摘要：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造，在機(jī)械工程領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 技術(shù)產(chǎn)品 制造技術(shù) 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-00144-02

1.機(jī)電一體化的基本概念

根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)。機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)得主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，合理配置與布局各功能單元，還將被賦予新的內(nèi)容。并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱，是綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值。具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，還能賦予許多新的功能。其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，但是發(fā)展到機(jī)電一體化后。“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面，其主要功能依然是代替和放大的體力，機(jī)械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，如自動(dòng)檢測、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等。而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊，這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。因此，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)。

2.機(jī)電一體化的優(yōu)越性

（1）顯著提高設(shè)備的使用安全性。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時(shí)，使用安全性和可靠性提高，機(jī)電一體化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)等功能。避免和減少人身和設(shè)備事故。能自動(dòng)采取保護(hù)措施。（2）保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作，使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響。生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工作的自動(dòng)化，數(shù)控機(jī)床對工件的加工穩(wěn)定性大大提高，使得生產(chǎn)能力大大提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，同時(shí)。生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高5～6倍。（3）機(jī)電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示。使得操作大大簡化并且方便、簡單，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少。機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實(shí)現(xiàn)，使用性能改善。系統(tǒng)可重復(fù)實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)作，高級的機(jī)電一體化產(chǎn)品可通過被控對象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機(jī)自尋最佳工作程序。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)最優(yōu)化操作。（4）機(jī)電一體化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)化控制、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校驗(yàn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)保護(hù)和智能化等多種功能。使其應(yīng)用范圍大為擴(kuò)大，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能，例如。滿足用戶需求的應(yīng)變能力較強(qiáng)，能應(yīng)用于不同的場合和不同領(lǐng)域，。機(jī)電一體化產(chǎn)品跳出了機(jī)電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制，電子式空氣斷路器具有保護(hù)特性可調(diào)、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時(shí)電流的測量、顯示和故障自動(dòng)診斷等功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)化程度大大提高。具有復(fù)合功能并且適用面廣。（5）機(jī)電一體化產(chǎn)品的自動(dòng)化檢驗(yàn)和自動(dòng)監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動(dòng)采取措施。這些控制程序可通過多種手段輸入到機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件或零件。即可按指定的預(yù)定程序進(jìn)行自動(dòng)工作，使工作恢復(fù)正常，對于具有存儲(chǔ)功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品，可通過改變控制程序來實(shí)現(xiàn)工作方式的改變，然后根據(jù)不同的工作對象。調(diào)整和維護(hù)方便，機(jī)電一體化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時(shí)。只需給定一個(gè)代碼信號輸入，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，以適應(yīng)不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。

3.機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點(diǎn)

（1）機(jī)械系統(tǒng)。這部分是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身、框架、機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)接等機(jī)械部分。因此對機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。（2）動(dòng)力系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能，機(jī)電一體化產(chǎn)品以電能利用為主。動(dòng)力系統(tǒng)為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能。動(dòng)力系統(tǒng)包括電、液、氣等動(dòng)力源，包括電源、電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路等。（3）傳感與檢測系統(tǒng)。為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各種信息，同時(shí)利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進(jìn)行測定。傳感器的作用是將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般由測量儀器或儀表來實(shí)現(xiàn)，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。（4）信息處理及控制系統(tǒng)。信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，機(jī)電一體化產(chǎn)品中。并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理、運(yùn)算和決策，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口所組成，根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，以對產(chǎn)品的運(yùn)行施以按照要求的控制，實(shí)現(xiàn)控制功能。（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)因機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。機(jī)電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是運(yùn)動(dòng)部件，常采用機(jī)械、電液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)，其性能好壞決定著整個(gè)產(chǎn)品的性能。因而是機(jī)電一體化產(chǎn)品中最重要的組成部分，機(jī)電一體化產(chǎn)品的五個(gè)組成部分在工作時(shí)相互協(xié)調(diào)。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過各種接口及其相應(yīng)的軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者。共同完成所規(guī)定的目的功能。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能，。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。

4.機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

（1）智能化。使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能。機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用，智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向，誠然。則是完全可能而又必要的，以求得到更高的控制目標(biāo)，這里所說的”智能化”是對機(jī)器行為的描述。是不可能的，也是不必要的，模擬人類智能，但是，高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，是在控制理論的基礎(chǔ)上。吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視。使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力。（2）模塊化。研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，這樣。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，規(guī)模化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。由于利益沖突，顯然，模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置，以便各部件、單元的匹配和接口。無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定。（3）網(wǎng)絡(luò)化。20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（home net）將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)（computer integrated appliance system，CIAS），使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。（4）微型化。指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），并向微米、納米級發(fā)展，即超精密技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，微型化興起于20世紀(jì)80年代末。它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類，泛指幾何尺寸不超過1cm³的機(jī)電一體化產(chǎn)品。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。（5）綠色化。人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源。資源利用率極高，另一方面，于是。工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化，設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品。生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染，綠色化是時(shí)代的趨勢，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，資源減少。報(bào)廢后能回收利用，生活舒適，回歸自然；一方面，物質(zhì)豐富，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中。（6）系統(tǒng)化。許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來的，表現(xiàn)是通信功能的大大加強(qiáng)。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人。另一層是模仿生物機(jī)理，一層是，賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，特別是對家用機(jī)器人。其高層境界就是人機(jī)一體化，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。研制各種機(jī)電一體花產(chǎn)品，事實(shí)上，一般除RS232外。還有RS485、DCS人格化，進(jìn)行任意剪裁和組合，系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。

5.結(jié)語

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多。機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。