机电一体化的发展及应用探讨

宋昱石 牛益民

【摘要】机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。本文在对机电一体化技术进行分析展望的基础上，结合我国机电一体化发展的现状，提出了发展我国机电一体化技术的构想。

【关键词】机电一体化；发展

一、我国机电一体化技术的发展现状

目前，在机电一体化技术方面我国已经取得了一定的成就，特别是在数控技术方面、机器人方面和计算机集成制造系统方面尤为显著。

在数控技术方面。从1985年我国开始研究数控技术。在坚持自我开发与借鉴国外先进技术和经验的基础上，目前我国已经基本具备了自我研发能力，并在国内建立了多处数控研发和生产基地。可以说，我国的数控产业已经基本成形。到目前，我国数控技术行业已经具有年生产数控系统3000多套、主轴与进给装置5000多套的能力，成为促进国民经济发展的重要产品。掌握关键数控技术并形成自我研发和生产能力，对于发展民用工业和国防工业都有着不可替代的作用，同时也增强了我国的综合国力。

在机器人方面。1986年，我国将机器人的研发列入了国家科技计划。经过20多年的发展，我国已经掌握了机器人操作的设计制造技术、控制技术和软件编程等关键技术。目前，机器人已经被广泛应用于工业上，并逐步涉及到医疗和水下探测等方面，在国防上也占有一席之地。特别值得一提的是，目前我国很多高校的自动化专业都在研究各种各样的机器人。比如说，国防科技大学研发出了类人机器人，北京航空航天大学与海军总医院聯合研发了医用机器人，哈尔滨工业大学研发出了足球机器人等等。

在计算机集成制造系统方面。目前，我国已经在清华大学建成了国家CIMS工程研究中心，在国内其他高校和科研单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心。特别是近年来，我国在计算机集成制造系统方面取得了巨大的进步，已经掌握了一些关键技术。同时，计算机集成制造系统在国内多家企业中得到了广泛应用，取得了良好的经济效益。但是，我们看到上述成就的同时还应该看到关于计算机集成制造系统的核心技术我们还没有取得突破，部分产品还主要依靠国外技术的支持才能得以研发和生产。

二、机电一体化的发展趋势

（1）模块化

随着人类对标准化生产认可程度的提高，我们已经认识到标准化生产对于提高生产率和提高衔接便利性的重大意义。在机电一体化技术发展进程中，实现模块生产已经成为一种必然的发展趋势。我们知道，由于机电一体化产品种类繁多，生产厂家又很庞杂，因此在实现模块化生产之前所生产出来的很多机电产品相互衔接性能较差，性能也不稳定。但是，模块化的机电一体化产品的研发能够提供标准机械接口、电器接口、动力接口和环境接口等，产品之间能够实现很好的结合与兼容。由于相互利益之间的矛盾冲突，在近期很难在国内和国际制定出统一的模块化标准。但是我们相信，随着世界经济一体化的逐步发展，企业之间的交流与合作会越来越多，制定统一的模块化标准的时间不会太长，机电一体化产品企业的必将会迎来“共赢”的春天。

（2）微型化

微型机电一体化产品是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物，是将传统尺度的机电一体化产品进行缩小的结果，通常指体积不超过1 立方厘米的机电一体化产品，但决不是将尺寸按比例缩小制造，微型化产品制造与传统机械制造有区别，已经成为一种新的学科。微型化机电一体产品具有体积小、能耗低、运动灵活等特点，已经被广泛应用在医学、军事、航空等领域。例如，在医疗过程中所使用的微创技术，就是运用微型机电一体化技术的结果；在军事上，“苍蝇”大小的能够自主飞行的间谍窃听器也同样是微型机电一体化产品；在航天事业上，由于太空舱体积较小，而又需要容纳多种试验设备和探测设备，因此也都不同程度地使用了微型化机电一体化产品。

（3）系统化

开放的、多样化的机电一体化产品的系统运用，不但能够提高生产效率，还能更加便利人们的生活。单一的机电一体化产品能够在某个方面满足现实的需要，而多种机电一体化产品的系统运用，则能够满足更多方面的需求。针对市场逐步出现的多样化需求，机电一体化产品的设计和生产也在逐渐向系统化方向发展，注重对于一系列机电一体化产品的研发，并努力实现不同系列机电一体化产品之间的兼容与并用。因此说，机电一体化技术向系统化方向发展是大势所趋。

三、发展我国机电一体化的几点建议

3.1用高新技术改造与提升机电一体化

我国的机电一体化虽已取得了许多成果，但随着科技的发展和社会经济的进步，对机电一体化技术提出了许多新的和更高的要求，所以机电一体化也必须要用高新技术改造自身、提升自己，提高产品的市场竞争能力。

3.2自主开发与技术创新

在21世纪创新是企业竞争的焦点，市场是用户的市场，只有不断满足用户日益增长的要求，开发出新产品，才能使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。而我国长期以来习惯对引进技术消化、吸收，而创新则重视不够，更不易形成自主开发能力。所以，加大技术引进中的消化吸收，以市场需求为导向进行创新性的研究，以形成自主开发和技术创新能力为根本目的，才是提高产品技术含量和增强市场竞争能力的根本途径。

3.3走依靠科学技术之路

一是以重点项目为突破口，将国家科技计划中有关机电一体化的项目集成，资金集中使用，支持一批重点技术、重点产品、重点工程的创新活动，实施重点跨越式的发展战略，集中解决一些重大问题。二是抓好机电一体化中共性技术和基础技术、基础理论的研究。利用新原理、新理论带动机电一体化的突破。

3.4提高人员素质

当代国际经济竞争，实质上是人才的竞争，我国机电一体化技术与国外发达国家存在差距，关键是教育和人才的落后。培养机电一体化人才的高校尤其应当加以足够的重视。一是合理设置课程体系；二是选择好的教材；三是加强实验教学。

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它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。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献

[1]David M. Auslander. What is mechatronics. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，1996，1

[2]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]丙延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社，2004.