機電一體化技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展研究

李廣

【摘 ?要】機電一體化技術(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)及其它技術(shù)相融合構(gòu)成的一門獨立的交叉學科。機電一體化結(jié)合光學、通信技術(shù)、微細加工技術(shù)形成光機電一體化和微機電一體化的新分支。機電一體化產(chǎn)品迅猛發(fā)展，幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。機電一體化技術(shù)在數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人、計算機集成制造系統(tǒng)方面都取得了一定的成果。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外機電一體化將朝著綠色化、智能化、網(wǎng)絡化、微型化、模塊化方向發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢也將越來越明顯。以機械技術(shù)、微電子技術(shù)的有機結(jié)合為主體的機電一體化技術(shù)是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越廣闊。

【關(guān)鍵詞】機電一體化;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢;

1國外機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：第一階段（又稱初級階段）是20世紀60年代以前，這一時期人們不自覺地利用電子技術(shù)并使之得到比較廣泛的承認;第二階段，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展;第三階段，各國均開始極大關(guān)注和支持機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。

機電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下四個方面：

（1）機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床占機床總數(shù)的30%-40%。工業(yè)機器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，數(shù)量在未來十年將以25%-30%的速度增長。智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領(lǐng)域。

（2）機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）是當今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢，它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。CIMS的實現(xiàn)是全局動態(tài)的最優(yōu)綜合。

（3）激光技術(shù)進入機電一體化領(lǐng)域。激光技術(shù)與機械、電子技術(shù)的結(jié)合，不僅大大擴展了機電一體化的應用領(lǐng)域，而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革，是當今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結(jié)合點。

（4）微細加工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展迅猛。微電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，帶動了大量高新技術(shù)的興起，微細加工技術(shù)和裝備不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，且對微機械的誕生和發(fā)展也起了決定性的作用。

2國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

（1）數(shù)控技術(shù)方面

我國的數(shù)控技術(shù)起步于1958年，在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達到50%，配置國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達到了10%。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過四個五年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了很好的成績。目前，國內(nèi)已具有年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3000多套、主軸與進給裝置5000多套的生產(chǎn)能力。近十年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10?m提高到5?m，精密級加工中心則從3-5?m提高到1-1.5?m，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.01?m）。

（2）工業(yè)機器人方面

我國在1986年將機器人的研究開發(fā)列入國家科技計劃，現(xiàn)已掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)和軟件編程技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人的關(guān)鍵元器件，并進入實用化階段，開發(fā)出弧焊、點焊、噴漆、裝配、搬運、注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機器人。目前，國內(nèi)相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化制造技術(shù)，解決了工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，機器人軟件的設(shè)計和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)?，F(xiàn)在，我國從事機器人研發(fā)的單位有200多家，專門從事機器人產(chǎn)業(yè)開發(fā)的企業(yè)有50家以上，中國市場上總共擁有近萬臺工業(yè)機器人，其中完全國產(chǎn)的工業(yè)機器人行業(yè)集中度占30%左右。

（3）計算機集成制造系統(tǒng)方面

我國經(jīng)過多年的理論和技術(shù)準備，CIMS已經(jīng)有了較快發(fā)展。目前，已在清華大學建成國家CIMS工程研究中心，在著名高校和研究單位建立了七個CIMS單元技術(shù)實驗室和八個CIMS培訓中心[9]。2000年，全國已有20多個省市、10多個行業(yè)、200多家不同規(guī)模和類型的企業(yè)通過實施CIMS應用示范工程，取得了巨大的經(jīng)濟效益。當前CIMS的進一步試點推廣應用已經(jīng)擴展到機械、電子、航空、航天、輕工、紡織、冶金、石油化工等諸多領(lǐng)域，正得到各行各業(yè)越來越多的關(guān)注和投入。

3機電一體化的發(fā)展趨勢

（1）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未來發(fā)展的一大特色。

如果我們把機械產(chǎn)品和制造機械產(chǎn)品的機械裝置統(tǒng)稱為機械系統(tǒng)，則機電一體化技術(shù)的功能可歸結(jié)為：提高機械系統(tǒng)的性能，完成傳統(tǒng)機械系統(tǒng)不能完成的功能;提高機械系統(tǒng)的智能化程度，使人在更舒適的環(huán)境中工作;提高機械系統(tǒng)的可回收性;降低機械系統(tǒng)的原材料消耗;降低機械系統(tǒng)的能耗;降低機械系統(tǒng)對環(huán)境的污染。因此，進入21世紀，機電一體化技術(shù)的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智能化機械產(chǎn)品，即提供一種能滿足可持續(xù)性發(fā)展的綠色產(chǎn)品。

（2）智能化

智能化是21世紀機電一體化技術(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，其最終目標是模擬人的問題求解、推理、學習。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用。目前，專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡以及遺傳算法是機電一體化產(chǎn)品實現(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。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現(xiàn)智能制造系統(tǒng)控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現(xiàn)的問題進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策。

（3）網(wǎng)絡化

20世紀90年代，計算機技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡技術(shù)。網(wǎng)絡技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學技術(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)絡對機電一體化設(shè)備進行遠程控制。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。

（4）微型化

微型化興起于20世紀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)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1cm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)動方式等方面都產(chǎn)生了一些特殊問題。

參考文獻：

[1]邱士安，胥宏.機電一體化技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[2]楊明，路琴.機電一體化的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究，2006，（8）：38-40

（作者身份證號碼：130529198708012230）