淺談機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

高元元

摘要：現(xiàn)階段，隨著我國(guó)全面改革的深化，各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展都加快了步伐，機(jī)電一體化的技術(shù)層面也有了優(yōu)化，對(duì)生產(chǎn)領(lǐng)域起到了很大促進(jìn)作用。機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間積淀，發(fā)展至今已經(jīng)在應(yīng)用生產(chǎn)力層面得到了提高，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了積極促進(jìn)作用。本文主要就機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程和主要內(nèi)容進(jìn)行了闡述，對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品特征類別和核心技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探究，希望能通過(guò)此次理論研究，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的良好發(fā)展起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化特征發(fā)展趨勢(shì)

隨著日新月異的技術(shù)更新，機(jī)電一體化發(fā)展對(duì)不同學(xué)科交叉滲透也有著推動(dòng)。機(jī)械工程當(dāng)中的微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，為機(jī)電一體化發(fā)展目標(biāo)實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)，在機(jī)電一體化的技術(shù)應(yīng)用下，就能提高生產(chǎn)力水平。從理論上對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展研究分析，就能從理論層面提供支持依據(jù)。

一、機(jī)電—體化技術(shù)發(fā)展歷程和主要的內(nèi)容分析

1.機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程分析

機(jī)電一體化主要是電子技術(shù)和機(jī)械設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，從而將機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力以及電子技術(shù)的信息處理功能充分發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工作目標(biāo)。機(jī)電一體化是建立在綜合應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的，在當(dāng)前已經(jīng)成為獨(dú)立的學(xué)科，從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，主要體現(xiàn)在對(duì)機(jī)電一體化的產(chǎn)品有效實(shí)現(xiàn)和使用發(fā)展。而從產(chǎn)品的基礎(chǔ)層面來(lái)說(shuō)，就是機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成的新系統(tǒng)，這就成為了有著新功能的產(chǎn)品。機(jī)電一體化的進(jìn)一步發(fā)展過(guò)程中，在功能系統(tǒng)的作用發(fā)揮上比較突出。機(jī)電一體化實(shí)際是綜合技術(shù)的融合，并非是簡(jiǎn)單化的拼湊，而是將各個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)概念上以及技術(shù)上的融合。

我國(guó)的機(jī)電一體化發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)重要階段。上世紀(jì)80年代，學(xué)術(shù)界對(duì)機(jī)電一體化進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)了幾十年的努力，在理論上以及技術(shù)層面上都實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)足發(fā)展，在數(shù)控技術(shù)方面的市場(chǎng)占有率也逐年提高，機(jī)械生產(chǎn)能力也有了大幅度提高。工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，對(duì)控制系統(tǒng)以及軟件編程技術(shù)的應(yīng)用等，都從很大程度上促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高。在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展上也取得了矚目成績(jī)，已經(jīng)在多個(gè)制造生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)揮著重要作用。

2.國(guó)外機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外的機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展可以分為三個(gè)階段：第一階段又稱之為初級(jí)階段，出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代以前，這一時(shí)期是機(jī)電一體化技術(shù)的雛形，是人們不自覺地利用電子技術(shù)并且傳承下來(lái)；第二階段稱之為發(fā)展階段，出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末期，機(jī)電一體化技術(shù)的各項(xiàng)產(chǎn)品都有著很大的發(fā)展；第三階段是深入發(fā)展階段，出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代后期，世界各國(guó)都開始研發(fā)和關(guān)注機(jī)電一體化的技術(shù)和新產(chǎn)品。

日本東京在1989年召開的第一屆國(guó)際先進(jìn)機(jī)電一體化學(xué)術(shù)會(huì)議，可以稱為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展階段的標(biāo)志，世界各國(guó)也從此大力推動(dòng)和發(fā)展機(jī)電一體化的技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)。在深入發(fā)展時(shí)期，機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)入了向智能化方向的新階段，一方面出現(xiàn)了光學(xué)、通信技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)等新的機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品，另一方面對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的學(xué)科體系和研究方法也進(jìn)行了深入的探討。在目前，機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位是日本和美國(guó)。

