機電一體化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用分析

楊征

摘要：在改革開放以來，尤其是進入21世紀之后，我國的科學(xué)技術(shù)得到快速地發(fā)展與進步。在機電一體化技術(shù)方面，我國的發(fā)展水平與發(fā)達國家相比差距也在不斷縮小，由此產(chǎn)生的很多新技術(shù)和新發(fā)明在我國的經(jīng)濟發(fā)展過程中都起到了非常重要的促進作用。正是基于這一背景，本文將從機電一體化技術(shù)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀入手，探究機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢和促進該技術(shù)進一步發(fā)展的有效措施。通過本研究，希望能夠進一步提升機電一體化技術(shù)的發(fā)展水平。

關(guān)鍵詞：機電一體化;發(fā)展趨勢;應(yīng)用現(xiàn)狀

一、引言

機電一體化又名為機械電子工程（Mechatronics），其概念最早出現(xiàn)于日本雜志《機械設(shè)計》（1971年）的副刊上。在機電一體化技術(shù)高速發(fā)展的當下，這一概念被越來越多的人所接受和應(yīng)用。在計算機信息技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，機電一體化技術(shù)的發(fā)展水平也得到了更大程度地提升[1]。而在我國，隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，其在各個行業(yè)中得到了非常廣泛地應(yīng)用?？梢哉f，該技術(shù)的發(fā)展對我國經(jīng)濟與科技的全面發(fā)展做出了重要貢獻。但是與發(fā)達國家相比，我國的機電一體化技術(shù)發(fā)展水平還存在較大的提升空間，需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進一步完善相關(guān)的政策和促進機電一體化技術(shù)發(fā)展的措施。

二、機電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國，機電一體化技術(shù)在進入21世紀之后得到了快速地發(fā)展與進步，并在多個行業(yè)與領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。具體來說，這些領(lǐng)域主要包括數(shù)控機床領(lǐng)域、機器人領(lǐng)域以及分布式控制系統(tǒng)。在這些領(lǐng)域中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，對相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)與升級創(chuàng)新做出了重要貢獻。

（一）在數(shù)控機床領(lǐng)域中的應(yīng)用

在數(shù)控機床領(lǐng)域，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。同時，在現(xiàn)階段，該領(lǐng)域在機電一體化方面取得了更多的研究成果和技術(shù)創(chuàng)新成就。在應(yīng)用機電一體化技術(shù)設(shè)計和生產(chǎn)數(shù)控機床的過程中，數(shù)控機床體現(xiàn)出的最大特點就是運行和操作的自動化。在這一趨勢的影響下，數(shù)控機床需要的勞動力越來越少，而且操作工人的勞動強度也在逐漸降低。因此可以說，機電一體化技術(shù)在數(shù)控機床的研發(fā)與生產(chǎn)領(lǐng)域具有相當大的應(yīng)用價值。而在我國，有相當多的數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)在應(yīng)用機電一體化技術(shù)進行機床生產(chǎn)，并出產(chǎn)了一些性能優(yōu)良的數(shù)控機床產(chǎn)品[2]。例如，圖1為我國企業(yè)生產(chǎn)的機電一體化全自動線軌數(shù)控車床，但是需要看到，在信息技術(shù)高速發(fā)展的當下，越來越多的數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)開始應(yīng)用CPU系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)控機床。由于CPU技術(shù)具有精度高、操作便捷等優(yōu)勢，因而傳統(tǒng)的機電一體化技術(shù)在數(shù)控機床生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍變得愈發(fā)狹窄。同時，在這一背景下，一些新型的機電一體化技術(shù)應(yīng)運而生。

