試論機(jī)電一體化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)*

吳 珍

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 相關(guān)概念及定義

1.1 機(jī)電一體化

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，機(jī)電一體化被賦予了新的內(nèi)容，逐漸形成了一門(mén)自成體系的新型學(xué)科。 但即便如此，機(jī)械一體化仍然采用系統(tǒng)觀點(diǎn)，運(yùn)用了包括微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、接口技術(shù)等在內(nèi)的多種群體技術(shù)，甚至信息技術(shù)、信息變幻技術(shù)、軟件編程技術(shù)等其他技術(shù)也逐漸融入到其中。 機(jī)電一體化通過(guò)合理布局各功能單元，形成最優(yōu)的、 質(zhì)量極高的系統(tǒng)工程技術(shù)。 而機(jī)電一體化產(chǎn)品，便是在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新功能系統(tǒng)[1]。

1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)

“技術(shù)”和“產(chǎn)品”是機(jī)電一體化的兩個(gè)主要要素，機(jī)電一體化不是多項(xiàng)技術(shù)的簡(jiǎn)單拼湊，而是多種技術(shù)的有機(jī)統(tǒng)一、 充分組合后形成的一種新型綜合技術(shù)。 因此，“電氣+機(jī)械”與機(jī)電一體化有本質(zhì)的區(qū)別。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)電一體化的進(jìn)一步完善，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展具有不可忽視的意義。 因此，當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者通過(guò)大量研究，為機(jī)電一體化的完善和相應(yīng)科學(xué)體系的形成進(jìn)行了深入的探索。 多學(xué)科交叉綜合發(fā)展是機(jī)電一體化的主要發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)結(jié)合包括電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息等在內(nèi)的多項(xiàng)學(xué)科內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，為人類(lèi)生活帶來(lái)福音[2]。

2.1 智能發(fā)展

機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床結(jié)合是機(jī)電一體化技術(shù)向智能化發(fā)展的重點(diǎn)。 因此，在機(jī)電一體化的建設(shè)過(guò)程中，人工智能逐漸成為了主要的研究?jī)?nèi)容，獲得國(guó)內(nèi)外高度重視。 智能化主要是對(duì)機(jī)器人行為的描述。 在機(jī)電一體化發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)進(jìn)行理論控制，并融合包括心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等在內(nèi)的多項(xiàng)新思想和新內(nèi)容，使機(jī)器人具有模擬人類(lèi)智能的能力。 在決策推理上，使機(jī)器人具有自己的判斷能力和自主能力，邏輯思維方式也逐漸向人類(lèi)靠近，并在此達(dá)到更高的控制目標(biāo)。 因此，模塊化成為其中一項(xiàng)極為艱巨的工程。 智能發(fā)展對(duì)于機(jī)電一體化的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有非常重要的意義。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

研制和開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分重要的工作，這項(xiàng)工作將會(huì)直接決定機(jī)電一體化革新的效率及質(zhì)量。 但是在具體的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口等研制過(guò)程中又不得不面對(duì)十分繁雜的生產(chǎn)工序；再加上生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品種類(lèi)繁雜，使得產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)變得更加復(fù)雜。 因此，為了開(kāi)發(fā)出既能夠大規(guī)模生產(chǎn)，又能夠滿足定制標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品，廠家應(yīng)當(dāng)充分利用標(biāo)準(zhǔn)單元的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)研發(fā)出集減速、智能調(diào)速、電機(jī)等優(yōu)勢(shì)于一體的動(dòng)力單元和能夠做到視覺(jué)處理、圖像處理等多項(xiàng)功能的控制單元，以保障各個(gè)單元、各個(gè)部件在匹配和接口時(shí)能夠順利進(jìn)行[3]。

2.3 依托網(wǎng)絡(luò)

一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵因素在于，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中所取得最突出的成就，政治、軍事、教育，乃至日常生活都在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響之下實(shí)現(xiàn)了飛速的變革。網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)進(jìn)行了緊密連接，使企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)具有全球化特點(diǎn)。 隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，遠(yuǎn)程控制終端這一機(jī)電一體化產(chǎn)品也得到新的變革，遠(yuǎn)程控制技術(shù)、監(jiān)視技術(shù)迎來(lái)了新一輪的革新熱潮。 并且機(jī)電一體化產(chǎn)品具有獨(dú)到的功能，若質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，在全球市場(chǎng)的銷(xiāo)售上也將會(huì)十分火熱。

3 機(jī)電一體化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化趨勢(shì)

新世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人的智能結(jié)合是機(jī)電一體化中人工智能發(fā)展的代表性應(yīng)用模式。事實(shí)上，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有低級(jí)智能才是利用高速微處理器進(jìn)行智能化改造的核心內(nèi)容，這也是當(dāng)前機(jī)電一體化發(fā)展的可行性渠道和必要性方向，過(guò)于追求人類(lèi)思維反而是不現(xiàn)實(shí)的[4]。

