机电一体化技术研究的应用技术核心及发展展望

王芝兰

摘 要：对机电一体化技术的主要功能特性进行简单阐述后，指明机电一体化技术研究应用核心技术内涵，并对机电一体化技术的智能化、模块化、轻量化、带源化、绿色化等发展方向进行了展望。人机一体化的机电一体化技术产品，在各行各业中具有非常广阔的应用前景。

关键词：机电一体化；智能化；模块化

机电一体化技术是集机械技术、电力电子技术、微电子技术、计算机科学、通信技术、传感器技术、自动控制技术、伺服驱动技术、信息处理技术等先进技术为一体的高科技新技术，其应用小到儿童玩具、家用电器、车辆电子设备，大到数控机床、施工机械、自动化过程生产总线、航天航空等，对现代工业的发展有着巨大的推动力，是各行各业智能化、自动化、信息化、网络化研究的重点。以计算机为核心的检测、监测、监控系统功能的日益完善和性能的不断提高，被广泛应用到各行业产品和生产的过程控制中，使得机、电、测量、控制保护等得到有机地整合，发展成为具有良好过程控制性能的机电一体化技术[1]。以机电一体化技术逻辑控制为核心思想的软件系统的使用，给机械行业带来了非常显著的经济效益，不仅提高了生产作业全过程的生产效率和安全可靠性，同时充分发挥各功能系统的性能，提高了产品的性能和质量，降低了工作人员的劳动强度和原材料消耗量，提高了单位产品生产的经济效益，增强了产品生产企业在市场中的综合竞争力。

1 机电一体化技术的主要功能特性

先进机电一体化制造技术是在常规制造技术的基础上，充分引进和吸收机械电子、电力电子、计算机信息、传感器、能源及现代管理等技术，发展起来的优良产物，综合应用到机械制造生产全过程，实现优质、高效、低耗、操控便捷、清洁环保的生产，取得非常良好的技术经济效益。机电一体化技术在实际应用中的主要功能特性，体现在以下多个方面，即：

1.1 能够根据逻辑程序控制要求完成各种功能，并具备记忆、数据运算、逻辑控制、历史数据分析、信息功能相互转换等功能。从而实现机电设备的高性能、多功能化、数字智能化、网络集成化等功能特性。

1.2 结构紧凑集约化。使机电产品向着轻、薄、细、巧等方向迅速发展，并结合标准化、模块化集成体系进行设计、制造和应用，可以大大提高机械结构、电控系统间的交互共享性能和兼容性。微机电一体化设备的研发应用，其具有的体积小、耗能少、运动灵活等优点，可以进入到常规机械设备无法达到的空间进行操作，易于实现精细化、精益化操控，在生物醫疗、军事、信息等工程领域，具有不可比拟的强大优势。

1.3 结合系统内部的DSP数据处理系统，可以根据负荷及设备实时运行工况状态，按照预设程序要求进行调整与控制，确保设备长期工作在最优工况，具有明显的节能降耗优点。