（二）在機器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的當下，機器人在各行各業(yè)都得到了比較廣泛地應(yīng)用。與一線工作人員相比，機器人能夠在高輻射、高污染、溫度過高或過低等環(huán)境下長時間工作，同時具有相當高的工作效率。同時，與普通機器設(shè)備相比，機器人具有更高的智能性，能夠更加高效的完成各種復(fù)雜的工作。在工業(yè)機器人的研發(fā)與生產(chǎn)中，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍相當廣泛[3]。同時，在不斷發(fā)展的過程中，工業(yè)機器人逐漸呈現(xiàn)出智能化和小型化的發(fā)展趨勢。例如，圖2中的abb工業(yè)機器人，在智能化與小型化水平方面在國內(nèi)都處于先進水平。但是在智能化和小型化發(fā)展趨勢的影響下，工業(yè)機器人的生產(chǎn)與研發(fā)對機電一體化技術(shù)也提出了更高的要求。想要在工業(yè)機器人的研發(fā)和生產(chǎn)中發(fā)揮更加重要的作用，機電一體化技術(shù)還需要進一步的升級和完善。

（三）在分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

所謂分布式控制系統(tǒng)，就是通過一個重要處理器對多個遠程目標（計算機或處理器）進行控制的系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍相當廣泛。而在該系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)過程中，機電一體化技術(shù)也得到了廣泛地應(yīng)用。在當前，機電一體化技術(shù)的最主要應(yīng)用方式就是構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，分布式控制系統(tǒng)不僅能夠大幅度減少現(xiàn)場操作人員的數(shù)量，而且能夠有效提升生產(chǎn)線控制的效率和準確性。同時，該控制系統(tǒng)在生產(chǎn)設(shè)備的檢修與故障維修中也得到了比較更廣泛地應(yīng)用。在機電一體化技術(shù)快速發(fā)展的當下，分布式控制系統(tǒng)的信息化與智能化水平也得到了進一步提升和發(fā)展。

三、機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

在信息技術(shù)高速發(fā)展的當下，我國的機電一體化技術(shù)在發(fā)展水平方面也得到了快速的進步與提升。通過對該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用進行研究可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段機電一體化技術(shù)呈現(xiàn)出了智能化、環(huán)?；⑽⑿突蜆藴驶陌l(fā)展趨勢。在本文中，將針對該技術(shù)的發(fā)展趨勢進行全面的研究和分析。

（一）智能化

在AI技術(shù)高速發(fā)展的當下，我國的機電一體化技術(shù)和相關(guān)設(shè)備也呈現(xiàn)出智能化的發(fā)展趨勢，具體表現(xiàn)在：

1.在硬件設(shè)施方面

越來越多的研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)開始應(yīng)用計算機實現(xiàn)機電一體化技術(shù)。在這一基礎(chǔ)上，機電一體化技術(shù)的工作效率和智能化水平都得到了較大幅度的提升和加強[4]。

2.在軟件方面

現(xiàn)階段，我國的機電一體化技術(shù)中開始越來越多的應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新的技術(shù)手段，促使機電一體化技術(shù)的智能化水平得到進一步提升。在智能化水平得到提升的前提下，機電一體化技術(shù)賦予了生產(chǎn)設(shè)備部分“思維”能力，使其能夠在應(yīng)用過程中自主處置一些簡單的突發(fā)情況，從而進一步提升了機電設(shè)備的工作效率和工作質(zhì)量。

（二）環(huán)?；?/p>

在我國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的當下，低碳環(huán)保的理念被越來越多的人所接受和推崇。在這一基礎(chǔ)上，機電一體化技術(shù)在研發(fā)和應(yīng)用過程中開始呈現(xiàn)出環(huán)保化的發(fā)展傾向。在具體表現(xiàn)方面：

1.在現(xiàn)階段，我國的機電一體化技術(shù)和設(shè)備在應(yīng)用過程中開始呈現(xiàn)出低能耗和低排放量的發(fā)展趨勢，使相關(guān)單位在應(yīng)用機電一體化技術(shù)的過程中能夠?qū)Νh(huán)境和資源進行更加有效的保護。

