简述机电一体化技术发展状况及趋势

2021-04-11

当代化工研究 2021年8期

（华阳集团煤层气开发利用分公司山西 045000）

1.引言

随着现代科学技术的发展，各学科开始相互交织，内容相互联系，带来了机电一体化技术领域的技术创新和革命。随着微型机电一体化技术和计算机技术在机械工程中的快速发展，以及这两种技术在机械工业中的参与程度不断提高，机械工业的技术结构、产品结构、产品功能、生产方式和管理体系都发生了巨大的变化，这些变化对机电一体化技术的发展产生了深远的影响。它开创了工业生产拥有“机械电气化”和“机械电子化”属性的新阶段。

2.机电一体化概述

机电一体化是一个系统的总称，它将电子技术融入到机电一体化的主要功能和信息处理功能，将电子设计与软件有机的结合起来。机电一体化自成立以来一直是一门独立的学科，随着科学技术的发展，从系统的角度来看，机电一体化将是微电子技术、电力电子技术、计算机信息技术、自动控制技术、传感器测控技术和软件编程技术的综合应用。它是一种优化整个系统的系统技术。这种技术可以依据优化组织目标和系统功能，合理地分配各功能单元，实现多功能、质量高、能耗低的功能价值。

总括而言，机械电子包括科技及产品。但应该明确的是，“机械电子技术”是一种综合技术，而不是微电子、机械和其他新技术的拼凑。在此背景下，机械电子产品在智能化和性能化方面发展迅速，已广泛应用于家电、航空航天、工程、医药等领域。在数控机床方面也提高了生产效率，促进了社会生产力的发展。

3.机电一体化的发展情况

机电一体化是一项新开发的技术，有几个发展阶段。

第一阶段发生在20世纪60年代之前，当时机电一体化还处于起步阶段。人们在这个阶段会有意识或者无意识地利用电子技术的初步成果来提高机械产品的性能。值得一提的是，在第二次世界大战期间，战争的发生加速了机械产品和电子技术的结合。这些战争期间利用机电技术发展起来的军事技术，战后转为民用，积极推动战后经济复苏。但是受当时科学技术的影响，电子技术与机械技术的结合没有进行深入的发展，在此基础上开发出来的产品也没能有足够的推广。

第二阶段是20世纪70年代至80年代，这个时期可以说是机电技术蓬勃发展的时期。这一时期电子信息技术、控制技术和通讯技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。超大规模集成电路和微型计算机的迅速发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。在此期间，机电一体化技术和产品开始蓬勃发展，受到各国的高度重视和支持。

第三阶段是20世纪90年代末，机电一体化开始了智能化技术的新阶段，光学、通信技术等的进入以及微加工技术在机电一体化中的出现使机电一体化进入了一个深入发展的时期。同时，人工智能、光纤技术和神经网络技术的不断发展，也为机械电子技术的发展提供了广阔的空间。我国机电一体化技术的研究和应用始于20世纪80年代初，与世界其他国家相比发展较晚，但在国家政策的支持下，通过建立机电一体化专门研究所和相关人员的培训，我国机电一体化技术取得了长足的发展。

4.机电一体化的发展趋势

(1)智能化

机电一体化技术的发展未来完全取决于它智能化的发展水平。这里讨论的“智能化”是一种对机器行为的描述。它是一种以控制理论为基础的模拟人类智能的技术，在发展的过程中融合了人工智能、计算机科学、运筹学、心理学、混沌动力学和生理学等新思想和新方法。这项技术的发展将使机电一体化技术具备逻辑思考、判断推理、自主决策等能力，大大提高了人们的工作效率与企业的经济效益。机器人和数控机床的智能化是该技术的重要应用，比如扫地机器人、洗碗机等产品，都是智能化的结果。

因此将机电一体化运用到生活当中在很大程度上方便了人们的生活，解决了人们在生活的过程中遇到的一些困难，提高了人们的生活幸福感。虽然利用智能化的手段不能完全代替人的行为，但是，通过高性能、高速的微处理器，可以制造出低智能水平的机电一体化产品。这种伟大的发明创造就足以让公司的工作效率提高，生产成本降低，进而提高企业的经济效益。