3.國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)與日本、歐美等先進(jìn)國(guó)家相比仍有一定差距，如當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在開發(fā)煤礦機(jī)電大功率厚煤層電牽引采煤機(jī)的機(jī)電一體化新技術(shù)方面。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是總體技術(shù)上，國(guó)外Eickhoff公司開發(fā)的SL500系列采煤機(jī)，截高范圍2.0m～6.0m，可達(dá)截割功率2×825kW，而國(guó)內(nèi)引進(jìn)6LS3，6LS5和7LS5型6臺(tái)，SL500型3臺(tái)，EL3000型1臺(tái)，最大裝機(jī)總功率1860kW，最大截高才5.5m，差距主要在可靠性和使用壽命方面；二是工況檢測(cè)、故障診斷技術(shù)上，目前國(guó)外使用微機(jī)控制、傳感器多、信息量大、顯示屏大、顯示點(diǎn)多等特點(diǎn)，而國(guó)內(nèi)卻達(dá)不到這一水平；三是自動(dòng)調(diào)高技術(shù)上，基于位置傳感器和計(jì)算機(jī)的記憶截割技術(shù)在國(guó)外比較容易實(shí)現(xiàn)，而國(guó)內(nèi)在研采煤機(jī)仍未實(shí)現(xiàn)記憶截割。

4.機(jī)電一體化技術(shù)主要內(nèi)容分析

機(jī)電一體化技術(shù)涉及的內(nèi)容比較豐富。機(jī)電一體化技術(shù)方面主要從系統(tǒng)工程角度分析。在對(duì)電子以及機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用下，能將兩者得以有機(jī)結(jié)合，就能充分發(fā)揮綜合技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因此，機(jī)電一體化技術(shù)涵蓋技術(shù)以及產(chǎn)品兩個(gè)層面的內(nèi)容。機(jī)電一體化系統(tǒng)，也就是產(chǎn)品方面，是通過(guò)多個(gè)特定功能機(jī)械以及電子技術(shù)要素構(gòu)成的整體，使人們的實(shí)際生產(chǎn)制造的需求得到滿足。機(jī)電一體化系統(tǒng)所涵蓋的裝置要素比較多，其中的執(zhí)行裝置以及傳感器等都是比較重要的裝置要素。

除此之外，機(jī)電一體化內(nèi)容中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想也比較重要。這就涵蓋了控制論以及系統(tǒng)工程方法論等內(nèi)容。機(jī)電一體化的思想也簡(jiǎn)稱為一體化思想。這一思想的應(yīng)用對(duì)人機(jī)一體化以及機(jī)電液一體化等發(fā)展目標(biāo)都能有效實(shí)現(xiàn)。機(jī)電一體化工程作為電子和機(jī)械工程集合，通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)制造體系應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中的作用發(fā)揮也比較顯著。

二、機(jī)電一體化產(chǎn)品特征類別和核心技術(shù)分析

1.機(jī)電一體化產(chǎn)品特征類別分析

機(jī)電一體化的產(chǎn)品特征也比較鮮明。機(jī)電一體化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的輕細(xì)巧等特征比較突出，并且比較容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)制造。機(jī)電一體化的產(chǎn)品記憶以及信息處理功能比較突出，能夠?qū)a(chǎn)品的高效性以及智能化的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，并能起到自動(dòng)監(jiān)視的功能和診斷功能等，在產(chǎn)品的安全可靠性上也能有效提高，可通過(guò)負(fù)荷以及運(yùn)行情況加以有效調(diào)整控制。

