机电一体化技术的发展与应用的探讨

摘要：随着时代的发展，机电一体化技术已成为国民经济发展的不可或缺的重要技术之一，本文将就机电一体化的基本结构，机电一体化的现状以及机电一体化技术的发展趋势进行探讨。

关键词：机电；一体化；技术提高；应用

1.机电一体化的基本结构

1.1机械本身

它是机电一体化要素中最基本的部分，相当于人体的身躯骨架。它是系统所有功能元素的机械支持，结构包括机身框架、机械连接等。

1.2动力设备

是机电一体化结构中重要的组成部分。动力部分相当于人体内脏，来产生能量为系统提供能量和动力，是功能驱动执行的机构，可以使系统按照控制要求正常运行。

1.3传感部分

传感部分相当于人的眼鼻耳口等感觉器官，将系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别的信号，然后传输到信息处理单元。经过分析处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器和仪器仪表来配合完成。

1.4驱动部分

驱动部分相当于人体的肌肉，接受大脑指挥驱动四肢运动，在控制信息作用下驱动执行机构完成各种动作和功能。

1.5执行部分

执行部分相当于人的四肢，由大脑支配完成各项工作任务，根据控制信息和指令完成各种动作和功能，执行机构是运动部件，一般由机械、电磁电液等机构构成。

1.6控制及信息处理

控制及信息处理部分犹如人的大脑，来指挥、控制全身运动并将信息集中存储分析加工，根据信息处理的结果发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。它一般由计算机可编程序控制器、数控装置以及逻辑电路A/D与D/A转换I/O输入输出接口和计算机外部设备等组成。

2.机电一体化的现状与应用

2.1重工业领域

机电一体化技术目前越来越广泛被采用，其中包括了钢铁、电力、石油化工、采矿冶金、汽车、造船、航空工程等多种行业，相对来说，主要是应用于重工业领域。

2.2数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，能最大限度地提高用户的使用效益。WOP技术和智能化、大容量存储器的应用和软件的模块化设计，既丰富了数控功能，也加强了控制功能。

2.3计算机集成制造系统

CIMS的实现是全局动态最优综合。它实现了从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。使各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

2.4柔性制造系统

柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

2.5工业机器人

机电一体化是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。改造传统机械设备的要求，开辟新领域，发展与振兴机械工业，需要大力发展新一代机电一体化产品。

3.机电一体化的发展趋势

机电一体化是近几年才出现的一门新科学、新技术，但它必将是当前世界技术发展的趋势，随着科学技术的不断发展.高新技术的发展越来越受国家、社会和企业的关注与重视。

3.1数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，计算机网络为数字化设计与制造提供了有力保障，数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人機界面，将便于远程操作、诊断和修复。

3.2智能化

智能化是未来机电一体化技术发展的一个重要发展方向。要求机电产品具有一定程度的智能，从而使它具有类似人的判断推理、逻辑思考、自主决策等能力。这样会给使用、操作和维护带来极大的方便。

3.3模块化

机电一体化产品和技术可分为机械、电子和软件三个主要部分。模块化技术是这三者共同使用的技术。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发各种机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。模块化技术降低了产品研发成本，提高了不同产品间零部件通用化程度，提高了产品的可装配性、可维修性和可扩展性等。

3.4网络化

电子技术日新月异的发展引起了巨大的变革，网络逐渐普及，基于网络的各种远程控制和监视技术也得到了发展。而远程控制的终端设备就是机电一体化的相关产品，机电一体化设备产品无疑应朝网络化方向发展。科学技术、工业生产、政治、军事、教育及日常生活都能得到长足发展。

3.5人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，给机电一体化产品赋予人的智能和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

3.6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。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在很多方面具有不可比拟的优势。微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统（Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源汇于一体的微型器件或系统，将是未来很重要的发展方向。

3.7集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。要使系统具有更广泛的柔性，可将系统分解为若干层次，使各部分协调而又安全地运转，将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

3.8绿色化

机电一体化产品的绿色化主要是指不污染生态环境并能回收利用。工业的发展使得物质丰富，生活舒适的同时也导致资源减少，生态环境受到严重污染。绿色产品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，资源利用率和回收率高，是时代的要求与趋势。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

3.9光机电一体化

引进光学技术，在机电一体化技术的基础上，促进光电及一体化技术的发展，利用光学技术的优势改进机电一体化系统的信息处理系统等方面。光机电一体化是机电产品和市场发展的必要趋势。

参考文献：

[1]章浩，张西良，周士冲等.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化究，2006，（7）.

[2]马丽红.机电一体化技术的发展与应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（22）.

作者简介：杨志刚，教授级高级工程师。