机电一体化的应用及发展趋势

摘 要：随着科学技术的不断发展，学科的数字化，学科之间的整体化、交叉化迅速深化，机电一体化技术应用越来越广泛，产品不断涌现，产业也越来越成熟。本文通过对机电一体化基本概念的阐述，研究了现阶段机电一体化产品的应用，并以数控机床为实例深入分析，最后提出了关于机电一体化的若干发展趋势。

关键词：机电一体化；产品应用；数控机床；发展趋势

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1机电一体化概述

1.1基本概念

机电一体化的英文单词是Mechatronics。它分别取了机械技术（Mechanics）的前半部分和电子技术（Electron-ics）的后半部分。通常，我们认为机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合，又称之为机械电子技术。

1.2五要素和四原则

五要素——机电一体化系统的硬件组成：指的是机电一体化系统的五大组成要素，具体包括结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素。（1）结构组成要素：系统的框架、支撑、定位、联接部件。（2）动力组成要素：为系统提供能量、动力维护运行的部件。（3）感知组成要素：对系统内外各种状况进行检测、转换、传输、分析、处理，产生控制信息。（4）智能组成要素：将感知组成要素传来的控制信息进行汇总、存储、分析、处理，发出指令。（5）运动组成要素：根据智能组成要素发出的指令，完成既定的执行功能。

四原则——机电一体化系统的运作规律：指的是五大组成要素在互相作用时必须遵循的结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。（1）接口耦合：信息交换涉及到的两个环节，通过接口耦合来解决信息模式不兼容而不能传递的问题。（2）能量转换：这也是两个环节由于模式不兼容的问题导致无法直接进行能量转换。（3）信息控制：智能组成要素完成信息的采集、传输、存储等操作。（4）运动传递：机电一体化系统的各组成要素之间通过运动传递原则达到优化不同类型运动的变换与传输。

2机电一体化的应用

机电一体化的不断发展，实现了产品整体优化，也实现了产品质量提升、生产效率提高。在新产品的生产和准备周期上，机电一体化也有其巨大优势。

2.1机电一体化在现代机械制造业中的应用

与建立在规模经济基础上，依靠规模、产量来争取竞争优势的传统机械制造业不同，先进机械制造业强调以信息为主导。表一为传统机械制造业与先进机械制造业的类比。

表一 传统机械制造业与先进机械制造业类比

本质

竞争优势

综合特点

传统机械制造业

规模经济

1、企业规模大；

2、生产批量；

3、产品结构和重复性取胜；

4、资源利用率高。

1、专业加工复杂；

2、机器替代人力。

先进机械制造业

信息产业

1、先进生产模式；

2、先进制造系统；

3、先进制造技术；

4、先进组织管理形式。

1、全球化、网络化

2、虚拟化、智能化、

3、环保协调

2.2在饮料行业中的应用

机电一体化应于食品、饮料行业已经有很长的历史了。在包装机械的开发设计和制造中，机电一体化技术发挥了非常大的作用，它的出现使包装生产线的各项指标（如自动化水平、系统控制水平、生产能力）得到了极大的提高，竞争力产生了质的飞越，远远超过同类传统的机械设备，同时也使单机的自动化程度大大提高。

2.3在钢铁企业中的应用

机电一体化技术在钢铁企业中的应用有很多。在钢铁生产的全局控制中，计算机集成制造系统（CIMS）发挥重要的作用。CIMS将生产管理的各项宏观与微观过程与人有机地联系在一起，实现了生产要素的统筹管理。在钢铁生产的传动环节，交流传动技术一出现就受到各大厂家的青睐，它使矢量控制技术得以在实现。其于交流传动技术在调速方面的巨大优势，它取代传统的直流传动指日可待。

3机电一体化产品举例

以数控机床为例，阐述机电一体化产品的实际应用。

数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量等技术，是一种高效率、高精度、多功能的先进机床，与传统机床相比有巨大优势，取代传统机床是大势所趋，是成本、技术和时间问题。

图1为数控机床工作过程原理图，图2为数控机床的组成结构。

图1 数控机床工作过程原理图

图2 数控机床的组成

4机电一体化的发展趋势

随着机电一体化越来越广泛的应用，各行各业都不断涌现出机电一体化的应用实例。每每出现机电一体化的产品，都会引起一场革命，造成一个行业的蓬勃发展或者另一个落后产业的加速衰亡。

随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

未来，机电一体化的发展趋势不可避免地向以下几个方面发展。

4.1智能化

机电一体化技术越来越成熟。首先表现在其智能化程度越来越高，甚至具备了一定的AI（人工智能，Artificial Intelligence）能力。这给用户在使用、维护上带来了极大的方便。

4.2数字化

机电一体化产品也将会更数字化，如数控机床和机器人，这也是进一步增强机电一体化产品可靠性、通用性、可操作性的重要保障。

4.3模块化

产品配件模块化的最主要好处是使产品配件标准化、系列化，不仅更加容易应用于工业生产，也使接口规则更加简单和体系化。现阶段机电一体化蓬勃发展但仍处于初级阶段，产品种类繁多而不成体系，模块化这项工作潜力巨大。

5结 语

机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合。机电一体化在各行各业中的应用越来越广泛，产品层出不穷，引领各行各业发生翻天覆地的改变。机电一体化在未来不可避免地向智能数字、模块设计生产、互联共享、人性便携和环保绿色等方向发展。

参考文献

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