機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢探討

郭廣超

【摘要】機(jī)電一體化技術(shù)是一門不斷更新、有著自身體系的新型學(xué)科，本文從其基本概念和發(fā)展歷程、在各行各業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢、加快發(fā)展需采取的策略四方面展開概述。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化;應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

1.機(jī)電一體化技術(shù)的基本概念及發(fā)展歷程

機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械電子設(shè)備的微型化、智能化、環(huán)?；蔀榭赡埽强蒲腥藛T的研究熱點(diǎn)也與國民經(jīng)濟(jì)關(guān)系緊密。

1.1 簡述機(jī)電一體化基本概念

機(jī)電一體化技術(shù)不是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)其某種新技術(shù)的簡單結(jié)合，即與機(jī)械電子化具有根本區(qū)別，現(xiàn)在比較為人認(rèn)可的機(jī)電一體化定義：機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、信號(hào)傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變化技術(shù)等各種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，并綜合應(yīng)用于實(shí)際生活以提高社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械技術(shù)應(yīng)致力于實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備在構(gòu)造、材料和性能的變更，在提高設(shè)備精度、剛度、性能的同時(shí)減小體積、降低重量，以適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展需求。信號(hào)傳感器技術(shù)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化控制與調(diào)節(jié)的核心環(huán)節(jié)，其功能的強(qiáng)大與系統(tǒng)智能化程度密切相關(guān)。

1.2 簡述機(jī)電一體化發(fā)展歷程

機(jī)電一體化技術(shù)主要?dú)v經(jīng)三個(gè)發(fā)展階段。分別是20世紀(jì)60年代之前、20世紀(jì)70到80年代、20世紀(jì)90年代三個(gè)階段。

（1）20世紀(jì)60年代之前屬于初級(jí)階段。在這期間，人們開始嘗試將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合以提高機(jī)械設(shè)備性能。第二次世界大戰(zhàn)更是加劇了該技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電結(jié)合技術(shù)被應(yīng)用于部分軍用設(shè)備中并在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用。雖然當(dāng)時(shí)的技術(shù)存在發(fā)展不成熟、應(yīng)用范圍不大等特點(diǎn)，仍在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇上起到了一定作用。

（2）20世紀(jì)70到80年代信息技術(shù)的崛起促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。微處理器功能變得強(qiáng)大能滿足更高級(jí)的機(jī)電一體化設(shè)備，數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和電子控制系統(tǒng)就是當(dāng)時(shí)產(chǎn)生的典型產(chǎn)品。

（3）20世紀(jì)90年代，通信技術(shù)的開始應(yīng)用于機(jī)電一體化、遙控和虛擬多媒體技術(shù)的蓬勃發(fā)展等因素極大地普及了機(jī)電一體化技術(shù)。部分機(jī)電一體化設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)兩種或兩種以上用途，微傳感器及執(zhí)行器的發(fā)展衍生出“微機(jī)電一體化”這一新分支，“微機(jī)電一體化”的特點(diǎn)是精密度、集成度高。

2.機(jī)電一體化技術(shù)在各行各業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)電一體化產(chǎn)品具有性能好、安全性高、效率高、適用范圍廣的突出優(yōu)勢，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可取代的作用。

2.1 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床性能是一個(gè)國家機(jī)床生產(chǎn)水準(zhǔn)高低的核心指標(biāo)，我國機(jī)床擁有量居全球首位，因此數(shù)控機(jī)床自主化生產(chǎn)顯得尤為重要。目前我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)有待提高，近七層機(jī)床仍從美國、歐洲、日本進(jìn)口，中高端數(shù)控機(jī)床市場幾乎都被國外產(chǎn)品占據(jù)。

2.2 產(chǎn)品生產(chǎn)流線化、自動(dòng)化

機(jī)械化的流水線生產(chǎn)由于效率高、成本低的特點(diǎn)，幾乎完全取代了手工生產(chǎn)，例如，灌裝啤酒流水線可以實(shí)現(xiàn)2000至80000瓶/小時(shí)的生產(chǎn)速度;高速香煙生產(chǎn)線以滿足巨大的香煙需求量;生產(chǎn)FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯膜的流水線和各種包裝生產(chǎn)線等。

2.3 機(jī)器人

機(jī)器人無疑是二十世紀(jì)最偉大、最大膽的發(fā)明之一，機(jī)器人不僅能完成很多復(fù)雜操作，例如在軍事、醫(yī)學(xué)、服務(wù)、娛樂行業(yè)發(fā)揮著重要作用，還將被賦予更多功能，甚至知名電影中出現(xiàn)機(jī)器人與常人相戀的情節(jié)。

2.4 汽車智能化

汽車上常用的電流測量表、機(jī)油壓力測量表、水溫測量表、燃油測量表、車速里程測量表五種儀表，以及機(jī)油壓力傳感器、水溫傳感器、油量傳感器三種相應(yīng)的傳感器，都是汽車智能化產(chǎn)品。

3.機(jī)電一體化技術(shù)未來發(fā)展方向

為了更適應(yīng)各行各業(yè)需求，機(jī)電一體化正朝著微型化、智能化、環(huán)?；?、網(wǎng)絡(luò)化的方向改進(jìn)，在不久的將來其應(yīng)用也將越來越廣泛。

