機(jī)電一體化的創(chuàng)新及發(fā)展方向

軒露

（湖北省工業(yè)自動(dòng)化技師學(xué)院，湖北 荊州 434000）

引言

在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形態(tài)下，我國(guó)的很多領(lǐng)域都開(kāi)始使用機(jī)電一體化技術(shù)，例如機(jī)器生產(chǎn)、制造、數(shù)控機(jī)床、工程建設(shè)等都出現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)。使用的領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用和應(yīng)用不僅是韓國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然過(guò)程，也是國(guó)際趨勢(shì)。以上符合現(xiàn)代社會(huì)市場(chǎng)的要求。

一、機(jī)電一體化技術(shù)

隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，機(jī)電技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，機(jī)械工程迎來(lái)了一個(gè)新的發(fā)展階段：從機(jī)器電氣化向機(jī)電一體化的轉(zhuǎn)變。在機(jī)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(jī)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(lái)看，機(jī)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(jī)械領(lǐng)域的運(yùn)用，可以大大提高生產(chǎn)過(guò)程的故障分析和診斷能力，有效控制企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。目前，機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，機(jī)電一體化的應(yīng)用可為建設(shè)項(xiàng)目的合理性提供重要依據(jù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)會(huì)不斷進(jìn)步，所以在工程機(jī)械的發(fā)展中，利用電子技術(shù)來(lái)控制機(jī)器肯定會(huì)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(shí)。建筑機(jī)械有很多優(yōu)點(diǎn)。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(zhǔn)確預(yù)測(cè)和分析潛在的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和事故。機(jī)電一體化技術(shù)雖然為人所知時(shí)間不長(zhǎng)，但它的發(fā)展歷史非常悠久，自1971 年首次提出以來(lái)，已被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。起到如此重要作用的是，這項(xiàng)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用和突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。值得一提的是，鑒于目前的市場(chǎng)發(fā)展，幾乎所有企業(yè)都在自覺(jué)地開(kāi)始使用機(jī)電一體化技術(shù)，取得重大的技術(shù)突破，這也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。

二、機(jī)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(jī)電一體化

機(jī)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(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域融合的結(jié)果。基于這種機(jī)電一體化技術(shù)，不僅可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)，還可以應(yīng)用于現(xiàn)代新型機(jī)器人等先進(jìn)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(xiàng)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(dāng)機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步允許機(jī)器人執(zhí)行這些任務(wù)時(shí)，它們不僅會(huì)更有效率，而且還會(huì)降低成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，多學(xué)科融合發(fā)展是機(jī)電一體化技術(shù)的大好機(jī)會(huì)，通過(guò)這種推動(dòng)，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(jī)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(lái)，我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)水平不斷提高，經(jīng)過(guò)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(jī)械設(shè)備的性能要求更高，機(jī)電一體化的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)，提供智能化的體驗(yàn)。智能化管理，節(jié)省人力，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備本身在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，可通過(guò)提出具體的故障排除措施，起到預(yù)警和保護(hù)作用。

（三）自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用

在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展過(guò)程中，利用機(jī)電一體化技術(shù)，可以逐步減少傳統(tǒng)方式進(jìn)行體力勞動(dòng)的可能性，在解放勞動(dòng)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(shí)到。生產(chǎn)操作自動(dòng)化。在當(dāng)前的智能制造過(guò)程中，智能自動(dòng)化生產(chǎn)和控制的滲透正在逐步實(shí)現(xiàn)，因此機(jī)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(jī)器智能在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)和生產(chǎn)控制中的實(shí)施的作用。電子技術(shù)的應(yīng)用形成了自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的光電控制和人機(jī)交互，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行綜合管理和控制，已呈現(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)制造局面。推動(dòng)制造業(yè)健康發(fā)展，彰顯智能制造發(fā)展優(yōu)勢(shì)。此外，根據(jù)科學(xué)的管理和管理方法，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)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(shí)代的發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)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(jī)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(jī)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(duì)提高機(jī)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(jì)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(xiàn)+CPU 設(shè)計(jì)，整個(gè)智能生產(chǎn)過(guò)程具有自動(dòng)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(guò)模糊語(yǔ)言、模糊邏輯、模糊集合論等對(duì)智能制造系統(tǒng)進(jìn)行控制，提供非線(xiàn)性智能控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一體化數(shù)控和智能生產(chǎn)。

三、機(jī)電一體化創(chuàng)新

目前，市場(chǎng)的主要目標(biāo)是用戶(hù)，企業(yè)始終把用戶(hù)放在第一位。企業(yè)要增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，就必須盡可能滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求，不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。因此，在機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，必須兼顧市場(chǎng)需求，對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入探索。

