續(xù)亞強

（重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 408000）

1 機電一體化概述

機電一體化（英文名Mechantronics），這是一個由日本某專業(yè)協(xié)會組裝的新造詞，它是英文的機械學(xué)與電子學(xué)的拼接組合，現(xiàn)在國際上已經(jīng)通用，漢語則譯為機電一體化或機械電子學(xué)。

機電一體化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已是較為成熟的概念，具備了自身的專業(yè)內(nèi)涵，可以簡單地定義為：機電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程出發(fā)，應(yīng)用機械電子信息等有關(guān)技術(shù)，對它們進行有機組織與綜合，從而實現(xiàn)整體最佳化。其基本特征可表述為：機電一體化是綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)及電力電子技術(shù)，以系統(tǒng)的觀點為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求,合理配置與布局各功能單元,，并使整個系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。很明顯，機電一體化技術(shù)是多種技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡單疊加。機電一體化的實體部分是機械技術(shù)和電子技術(shù)，又通過信息技術(shù)把兩者有機結(jié)合在一起，從而創(chuàng)造出功能更為先進的技術(shù)產(chǎn)品。因此，從某種意義上說，機電一體化技術(shù)是系統(tǒng)工程學(xué)在機械電子領(lǐng)域中的應(yīng)用，而機電一體化產(chǎn)品則是這種技術(shù)的應(yīng)用效果。

2 機電一體化的發(fā)展歷程

機電一體化的發(fā)展，目前國際上主要把他劃分為3個階段。第一階段：20世紀(jì)60年代以前，或稱為初級階段。在這期間，人們已開始有意識地將電子技術(shù)應(yīng)用在機械產(chǎn)品的加工生產(chǎn)方面，特別是在二戰(zhàn)期間，因為戰(zhàn)爭的需要，加速了各種現(xiàn)代技術(shù)的融合應(yīng)用，獲得了大的進展，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，也對世界經(jīng)濟的恢復(fù)和發(fā)展起了催化作用。在初級階段，機電一體化技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用從總體上看還處于分散零碎自發(fā)的狀態(tài)；第二階段：20世紀(jì)70～80年代，這期間為系統(tǒng)化發(fā)展階段。其間計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)以及大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的發(fā)展，為機電一體化的快速發(fā)展提供了保障。這個時期，日本首先對機電一體化的概念進行了命名（mechatronics），在隨后的幾年時間內(nèi)，世界很多國家逐漸采用了該命名。同時，各國已開始系統(tǒng)化地研究機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品，并在人力財力上進行了大量的投入；第三階段：20世紀(jì)90年代后期，屬于機電一體化技術(shù)跨入智能化發(fā)展階段。這期間，機電一體化吸納了光學(xué)、通信等技術(shù)，同時機電一體化系統(tǒng)的集成方法及學(xué)科體系建設(shè)都獲得了大的突破。人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等高科技領(lǐng)域的重大突破，也極大地拓展了機電一體化技術(shù)的發(fā)展空間。時至今日，機電一體化已經(jīng)形成了較為完整的科學(xué)體系。

3 機電一體化的發(fā)展方向

（1）網(wǎng)絡(luò)化。計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，給世界經(jīng)濟帶來了革命性的變革，各種網(wǎng)絡(luò)將全球的各種信息拉到了同一個供世界分享的平臺，經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及技術(shù)的競爭也變得短兵相接，而作為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備，實際就是機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品通過網(wǎng)絡(luò)的控制更深入到了工業(yè)生產(chǎn)和平民生活的各個方面，目前正在探索的物聯(lián)網(wǎng)就是例證。因此，機電一體化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展必將是未來發(fā)展的重要方向。

（2）環(huán)?；?。低碳環(huán)保是時下世界范圍內(nèi)關(guān)注的話題，也是有利于世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的大事，世界各國對此在各個方面都傾注了大量的人力和財力，節(jié)約能源，降低能耗，減少污染，已是各行各業(yè)生存競爭甚至發(fā)展壯大的的硬性支撐。所以，機電一體化技術(shù)也不例外，其產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用符合綠色環(huán)保的要求，才會有良性發(fā)展的巨大空間和市場動力。

（3）模塊化 。模塊化是指研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元。由于機電一體化涉及的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，產(chǎn)品繁多，各種功能單元的組合又能創(chuàng)造出全新功能的機電一體化產(chǎn)品，這就給研發(fā)生產(chǎn)各種功能模塊提供了廣闊的市場空間，也會極大地推動電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化發(fā)展，因此，模塊化發(fā)展方向不論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一體化單元的企業(yè)還是完整產(chǎn)品的企業(yè)，都將是其獲得良性發(fā)展的最好路徑。