1.4 具有远程操控、在线监测、自动监视、自诊断功能，以及一些智能决策等功能，使系统运行的安全可靠性和性能水平得到大幅度提高。

2 机电一体化技术研究应用技术核心

在人们的日常生活、工作、生产、休闲等过程中，自动化机械、电子产品、信息化处理设备、智能化控制系统、自动化医疗器械、集成网络化安全监控系统等机电一体化产品或系统，其运行过程中均离不开相关执行机电元器件为其提供动力或驱动信号。由于执行元件或机构与电子控制系统间不能直接互联，即需要一个中间驱动部件来实现机与电间的相互转化。被驱动机械元件通过驱动部件在电子控制系统下，按照流程接收调控指令，并将相应电信号转换为机械信号，通过能量转换完成相应的目标输出。常规的机电一体化技术在实际应用中，仅考虑机械技术、传感器技术、信息处理技术的简单互联，其生产出来的产品体积结构庞大，操作笨拙，性能偏差大，已经不能满足用户提出的更高调控性能和功能需求。为了满足用户需求，并且提高各控制子系统间数据信息资源的交互共享能力，确保其有较高性能水平，就必须在发展机械技术、精加工技术、传感器技术、信息处理技术、接口技术、带源化技术、通信技术等基本核心技术的基础上，从全局功能结构出发，用系统顺序逻辑控制观点和方法，通过合理的系统集成和信息互享，解决好每个功能子系统和模块间的信息处理和传输，实现各功能子系统间信息的相互集成共享，完成机、电、控系统信息数据的统一集成和功能的集成统一，使整个机电系统功能得到正常发挥，实现最优化的系统控制功能水平。

3 机电一体化研究应用发展方向展望

机电一体化是机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科相互交融发展起来的优良技术，它的发展和进步大大推动现代工业的迅速发展[2]。机电一体化技术的应用发展的主要方向是：智能化、模块化、轻量化、带源化、绿色化等。

3.1 智能化

随着集成电力电子技术、计算机技术、数字处理技术、通讯技术等在工业生产中应用的进一步完善，以全数字式现场总线技术为代表的现场控制总线仪表和机电设备的大量应用，使得常规现场控制技术及现场控制机电设备的功能发挥和性能得到全面提高。尤其是PLC控制器、变频器、PID调节器、IED智能电子元件，以及其它智能控制设备和运算方法的飞速发展及在机电设备上的广泛应用，使得机电设备的综合网络化、集成自动化、网络智能化水平程度越来越高，不仅使得机电设备的操作变得更加便利、安全，同时使其能源消耗降低，达到较好的节能降耗效果。高性能、高速度微处理器在机电一体化产品中的应用，赋有其低级智能或人的部分智能运算分析功能，使其具有一定判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，获得更高的控制性能和目标决策，是完全可能且非常必要的。智能化是机电一体化研究发展的一个非常重要的发展方向，实现对人类专家制造智能知识的统一收集、完善、继承和发展。

3.2 模块化

机电一体化产品其种类和功能作用较繁杂，让其自由进行数据信息的交互共享是一项十分复杂的事，尤其是产品性能兼容性和功能通用性。因此，为了提高机电设备应用范围和普及型水平，有必要研制具有标准机械接口或电气动力接口等模块化的机电一体化产品，即可以实现像“搭积木”一样让客户根据功能要求自由选配组合。根据需要选择“性价比”较优越的机电一体化产品，以实现设备信息资源的集约和优质服务。

3.3 轻量化

结合机械设备的精细化和集成电路的微细加工技术，可以实现机构、驱动器、信号传感器、控制器、以及电源等功能模块有机集成在一个很小的多晶硅上，获得机构完整、性能完备的MEMS微型电子机械系统，使得整个机构尺寸压缩到几个毫米甚至几百微米。MEMS微型机电一体化技术，在工业、农业、航天、生物医学、家庭服务等行业中的广泛应用，机电产品将像紧凑化、集约小、轻量化、精细化等方向发展，给机电产品生产制造领域带来深刻的技术革命。

3.4 带源化

机电一体化产品自带能源无需外部供电，通过太阳能电池、燃料电池，以及各种高性能大容量电池的合理运用，将给机电一体化产品带来巨大的使用便利性。

3.5 绿色化

设计绿色的机电一体化产品，是未来机电产品符合生态环保功能的重要技术手段。绿色化机电一体化产品，其使用时不污染生态环境，生产时不产生机电垃圾，同时能回收再利用，实现节能降耗和绿色环保的性能。

参考文献

[1]杨春光.我国机电一体化技术的现状和发展趋势[J].科技促进发展，2007，3（28）：6-8.

[2]杨兆伟，刘锦.机电一体化技术的发展趋势与分析[J].机电产品开发与创新，2007，21（2）：32-34.