试析机电一体化技术的发展趋势

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　　摘 要:随着科学技术不断深入地发展，机电一体化技术水平也将得到不断地提高。文章在分析我国机电一体化产品发展及应用概况的基础上，对机电一体化的发展趋势进行探讨。
　　关键词:机电一体化技术 应用概况 发展趋势
　　
　　随着计算机技术，特别是大规模集成电路制造技术的不断发展，计算机日益小型化，功能增强，抗干扰能力提高，而且价格日益便宜，这就为计算机应用于工业生产创造了条件。20世纪80年代中期以来，计算机特别是微型计算机已日益广泛应用于机械产品和生产过程的控制，使机、电、液有机地结合，发展成机电一体化技术。机电一体化技术的应用，给机械行业带来了显著的效益，提高了生产率，提高了产品的性能和质量，降低了原材料消耗，节约了能源，减轻了操作工人的劳动强度，增强了企业在市场中的竞争力。
　　机电一体化是从系统工程观点出发，应用机械、电子等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术，主要包括技术原理和使用机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称。
　　机电一体化产品具有记忆、运算、控制、信息处理等优异功能，从而达到产品的高性能、多功能化和智能化；机电一体化产品结构简化，使产品向着轻、薄、细、巧的方向迅速发展。几点一体化产品可以根据负荷及运行情况而进行调整与控制，节能是他最为突出的特点；机电一体化产品具有自动监视、诊断功能及某些智能，打打提高了安全可靠的性能。
　　典型的机电一体化产品产品机与电有机地融为一体，具有较完整的结构。如数控加工中心、工业机器人、彩色复印机、自动绘图机等。这些产品属于机电一体化的高级形式。它们单靠机械或电子是无法或很难实现的，机械与电子一旦分离，整机就无法运行工作。
　　机械产品中的一部分控制功能和机构用电子装置代替，这类产品如打印机、机电一体化照相机、带微机控制或数字显示的各种机械设备等。
　　以微电子装置代替原设备的信息处理机构这类产品如指针式石英电子表、全电子式电话交换机、带微处理器的各种仪表、电机调速装置等。
　　国外在这方面研究比较早，但是在初步阶段，因为当时的电子技术发展还没有达到一定的水平，机械技术与电子技术的结合还没有广泛发展。随着计算机技术、控制技术、通信技术等相关技术的发展，从而为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。机电一体化技术和产品得到了极大发展；到20世纪90年代后期机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将会使机电一体化更加快速的建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
　　我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为863 “计划”。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，并且取得了一定技术研究成果，但是总体跟日本等先进国家相比仍然有相当大的一段差距。
　　机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下：
　　一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的，因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统，光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。
　　今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。这主要受益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
　　20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和高速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也开始全球化进展。机电一体化新产品如果研制出来，只要产品的功能独特，质量做到安全可靠，必然就会在全国以致全球畅销。因为现在网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。因此，机电一体化产品一定会朝着网络化方向发展。
　　泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。
　　目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。
　　未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
　　工业的发展给人们生活带来了巨大的变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到了严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率非常的高。设计绿色的机电一体化产品，将具有远大的发展前途。
　　
　　结语
　　综上所述，机电一体化是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。微机电一体化技术发展的瓶颈，是微机械技术（或纳米机械技术），电子和软件技术已满足要求，但机械元件至今很难做到小型化，无法适应微小空间的接口连接，控制协调和机电动作。科学家预言，微机电一体化是今后10年十大关键技术之一。
　　
　　参考文献
　　[1]李建勇．机电一体化技术[M]．北京：科学出版社，2006．
　　[2]李运华．机电控制[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003．

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