（4）智能化 。所謂的智能化，是指在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，而不是簡單控制的一種高層次控制模型。智能化是21世紀(jì)各種科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要特征，機器人與數(shù)控機床的智能化就是機電一體化技術(shù)智能化趨勢的重要體現(xiàn)。

（5）微型化 。微型化是機電產(chǎn)品很自然的發(fā)展方向。近幾十年的微電子技術(shù)的發(fā)展，帶動了多學(xué)科相關(guān)技術(shù)的跨越式發(fā)展，機電技術(shù)也不例外。機電一體化各功能塊產(chǎn)品在幾何尺寸上已經(jīng)走向了微米級、納米級，必將會使機電設(shè)備和產(chǎn)品更進一步微型化和低耗能化，并在更顯微的領(lǐng)域得到應(yīng)用，從而推動機電一體化技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展。

（6）有源化。有源化有的也稱帶源化，它是指在一些無法使用常規(guī)電能的場合，機電產(chǎn)品能自帶電力能源。這種電力能源可以是太陽能電池、燃料電池和其他電池等，以滿足如航天、野外、深海等特殊場合應(yīng)用的需要。這種需要事關(guān)國家戰(zhàn)略，意義十分重大和深遠(yuǎn)。

4 我國機電一體化發(fā)展分析

4.1 我國機電一體化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

我國機電一體化技術(shù)和世界發(fā)達(dá)國家相比，有相當(dāng)大的差距，但其發(fā)展勢頭十分可喜。我國是在20世紀(jì)80年代初才開始涉入機電一體化領(lǐng)域，隨后國家成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”，開始納入了國家發(fā)展規(guī)劃之中，一些大專院校、研究機構(gòu)等也相繼開設(shè)了相應(yīng)的學(xué)科專業(yè)，并隨之進行了大量的引入和研究，獲得了快速的跟進。

（1）數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速。我國數(shù)控技術(shù)在1958年開始起步，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達(dá)70%，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10 μm提高到5 μm,精密級加工中心則從3～5 μm提高到1～1.5 μm，并且超精密加工精度已經(jīng)進入納米級，在數(shù)控技術(shù)的一些分支領(lǐng)域還取得了一些世界前沿的研究應(yīng)用成果。

（2）機器人研究成效顯著。國家在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(xué)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，開發(fā)出了弧焊、點焊、注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機器人，并已投入到了相關(guān)的實用領(lǐng)域。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)及機器人軟件的設(shè)計和編程等。我國從事機器人研發(fā)的單位現(xiàn)在已有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。有些領(lǐng)域的機器人研發(fā)還達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

（3）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）前景廣闊。隨著我國機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，CIMS技術(shù)也發(fā)展較快。清華大學(xué)已經(jīng)建成國家CIMS工程研究中心，在國家一些著名工科院校相繼建立了CIMS單元技術(shù)實驗室和CIMS培訓(xùn)中心，在全國范圍內(nèi)，絕大部分省市和一些行業(yè)、企業(yè)均不同程度地實施了CIMS應(yīng)用示范工程，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著國家經(jīng)濟的快速推進，CIMS已受到了更深層次的重視，投入力度越來越大，應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景也越來越廣闊。

4.2 我國機電一體化技術(shù)發(fā)展策略

立足于我國的基本國情和發(fā)展現(xiàn)狀，機電一體化技術(shù)未來發(fā)展應(yīng)以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的發(fā)展為中心，制定能夠主導(dǎo)21世紀(jì)國家機電一體化關(guān)鍵技術(shù)以及相關(guān)的配套技術(shù)的攻關(guān)方向，以滿足國家戰(zhàn)略的和市場經(jīng)濟發(fā)展的需要。同時，還應(yīng)重視兩個方面的工作，一是繼續(xù)加大利用電子信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的科技含量，二是新型裝備和產(chǎn)品的開發(fā)，應(yīng)大膽采用機電一體化的研發(fā)思想和技術(shù)，把機械和電子進行深層次的滲透和融合，以使后繼研發(fā)成果具備世界前沿技術(shù)水平。

5 結(jié)語

綜上所述，機電一體化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是歷史的選擇。我們必須正視它對一個國家乃至世界經(jīng)濟構(gòu)成的重大影響，利用好我們的后發(fā)優(yōu)勢，有所為有所不為，突出重點，兼顧左右，快速縮短與發(fā)達(dá)國家的差距，并爭取后來居上，創(chuàng)新發(fā)展我國機電一體化產(chǎn)業(yè)。

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