康華軍

【摘要】“機(jī)電一體化”在國外被稱為 Mechatronics，是日本人在 20 世紀(jì) 70 年代初提出來的，用英文 Mechanics 的前半部分和Electronics 的后半部分構(gòu)成的一個新詞，意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認(rèn)， 我國的工程技術(shù)人員把它譯為機(jī)電一體化技術(shù)。使用機(jī)電技術(shù)應(yīng)用名稱時，注意不要與機(jī)電公司的機(jī)電相混，因為機(jī)電公司經(jīng)營的水泵、電機(jī)等不屬于機(jī)電一體化技術(shù)的范圍。由于科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品或設(shè)備也在不斷更新，并不斷采用更先進(jìn)的技術(shù)。因此，在理解機(jī)電一體化的含義時，可以將“機(jī)電” 一詞模糊為“先進(jìn)技術(shù)”。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電;機(jī)電工程;技術(shù)

一、機(jī)電一體化技術(shù)基本概要

機(jī)電一體化是指機(jī)、電融合為一體，但絕不是兩者的簡單相加。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)、自動化測量工具、數(shù)控機(jī)床、數(shù)控設(shè)備、自動扶梯、自動電梯、智能大廈、自動機(jī)以及自動化工廠。在日常生活中，機(jī)電一體化的產(chǎn)品也無處不在：全自動照相機(jī)、全自動洗衣機(jī)、音響設(shè)備、電腦打印機(jī)等。這些產(chǎn)品或設(shè)備有不同的使用范圍、不同的結(jié)構(gòu)和不同的性能，但是它們都能自動地完成一定的工作。它們在按規(guī)定程序，有順序、有規(guī)律地完成整套動作之后才能實現(xiàn)它們的價值。

機(jī)電一體化技術(shù)是同時運(yùn)用機(jī)械、電子、儀表、計算機(jī)和自動控制等多種技術(shù)的復(fù)合技術(shù)。這個由電腦控制的產(chǎn)品或設(shè)備要有被控制的機(jī)械和各種裝置，用來進(jìn)行控制的工業(yè)控制計算機(jī)（ 工控機(jī)）、各種儀表（ 用于檢測、顯示、計數(shù)、報警等）、電器（ 為執(zhí)行某個動作，作為行程開關(guān)等）。這些儀表可以是電動的， 也可以是氣動的，甚至可以是液壓或光電的。

二、機(jī)電一體化技術(shù)的組成要素及遵循原則

1.組成要素

機(jī)電一體化的產(chǎn)品或設(shè)備，不論體積是大還是小，不論結(jié)構(gòu)是復(fù)雜還是簡單，也不論功能是多還是少，它們都是一個由機(jī)械零件和電子元件組成的有機(jī)整體，都是一個完整的系統(tǒng)。一個機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運(yùn)動組成要素、感知組成要素、智能組成要素有機(jī)結(jié)合而成。

機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組成要素），是系統(tǒng)的所有功能要素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機(jī)身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅(qū)動部分（動力組成要素）：依據(jù)系統(tǒng)控制要求，提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。測試傳感部分（感知組成要素）：對系統(tǒng)的運(yùn)行需要的內(nèi)部和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息?？刂萍靶畔⑻幚聿糠郑毮芙M成要素）：將測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進(jìn)行集中存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)動組成要素）：根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。

2.遵循原則

構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的五大組成要素，其自身及相互之間都必須遵循接口耦合、能量轉(zhuǎn)換、信息控制、運(yùn)動傳遞四大原則。

（1）接口耦合。兩個需要進(jìn)行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間， 由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等），無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強(qiáng)弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準(zhǔn)確地交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行。因此，接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能， 使信息按規(guī)定的模式進(jìn)行交換與傳遞。

（2）能量轉(zhuǎn)換。兩個需要進(jìn)行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換。能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器、驅(qū)動器，以及不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法。

（3）信息控制。在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元。在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運(yùn)算、判斷、決策，達(dá)到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含知識獲得、推理機(jī)制以及自學(xué)功能等知識驅(qū)動功能。

（4）運(yùn)動傳遞。運(yùn)動傳遞是構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成要素之間的不同類型運(yùn)動的變換與傳輸，以及以運(yùn)動控制為目的的優(yōu)化。

三、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)知識

1.知識結(jié)構(gòu)

了解、掌握由工控機(jī)控制的系統(tǒng)或設(shè)備（ 自動機(jī)、自動生產(chǎn)線） 相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)知識。

2.能力要求

操作、維護(hù)、安裝、調(diào)試或改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)或設(shè)備（ 自動機(jī)、自動生產(chǎn)線或某個產(chǎn)品） 的能力，還需有一定的管理能力。并明顯強(qiáng)調(diào)了動手能力，即以先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用為主要目的。

3.有關(guān)基礎(chǔ)知識

（1）電子技術(shù)基礎(chǔ)。電子技術(shù)基礎(chǔ)包括模擬電路和數(shù)字電路， 是在電工技術(shù)的基礎(chǔ)之上，對晶體管構(gòu)成的電路進(jìn)行的系統(tǒng)、定性和定量的分析研究，是機(jī)電一體化技術(shù)中最基礎(chǔ)的部分。

（2）機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)。機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)包括制圖、力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、機(jī)械制造和維修等技術(shù)，是機(jī)械本體的知識基礎(chǔ)， 是機(jī)電一體化技術(shù)中不可缺少的部分。

（3）檢測技術(shù)。掌握工業(yè)中常用的檢測元器件的選用、安裝、調(diào)試和使用。各種控制系統(tǒng)離不開檢測元器件，檢測元器件是機(jī)電一體化技術(shù)的主要內(nèi)容。

（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)。掌握各種機(jī)械、電器、氣動、液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理和使用方法，各種機(jī)電一體化系統(tǒng)和設(shè)備都是為了達(dá)到某種目的而制造的，而功能的實現(xiàn)又離不開執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（5）工控機(jī)技術(shù)。要求會使用工控機(jī)（ 工業(yè)控制計算機(jī)），能夠按自動機(jī)的要求設(shè)計編制控制程序。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)和設(shè)備中，工控機(jī)作為控制的中心，對整個系統(tǒng)起著指揮和協(xié)調(diào)的作用。工控機(jī)性能的好壞以及技術(shù)人員使用的熟練程度，直接影響到機(jī)電一體化控制系統(tǒng)和設(shè)備性能的好壞。

綜上所述，機(jī)電一體化決不是機(jī)械與電子兩種技術(shù)的混合或簡單疊加，而是兩者的有機(jī)結(jié)合。機(jī)電一體化系統(tǒng)是先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)，可以處理更多被控參數(shù)的復(fù)雜情況，計算速度也更快、更準(zhǔn)確。機(jī)電一體化技術(shù)是新技術(shù)，是在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，機(jī)電一體化技術(shù)具有明顯的綜合性和先進(jìn)性。機(jī)電一體化技術(shù)既不同于傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和微電子技術(shù)，又不同于普通的計算機(jī)技術(shù)，而是將這些技術(shù)相互融合、相互滲透并產(chǎn)生飛躍而形成的新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

劉家發(fā). 淺談機(jī)電一體化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)與優(yōu)化[J]. 中國科技博覽，2013，（8）.