機(jī)電一體化的發(fā)展及應(yīng)用探討

宋昱石 牛益民

【摘要】機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。本文在對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行分析展望的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)機(jī)電一體化發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了發(fā)展我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的構(gòu)想。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；發(fā)展

一、我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，在機(jī)電一體化技術(shù)方面我國(guó)已經(jīng)取得了一定的成就，特別是在數(shù)控技術(shù)方面、機(jī)器人方面和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面尤為顯著。

在數(shù)控技術(shù)方面。從1985年我國(guó)開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)。在堅(jiān)持自我開(kāi)發(fā)與借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，目前我國(guó)已經(jīng)基本具備了自我研發(fā)能力，并在國(guó)內(nèi)建立了多處數(shù)控研發(fā)和生產(chǎn)基地?？梢哉f(shuō)，我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)已經(jīng)基本成形。到目前，我國(guó)數(shù)控技術(shù)行業(yè)已經(jīng)具有年生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3000多套、主軸與進(jìn)給裝置5000多套的能力，成為促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)品。掌握關(guān)鍵數(shù)控技術(shù)并形成自我研發(fā)和生產(chǎn)能力，對(duì)于發(fā)展民用工業(yè)和國(guó)防工業(yè)都有著不可替代的作用，同時(shí)也增強(qiáng)了我國(guó)的綜合國(guó)力。

在機(jī)器人方面。1986年，我國(guó)將機(jī)器人的研發(fā)列入了國(guó)家科技計(jì)劃。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)掌握了機(jī)器人操作的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制技術(shù)和軟件編程等關(guān)鍵技術(shù)。目前，機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)上，并逐步涉及到醫(yī)療和水下探測(cè)等方面，在國(guó)防上也占有一席之地。特別值得一提的是，目前我國(guó)很多高校的自動(dòng)化專業(yè)都在研究各種各樣的機(jī)器人。比如說(shuō)，國(guó)防科技大學(xué)研發(fā)出了類人機(jī)器人，北京航空航天大學(xué)與海軍總醫(yī)院聯(lián)合研發(fā)了醫(yī)用機(jī)器人，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研發(fā)出了足球機(jī)器人等等。

在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面。目前，我國(guó)已經(jīng)在清華大學(xué)建成了國(guó)家CIMS工程研究中心，在國(guó)內(nèi)其他高校和科研單位建立了7個(gè)CIMS單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和8個(gè)CIMS培訓(xùn)中心。特別是近年來(lái)，我國(guó)在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面取得了巨大的進(jìn)步，已經(jīng)掌握了一些關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)多家企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，我們看到上述成就的同時(shí)還應(yīng)該看到關(guān)于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的核心技術(shù)我們還沒(méi)有取得突破，部分產(chǎn)品還主要依靠國(guó)外技術(shù)的支持才能得以研發(fā)和生產(chǎn)。

二、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

（1）模塊化

隨著人類對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)認(rèn)可程度的提高，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)對(duì)于提高生產(chǎn)率和提高銜接便利性的重大意義。在機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，實(shí)現(xiàn)模塊生產(chǎn)已經(jīng)成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。我們知道，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)廠家又很龐雜，因此在實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)之前所生產(chǎn)出來(lái)的很多機(jī)電產(chǎn)品相互銜接性能較差，性能也不穩(wěn)定。但是，模塊化的機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電器接口、動(dòng)力接口和環(huán)境接口等，產(chǎn)品之間能夠?qū)崿F(xiàn)很好的結(jié)合與兼容。由于相互利益之間的矛盾沖突，在近期很難在國(guó)內(nèi)和國(guó)際制定出統(tǒng)一的模塊化標(biāo)準(zhǔn)。但是我們相信，隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化的逐步發(fā)展，企業(yè)之間的交流與合作會(huì)越來(lái)越多，制定統(tǒng)一的模塊化標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，機(jī)電一體化產(chǎn)品企業(yè)的必將會(huì)迎來(lái)“共贏”的春天。

