探索机电一体化的核心技术及发展前景

周彦成 倪绍祥

摘要：机电一体化是由于当前科学技术的不断发展而萌发的一种新型机械系统技术，它主要指的是将电子计算机技术引入传统的机械装置，使得机械装置的功能发挥向着智能化、系统化方向发展。这种一体化技术能够综合电子计算机技术和机械技术双方的优点，在提高机械系统运作效率，增加安全性方面发挥着重要的作用。本文从机电一体化发展的情况，综述了机电一体化核心技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。

关键词：机电一体化；核心技术；发展前景

中图分类号： TH-39文献标识码： A

一、机电一体化的重要性

机电一体化是一个系统总称，它结合组织，动力信息处理与控制能力，并在此基础上融合了电子设计，机械设备以及软件的功能系统。同时，它也是一门将群体技术综合运用的新型学科。在组织目标不断优化，然后合理布局每个功能单元，不断产生新的功能系统，由此产生机电一体化产品或者功能系统。

机电一体化的特点

1、具有综合性。从某种意义上讲，机电一体化技术可谓是一种跨学科的边缘科学，它将微电子、计算机等多门技术整合于机械主体构造中，使之形成一套一体化的系统。这套机电一体化系统综合了多门学科的技术优势，这些技术协调运作，彼此取长补短，使整个机电系统的性能得到最大发挥。可以说，机电一体化技术是具有综合性的高水平技术。

2、使用简易化。从产品开发来看，机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化系统和产品得以实现。作为开发者，除了要具备扎实的理论基础，对于技术架构也要有丰富的积淀，要有创新精神。从用户角度来讲，无需深入学习机电一体化系统的技术原理，只要掌握机电系统的操作规程，能够确保系统操作正确、合规，在人机磨合的过程中形成协作关系即可。

3、多层次的系统化从本质上讲，机电一体化就是将计算机技术、智能技术等多项技术整合于主体机械，不断优化机械的主体功能，使其形成一套完整的系统。机电一体化注重各种技术（尤其是微电子技术与精密机械技术）的集成，强调主体结构的层次化和系统化。无论从单参数、单击控制到多参数、多级控制，还是从单件单品生产工艺到流畅、自动化的生产线，直至完成整个机电系统的设计，各个层次的开发和应用都会涉及智能化的机电一体化技术。

4、具有高可靠性、高稳定性和长寿命机电一体化系统发生机械磨损的程度非常小，因而故障少，运行时稳定可靠，系统的服务年限比普通机电系统长。而且某些自诊断、自修复的机电一体化系统甚至可以实现“零故障”。

机电一体化的核心技术

1、机器技术：是机电一体化的基础，机械技术的重点是如何跟上机电一体化技术，利用高新技术来更新概念，以此达到结构、材料、性能的变化，减少重量，体积小，提高精度，提高刚度和提高性能的要求。

2、计算机和信息技术：这是一个多功能信息处理技术，它融合了信息存储，信息识别与判断，以及将各种神经网络技术进行智能化处理的综合性技术。

3、系统技术：即以全局和系统目标为主，然后不断将几个功能单元相互连接的重要系统技术，以此来确保体统各有机联系的实现。

机电一体化出上述常用的重要技术外，同时，还有自动控制，传感检测以及伺服传动等技术。

机电一体化技术的主要应用领域

（一）计算机集成制造系统（CIMS）

美国学者哈林顿博士提出CIMS以后，受到了世人的重视。发展到今天，已然是全局动态最优综合。CIMS通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术。把企业生产全部过程中相关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。这种有机结合，使企业集成度得以提高，各种生产要素之间浑然天成，最大的挖掘了各种生产潜力都。

（二）工业机器智能化

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，到目前为止实现了工业机器智能化；迄今为止，第1代机器人已由简单的重复操作发展到高级智能、可根据需要进行思维推理，进而进行判断和独立完成工作，这是工业上伟大的创举和革命。

（三）数控机床

数控机床装有程序控制系统，有效地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，结构精致，功能齐全，控制简易，操作灵活，具体体现在：

总线式、模块化、紧凑型的结构，也就是采用了多CPU、多主总线的体系结构。2）设计技巧，功能强大，硬件体系结构有兼容性，功能模块有层次性，接口标准化，使用方便，效益高，用户非常喜欢。3）系统智能化，操作方便，在短时间内即可排除故障，诊断精确。4）充分拓展了存储器的容量，软件转化为模块化的设计，数控功能精深微妙，无以复加，加强了CNC系统的控制功能，状态最佳。5）机床功能完善，实现了高智能化，不光多台机床可一起操作相同的任务，且一台机床可以同时进行多种操作，完成多种加工任务；破损检测完善无遗漏，物料搬运自动化。6）网络连接顺畅，系统的多级功能调动自如，加工系统庞大精密，能力强。

机电一体化技术发展前景

智能化

智能化是当前机电一体化技术领域的一个未来发展趋势。智能化是运用控制理论，将计算机科学、混沌动力学、模糊数学、人工智能、心理学、生理学以及运筹学等多个学科有机整合，智能模拟人类的逻辑思维、判断推理和自主决策等能力，以便得到更高的控制目标。按照目前人工智能技术的研究状况，未来时间将有可能发展高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，这是人工智能技术研究的一个必然的发展趋势。

（二）模块化

机电一体化因为产品种类和生产厂家比较多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而前途广的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计过程中，可利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

网络化

电子计算机技术的快速发展，推动着整个人类社会进入互联网时代。互联网技术渗透到人们日常生活的方方面面，在国防、商业、教育等领域得到了最为广泛的应用。在互联网的影响之下，尤其是光纤宽带的普及化，每一个家庭都被置于计算机网络的控制之下。人们进行网络接收与传播信息的电脑、手机等电子设备本来就是机电一体化的产物。我们能够看到机电一体化产品已经渗透在人们的衣食住行之中。在这样的情况下，机电一体化技术必然将朝着网络化的方向发展。利用机电一体化技术开发出更多能够接入互联的电子产品将是未来机电一体化的一个发展趋势，而这个趋势在互联网技术发达的今天毫无疑问会有一个光明的前景。

微型化

微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势，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。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，但其技术应用尚存在微机械技术这一发展瓶颈，在未来的发展进程中还有待进一步研究。

（五）绿色化

科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

结语

机电一体化是现代社会生产力发展的必然产物，是现代社会科技信息技术融合的结晶，大力发展机电一体化技术，促进机电一体化产品的生产，不仅可以改造传统机械设备的需求，而且可以快速推动机械产品向新领域迈进。做为工作和研究人员，要一心营职，大力发展新一代机电一体化产品，为推动机械产品更新换代和开辟新领域竭尽微忱，贡献自己的全部光热。

参考文献：

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