3.2 微型化趨勢(shì)

目前，亞微米級(jí)的機(jī)械元件在實(shí)驗(yàn)室中被成功研發(fā)出來(lái)，若該元件能夠融入到實(shí)際產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，那么機(jī)械部分和控制器之間的界限將被完全抹去，實(shí)現(xiàn)融合。 傳感器、CPU、機(jī)體等部件也可以充分結(jié)合在一起，組成小體積的自律元件。 因此，當(dāng)前微型機(jī)械學(xué)成為了機(jī)電一體化向微觀領(lǐng)域和微型機(jī)械領(lǐng)域深入研究的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。

3.3 一體化趨勢(shì)

機(jī)械一體化系統(tǒng)由能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等部件構(gòu)成。 而將光學(xué)技術(shù)引入到機(jī)電一體化技術(shù)的研發(fā)中，有利于能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化。

3.4 全球化趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，無(wú)論是全球生產(chǎn)還是全球經(jīng)濟(jì)，都被網(wǎng)絡(luò)連成了一個(gè)整體，網(wǎng)絡(luò)全球化也成為了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主要特點(diǎn)，若能夠生產(chǎn)出質(zhì)量可靠、功能齊全的機(jī)電一體化新產(chǎn)品，那么將會(huì)得到來(lái)自世界的廣泛關(guān)注。 并且，近幾年來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益深入到人們的日常生活中，使人們的生活也煥發(fā)出全新的面貌。 作為機(jī)電一體化產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制終端設(shè)備，隨著網(wǎng)絡(luò)的普及也會(huì)進(jìn)一步朝著全球化的發(fā)展方向前進(jìn)。

3.5 環(huán)?；厔?shì)

當(dāng)前，人類(lèi)物質(zhì)需求旺盛而可利用資源不足，生態(tài)環(huán)境也不斷惡化。 從而能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的綠色產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。 綠色產(chǎn)品是指產(chǎn)品不破壞環(huán)境，能循環(huán)利用。 因此，產(chǎn)品在具體的設(shè)計(jì)使用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)始終將“保護(hù)環(huán)境、符合人類(lèi)健康要求”作為最高原則，提高資源利用率，降低生態(tài)環(huán)境危害的可能性。 雖然在具體操作過(guò)程中所需要耗費(fèi)的成本相對(duì)較高，對(duì)技術(shù)的要求也更加困難。 但從總體上來(lái)講，仍然具有良好發(fā)展前景。

3.6 人格化趨勢(shì)

從兩個(gè)方面探求機(jī)電一體化的人格化內(nèi)涵：1） 人是機(jī)電產(chǎn)品使用對(duì)象，因此，如何將機(jī)器人尤其是家用機(jī)器人的智能性、情感性進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化，在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中顯得愈發(fā)重要。 在研發(fā)過(guò)程中，將模仿生物機(jī)理作為另一項(xiàng)重要發(fā)展方向。 當(dāng)前，機(jī)電一體化裝置在科技革新的影響下，對(duì)信息具有極強(qiáng)的依賴性，在機(jī)器工作過(guò)程中，其具體的工作行為與生物的活動(dòng)具有諸多相似之處。 比如說(shuō)，機(jī)電一體化系統(tǒng)是否能夠進(jìn)行工作，其決定因素在于信息決定系統(tǒng)；生物是否能夠充滿活力，處于存活狀態(tài)，在于大腦是否能夠進(jìn)行思考。 雖然當(dāng)前仿生學(xué)研究領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行了深入研究，使機(jī)電一體化產(chǎn)品在更新過(guò)程中有新型的機(jī)體作為支撐。 2）如何使新型機(jī)體具有生命力，仍然是核心難點(diǎn)。 生物的特點(diǎn)在于機(jī)體與大腦相互統(tǒng)一，相互幫助，而機(jī)電一體化產(chǎn)品是否能夠達(dá)到生物系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，其核心重點(diǎn)便在于硬件和軟件是否能夠相互聯(lián)系，融為一體。 因此，當(dāng)前我們?cè)谏锵到y(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中，對(duì)相應(yīng)的理論和技術(shù)探究不夠深入，基礎(chǔ)還不夠牢靠，為了使機(jī)電一體化產(chǎn)品能夠進(jìn)一步發(fā)展，具有逼真的人格化特點(diǎn)，還需要我們不斷地研究和探索。

4 機(jī)電一體化的發(fā)展對(duì)策

當(dāng)前我國(guó)機(jī)電一體化產(chǎn)品大多依賴于進(jìn)口，國(guó)內(nèi)自行研發(fā)的機(jī)電一體化產(chǎn)品受研究時(shí)間較短、研究技術(shù)較弱的影響，產(chǎn)品的數(shù)量、檔次和質(zhì)量都無(wú)法充分滿足市場(chǎng)的需求。 因此，還要對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行更加深入、更加全面的探索。