（2）微型化

微型機(jī)電一體化產(chǎn)品是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物，是將傳統(tǒng)尺度的機(jī)電一體化產(chǎn)品進(jìn)行縮小的結(jié)果，通常指體積不超過(guò)1 立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，但決不是將尺寸按比例縮小制造，微型化產(chǎn)品制造與傳統(tǒng)機(jī)械制造有區(qū)別，已經(jīng)成為一種新的學(xué)科。微型化機(jī)電一體產(chǎn)品具有體積小、能耗低、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、軍事、航空等領(lǐng)域。例如，在醫(yī)療過(guò)程中所使用的微創(chuàng)技術(shù)，就是運(yùn)用微型機(jī)電一體化技術(shù)的結(jié)果；在軍事上，“蒼蠅”大小的能夠自主飛行的間諜竊聽(tīng)器也同樣是微型機(jī)電一體化產(chǎn)品；在航天事業(yè)上，由于太空艙體積較小，而又需要容納多種試驗(yàn)設(shè)備和探測(cè)設(shè)備，因此也都不同程度地使用了微型化機(jī)電一體化產(chǎn)品。

（3）系統(tǒng)化

開(kāi)放的、多樣化的機(jī)電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)運(yùn)用，不但能夠提高生產(chǎn)效率，還能更加便利人們的生活。單一的機(jī)電一體化產(chǎn)品能夠在某個(gè)方面滿足現(xiàn)實(shí)的需要，而多種機(jī)電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)運(yùn)用，則能夠滿足更多方面的需求。針對(duì)市場(chǎng)逐步出現(xiàn)的多樣化需求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)也在逐漸向系統(tǒng)化方向發(fā)展，注重對(duì)于一系列機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)，并努力實(shí)現(xiàn)不同系列機(jī)電一體化產(chǎn)品之間的兼容與并用。因此說(shuō)，機(jī)電一體化技術(shù)向系統(tǒng)化方向發(fā)展是大勢(shì)所趨。

三、發(fā)展我國(guó)機(jī)電一體化的幾點(diǎn)建議

3.1用高新技術(shù)改造與提升機(jī)電一體化

我國(guó)的機(jī)電一體化雖已取得了許多成果，但隨著科技的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)提出了許多新的和更高的要求，所以機(jī)電一體化也必須要用高新技術(shù)改造自身、提升自己，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

3.2自主開(kāi)發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新

在21世紀(jì)創(chuàng)新是企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，市場(chǎng)是用戶的市場(chǎng)，只有不斷滿足用戶日益增長(zhǎng)的要求，開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，才能使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。而我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)習(xí)慣對(duì)引進(jìn)技術(shù)消化、吸收，而創(chuàng)新則重視不夠，更不易形成自主開(kāi)發(fā)能力。所以，加大技術(shù)引進(jìn)中的消化吸收，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向進(jìn)行創(chuàng)新性的研究，以形成自主開(kāi)發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力為根本目的，才是提高產(chǎn)品技術(shù)含量和增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的根本途徑。

3.3走依靠科學(xué)技術(shù)之路

一是以重點(diǎn)項(xiàng)目為突破口，將國(guó)家科技計(jì)劃中有關(guān)機(jī)電一體化的項(xiàng)目集成，資金集中使用，支持一批重點(diǎn)技術(shù)、重點(diǎn)產(chǎn)品、重點(diǎn)工程的創(chuàng)新活動(dòng)，實(shí)施重點(diǎn)跨越式的發(fā)展戰(zhàn)略，集中解決一些重大問(wèn)題。二是抓好機(jī)電一體化中共性技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)理論的研究。利用新原理、新理論帶動(dòng)機(jī)電一體化的突破。

3.4提高人員素質(zhì)

當(dāng)代國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上是人才的競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在差距，關(guān)鍵是教育和人才的落后。培養(yǎng)機(jī)電一體化人才的高校尤其應(yīng)當(dāng)加以足夠的重視。一是合理設(shè)置課程體系；二是選擇好的教材；三是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來(lái)越光明。

參考文獻(xiàn)

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