另外，機(jī)電一體化的產(chǎn)品類型也比較多。機(jī)械產(chǎn)品當(dāng)中一部分控制功能及機(jī)構(gòu)用電子裝置替代，其中比較常見的有機(jī)電一體化照相機(jī)以及打印機(jī)等產(chǎn)品。此外，比較典型性的產(chǎn)品有著較為完整性的結(jié)構(gòu)，其中比較常見的就是工業(yè)機(jī)器人以及自動(dòng)繪圖機(jī)等。簡(jiǎn)單地依靠機(jī)械以及電子無(wú)法制造這些產(chǎn)品，兩者結(jié)合，就能夠大大提高可運(yùn)行效率。還是一種類型是通過(guò)微電子裝置替代原設(shè)備的信息處理機(jī)構(gòu)，比較常見的產(chǎn)品有全電子式電話交換機(jī)以及電機(jī)調(diào)速裝置等內(nèi)容。

2.機(jī)電一體化核心技術(shù)分析

機(jī)電一體化的核心技術(shù)比較多。計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)是比較重要的應(yīng)用技術(shù)，能夠發(fā)揮信息交換以及存取和運(yùn)算等作用。計(jì)算機(jī)以及信息技術(shù)當(dāng)中的專家系統(tǒng)技術(shù)以及人工智能技術(shù)也是比較常用的。機(jī)電一體化核心技術(shù)中的系統(tǒng)技術(shù)，是通過(guò)整體概念對(duì)多種相關(guān)技術(shù)進(jìn)行組織應(yīng)用的，其中接口技術(shù)就是比較常用的。為保障計(jì)算機(jī)的通信，要對(duì)數(shù)據(jù)傳遞格式進(jìn)行規(guī)格化以及標(biāo)準(zhǔn)化呈現(xiàn)。目前這一應(yīng)用技術(shù)中的開發(fā)成本比較低，在高速串行接口的應(yīng)用方面比較突出。

機(jī)電一體化核心技術(shù)當(dāng)中的機(jī)械本體技術(shù)是比較重要的應(yīng)用技術(shù)。這一技術(shù)主要應(yīng)用于對(duì)性能的改善以及質(zhì)量的減輕等層面。當(dāng)前的機(jī)械產(chǎn)品通常是將鋼材作為主要材料。為減輕產(chǎn)品質(zhì)量，要在結(jié)構(gòu)上加以優(yōu)化，并加強(qiáng)非金屬材料的應(yīng)用。這一技術(shù)的應(yīng)用響應(yīng)速率得到了很大提高，在整體的效率上也得到了有效提高。

機(jī)電一體化核心技術(shù)當(dāng)中的信息處理技術(shù)以及傳感技術(shù)也是比較常見的應(yīng)用技術(shù)。信息處理技術(shù)的應(yīng)用中，將微型計(jì)算機(jī)在實(shí)際工作中加以科學(xué)應(yīng)用，就能從整體上提高信息處理的效率，在信息的安全可靠性方面也能有效保障，提高了抗干擾能力。而傳感核心技術(shù)的應(yīng)用有著高靈敏度以及抗干擾能力，在當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)下，對(duì)光纖電纜傳感器的應(yīng)用比較重要。

另外，機(jī)電一體化核心技術(shù)當(dāng)中的軟件技術(shù)以及驅(qū)動(dòng)技術(shù)也是較為常用的技術(shù)。軟件技術(shù)應(yīng)用是和硬件協(xié)調(diào)應(yīng)用的。在軟件研制成本降低的前提下提高生產(chǎn)維修效率，以及軟件的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用是發(fā)展的重要課題。在驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用下，在響應(yīng)速度上也能有效提高，對(duì)控制專用組件以及傳感器和電機(jī)三位一體的作用發(fā)揮也比較重視。

三、機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)探究

1.機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分析

機(jī)電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平提高起到了積極促進(jìn)作用。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中的作用也愈來(lái)愈突出。通過(guò)多年的發(fā)展以及技術(shù)優(yōu)化，機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用使之結(jié)構(gòu)、功能和控制精度等都得到了有效提高，在總線式以及緊湊型的結(jié)構(gòu)應(yīng)用下，使得數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化。應(yīng)用CPU以及多主總線體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)行開放性設(shè)計(jì)等，能提高接口的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)使用效益最大化呈現(xiàn)。通過(guò)智能化以及WOP的實(shí)現(xiàn)，機(jī)電一體化數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)二維以及三維的動(dòng)態(tài)加工仿真。信息存儲(chǔ)大容量的模塊化設(shè)計(jì)使得控制功能也得到了有效提高，可有效實(shí)現(xiàn)多過(guò)程以及多通道控制。

