論機電一體化技術(shù)發(fā)展方向

田小明

摘要：機電一體化是一個新興的邊緣學(xué)科，正處于發(fā)展階段，代表著機械工業(yè)技術(shù)革命的發(fā)展方向。一般認(rèn)為，機電一體化技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)及其他技術(shù)相融合而構(gòu)成的一門獨立的交叉學(xué)科。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗，闡述了機電一體化技術(shù)的外部環(huán)境、發(fā)展淵源以及機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，對新時期機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢進行了展望，具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：機電一體化；綠色化；智能化；網(wǎng)絡(luò)化；發(fā)展趨勢

進入21世紀(jì)年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結(jié)合。國內(nèi)早期將“機電一體化技術(shù)”與“機械電子學(xué)”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。

目前，國際上普遍采用日本機械振興協(xié)會的定義：“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱”，涉及機械制造技術(shù)、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、測試和傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、接口技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服驅(qū)動等多種技術(shù)。機電一體化技術(shù)對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有巨大的推動力，因此世界各國都在大力推廣機電一體化技術(shù)。

一、綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化：一方面物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用 。工業(yè)的發(fā)展使得資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。綠色化成了時代的趨勢，產(chǎn)品的綠色化更成了適應(yīng)未來發(fā)展的一大特色。

二、智能化

智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能系統(tǒng)是一個知識處理系統(tǒng)，它包括知識表示、知識利用和知識獲取三個基本問題，其最終目標(biāo)是模擬人的問題求解、推理、學(xué)習(xí)。人工智能在機電一體化建設(shè)中的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用?！爸悄芑笔菍C器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類的智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。目前，專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法是機電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）實現(xiàn)智能化的四種主要技術(shù)，它們各自獨立發(fā)展又彼此相互滲透。

三、網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì)90年代，汁算機技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革，同樣也給機電一體化技術(shù)帶來了重大影響，例如通過網(wǎng)絡(luò)對機電一體化設(shè)備進行遠程控制。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到、質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（Homenet）將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)（Computer integrated appliancesystem，CIAS），使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。 此機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

四、微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。近十余年來，微機電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanic System，MEMS）[sj，作為機電一體化技術(shù)的新尖端分支而倍受重視，它泛指幾何尺寸不超過1 cm 的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電系統(tǒng)高度融合了微機械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，發(fā)展難點在于微機械并不是簡單地將大尺寸的機械按比例縮小，由于結(jié)構(gòu)的微型化，在材料、機構(gòu)設(shè)計、摩擦特性、加工方法、測試與定位及驅(qū)動方式等方面部產(chǎn)生了一些特殊問題。

微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，可進入一般機械無法進入的空問，并易于進行精細操作，因此在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。因此在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至防等領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用前景。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。

五、模塊化

機電一體化產(chǎn)品和技術(shù)可分為機械、電子和軟件三大部分。模塊化技術(shù)是這三者的共同技術(shù)。模塊化技術(shù)可以減少產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)成本，提高不同產(chǎn)品的零部件通用化程度，提高產(chǎn)品的可裝配性、可維修性和可擴展性等。融合機械、電子和軟件三大部分的機電一體化模塊代表了未來產(chǎn)品的發(fā)展方向，具有高度自主性、良好協(xié)調(diào)性和自組織性的特點?？傊?，模塊化設(shè)計與制造是機電一體化系統(tǒng)的基本方法和發(fā)展趨勢。隨著微處理器性能價格比的迅速提高和微機械電子（MEMS）技術(shù)的飛速發(fā)展，各種機電一體化模塊將越來越多地出現(xiàn)在市場上。利用這些模塊，可以迅速方便地設(shè)計和制造出各種新的機電一體化產(chǎn)品。

六、結(jié)語

綜上所述，機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。縱觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向，未來機電一體化將朝著綠色化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、模塊化等多方向發(fā)展。

（作者單位：淮南舜泰化工有限責(zé)任公司）