機電一體化的創(chuàng)新及發(fā)展方向

軒露

（湖北省工業(yè)自動化技師學(xué)院，湖北 荊州 434000）

引言

在當前的經(jīng)濟發(fā)展形態(tài)下，我國的很多領(lǐng)域都開始使用機電一體化技術(shù)，例如機器生產(chǎn)、制造、數(shù)控機床、工程建設(shè)等都出現(xiàn)了機電一體化技術(shù)。使用的領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用和應(yīng)用不僅是韓國經(jīng)濟發(fā)展的必然過程，也是國際趨勢。以上符合現(xiàn)代社會市場的要求。

一、機電一體化技術(shù)

隨著微電子和計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展，機電技術(shù)也取得了長足的進步，機械工程迎來了一個新的發(fā)展階段：從機器電氣化向機電一體化的轉(zhuǎn)變。在機電一體化信息采集系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)應(yīng)得到廣泛應(yīng)用，其影響著機電一體化系統(tǒng)的信息處理速度和決策控制質(zhì)量。從全球范圍來看，機電一體化技術(shù)是人工智能快速發(fā)展的重要技術(shù)支撐。人工智能技術(shù)在機械領(lǐng)域的運用，可以大大提高生產(chǎn)過程的故障分析和診斷能力，有效控制企業(yè)的運營成本。目前，機電一體化技術(shù)在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，機電一體化的應(yīng)用可為建設(shè)項目的合理性提供重要依據(jù)。計算機技術(shù)會不斷進步，所以在工程機械的發(fā)展中，利用電子技術(shù)來控制機器肯定會成為發(fā)展的主流，在電氣集成技術(shù)的使用領(lǐng)域已經(jīng)證明了很多事實。建筑機械有很多優(yōu)點。主要是可以顯著降低生產(chǎn)資源消耗，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，保證施工質(zhì)量，準確預(yù)測和分析潛在的生產(chǎn)風(fēng)險和事故。機電一體化技術(shù)雖然為人所知時間不長，但它的發(fā)展歷史非常悠久，自1971 年首次提出以來，已被應(yīng)用于各個領(lǐng)域。起到如此重要作用的是，這項技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用和突出的技術(shù)優(yōu)勢。值得一提的是，鑒于目前的市場發(fā)展，幾乎所有企業(yè)都在自覺地開始使用機電一體化技術(shù)，取得重大的技術(shù)突破，這也是經(jīng)濟發(fā)展的必然。

二、機電一體化技術(shù)現(xiàn)狀分析

（一）多種技術(shù)相結(jié)合、應(yīng)用范圍更廣的機電一體化

機電一體化技術(shù)的發(fā)展不是自主發(fā)展的結(jié)果，而是信息技術(shù)、機械技術(shù)、電子技術(shù)等各個領(lǐng)域融合的結(jié)果?；谶@種機電一體化技術(shù)，不僅可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的機械技術(shù)，還可以應(yīng)用于現(xiàn)代新型機器人等先進制造業(yè)的發(fā)展。應(yīng)用范圍有了顯著的發(fā)展，以物流行業(yè)為例，快件的揀選和分揀是一項非常繁重的工作，快速提供快件需要大量的人力，成本非常高。然而，當機電一體化技術(shù)的進步允許機器人執(zhí)行這些任務(wù)時，它們不僅會更有效率，而且還會降低成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，多學(xué)科融合發(fā)展是機電一體化技術(shù)的大好機會，通過這種推動，可以不斷適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（二）系統(tǒng)智能

在采用機電一體化技術(shù)的階段，智能控制方案在生產(chǎn)環(huán)境的持續(xù)規(guī)劃中發(fā)揮著重要作用。近年來，我國機電一體化技術(shù)水平不斷提高，經(jīng)過創(chuàng)新，改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的弊端，減少了投入人力。目前機械設(shè)備的性能要求更高，機電一體化的發(fā)展可以實現(xiàn)各個系統(tǒng)的智能化設(shè)計，提供智能化的體驗。智能化管理，節(jié)省人力，當系統(tǒng)設(shè)備本身在運行過程中發(fā)生嚴重故障時，可通過提出具體的故障排除措施，起到預(yù)警和保護作用。