2.在機電一體化設(shè)備生產(chǎn)的過程中，越來越多新材料和新技術(shù)的應(yīng)用使生產(chǎn)過程更加環(huán)保，而且新型的機電一體化設(shè)備在達到使用壽命之后，其本身的大部分材料和零部件能夠被回收再利用?？梢哉f，環(huán)?；呀?jīng)成為機電一體化技術(shù)的重要發(fā)展趨勢[5]。

因此，在進行機電一體化技術(shù)與設(shè)備研發(fā)時，需要在環(huán)保方面投入更多的精力和資金。只有做到這一點，才能保障機電一體化技術(shù)或設(shè)備得到更加廣泛地應(yīng)用。

（三）微型化

在機電一體化技術(shù)高速發(fā)展的過程中，其應(yīng)用范圍也變得愈發(fā)廣泛。而與此同時，部分行業(yè)在應(yīng)用機電一體化技術(shù)和設(shè)備的過程中，對于設(shè)備的小型化提出了更高的要求。例如，在國防領(lǐng)域，應(yīng)用機電一體化技術(shù)的機器人或無人機需要保證在戰(zhàn)場上具有良好的隱蔽性能。在醫(yī)療領(lǐng)域，需要使用小型化的手術(shù)機器人進行手術(shù)，從而避免手術(shù)過程中手術(shù)器械對患者造成二次傷害。在這一背景下，機電一體化設(shè)備開始呈現(xiàn)出微型化的發(fā)展趨勢。同時，云計算等信息技術(shù)的應(yīng)用，也使機電一體化設(shè)備的小型化成為可能。例如，我國某公司研發(fā)的一款小型無人機，在能夠保持飛行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上具備攝像、溫度濕度檢測、空氣質(zhì)量檢測等功能，而其大小只有手掌的50%，這就是機電一體化設(shè)備小型化的重要表現(xiàn)形式（如圖3）。

（四）標準化

在當下，標準化與模塊化也成為我國機電一體化技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展趨勢。所謂標準化和模塊化，簡單來說就是與設(shè)備相互配套的電氣接口、信息接口、傳輸結(jié)構(gòu)等采用相同的標準進行制造，從而保證不同的機電設(shè)備能夠通過接口進行緊密的模塊化連接，從而實現(xiàn)功能上的新發(fā)展。在標準化和模塊化的研發(fā)與生產(chǎn)模式下，一方面，機電設(shè)備能夠通過模塊化技術(shù)進行生產(chǎn)制造，進一步提升機電設(shè)備的生產(chǎn)效率。另一方面，通過標準化的接口，能夠?qū)⒉煌猛镜脑O(shè)備進行連接和功能整合，從而在原有的基礎(chǔ)上進一步加強其使用效能?？梢哉f，當前標準化與模塊化已經(jīng)成為機電一體化技術(shù)與設(shè)備的主要發(fā)展趨勢之一。正是在這一趨勢的影響下，我國機電設(shè)備的研發(fā)與制造水平得到了進一步提升，在某些領(lǐng)域甚至逐步趕上乃至超過了發(fā)達國家[6]。

四、促進機電一體化技術(shù)發(fā)展的建議

在現(xiàn)階段，我國的機電一體化技術(shù)雖然在發(fā)展水平方面得到了快速的提升和進步，但是在總體發(fā)展水平方面，我國與發(fā)達國家之間還存在一定差距。因此，需要采取一些措施對機電一體化技術(shù)的發(fā)展水平進行更加全面的提升。具體措施包括以下幾方面：

1.在智能和環(huán)保技術(shù)方面加大研發(fā)投入。

2.進一步完善產(chǎn)學(xué)研一體研發(fā)機制。

3.加大人才教育和培養(yǎng)力度以及對相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)流程進行更加嚴格的管理。

在采用了上述措施之后，我國的機電一體化技術(shù)就能夠得到更加快速的發(fā)展和進步。

（一）在智能和環(huán)保技術(shù)方面加大研發(fā)投入

在當下，智能化與環(huán)保化已經(jīng)成為機電一體化技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。在這一背景下，相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)需要在上述兩個方面進一步加大技術(shù)研發(fā)投入力度。在具體措施方面：

