王韜涵

【摘要】機電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，本文簡述了機電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景。綜述了國內(nèi)外機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】機電一體化 應(yīng)用 發(fā)展趨勢

一、機電一體化的產(chǎn)生與應(yīng)用

20世紀60年代以來，人們利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能，刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合。計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀80年代末期，各國均開始對機電一體化技術(shù)給以很大的關(guān)注。20世紀90年代后期，機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進。目前，機電一體化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，還將被賦予新的內(nèi)容。

二、機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段。20世紀60年代以前為第一階段，在這一時期，人們利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。但當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

20世紀70年代～80年代為第二階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中展露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，更為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院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”中。許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用也做了大量的工作，雖然取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當(dāng)差距。

三、機電一體化的發(fā)展趨勢

（一）智能化趨勢。智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。人工智能在機電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力。

（二）模塊化趨勢。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。不過這樣可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模，制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。

（三）人性化。機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術(shù)享受。

（四）網(wǎng)絡(luò)化趨勢。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)等領(lǐng)域都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品，因此機電一體化產(chǎn)品朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展是為大勢所趨。

（五）微型化趨勢。微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微型化產(chǎn)品泛指幾何尺寸不超過1cm的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，具有不可比擬的優(yōu)勢。

（六）綠色化趨勢。科技的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的問題。綠色產(chǎn)品概念在這種情況下應(yīng)運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求。

（七）帶源化。是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

四、典型機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展

目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數(shù)控機床只占約5%且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達國家數(shù)控機床占10%）。近些年來數(shù)控機床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展，在以下幾個技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進步。

（1）高速化。由于高速加工技術(shù)普及，機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉(zhuǎn)速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移動速度由過去的10～20m/min提高到120m/min；在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，由過去一般機床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達15G；

（2）高精度化。數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亞微米級機床達到0.0005mm左右；納米級機床達到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已問世。

（3）復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)，如5軸5面體復(fù)合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機床，串并聯(lián)絞鏈機床等。

結(jié)束語：綜上所述， 經(jīng)過20多年的發(fā)展，機電一體化技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界最熱門、最重要的技術(shù)發(fā)展方向之一，并影響到幾乎全部的工業(yè)行業(yè)。我國從80年代初對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品開始予以重視，先后在國家科技攻關(guān)計劃、863高科技計劃和國家自然科學(xué)基金中列專項對機電一體技術(shù)加以研究，并取得了一系列重大科技成果。1990年，國家將用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)列為“八五”及本世紀后十年發(fā)展全民經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略技術(shù)措施，機電一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用已取得相當(dāng)進展。

參考文獻：

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