机电一体化技术的应用与发展趋势

胡环宇

摘要

进入21世纪以来，机电一体化技术已逐渐发展成为了我国工业技术领域的核心技术之一，它不仅有力促进了传统机电产品结构的简化，提高了产品的工作性能与自动化程度，而且还极大提高了生产加工过程的智能化与柔性化控制水平。本文结合工作实践，首先分析了机电一体化技术的主要应用，并就其未来发展趋势进行了探索与研究。

【关键词】机电一体化技术 应用 发展趋势

机电一体化技术，是将现代微电子技术、机械技术、自动控制技术、信息技术、自动检测技术等多种技术所交叉与融合的一门新兴技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品普遍具有使用可靠性、安全性高，反应灵敏快速，提高生产能力与工作质量等多项技术优势，在当前的生产过程控制、企业自动化以及各行业技术应用等多个领域中，都有着非常广泛的普及与应用。

1 机电一体化技术的应用分析

1.1 在过程控制中的应用

随着生产技术的发展，使得生产规模越来越大，生产的过程也越来越复杂。特别是在连续化、流程化的生产过程中，寻求最佳工况，实现自动控制，己成为了人们主要追求的目标。利用机电一体化技术具有的高可靠性、安全性及反应速度，不仅能提高生产过程中的加工效率与加工精度，而且能简化产品结构，实现柔性化与智能化的生产目标。

1.1.1 提高生产效率和加工精度

目前，多数机电一体化产品（或系统），均具备了较强的自动控制、自动检测、自动计算以及连续作业的能力，从而极大减少了辅助时间，增加了有效工时，实现了生产效率的大幅度提升。例如，利用普通车床上加工生产时，约有50%的时间花费在了测量检查、装夹零件、看图样等辅助时间上，而通过数控机床的应用，则能明显缩短辅助时间，并使整个加工时间减少1/2以上，提高了生产效率。

同时，利用机电一体化产品，能实现自动调速、自动校正、自动补偿、自动监控等多项功能，从而使得生产加工的一致性良好、互换性更强，以极大的提高加工精度，减少废次品的产生。

1.1.2 简化产品结构

随着微电子技术、电力电子技术、自动控制技术的快速发展，原有机电产品中部分笨重的结构，被取代为新型的电子装置，从而使得机电一体化产品的结构得到了大幅度简化。例如，利用电子调速系统替代复杂、笨重的齿轮结构，不仅能实现无级变速控制，而且能明显提高机电产品的动态响应速度与灵敏性。

1.1.3 实现柔性化、智能化生产过程控制

随着信息技术、计算机技术的快速发展，目前机电一体化产品的工作状态，己基本实现了程序化控制。当现场工艺发生改变时，只需要重新编写软件程序，即可以实现对机电设备控制操作的改变，因此尤其适用于生产过程中的多品种、大批量的柔性化、智能化操作控制。

1.2 在行业技术中的应用

近年来，随着技术的发展，机电一体化技术正越来越广泛的我国各个领域的行业技术相结合起来，如农业、钢铁、纺织、建材、化工等等，并产生出了巨大的经济价值与社会效益。以农业和纺织工业为例：

1.2.1 在农业领域中的应用

（1）提高了农业机械产品的现代化与自动化。例如，我国近年来研制的联合收割机，利用机电一体化技术，可实现对收割机切割器速度的自动调节，以保证机器运行的稳定，减少谷物收割时的损失；而新研制的播种机械，利用机电一体化技术，则实现了自动播种、自动驾驶、自动对行等多种功能，有效提高了播种的效率。

（2）实现了农田的智能化管理。利用机电一体化技术，还能实现对农田、温室中温湿度的自动调节与控制，以改善农作物的生长环境。

1.2.2 在纺织工业中的应用

利用机电一体化技术，使传统的纺织机械与微电子技术相有机结合，不仅能极大减轻劳动强度，提高纺织生产的效率与产品质量，而且还能使得纺织机械具有自动控制、自动调节、自动信息处理、自动故障检测等多种功能，使纺织工业由人员密集型生产，向着技术化、智能化的方向不断发展。

2 机电一体化技术的发展趋势

经过多年以来的发展，我国的机电一体化技术己取得了较为丰硕的成果，如技术水平不断提高，产品品种也不断增多。但总体而言，我国机电一体化技术的研究与开发成果，仍处于初级阶段，并将主要朝着以下几个方向重点发展：

2.1 高速化

高速的灵敏性与反应速度，是所有机电一体化产品的基本开发目标。然而，目前许多产品在反应速度及灵敏性方面，却不尽如人意。其原因既有机械方面的因素（摩擦力矩），也有电子方面的因素（软件程序算法和硬件响应速度）。

而随着近年来各种新材料、新技术的出现与应用，以及计算机软件、硬件技术的高速发展，机电一体化产品在反映速度及灵敏性方

面的问题将得到逐步解决，并向不断促进产品向着高速化的方向发展。

2.2 智能化

智能化也是机电一体化技术的一个重要发展方向。尤其是伴随着近年来神经网络技术、模糊控制技术、图像识别技术等智能化技术的逐渐成熟，再加上专家知识库、方法库的建立与应用，各种机电一体化产品的智能化水平将得到进一步提升，以更好的发挥出在生产加工过程中智能化控制的作用。

2.3 复合化

复合化是指以现有技术为基础，并根据生产工艺和加工过程的实际需要，通过综合与匹配使各种技术能成为一个有机的整体，并产生出有利于生产加工的新功能。伴随着近年来微电子技术、电力电子技术、机械技术的快速发展，各种技术之间的界线正逐渐趋于模糊，并表现出相互渗透与融合的趋势，尤其是微电子技术中的纳米技术的蓬勃发展，可以使人们在微观环境下拆卸与组装分子和原子，以制造出具备更多功能的电子元件和机械元件，以更好的满足机电一体化产品实际生产与发展的需要。

2.4 微型化

结构微型化、轻量化，也是机电一体化产品的一个主要发展方向，例如，我国己成功研制出了可供电机提供能源的毫米级微型电池、制造出了直径为毫米级的机械轴承、研制出了纳米级的中国地图显示仪等等。尤其是随着近年来纳米技术、分子测量技术、原子扫描技术、微观显示技术等多种新兴技术的快速发展，相应在不久的将来，各种机电产品的结构将进一步简化，微型化和轻量化程度将越来越高。

3 总结

本文主要就机电一体化技术的应用与发展趋势进行探索与研究。伴随着机电一体化技术进一步向着高速化、智能化、系统化和微型化的方向发展，必然將为我国生产工艺及加工过程带来更大的变革，并会对我国经济的发展起到更加有力的推动与促进作用。

参考文献

[1]吴本奎.机电一体化及其发展策略[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]刘勇军.机电一体化技术[M].西安：西北工业大学出版社，2009.

[3]叶晓晖.机电一体化技术的应用现状及发展前景概述[J].中国新技术新产品，2012（15）：16-18.