（三）自動化生產(chǎn)線技術(shù)的應(yīng)用

在我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展過程中，利用機電一體化技術(shù)，可以逐步減少傳統(tǒng)方式進行體力勞動的可能性，在解放勞動力的基礎(chǔ)上，工業(yè)智能化、工業(yè)智能化水平有了很大的提高并意識到。生產(chǎn)操作自動化。在當前的智能制造過程中，智能自動化生產(chǎn)和控制的滲透正在逐步實現(xiàn)，因此機電一體化技術(shù)在智能制造中的有效應(yīng)用也具有加速機器智能在自動化生產(chǎn)線和生產(chǎn)控制中的實施的作用。電子技術(shù)的應(yīng)用形成了自動生產(chǎn)線的光電控制和人機交互，通過計算機控制系統(tǒng)對自動生產(chǎn)線進行綜合管理和控制，已呈現(xiàn)無人化生產(chǎn)制造局面。推動制造業(yè)健康發(fā)展，彰顯智能制造發(fā)展優(yōu)勢。此外，根據(jù)科學(xué)的管理和管理方法，自動化生產(chǎn)線構(gòu)成了生產(chǎn)與管理相結(jié)合的一體化管理模式，隨著時代的發(fā)展，自動化生產(chǎn)線技術(shù)正逐漸發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)形式。

（四）數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是智能制造的前身，是機械制造數(shù)字化管理的關(guān)鍵技術(shù)。CNC 一代是邁向網(wǎng)絡(luò)化和智能化機電一體化技術(shù)的第一步。數(shù)控技術(shù)融合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息管理技術(shù)、傳感器等，對提高機械制造的效率和質(zhì)量具有重要意義。結(jié)合數(shù)控技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，設(shè)計具有數(shù)字化管理和智能化生產(chǎn)的智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)采用總線+CPU 設(shè)計，整個智能生產(chǎn)過程具有自動監(jiān)控、三維仿真、智能控制等功能。模糊控制系統(tǒng)利用人腦思維，通過模糊語言、模糊邏輯、模糊集合論等對智能制造系統(tǒng)進行控制，提供非線性智能控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的一體化數(shù)控和智能生產(chǎn)。

三、機電一體化創(chuàng)新

目前，市場的主要目標是用戶，企業(yè)始終把用戶放在第一位。企業(yè)要增強市場競爭力，就必須盡可能滿足用戶的個性化需求，不斷開發(fā)新產(chǎn)品。因此，在機電一體化產(chǎn)品的研發(fā)過程中，必須兼顧市場需求，對產(chǎn)品創(chuàng)新的各個環(huán)節(jié)進行深入探索。

（一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

說到機電一體化產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是關(guān)鍵，它體現(xiàn)在很多方面，比如動力裝置、物理和機械結(jié)構(gòu)等等。它的主要目的是真正實現(xiàn)兩個目標。一是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。二是層次的豐富性。

（二）產(chǎn)品外觀創(chuàng)新

當前，在生活質(zhì)量不斷提高的背景下，人們對審美的要求越來越嚴格，吸引顧客的手段還包括產(chǎn)品的外觀。因此，在未來機電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)計中，不僅要優(yōu)先考慮產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品性能，還要對產(chǎn)品的外觀和造型進行不斷的創(chuàng)新，以確保產(chǎn)品的外觀令人滿意。最大化客戶需求機電一體化產(chǎn)品無論是質(zhì)量創(chuàng)新還是外觀創(chuàng)新都非常重要。

（三）產(chǎn)品材料的創(chuàng)新

產(chǎn)品材料創(chuàng)新是機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新中不可或缺的環(huán)節(jié)，要從根本上實現(xiàn)產(chǎn)品材料創(chuàng)新，必須具備以下條件：其次，在創(chuàng)新過程中能夠真正滿足人們的需求，比如選用的材料應(yīng)該具有重量輕、體積小的特點。

（四）產(chǎn)品功能創(chuàng)新

未來，在機電一體化技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，產(chǎn)品的功能會越來越多，即使是單一的產(chǎn)品也可以具有多樣化的功能，也能滿足客戶的實際需求。此外，國家大力支持產(chǎn)品功能創(chuàng)新，公司投入資金不多，但利潤可觀，企業(yè)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)的目標，提高市場占有率非常容易。

（五）傳感創(chuàng)新

傳感器是典型的機電一體化產(chǎn)品。探索新的傳感原理和敏感元件等，對創(chuàng)新機電一體化產(chǎn)品具有重要作用。對于一些機電一體化產(chǎn)品來說，開發(fā)專用傳感器無疑是企業(yè)制造高品質(zhì)機電一體化產(chǎn)品的前提。而先進傳感器的合理使用和機電一體化新產(chǎn)品的研發(fā)，對促進企業(yè)發(fā)展非常有利。

（六）控制創(chuàng)新

機電一體化產(chǎn)品是否具有強大的性能直接取決于控制系統(tǒng)，如執(zhí)行器的位移、速度等。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展和多功能微處理器的不斷創(chuàng)新，越來越多的現(xiàn)代控制策略被應(yīng)用到機電一體化產(chǎn)品中，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制等?，F(xiàn)階段，大多數(shù)機電一體化產(chǎn)品的智能化水平較低。具有自學(xué)習(xí)功能、控制功能和狀態(tài)監(jiān)測功能的機電一體化產(chǎn)品的研發(fā)具有廣闊的發(fā)展前景，能夠在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟，也是機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的主要途徑。

