探究机电一体化的发展及应用

程得通

摘要：本文简述了机电一体化技术，分析了机电一体化的发展历程，以及应用领域，研究了机电一体化技术的发展趋势。

关键词：机电一体化；发展现状；技术应用

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0230-02

1 机电一体化技术概述

1.1 机电一体化技术定义

机电一体化技术是一项系统技术，是将机械技术、电子技术、信息技术等相关技术有机融合，实现功能集约化、控制过程自动化，机电一体化技术重点强调各种技术的相互协调，以达到系统总体最优的目的，而不是各技术的简单叠加。

1.2 机电一体化的技术

（1）机械技术。机械技术实现机电一体化的载体与基础，机械技术侧重与机电一体化的匹配性与适应性。机电一体化技术利用人工智能等其他高新技术来更新设计、制造等理念，借助机械技术进行实现，例如在功能、使用材料、作业环节上的变更，满足高精度、多功能、低耗能的特定要求。（2）信息处理技术。信息处理技术是在生产机电一体化产品的同时，计算机对产品各种信息和参数的交换、存取、运算、判断、决策的过程。在机电一体化技术中，对于信息处理的正确性、及时性要求极高，因为这将直接影响到产品的加工质量和生产效率。因此，信息处理技术目前是推动机电一体化技术发展的最活跃的力量。（3）伺服传动技术。生产设备中，伺服产品（例如伺服电机）扮演者动力源的角色，扭矩与转速直接决定了动力源的输出能力，伺服传动技术也是直接执行操作的关键技术例如机械传动中的惯量、速比、能效、刚性等都需要借助伺服传动技术调整控制，实现机电一体化产品的动态性能、稳态精度与控制效果。（4）自动控制技术。自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断等控制技术。随着计算机的不断更新发展，在自动控制技术中融入计算机信息处理技术将使得自动控制过程更加智能、高效、精准。（5）传感检测技术。传感与检测技术机电一体化技术的关键环节，该技术扮演了感知器官的角色，传感器能否快速、精确的获取工况信息、能否经受各种严酷工况环境的考验，将是机电一体化技术的重要保障[1]。

1.3 机电一体化技术的特点

（1）效率高、精度高。随着集成电路的飞速发展，电路集成度日益提升，单片机等处理器功能越来越强大，响应速度、处理速度日益精准、迅速，相关电子设备的体积也越来越小，向着微型化的方向发展，这些由于上述技术的发展，机电一体化技术能够满足实际生产需要，在进行自动控制、信息处理等方面能够满足实际生产要求，实现高效生产；同时在生产产品的质量把控上，机电一体化技术推动了超精密加工技术的发展，能够实现机械设备的精密运动控制与高精度加工。（2）可靠性高。伴随着激光、电磁应用技术的飞速发展，各类开关、传感器、控制器等也进行了技术革新，传统的接触式控制器由于存在磨损、断裂等相关问题，易导致机电设备发生故障，影响生产效率，当前非接触式已大面积替代接触式，通过非接触、远程控制即可实现操作动作，大大提升了机电设备的可靠性。（3）控制效果好。传统机械控制需要人来进行，且控制过程复杂、繁琐，但是利用机电一体化技术在实际控制中，通过计算机控制软件就可以确定机械动作。

2 机电一体化的发展历程

机电一体化技术发展迅速，在短短几十年的发展历程中已突飞猛进，上世纪70年代以前机电一体化技术仍处在萌芽阶段，二战后资本主义国家的经济发展刺激了机械产品与电子技术的相融合，出现了机电一体化的雏形，这些机电结合的军用技术对于战后经济复苏起到了关键作用；70年代到80年代，日本在推动机电一体化技术的发展方面起到了主导作用，机电一体化技术日趋成熟，应用范围也日益广泛，伴随着此次技术革新，日本也一跃成为世界第二大经济体；自上世纪90年代开始，机电一体化技术向智能化方向迈进，内容更加丰富，应用更加广泛。

3 机电一体化的应用领域

3.1 工业机器人

工业生产过程中往往会涉及到异常危险的生产环节或者生产工况环境异常恶劣，人工作业存在巨大的安全隐患，因此在充分利用机电一体化技术的基础上，人们制造出工业机器人，以代替人工从事高危作业，由此降低劳动强度与危险系数，避免安全事故的发生。工业生产机器人的发展经历过三次里程碑意义的事件，第一代机器人自动化程度较低，只能从事机械重复的工作，无法感知外界工作环境的变化；第二代机器人相对智能，各类传感器使得其能部分感知工况条件，还能进行部分信息的处理、判断，第三代机器人即智能机器人，即能够实现像人一样思考判断，这是当前的研究热点。

3.2 全自动照相机

全自动照相机是通过机电一体化技术制造出的典型产品，可根据现场光线强弱、拍摄对象远近自动选择合适光圈、焦距和曝光速度，上述功能借助微电子技术，通过内置程序可瞬间完成大量运算，作出准确判断。全自动照相机中的机械部分和电子部分是不可分割的整体，照相机的机械部分既是整个设备的基础，也是被控制的对象（即执行对象），在相机所包含的技术中，不仅有精密机械与复杂电子线路，还包括光电检测、液晶显示等核心技术[2]。

4 机电一体化技术的发展趋势

4.1 智能化

随着人工智能技术的崛起，机电一体化技术也将吸收人工智能技术，朝着智能化的方向发展，具体是指机械设备能够像人脑一样，对传感器所收集的信息进行高效处理、自主思考与判断并形成控制决策，例如第三代工业机器人正朝着这个方向大踏步的前进，人工智能技术中的学习能力也至关重要，能够使得机电设备在控制环节更加准确、高效。

4.2 网络化

随着计算机网络技术的不断更新换代，使机电一体化的发展水平不断提升。我国通过网络技术，深入研究国际先进的机电一体化的科技新技术，不断提高国内的发展高度，并且通过计算机网络技术的途径，推销机电一体化的产品走向世界。另外，利用网络技术可以实现设备零距离的交流与沟通（即当前的物联网技术），同时可以对机电一体化设备进行远程控制式的运行，计算机网络技术的引进给人类带来了极大便利。这种技术将来会在我们日常生活中发挥着越来越重要的作用[3]。

4.3 模块化

机电一体化产品中往往涉及到机械、电子与软件等部分，规范上述三部分的技术标准，提高元器件的通用程度（例如规范各接口的尺寸、类型等），各零部件能够互相匹配兼容，将会相关产品的市场推广、保养维修提供极大的便利，上述模块之间可互相联系并实现功能集成，这样可以提高设备的集约化程度。通过模块化生产的方式，将会使得企业的生产更加快速、便捷以及高效，从而有效的降低生产成本。

5 结语

机电一体化的发展有力推动了工业生产的進步，同时工业生产中的具体要求倒逼机电一体化技术不断革新并吸收融合其他技术，未来机电一体化技术将朝着绿色化、智能化、网络化、模块化等方向发展，并在工业生产中扮演更加重要的角色。

参考文献

[1]刘桂超，李玉满.机电一体化技术在机械工程上的应用及发展趋势探析[J].化工管理，2017，（35）：202.

[2]李凯.机电一体化的应用领域和发展趋势[J].中国设备工程，2017，（24）：108-109.

[3]周琴.机电一体化技术的现状和发展趋势[J].机械，2010，（7）：24-26.