機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

【摘 要】本文闡述的機(jī)電一體化技術(shù)的定義，特點(diǎn)以及發(fā)展歷程，并針對機(jī)電一體化技術(shù)所需的共性關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，基于此分析，探索了未來機(jī)電一體化發(fā)展的方向，對機(jī)電一體化的研究有參考指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化 發(fā)展歷程 關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展趨勢

機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。它不是上述技術(shù)的簡單拼湊，而是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，合理配置各功能單元，使得整個(gè)系統(tǒng)具有高質(zhì)量，高可靠性的特點(diǎn)。

機(jī)械工程技術(shù)由純技術(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，還能賦撲許多新的功能，如自動(dòng)檢測、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仲，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。現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機(jī)電一體化的設(shè)備。

1.機(jī)電一體化的發(fā)展過程

機(jī)電一體化經(jīng)歷了長期的產(chǎn)生于發(fā)展過程，大致分為三個(gè)階段：

萌芽階段：20世紀(jì)60年代以前為萌芽階段。由于電子技術(shù)發(fā)展迅速，人們逐步使用電子技術(shù)的初步成果完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是第二次世界大戰(zhàn)后，機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合使得許多性能優(yōu)良的產(chǎn)品出現(xiàn)，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。

蓬勃發(fā)展階段：20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)80年代是蓬勃發(fā)展階段。在這一階段，人們主動(dòng)地利用新技術(shù)的巨大成果創(chuàng)造新的機(jī)電一體化產(chǎn)品。應(yīng)該特別指出的是，日本在推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方面起了主導(dǎo)作用。日本政府于1971年3月頒布了《特定電子工業(yè)與特定機(jī)械工業(yè)振興臨時(shí)措施法》，要求企業(yè)界“應(yīng)特別注意促進(jìn)為機(jī)械配備電子計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)控制的自動(dòng)化和機(jī)械產(chǎn)品的其他功能”。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，為基點(diǎn)一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

智能化階段：從20世紀(jì)90年代開始至今稱為智能化階段。機(jī)電一體化技術(shù)向智能化新階段邁進(jìn)。人工智能技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)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)開辟了發(fā)展的新天地。大量的智能化機(jī)械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。出現(xiàn)了“模糊控制”和“混沌控制”等新概念。

機(jī)電一體化的目的是使系統(tǒng)高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕薄短小巧化方向發(fā)展，不斷滿足人們的生活多樣化需求和生產(chǎn)的省力化、自動(dòng)化需求。因此，機(jī)電一體化的研究方法并不是拼拼湊湊的“混合”設(shè)計(jì)法，應(yīng)該從系統(tǒng)的角度出發(fā)，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析方法，充分發(fā)揮邊緣學(xué)科技術(shù)的優(yōu)勢。

2.機(jī)電一體化發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)電一體化發(fā)展所采用微電子技術(shù)必須解決一些共性關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)包括檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。各部分所包括的內(nèi)容如下：

檢測傳感技術(shù)：檢測傳感器的檢測對象有位移、壓力、溫度、速度、加速度、流量等物理量，其檢測精度的高低直接影響機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能好壞。檢測傳感技術(shù)的主要難點(diǎn)在于提高可靠性、精度和靈敏度。

信息處理技術(shù)：信息處理技術(shù)包括信息的輸入、變換、運(yùn)算、次數(shù)和輸出技術(shù)。信息處理是否及時(shí)正確，直接影響機(jī)電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，因而成為機(jī)電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。在信息處理技術(shù)方面存在的問題有減輕重量、提高處理速度、提高可靠性和抗干擾能力以及標(biāo)準(zhǔn)化、提高操作性及便于維修保養(yǎng)等。

自動(dòng)控制技術(shù)：自動(dòng)控制技術(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。其技術(shù)難點(diǎn)是現(xiàn)代控制理論的工程化與實(shí)用化，以及優(yōu)化控制模型的建立等。

伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)：伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指執(zhí)行元件中的一些技術(shù)問題。伺服驅(qū)動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等各種類型。希望之星元件滿足小型、重量輕和輸出功率大等三個(gè)方面的要求，以及提高對環(huán)境的適應(yīng)性和可靠性。

精密機(jī)械技術(shù)：機(jī)電一體化產(chǎn)品對精密機(jī)械提出的新要求有：減輕重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善動(dòng)態(tài)性能等。

系統(tǒng)總體技術(shù)：系統(tǒng)總體技術(shù)是以中國從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案，再把功能和技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評價(jià)和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品要求系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性很好，否則即使各個(gè)部分的性能、可靠性都很好，性能和產(chǎn)品也很難保證正常運(yùn)行。

3.機(jī)電一體化發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，對機(jī)電一體化技術(shù)提出了許多新的和更高的要求，出現(xiàn)了新的概念。如數(shù)控技術(shù)、CNC、FMS、CIMS及機(jī)器人等都被一致認(rèn)為是典型的機(jī)電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)。機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：

高性能化：高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。新一代CNC系統(tǒng)就是以此“四高”為滿足生產(chǎn)急需和人誕生的?？蓪?shí)現(xiàn)告訴數(shù)據(jù)傳遞，在相當(dāng)高的分辨率情況下，系統(tǒng)仍有高速度，此外其效率也非常高。

智能化：人工智能的研究日益得到重視，其中機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。智能機(jī)器人通過視覺，觸覺和聽覺等各類傳感器檢測工作狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際變化過程反饋信息并作出判斷與決定。數(shù)控機(jī)床智能化，使用各類傳感器對切削加工前后和加工過程中的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做出判斷，自動(dòng)對異?，F(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。

此外，機(jī)電一體化發(fā)展趨勢還有系統(tǒng)化，輕量化及微型化等

參考文獻(xiàn)：

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