（一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

說(shuō)到機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，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(dòng)力裝置、物理和機(jī)械結(jié)構(gòu)等等。它的主要目的是真正實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)。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(dāng)前，在生活質(zhì)量不斷提高的背景下，人們對(duì)審美的要求越來(lái)越嚴(yán)格，吸引顧客的手段還包括產(chǎn)品的外觀。因此，在未來(lái)機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中，不僅要優(yōu)先考慮產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品性能，還要對(duì)產(chǎn)品的外觀和造型進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，以確保產(chǎn)品的外觀令人滿(mǎn)意。最大化客戶(hù)需求機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)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(jī)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(shí)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(guò)程中能夠真正滿(mǎn)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(diǎn)。

（四）產(chǎn)品功能創(chuàng)新

未來(lái)，在機(jī)電一體化技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，產(chǎn)品的功能會(huì)越來(lái)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(mǎn)足客戶(hù)的實(shí)際需求。此外，國(guó)家大力支持產(chǎn)品功能創(chuàng)新，公司投入資金不多，但利潤(rùn)可觀，企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)的目標(biāo)，提高市場(chǎng)占有率非常容易。

（五）傳感創(chuàng)新

傳感器是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。探索新的傳感原理和敏感元件等，對(duì)創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)品具有重要作用。對(duì)于一些機(jī)電一體化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用傳感器無(wú)疑是企業(yè)制造高品質(zhì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的前提。而先進(jìn)傳感器的合理使用和機(jī)電一體化新產(chǎn)品的研發(fā)，對(duì)促進(jìn)企業(yè)發(fā)展非常有利。

（六）控制創(chuàng)新

機(jī)電一體化產(chǎn)品是否具有強(qiáng)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(lái)越多的現(xiàn)代控制策略被應(yīng)用到機(jī)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(jī)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(cè)功能的機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，也是機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的主要途徑。

四、機(jī)電一體化發(fā)展方向

眾所周知，機(jī)電一體化是機(jī)械領(lǐng)域、電子領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域等各個(gè)領(lǐng)域的融合，其發(fā)展離不開(kāi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。因此，機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)以智能化、模塊化為主。

（一）智能

人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，往往體現(xiàn)在人腦的智能上。機(jī)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(jī)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(lèi)能力。然而，機(jī)電一體化產(chǎn)品要完全具備人類(lèi)智能是不現(xiàn)實(shí)的。就各種機(jī)電一體化產(chǎn)品而言，是沒(méi)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(gè)方面。在這個(gè)階段，強(qiáng)大而快速的微處理器給機(jī)電一體化產(chǎn)品帶來(lái)了一點(diǎn)人類(lèi)智能。

（二）模塊化

模塊化工程不僅困難，而且很重要。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)繁多，制造商眾多，開(kāi)發(fā)具有電源接口和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元相當(dāng)復(fù)雜，但很有前景。示例：研究和開(kāi)發(fā)集成電機(jī)和減速的動(dòng)力單元、具有視覺(jué)功能的控制單元、圖像處理功能、識(shí)別功能以及能夠執(zhí)行各種代表性任務(wù)的機(jī)械設(shè)備。這樣，充分利用標(biāo)準(zhǔn)單元，可以在較短的時(shí)間內(nèi)研制成功新產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這就需要合理制定各部門(mén)不同的標(biāo)準(zhǔn)，各部門(mén)要匹配和對(duì)接，從電氣產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)看，模塊化應(yīng)該會(huì)促進(jìn)機(jī)電一體化企業(yè)的快速發(fā)展。

（三）網(wǎng)絡(luò)化

上世紀(jì)末計(jì)算機(jī)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(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)、政治、教育、軍隊(duì)等社會(huì)各個(gè)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(guó)家的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)，不同企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)更加全球化。只要開(kāi)發(fā)出功能完善、品質(zhì)優(yōu)良的機(jī)電一體化新產(chǎn)品，一定能迅速暢銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外。由于網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及，許多基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控技術(shù)正在迅速發(fā)展，而負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備是機(jī)電一體化產(chǎn)品。并且隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，家電的發(fā)展趨勢(shì)將以網(wǎng)絡(luò)化為主，各類(lèi)家電將通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們可以享受家中的技術(shù)，帶來(lái)便利的技術(shù)。因此，未來(lái)機(jī)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(lái)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(hù)。在此背景下，綠色產(chǎn)品的概念應(yīng)運(yùn)而生，時(shí)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(hù)和人類(lèi)健康的要求，不嚴(yán)重污染生態(tài)自然環(huán)境，充分利用資源，這里所說(shuō)的環(huán)節(jié)主要包括設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)和使用環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)環(huán)保機(jī)電產(chǎn)品留下了很大的發(fā)展空間。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)電產(chǎn)品的綠色化是指在實(shí)際使用過(guò)程中不污染生態(tài)和自然環(huán)境，產(chǎn)品即使不用，也不會(huì)成為機(jī)電廢棄物，可以回收利用，因此有必要改革現(xiàn)有的機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)綠色生態(tài)理念發(fā)展趨勢(shì)的目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，加速了機(jī)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(lái)機(jī)電一體化的發(fā)展提供了許多新的機(jī)遇。企業(yè)必須與時(shí)俱進(jìn)，充分滿(mǎn)足人們生活生產(chǎn)的需要，保持一定的市場(chǎng)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(gè)領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。