機(jī)電一體化的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)

張凱 張沛堯 胡恒偉 陳鎖

（北華航天工業(yè)學(xué)院 河北廊坊市 065000）

機(jī)電一體化的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)

張凱 張沛堯 胡恒偉 陳鎖

（北華航天工業(yè)學(xué)院 河北廊坊市 065000）

機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英文稱Machatronics，機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的逐漸成熟，機(jī)電一體化得到普遍應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展。微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的滲入使得冷冰冰的機(jī)器人性化，智能化。使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化。并繼續(xù)朝著智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色化、系統(tǒng)化發(fā)展。

機(jī)電一體化；機(jī)電一體化的現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化已經(jīng)成為一門新型學(xué)科，其基本特征是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感的空技術(shù)、電力電子技術(shù)接口技術(shù)、信息交換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)、伺服控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)特定的功能，提高質(zhì)量和可靠性，盡量保證低能耗，并使整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到最優(yōu)化，也使得產(chǎn)品的性能所以說(shuō)機(jī)電一體化涵蓋了技術(shù)和產(chǎn)品兩個(gè)方面。微電子裝置除可以取代某些機(jī)械部件的原有功能，并有自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)調(diào)節(jié)控制、自動(dòng)診斷和保護(hù)的功能。機(jī)電一體化由機(jī)械本體（機(jī)構(gòu)）、信息處理與控制部分（計(jì)算機(jī)）、能源部分（動(dòng)力源如電源）、檢測(cè)部分（傳感器）、執(zhí)行元件（如電動(dòng)機(jī)、電磁推桿等）五個(gè)字系統(tǒng)組成，并存在在圖1關(guān)系。

圖1

20世紀(jì)60年代為機(jī)電一體化發(fā)展的初級(jí)階段，這一階段人們開(kāi)始探索利用電子技術(shù)的成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能，提高加工精度，降低加工難度，第二次世界大戰(zhàn)也在一定程度上促進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)斗經(jīng)濟(jì)恢復(fù)起到了巨大的作用。但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)發(fā)展還不成熟機(jī)電結(jié)合還不能汗好的結(jié)合和推廣。20世紀(jì)70～80年計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、超大規(guī)模電路和計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展，為機(jī)電一體化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，機(jī)電一體化蓬勃發(fā)展。20世紀(jì)80年代末機(jī)電一體化概念廣泛傳播，并得到世界范圍的認(rèn)可，機(jī)電一體化技術(shù)得到極大發(fā)展，生產(chǎn)的產(chǎn)品種類逐漸增多，質(zhì)量也越來(lái)越高并引起了世界各國(guó)對(duì)機(jī)電一體化的興趣。這一時(shí)期我國(guó)也開(kāi)始在這一方面的研究和探索，國(guó)務(wù)院還出臺(tái)了“863計(jì)劃”成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組專門研究這方面工作，到了20世紀(jì)90年代后期機(jī)電一體化進(jìn)入了一個(gè)智能化的新階段，微細(xì)加工技術(shù)、光學(xué)、通信技術(shù)的技術(shù)逐漸運(yùn)用在機(jī)電一體化中，機(jī)電一體化呈現(xiàn)出向多元化方向發(fā)展的趨勢(shì)。機(jī)電一體化形成了一個(gè)完整的科學(xué)體系，對(duì)機(jī)電一體化形成完整的科學(xué)體系做出巨大貢獻(xiàn)的有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、光纖技術(shù)等技術(shù)方面取得的巨大進(jìn)步。所以說(shuō)機(jī)電一體化的發(fā)展和進(jìn)步和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步相輔相成互相促進(jìn)。

現(xiàn)階段機(jī)電一體化正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、微型化、系統(tǒng)化綠色化、方向發(fā)展。這里的智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化發(fā)展的一個(gè)重要方向，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、混沌動(dòng)力學(xué)、模糊數(shù)學(xué)新思想新方法使系統(tǒng)具有邏輯判斷反饋決策的能力，數(shù)控機(jī)床的智能化和機(jī)器人就是智能化的重要應(yīng)用。機(jī)電一體化的形成離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的突出成就就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，機(jī)電一體化正朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，利用網(wǎng)絡(luò)可以將各種電器鏈接成以計(jì)算機(jī)為中心的系統(tǒng)可以是生活更加便利，各種網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)聯(lián)系在一起。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一但研究出來(lái)，只要其具有獨(dú)到的功能，質(zhì)量可靠就能很快的被大家接受和推廣。模塊化是一項(xiàng)可以規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展方向，也是一項(xiàng)重要而艱巨的工程，因?yàn)闄C(jī)電一體化產(chǎn)品種類繁多，加工工序比較繁瑣，想要大量規(guī)?；a(chǎn)必然要朝著模塊化發(fā)展。例如研制智能調(diào)速、具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，和能執(zhí)行典型操作的機(jī)械裝置。模塊化可以利用制造的標(biāo)準(zhǔn)單元、典型的機(jī)械裝置和各種工藝迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品使得機(jī)電一體化更具生命力。微型化起于20世紀(jì)80年代，外國(guó)稱之為微電子機(jī)械系統(tǒng)，是指機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)，幾何尺寸不超過(guò)1cm3并朝著微米納米級(jí)發(fā)展。它具有體積小、運(yùn)動(dòng)靈活、低耗能的特點(diǎn)在生物、信息、醫(yī)療、等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。他的出現(xiàn)解決了很多以前我們用傳統(tǒng)方法解決不了的問(wèn)題，在這些方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)現(xiàn)階段我國(guó)的微機(jī)械技術(shù)，超精密加工技術(shù)還不成熟，有待進(jìn)一步發(fā)展。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用模式化和開(kāi)放式是系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一。系統(tǒng)可以進(jìn)行隨意組合裁剪以實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)綜合管理，協(xié)調(diào)控制。社會(huì)的發(fā)展工業(yè)的進(jìn)步讓人們的物質(zhì)世界越來(lái)越豐富生活質(zhì)量越來(lái)越高同時(shí)也使得資源減少，環(huán)境嚴(yán)重污染。人們意識(shí)到自然地承載能力不是無(wú)限的，于是綠色產(chǎn)品概念應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)電一體化的綠色化是指生產(chǎn)過(guò)程中不危害環(huán)境活著對(duì)環(huán)境危害極小報(bào)廢后能夠回收利用。隨著世界環(huán)保意識(shí)的提高綠色化機(jī)電一體化產(chǎn)品有著巨大的發(fā)展前景。

機(jī)電一體化產(chǎn)品是為人服務(wù)的，所以在以后的發(fā)展過(guò)程中會(huì)更加注重與人的關(guān)系，功能會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大越來(lái)越智能，可靠性和精度會(huì)越來(lái)越高，影響范圍會(huì)越來(lái)越廣，而且在外觀和審美方面也會(huì)更加成熟。

機(jī)電一體化是多門科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，為我們的生活帶來(lái)了巨大的方便，人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)機(jī)電一體化的產(chǎn)品，所以機(jī)電一體化有著巨大的發(fā)展前景。

TH-39

A

1004-7344（2016）06-0286-01

2016-2-10