)合了制造業(yè)和信息業(yè)。④微細(xì)加工設(shè)備和技術(shù)飛速發(fā)展，也使許多高新技術(shù)的興起得到帶動(dòng)，對電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給予支持，也在一定程度上促進(jìn)了微機(jī)械的產(chǎn)生與發(fā)展。

（二）國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。從20世紀(jì)80年代初期我國開始研究并應(yīng)用機(jī)電一體化，國務(wù)院在“863”計(jì)劃中列入了成立的機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，許多有關(guān)機(jī)構(gòu)和院校也對此進(jìn)行研究。目前在機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展發(fā)面，我國雖落后于歐美等先進(jìn)國家，但伴隨技術(shù)革命的開展，我國也進(jìn)行了更深入的研究，作為我國高技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，優(yōu)先支持其發(fā)展，也獲得了很大進(jìn)步，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面。通過十幾年的理論與技術(shù)準(zhǔn)備，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在我國取得了一定的進(jìn)展，清華大學(xué)目前已經(jīng)建成了該工程的研究中心，其他的著名高校也建立了相關(guān)的培訓(xùn)中心與實(shí)驗(yàn)室。我國有許多行業(yè)和省市以及類型、規(guī)模不同的企業(yè)都在研究計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，并獲得了理想的經(jīng)濟(jì)效益，如今該技術(shù)已經(jīng)被引入到了石油化工、冶金、紡織、輕工、航天、電子、機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域，許多行業(yè)也逐漸對其進(jìn)行關(guān)注與投入。②工業(yè)機(jī)器人方面。機(jī)器人的開發(fā)研究于1986年被列入我國的國家科技計(jì)劃，現(xiàn)對其操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造、軟件編程、控制系統(tǒng)、軌跡規(guī)劃以及運(yùn)動(dòng)學(xué)等多種技術(shù)均已掌握，生產(chǎn)并應(yīng)用了一些機(jī)器人的關(guān)鍵元器件，開發(fā)出了多種機(jī)器人，可以水下作業(yè)、爬墻或前后行走等。我國與工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)有關(guān)的企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)目前已經(jīng)掌握其優(yōu)化制造技術(shù)、設(shè)計(jì)與編程機(jī)器人軟件、設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)、控制工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)等，并可以自動(dòng)生成點(diǎn)焊、弧焊與大型機(jī)器人，開發(fā)并制備其周邊配套設(shè)備。③數(shù)控技術(shù)方面。該技術(shù)于1958年起步，在其50多年的發(fā)展過程中，先后經(jīng)歷了我國制定的幾個(gè)“五年計(jì)劃”，整體來說取得了較為理想的進(jìn)步。我國的生產(chǎn)能力早在幾年前就達(dá)到了年產(chǎn)3000多套數(shù)控系統(tǒng)、5000多套進(jìn)給裝置和主軸。加工普通級數(shù)控機(jī)床的精度在近十幾年已經(jīng)從10μm變?yōu)?μm，以前3-5μm精密加工中心也達(dá)到了1-1.5μm，同時(shí)達(dá)到了納米級（0.01μm）的超精密加工精度。

二、我國機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

（一）微型化的發(fā)展趨勢。上世紀(jì)末是微型化的興起時(shí)間，由于傳統(tǒng)的機(jī)電一體化通常比較龐大，在工作中正常展開很不方便，而微型化在要求機(jī)械設(shè)備發(fā)展微型化的同時(shí)，更加注重其發(fā)展的微電子系統(tǒng)趨勢，在發(fā)展中逐漸融入納米技術(shù)，使機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展得到促進(jìn)。實(shí)現(xiàn)微機(jī)電一體化會在很大程度上影響許多不同領(lǐng)域，包括制造、軍事、通信、醫(yī)療和生物等。但目前還有一定的瓶頸存在于微機(jī)電一體化的發(fā)展中，即微機(jī)電技術(shù)。現(xiàn)階段雖然有比較先進(jìn)的微電子技術(shù)，但在復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備中要達(dá)到高技術(shù)水平是有一定難度的。不過我國的科學(xué)技術(shù)在今后會更加先進(jìn)，微機(jī)電技術(shù)也會不斷進(jìn)步，使機(jī)電一體化的微型化水平得到提高。