(2)网络化

90年代计算机技术最突出的成就是网络技术。网络技术从政治、军事、教育到工业生产、科学技术的兴起和快速发展，不得不承认给人们的日常生活带来巨大的变化。在这种背景下，网络技术将全球关系融为一体，国与国、人与人之间的距离拉近，让信息互通于彼此之间。互联网的发展对于各国来说既是机遇又是挑战，一方面企业之间信息互相流通，彼此借鉴，进步。另一方面企业之间的竞争不仅限于母国，而且延伸到世界各地，竞争的公司变多了，压力就变大了，优胜略汰，企业不得不寻求变革，才能在这样的大环境中保持自己的优势。

因此，机电一体化技术必须不断去开发新产品，研究新的科研技术，只有研发出来的产品具有独特的功能和可靠的质量特性，才能迅速畅销世界各地，在世界市场上占有自己的一席之地。机电一体化技术的网络化趋势主要表现在远程控制技术和监控技术上。现在网络技术正在迅速发展，在此基础上发展起来的各种监控技术和远程控制也在蓬勃发展，而且一时半会儿不会停止。利用现场总线技术和局域网技术，将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家庭电器系统。让人们在家里享受高科技带来的便利和快乐成为可能。毫无疑问，机械电子将朝着网络化的方向发展。

(3)数字化

数字技术在机电一体化技术当中的应用最为广泛，也是最容易让人所接受的。以数控机床为例，其在机械行业的有效利用得到了蓬勃发展，促进了公司重工业的发展，也为我国国民经济的发展做出了重大贡献。在虚拟与计算机集成技术中，数字化设计与制造技术由于计算机网络的介入而取得了意想不到的突破，水立方、鸟巢、高架桥以及汽车的不断更新换代都离不开机电技术中数字化的发展。由于数字化本身具有易操作性、可靠性、灵活性和安全性等特点，满足了机械电子产品的远程控制和诊断维修需求，因此能够在制造业发展的过程中发挥着重要的作用。

(4)微型化

20世纪80年代末，微型化的产品凭借着自己体积小，携带方便的特点开始在世界范围内流行起来。它是机电一体化技术向微型机械和微型领域发展的开端。这种机电一体化的产品在国外被称为微机电系统，该产品具有体积小、灵活性强、携带方便等特点。它在军事、情报等众多方面具有不可替代的优势。随着各种技术的不断发展，机械电子产品正朝着小型化、多功能化的方向发展。在我国的军事科技以及其他技术方面发挥着重要的不可替代的作用。

(5)绿色化

工业的发展使人们的生活发生了巨大的变化，也给人们的生活带来了不少的困扰。随着经济的不断发展，人民生活水平逐步提高，但是随之而来的是自然资源的破坏以及人类生活环境的极度恶化，雾霾、冰川消融、沙漠化等，这些自然现象的变化让人们开始对自身进行反思，社会发展的真正目的是什么，当人类生活的家园遭到了破坏，人类的生活还会幸福吗？国家看着环境的恶化提出了“金山银山不如绿水青山”的口号，各大企业之间也开始进行转型升级，创新发展方式，提升管理水平，大力发展第三产业。

在这种趋势的推动下，人们也自发开始呼吁保护生态资源，绿色生活。绿色蔬菜、绿色产品应用而生；绿色出行，低碳环保；少用一次性塑料袋以及筷子等等。因此，绿色化是时代的趋势，在设计过程中提高机电产品的利用率也是必要的，这样机电产品即使已经报废也可以再次回收利用，而且不会污染环境。机电一体化转型升级朝着绿色化的方向发展不仅适应社会需求，而且有助于自身的健康发展。

(6)模块化

这是一个复杂的项目—集中机电一体化的模块化管理，使每个产品单元都有相应的界面、良好的视觉效果，并且能使其在运作过程中产生其他的辅助功能比如控制单元的。除此之外，采用这种模块化管理还能拥有一个具有智能减速和可变速相关功能的电源单元。模块化可以提高相应的功率单元和控制单元的标准化水平，使其产生更大的价值。还可以通过提高各单元的匹配性能，使机电一体化产品的使用更加方便，将机电一体化产品的功能集中在单一区域的模块上，还可以在一定程度上提高机电一体化产品的可装配性。未来机电一体化产品的主要发展方向是整合机电一体化产品的功能单元。