探析機電一體化的未來發展趨勢摘要：作為發展中國家，我國與發達國家相比工業技術水平存在一定差距，但有廣闊的機電一體化應用空間。當前我國機電一體化技術的研究、應用和產業化受到了前所未有的重視和發展。本文探討了機電一體化技術的發展歷程與構成、優勢，并展望了機電一體化的未來發展趨勢。關鍵詞：機電一體化；智能；綠色；微型一、“機電一體化”的發展歷程機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術，是現代化的自動生產設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。“機電一體化”經歷了以下發展歷程：20世紀60年代以前為第一階段。這一階段的機電結合技術，對戰后經濟的恢復起到了積極作用。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀70-80年代為第二階段。這一時期計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家仍有相當差距。二、機電一體化產品的構成及優勢（一）機電一體化產品的構成1、機械本體：機身、框架、機械聯接等產品支持機構，實現構造功能。要求：可靠、小型、美觀。2、動力驅動：提供能量，轉換成需要的形式，實現動力和驅動功能。要求：效率高、可靠性好。3、檢測傳感裝置：檢測產品內部狀態和外部環境，實現計測功能。要求：體積小、精度高、抗干擾。4、控制與信息處理：處理、運算、決策，實現控制功能。要求：高可靠性、柔性、智能化。5、執行機構：包括機械傳動與操作機構，接收控制信息，完成要求的動作，實現主功能。高性能、高精度、高效率（二）機電一體化產品的優勢1、與傳統的機械產品的區別：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。現代機械要求具有更新穎的結構、更小的體積、更輕的重量，還要求精度更高、剛度更大、動態性能更好。2、信息處理技術包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策，實現信息處理的工具是計算機，因此計算機技術與信息處理技術是密切相關的。計算機技術包括計算機的軟件技術和硬件技術，網絡與通信技術，數據技術等。3、自動控制技術范圍很廣，機電系統設計在基本控制理論指導下，對具體控制裝置或控制系統進行設計；對設計后的系統進行仿真和現場調試，最后使研制的系統可靠地投入運行。控制系統是指由被控對象和控制裝置所構成的，能夠對被控對象的工作狀態進行調節、使之具有一定的狀態和性能的系統。4、傳感與檢測裝置是系統的感受器官，它與信息系統的輸入端相連并將檢測到的信息輸送到信息處理部分。傳感與檢測是實現自動控制、自動調節的關鍵環節，它的功能越強，系統的自動化程度就越高。傳感與檢測的關鍵元件是傳感器。5、伺服驅動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅動裝置，由微型計算機通過接口與這些傳動裝置相連接，控制它們的運動，帶動工作機械作回轉、直線以及其他各種復雜的運動。驅動裝置主要指各種電動機的驅動電源電路。6、系統總體技術是一種從整體目標出發，用系統的觀點和全局角度，把功能和技術方案組成方案組進行分析、評價和優選的綜合應用技術。系統總體技術解決的是系統的性能優化問題和組成要素之間的有機聯系問題，即使各個組成要素的性能和可靠性很好，但如果整個系統不能很好協調，系統也很難正常運行。三、機電一體化的發展趨勢1、智能化智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而必要的。2、模塊化模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。3、仿生物系統化今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物——系統”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。4、光機電一體化一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢。5、自律分配系統化——柔性化未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。6、微型化

微型化興起于20世紀80年代末,是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。近十余年來，微機電系統,作為機電一體化技術的新尖端分支而倍受重視,泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，發展難點在于微機械并不是簡單地將大尺寸的機械按比例縮小，由于結構的微型化，在材料、機構設計、摩擦特性、加工方法、測試與定位及驅動方式等方面都產生了一些特殊問題。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,可進入一般機械無法進入的空間，并易于進行精細操作，因此在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。因此在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。7、綠色化

機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。工業的發展使得資源減少，生態環境受到嚴重污染。綠色化成了時代的趨勢，產品的綠色化更成了適應未來發展的一大特色。如果我們把機械產品和制造機械產品的機械裝置統稱為機械系統，則機電一體化技術產品的功能可歸結為：提高機械系統的性能，完成傳統機械系統不能完成的功能；提高機械系統的智能化程度，使人在更舒適的環境中工作；提高機械系統的可回收性；降低機械系統的原材料消耗；降低機械系統的能耗；降低機械系統對環境的污染，可以看出其中至少有3條是和環境保護有關的。因而，進入21世紀，機電一體化技術產品的使命是