（二）綠色化的發(fā)展趨勢。以往的發(fā)展觀念較為傳統(tǒng)，人們通常忽略了能源與環(huán)境問題，單純追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如今人們的生活質(zhì)量得到很大改善，但環(huán)境污染卻更加嚴(yán)重，面臨各種能源的枯竭，國家與社會開始對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)間的關(guān)系加以重視，各種綠色產(chǎn)業(yè)也逐漸興起和發(fā)展。綠色化產(chǎn)品代表了機(jī)械一體化技術(shù)與時(shí)代的發(fā)展趨勢可利用更少的資源創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)利益，并減輕環(huán)境污染。因此生產(chǎn)、應(yīng)用與銷毀綠色產(chǎn)品的過程中均與保護(hù)環(huán)境的要求相符合，且不會影響我們的生存健康，發(fā)展前景十分廣闊。

（三）模塊化的發(fā)展趨勢。設(shè)計(jì)機(jī)電一體化的過程中實(shí)現(xiàn)模塊化是比較重要的環(huán)節(jié)之一，具有繁瑣、重大的工作量，因?yàn)橛性S多生產(chǎn)設(shè)備的廠家，假如不同零部件之間沒有實(shí)現(xiàn)緊密配合， 就很難有效實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)。因此必須模塊化設(shè)計(jì)機(jī)電一體化，組合多個(gè)要素，進(jìn)而形成子系統(tǒng)。最后幾個(gè)子系統(tǒng)互相結(jié)合，形成統(tǒng)一的整體，也就是新的系統(tǒng)，其功能也與之前的不同。如果可以做到模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)電一體化中設(shè)備間的不兼容概率將會得到大大減少，在掌握基本功能的同時(shí)還有助于開發(fā)和應(yīng)用新的功能。

（四）智能化的發(fā)展趨勢。機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)之間最基本的區(qū)別就是智能化，也是該技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢。如今各個(gè)國家都很重視智能化的發(fā)展，因此為了更快適應(yīng)社會新形勢的發(fā)展要求，機(jī)電一體化也必須對智能化的發(fā)展加以重視。為發(fā)展智能化，應(yīng)在操作控制機(jī)電一體化時(shí)將一些新學(xué)科的知識進(jìn)行適當(dāng)引入，例如混沌動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)信息學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等，從而更好地模擬人類。雖然從根本上來說人類智慧是機(jī)電一體化所不能相比的，但其朝著智能化的趨勢發(fā)展后必將應(yīng)用在更多領(lǐng)域，使人類所消耗的人工成本得到節(jié)約。

（五）系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢。計(jì)算機(jī)技術(shù)在二十世紀(jì)九十年代后達(dá)到了空前的發(fā)展，發(fā)展中的網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，包括教育、軍事、工業(yè)生產(chǎn)、科技發(fā)展等，使我國的全球化進(jìn)程得到推動(dòng)。我國的企業(yè)也在全球范圍內(nèi)參與競爭，而國際間的合作和交流也使機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展得到促進(jìn)。當(dāng)機(jī)電一體化技術(shù)取得新的進(jìn)步時(shí)，各個(gè)國家都會通過網(wǎng)絡(luò)銷售新產(chǎn)品，使監(jiān)視技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展得到促進(jìn)，而生產(chǎn)的產(chǎn)品也可作為終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

結(jié)束語：總而言之，機(jī)電一體化是多個(gè)學(xué)科共同發(fā)展的結(jié)果，與我國社會發(fā)展的要求相符合，會促進(jìn)社會效益還是經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展。最近幾年，我國的機(jī)械制造業(yè)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的都比較穩(wěn)定，越來越多的領(lǐng)域關(guān)注機(jī)電一體化技術(shù)的研究，使該技術(shù)取得了很大進(jìn)展。由于我國與發(fā)達(dá)國家相比，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展較為落后，所以應(yīng)引入并研究新型技術(shù)，對現(xiàn)有格局進(jìn)行改善，以便盡快達(dá)到國際先進(jìn)水平。

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