例如：當(dāng)前市場(chǎng)上的CK0632數(shù)控機(jī)床就是采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床，外型大氣美觀，用途廣泛，操作方便。機(jī)床主軸采用高度精密滾動(dòng)軸承之承，回轉(zhuǎn)精度高。機(jī)訂導(dǎo)軌采用耐磨鑄鐵，經(jīng)過(guò)超音頻淬火能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地保證機(jī)床加工精度。CK0632數(shù)控機(jī)床機(jī)床也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，完成車削多種零件的內(nèi)外圓、端面、切槽、任意錐面、球面、及各種公英制圓、圓錐螺紋等工序。此外，CK0632數(shù)控機(jī)床還有配有完備的S.T.M.功能，可以發(fā)出和接收多種信號(hào)控制自如的加工過(guò)程。目前，CK0632數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于電器、儀表儀器工業(yè)、汽車、摩托車配件、軸承照相器材、電影機(jī)械、五金工具及其他高精度復(fù)雜零件的加工制造。

機(jī)電一體化在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用也比較突出，第二代機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，對(duì)各種傳感元件進(jìn)行了科學(xué)應(yīng)用，這樣在作業(yè)的信息獲得以及操作對(duì)象的信息獲得都比較方便。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能準(zhǔn)確判斷分析對(duì)操作信息的處理，并進(jìn)行反饋控制。在第三代的機(jī)器人設(shè)計(jì)中，就通過(guò)多感知功能的應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化的邏輯思維以及判斷和決策等，在作業(yè)的獨(dú)立性層面有著充分體現(xiàn)。

2.機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著時(shí)代發(fā)展以及技術(shù)進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)也會(huì)向著智能化方向邁進(jìn)。這也是當(dāng)前的機(jī)電一體化和傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化的重要不同。近些年，我國(guó)在處理器技術(shù)上的進(jìn)步以及傳感器系統(tǒng)的集成化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，對(duì)機(jī)電一體化的智能化發(fā)展目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供了有力支持。智能化機(jī)電一體化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和實(shí)際的應(yīng)用，對(duì)人的操作和工作量的減少能發(fā)揮積極作用，可有效減少人的腦力勞動(dòng)。

機(jī)電一體化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展將實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在當(dāng)前的發(fā)展比較迅速。進(jìn)入新的時(shí)代，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，機(jī)電一體化的網(wǎng)絡(luò)化目標(biāo)將得到實(shí)現(xiàn)，在遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用作用上將更加突出，同時(shí)會(huì)提高機(jī)電一體化的功能性以及安全性。

機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)化趨勢(shì)比較突出，也就是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的模式化以及開放式的總線結(jié)構(gòu)應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)的靈活性組態(tài)就有著鮮明呈現(xiàn)。在系統(tǒng)化的發(fā)展中，能加強(qiáng)通信功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程以及多系統(tǒng)的通信。

不僅如此，機(jī)電一體化的發(fā)展也會(huì)向著微型化方向邁進(jìn)。這主要體現(xiàn)在電子部件的微型化，在產(chǎn)品的體積層面不斷縮小等。這樣就會(huì)促進(jìn)機(jī)電一體化的設(shè)備運(yùn)行效率提高，靈活性更加突出。

四、小結(jié)

綜上所述，機(jī)電一體化的發(fā)展中，技術(shù)的升級(jí)進(jìn)步對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備的優(yōu)化起到了很大促進(jìn)作用。我國(guó)在機(jī)電一體化的發(fā)展中有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但是在發(fā)展中存在著諸多不足。從理論上對(duì)機(jī)電一體化的技術(shù)進(jìn)行研究分析，就能為實(shí)際機(jī)電一體化發(fā)展提供理論支持，帶動(dòng)我國(guó)機(jī)電一體化領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。