四、機電一體化發(fā)展方向

眾所周知，機電一體化是機械領(lǐng)域、電子領(lǐng)域、計算機領(lǐng)域等各個領(lǐng)域的融合，其發(fā)展離不開相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。因此，機電一體化未來的發(fā)展方向應(yīng)以智能化、模塊化為主。

（一）智能

人類社會的發(fā)展，往往體現(xiàn)在人腦的智能上。機電一體化的發(fā)展還主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的智能化，所以發(fā)展方向是基于智能化。如何讓機電一體化產(chǎn)品更智能，具備邏輯推理能力、邏輯思維能力等多種人類能力。然而，機電一體化產(chǎn)品要完全具備人類智能是不現(xiàn)實的。就各種機電一體化產(chǎn)品而言，是沒有必要的。因此，不僅要重視高智能或多智能，還要充分考慮產(chǎn)品、產(chǎn)品使用案例等各個方面。在這個階段，強大而快速的微處理器給機電一體化產(chǎn)品帶來了一點人類智能。

（二）模塊化

模塊化工程不僅困難，而且很重要。由于機電一體化產(chǎn)品種類繁多，制造商眾多，開發(fā)具有電源接口和標準機械接口的機電一體化產(chǎn)品單元相當復(fù)雜，但很有前景。示例：研究和開發(fā)集成電機和減速的動力單元、具有視覺功能的控制單元、圖像處理功能、識別功能以及能夠執(zhí)行各種代表性任務(wù)的機械設(shè)備。這樣，充分利用標準單元，可以在較短的時間內(nèi)研制成功新產(chǎn)品，進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模。這就需要合理制定各部門不同的標準，各部門要匹配和對接，從電氣產(chǎn)品系列化、標準化來看，模塊化應(yīng)該會促進機電一體化企業(yè)的快速發(fā)展。

（三）網(wǎng)絡(luò)化

上世紀末計算機技術(shù)最重要的成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，推動了工業(yè)生產(chǎn)、政治、教育、軍隊等社會各個領(lǐng)域的改革和發(fā)展。不同的網(wǎng)絡(luò)連接著全球不同國家的生產(chǎn)經(jīng)濟，不同企業(yè)之間的競爭更加全球化。只要開發(fā)出功能完善、品質(zhì)優(yōu)良的機電一體化新產(chǎn)品，一定能迅速暢銷國內(nèi)外。由于網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及，許多基于網(wǎng)絡(luò)的遠程控制和監(jiān)控技術(shù)正在迅速發(fā)展，而負責(zé)遠程控制的終端設(shè)備是機電一體化產(chǎn)品。并且隨著現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，家電的發(fā)展趨勢將以網(wǎng)絡(luò)化為主，各類家電將通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到計算機集成家電系統(tǒng)，使人們可以享受家中的技術(shù)，帶來便利的技術(shù)。因此，未來機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向還包括網(wǎng)絡(luò)化。

（四）綠色化

工業(yè)的繁榮發(fā)展給人們的生活方式帶來了巨大的變化，尤其是物質(zhì)生活條件大大改善，使生活更加舒適。二是資源減少，污染生態(tài)和自然環(huán)境。因此，人們十分關(guān)注和倡導(dǎo)環(huán)境保護。在此背景下，綠色產(chǎn)品的概念應(yīng)運而生，時代的方向?qū)⒁跃G色為主。綠色產(chǎn)品的所有環(huán)節(jié)都符合環(huán)境保護和人類健康的要求，不嚴重污染生態(tài)自然環(huán)境，充分利用資源，這里所說的環(huán)節(jié)主要包括設(shè)計環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)和使用環(huán)節(jié)。設(shè)計環(huán)保機電產(chǎn)品留下了很大的發(fā)展空間。具體來說，機電產(chǎn)品的綠色化是指在實際使用過程中不污染生態(tài)和自然環(huán)境，產(chǎn)品即使不用，也不會成為機電廢棄物，可以回收利用，因此有必要改革現(xiàn)有的機電一體化技術(shù)，積極倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)。將綠色生態(tài)理念融入工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)機電一體化技術(shù)綠色生態(tài)理念發(fā)展趨勢的目標。

結(jié)語

總而言之，機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，加速了機電一體化產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)中的創(chuàng)新和發(fā)展，為未來機電一體化的發(fā)展提供了許多新的機遇。企業(yè)必須與時俱進，充分滿足人們生活生產(chǎn)的需要，保持一定的市場份額，不斷創(chuàng)新現(xiàn)有技術(shù)，將這些技術(shù)所包含的各個領(lǐng)域結(jié)合起來，促進機電一體化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。