4.1 強(qiáng)化統(tǒng)籌，加快研究規(guī)劃

當(dāng)前我國(guó)具有眾多機(jī)電一體化研究開(kāi)發(fā)部門(mén)和單位，并且不同單位之間的發(fā)展策略也各有差異，甚至存在沖突。因此，為了使機(jī)電一體化能夠順利發(fā)展，盡可能減少單位之間的摩擦，便需要有關(guān)部門(mén)對(duì)其進(jìn)行全面深入地分析和調(diào)查，在此基礎(chǔ)上為機(jī)電一體化研發(fā)單位制定出科學(xué)、高效的研究計(jì)劃和生產(chǎn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，全局發(fā)展。

4.2 規(guī)范管理，發(fā)揮集體作用

當(dāng)前，我國(guó)必須成立一個(gè)專(zhuān)業(yè)的機(jī)電一體化行政管理機(jī)構(gòu)，以規(guī)范當(dāng)下大熱的機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)。 只有按照專(zhuān)業(yè)的管理體制規(guī)劃，才能避免出現(xiàn)“政出多門(mén)”的問(wèn)題，保障機(jī)電一體化行業(yè)能夠在我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制、政治體制深入改革的國(guó)情之下全面發(fā)展。 從當(dāng)前各相關(guān)部門(mén)進(jìn)行綜合分析，加強(qiáng) “機(jī)電一體化協(xié)會(huì)”的建設(shè)，并為其賦予專(zhuān)業(yè)的行業(yè)管理職能是當(dāng)前最好的管理方法。 與此同時(shí)，還要不斷擴(kuò)大協(xié)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，通過(guò)辦公室、秘書(shū)處的建設(shè)，制定行業(yè)發(fā)展計(jì)劃，使機(jī)電一體化行業(yè)在相關(guān)辦事機(jī)構(gòu)的協(xié)助下，不斷壯大經(jīng)濟(jì)實(shí)體，尋找到行業(yè)新的突破口，通過(guò)科學(xué)的行業(yè)布局，抓好機(jī)電一體化這一重點(diǎn)工程的前進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)相關(guān)項(xiàng)目的持續(xù)健康發(fā)展。

4.3 嚴(yán)控能耗，加強(qiáng)環(huán)保支持

及時(shí)淘汰機(jī)電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品，促使傳統(tǒng)產(chǎn)品在技術(shù)上進(jìn)行轉(zhuǎn)型。 與此同時(shí)，還要加強(qiáng)支持力度，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，并通過(guò)設(shè)立優(yōu)先立項(xiàng)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、大力表彰等方法，激勵(lì)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)單位和相關(guān)科研人員全身心地開(kāi)展技術(shù)研發(fā)。

與此同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)設(shè)置相關(guān)的科技專(zhuān)項(xiàng)費(fèi)用、科技專(zhuān)項(xiàng)基金等經(jīng)濟(jì)支持政策，為機(jī)電一體化研究和相關(guān)應(yīng)用項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供資金支持。 銀行等金融機(jī)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)在資金貸款上向機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展傾斜。 此外，還應(yīng)當(dāng)成立機(jī)電一體化專(zhuān)項(xiàng)發(fā)展基金，為其提供支持。 要大力加強(qiáng)群眾宣傳，為機(jī)電一體化發(fā)展創(chuàng)造良好的社會(huì)環(huán)境，形成全社會(huì)重視、支持機(jī)電一體化發(fā)展的良好氛圍。 機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)離不開(kāi)外資的投入，也離不開(kāi)相關(guān)政策的扶持。 因此，引進(jìn)外資，為機(jī)電一體化技術(shù)研發(fā)企業(yè)提供政策扶持，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化迅速發(fā)展資源高效配置的有效途徑。

4.4 突出重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分層發(fā)展

受人力、物力、財(cái)力的限制，機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)無(wú)法迅速擴(kuò)大覆蓋范圍，在具體的發(fā)展過(guò)程中，難以做到面面俱到。這就要求在機(jī)電一體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)分清主次任務(wù)，進(jìn)行大膽取舍。因此，必須要做好“面上”的工作和“提高”的工作。 “面上”的工作則是對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行改造，將電子信息技術(shù)融入到產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中。 比如說(shuō)，植入相關(guān)的微電子器到傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備上，使“電子”“機(jī)械”這兩項(xiàng)技術(shù)初步實(shí)現(xiàn)結(jié)合；而“提高”工作，則在于實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電子的深度融合。 在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，把兩者進(jìn)行統(tǒng)一，做到真正的產(chǎn)品機(jī)電一體化。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，機(jī)電一體化隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，多技術(shù)融合成為其主要發(fā)展趨勢(shì)，是多向技術(shù)的智慧結(jié)晶。 相信，機(jī)電一體化將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間。