1.在進行機電一體化技術(shù)研發(fā)的過程中

應(yīng)該通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算等新型信息技術(shù)，進一步提升機電設(shè)備的智能化水平，增加其信息處理能力和工作效率。在這一基礎(chǔ)上，機電設(shè)備的市場前景和科技含量都能夠得到進一步提升。

2.在進行設(shè)備研發(fā)與生產(chǎn)的過程中

應(yīng)該將降低能耗與污染物排放量作為重要的研發(fā)方向[7]，例如，在選擇機電設(shè)備動力系統(tǒng)時，應(yīng)該優(yōu)先選擇能耗較低的電力動力系統(tǒng)。在這一前提下，機電設(shè)備的環(huán)保性能就能夠得到進一步提升。

（二）進一步完善產(chǎn)學(xué)研一體研發(fā)機制

在機電設(shè)備與技術(shù)研發(fā)方面，我國與發(fā)達國家的主要差距之一就是產(chǎn)學(xué)研一體的研發(fā)機制不夠完善。在這樣的情況下，研發(fā)機構(gòu)開發(fā)出的一些新型機電一體化技術(shù)和設(shè)備往往無法適應(yīng)市場。針對這一問題，需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對產(chǎn)學(xué)研一體的研發(fā)機制進行進一步完善。在具體措施方面，除了需要建立健全學(xué)校、研發(fā)機構(gòu)與企業(yè)之間的溝通協(xié)調(diào)機制外，還需要更多的進行三方之間相互考察和學(xué)習(xí)的機制。而對于具體單位來說，在運營過程中需要進一步提升對產(chǎn)學(xué)研一體研發(fā)機制的重視程度，并在這一基礎(chǔ)上加強與另外兩方的溝通。

（三）加大人才教育和培養(yǎng)力度

為加強機電一體化技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)水平，需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進一步強化對相關(guān)人才進行教育和培訓(xùn)的力度。在具體措施方面：

1.我國教育部需要針對機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢做好教育機構(gòu)設(shè)置的工作，通過增加高等院校中相關(guān)專業(yè)的設(shè)置數(shù)量和招生人數(shù)提升機電一體化人才的培養(yǎng)力度。在這一基礎(chǔ)上，我國的機電一體化研發(fā)與生產(chǎn)工作就能夠得到更加充分的人才保障。

2.相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)需要進一步加強對員工的培訓(xùn)工作，提升自身的研發(fā)與生產(chǎn)能力，從而為機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用做出應(yīng)有的貢獻。

（四）對相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)流程進行更加嚴格的管理

為保障機電一體化設(shè)備的生產(chǎn)水平，需要生產(chǎn)企業(yè)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進一步完善相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)流程，并在生產(chǎn)環(huán)節(jié)對員工進行嚴格的監(jiān)督與管理，以保障機電設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量。在機電一體化技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，設(shè)備生產(chǎn)過程中對零部件的尺寸、質(zhì)量等因素提出了更高的要求。在這一基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)流程進行嚴格監(jiān)督，不僅能夠提升機電設(shè)備的質(zhì)量，而且能夠為我國的機電設(shè)備在國際與國內(nèi)市場上贏得更好的口碑，促進我國機電一體化技術(shù)和相關(guān)企業(yè)國際競爭力的進一步提升[8]。

五、結(jié)論

綜上所述，在信息技術(shù)高速發(fā)展的前提下，機電一體化技術(shù)迎來了難得的發(fā)展機遇。同時，現(xiàn)階段我國的機電一體化技術(shù)開始呈現(xiàn)出智能化、環(huán)?；⑽⑿突蜆藴驶陌l(fā)展趨勢。在上述趨勢的影響下，我國的機電一體化技術(shù)研發(fā)水平得到了進一步提升。為促進機電一體化技術(shù)的進一步發(fā)展，需要從人才培養(yǎng)、機制建設(shè)、生產(chǎn)與研發(fā)等方面制定出更加科學(xué)的管理措施。

參考文獻：

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