3.1 微型化

隨著人們越來越追求高品質(zhì)的生活，高新科技產(chǎn)品的微型化成為一種發(fā)展趨勢。微型化技術(shù)使產(chǎn)品具有體型袖珍、耗能低、運(yùn)作靈敏的特質(zhì)，因而常用于醫(yī)學(xué)、軍事、通信等方面完成人類無法或很難完成的艱巨任務(wù)。

3.2 智能化

計(jì)算機(jī)科學(xué)特別是微處理器的發(fā)展使機(jī)電一體化技術(shù)正朝著智能化方向飛速前進(jìn)。智能化就是以計(jì)算機(jī)為主要平臺(tái)并結(jié)合其他各個(gè)學(xué)科，通過向計(jì)算機(jī)輸入相應(yīng)的程序指令，使機(jī)械設(shè)備按照人的意愿進(jìn)行相關(guān)操作。智能化技術(shù)優(yōu)勢明顯：安全性高、效率高、減少勞動(dòng)力。廣為人們關(guān)注的“機(jī)器人”必然也將更加智能化，目前機(jī)器人只能做較為復(fù)雜的工作，很多人類行為都不能或不能很好地完成，未來將產(chǎn)生具有感知的機(jī)器人，使其成為家政服務(wù)業(yè)、危險(xiǎn)行業(yè)的主力軍極大地造福人類。

3.3 環(huán)?；?/p>

保護(hù)環(huán)境是人類不可推卸的責(zé)任，環(huán)?；歉呖萍加篮愕淖非?。特別是在我國人均資源少的基本國情下，要做到最大化或回收利用資源，同時(shí)最大限度減少環(huán)境污染，這就要求在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、包裝、使用整個(gè)過程均將環(huán)保因素考慮其中。向著環(huán)?；较虿粌H是機(jī)電一體化技術(shù)的需要，也是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求。

3.4 網(wǎng)絡(luò)化

在各行各業(yè)都朝著網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的今天，機(jī)電一體化技術(shù)也必將更好與網(wǎng)絡(luò)接軌。網(wǎng)絡(luò)不僅為人們的工作生活帶來巨大便利，還引起了科學(xué)技術(shù)、教學(xué)、工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、政治軍事的各種創(chuàng)新與變革。基于機(jī)電一體化技術(shù)的設(shè)備是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的終端設(shè)備，而以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)正處于飛速發(fā)展的時(shí)期。作為一門綜合性如此強(qiáng)的學(xué)科，要想保持不斷的創(chuàng)新力和競爭力就需要網(wǎng)絡(luò)大平臺(tái)的信息、資源互享，同時(shí)一旦研制出高科技的一體化產(chǎn)品也需借用網(wǎng)絡(luò)的宣傳力度。

4.針對加快機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的策略

機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與各個(gè)學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)，任意學(xué)科的發(fā)展滯后都將成為遏制其發(fā)展的關(guān)卡。

4.1 機(jī)械技術(shù)自身的改良

機(jī)械技術(shù)自身的改良要從性能的提升、質(zhì)量的減小和精確度的增加開始。鋼作為當(dāng)前使用最多的原材料具有質(zhì)量偏重的不足，可以適當(dāng)選用最新科技的非金屬復(fù)合型材料。

4.2 加快傳感技術(shù)的發(fā)展

傳感技術(shù)最重要的是靈敏度、可靠性和精確度三個(gè)指標(biāo)。為了提高傳感器的性能和指標(biāo)，目前外部信息傳感器一般采用非接觸性檢測技術(shù)（該技術(shù)正處于發(fā)展中）。先進(jìn)的光纖電聯(lián)傳感器在預(yù)防電干擾上效果顯著。

4.3 注重信息處理水平的提高

機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與微電技術(shù)的水準(zhǔn)、微型設(shè)備的廣泛應(yīng)用息息相關(guān)，促進(jìn)機(jī)電一體化進(jìn)步的核心是：協(xié)調(diào)信息處理速度要求高與抗外界干擾能力低、標(biāo)準(zhǔn)化程度較不統(tǒng)一的矛盾。

4.4 保證驅(qū)動(dòng)技術(shù)相匹配

電機(jī)的響應(yīng)速度尚不能達(dá)到理想要求這一不足極大地影響了機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)能力，伺服驅(qū)動(dòng)單元的出現(xiàn)為大大提高驅(qū)動(dòng)能力帶來曙光，伺服驅(qū)動(dòng)單元包含電機(jī)機(jī)身、電機(jī)內(nèi)部裝備編碼和專用控制組件、信號(hào)傳感器三部分。

5.結(jié)束語

機(jī)電一體化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)全球化的當(dāng)今和各行各業(yè)的聯(lián)系越來越緊密并發(fā)揮著越來越重要的作用，在促進(jìn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益方面作出了突出貢獻(xiàn)，是二十一世紀(jì)機(jī)械工業(yè)的靈魂也是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]張洋.機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012（4）：114-115.

[2]劉耀海.淺談機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J].技術(shù)應(yīng)用，2012：89，95.

[3]胡家華.機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[A].中國高新技術(shù)企業(yè)，2011：3-4.

[4]徐世亮.淺談機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].科技論壇，2014（3）：197.