淺談機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

1、淺談機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢【摘要】機電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，本文綜述了國內(nèi)外機電一體化技術(shù)的 現(xiàn)狀，分析了機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢?！娟P(guān)鍵詞】機電一體化 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢一、機電一體化的產(chǎn)生與應(yīng)用20世紀(jì)60年代以來，人們利用電了技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能后，刺激了機 械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合。計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展 更進(jìn)一步奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2()世紀(jì)8()年代末期，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)晶得到了極人發(fā)展。各 國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持,20世紀(jì)90年代后期，開始了機電 一-體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機電一體化進(jìn)

2、入了深入發(fā)展時期。光學(xué)、通信技術(shù) 等進(jìn)入了機電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機電一體化中展露頭腳,岀現(xiàn)了光機電一體化和微機 電一休化等新分支。我國從20卅:紀(jì)80年代開始開展機電一體化研究和應(yīng)用。取得了一定成 果，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。機電一體化己成為一門有著自身體 系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。二、機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀(jì)60年代以前為笫一階段，這一階段稱 為初級階段。在這一時期,人們利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在 第二次世界人戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電了技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合

3、的軍用技術(shù)，戰(zhàn) 后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于h發(fā)狀 態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛 和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。20世紀(jì)70年代80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制 技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。人規(guī)模、超人規(guī)模集成電路 和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機電一體化進(jìn) 入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化,微細(xì)加工

4、技術(shù)也在機電一體 化屮展露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電-體化系統(tǒng)的 建模設(shè)計、分析和集成方法、機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同吋, 由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，更為機電一體化技術(shù) 開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進(jìn)-步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完 整的科學(xué)體系。我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方血研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電 一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為"863計劃”屮。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要 時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的彩響。許多

5、人專院 校、研究機構(gòu)及一些大中型金業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用也做了大量的工作,雖然取得了一 定成果，但與口木等先進(jìn)國家相比仍冇相當(dāng)差距。三、機電一體化的發(fā)展趨勢(一) 智能化趨勢智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體 化建設(shè)者的研究h益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“儕 能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、 模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具冇判斷推 理、邏輯思維、白主決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。機電一休化產(chǎn)品不可能具有與 人完全相同的智能。

6、但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的 部分智能。（二）模塊化趨勢模塊化是一項重耍而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制 和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十 分復(fù)雜但乂是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一咻的動力單元，具有視覺、 圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣nj利 川標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品,也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模，制定各項標(biāo)準(zhǔn),以便各部件、單元的匹配 和接口。從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對牛產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一體化 單元的企業(yè)還是對生

7、產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè),規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前 程。（三）網(wǎng)絡(luò)化趨勢計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工 業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都帶來了巨人的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、牛產(chǎn)連成一片，金業(yè)間的競爭也 將全球化。機電一體化新產(chǎn)站一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠,很快就會暢銷全球。 由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備木身 就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成人勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將 各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)，使人們在家里分享各種高技術(shù) 帶來的便利與快樂，因此機電一

8、體化產(chǎn)品朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展是為大勢所趨。（四）微型化趨勢微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢，國外稱其為微電子機 械系統(tǒng)（mems）,泛指幾何尺寸不超過lcm的機電一體化產(chǎn)品拼向微米、納米級發(fā)展。微機 電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸 在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采川精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù),它包括光刻技 術(shù)和蝕刻技術(shù)。（五）綠色化趨勢工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。物質(zhì)豐富，生活舒適;另一方面，資源減少, 生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)垂污染。于是人們呼叮保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲 卜-應(yīng)運而牛，綠色化是時代

9、的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的牛命過程屮，符 合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對牛態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠 色的機電一體化產(chǎn)品，具冇遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污 染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。0.緒論現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極人地推動了不同學(xué)科的交義與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技 術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域，由于微電了技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè) 的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及 管理體系發(fā)生了巨人變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了 “機電一體化”為特征的發(fā) 展階段。1

10、. 機電一體化概要機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電了技術(shù), 將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā) 展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征町概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合 運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力 電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能ri標(biāo)和優(yōu) 化組織冃標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上 實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系

11、統(tǒng)工程技術(shù)。山此而產(chǎn)牛的功能系統(tǒng)，則成為 一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方而。只是，機電一體化技術(shù)是基 于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的 簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根木區(qū)別。 機械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放人的 體力。但是發(fā)展到機電一體化示，其屮的微電了裝置除可取代某些機械部件的原有功能外， 還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動 診斷耳保護(hù)等。即機電一體化產(chǎn)品不僅

12、是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神, 具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。2. 機電一體化的發(fā)展?fàn)顩r機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段 稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電了技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的 性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié) 合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，対戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體 上看還處于口發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的 結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法人聚推廣

13、。20世紀(jì)7080年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制 技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電-體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路 和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是: ©mechatronics 一詞首先在h本被普遍接受，人約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到 比較廣泛的承認(rèn)；機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極人發(fā)展；各國均開始對機電一體化技 術(shù)和產(chǎn)品給以很人的關(guān)注和支持。20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機電一-體化 進(jìn)入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一

14、體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機電 一體化小嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化 系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。 同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機電一體化 技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形 成完整的科學(xué)體系。我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方而研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo) 小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮 了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許

15、多大專院校、研究機構(gòu) 及一些人中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，不取得了一定成杲，但與日木 等先進(jìn)國家和比仍有和當(dāng)差距。3. 機電一體化的發(fā)展趨勢機電一體化是集機械、電了、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā) 展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機電一體化的主要發(fā)展方向如下：3.1智能化智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建 設(shè)者的研究h益得到重視，機器人與數(shù)控機床的鏗能化就是重要應(yīng)川。這里所說的“智1能化” 是對機器行為的描述，是在控制理論的革礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊 數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力

16、學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具冇判斷推理、 邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人 完全相同的智能，是不對能的，也是不必耍的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體 化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。3.2模塊化模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，硏制和開 發(fā)具冇標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項i分復(fù) 雜但乂是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖 像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。

17、這樣，可利 用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標(biāo)準(zhǔn)，以便各部 件、單元的匹配和接口。由丁利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通 過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無 論是對主產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一休化單元的金業(yè)還是對牛產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電 體化企業(yè)帶來美好的前程。3.3網(wǎng)絡(luò)化20世紀(jì)90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給 科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么fi常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò) 將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化

18、新產(chǎn)品一旦研制出來, 只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控 制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域 網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計算 機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computer integrated叩pliance system, c1as),使人們在家里 分亨各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一休化產(chǎn)品無疑朝看網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。3.4微型化微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。 國外稱其為微電子機械系統(tǒng)

19、(mems),泛指幾何尺寸不超過lcm3的機電一體化產(chǎn)品，并 向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、 信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化 產(chǎn)晶的加工釆用粕細(xì)加工技術(shù)，即超粋密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。3.5綠色化工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨人變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資 源減少，牛態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念 在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生 命過程屮，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對

20、生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用 率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具冇遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要 是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能冋收利用。3.6系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征z就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng) 可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多了系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之 二是通信功能的人大加強，一般除rs232外，還有rs485、dcs人格化。未來的機電一體 化更加注重產(chǎn)品少人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一-體化產(chǎn)品的 最終使川對彖是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、悄感、人性顯得越來越重要，特別 是對家川機器

21、人，其高層境界就是人機一休化。另一層是模仿牛物機理，研制各種機電一體花產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。4. 結(jié)語綜上所述，機電-體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)品，是社會生產(chǎn) 力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并口隨著科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越 來越光明。5參考文獻(xiàn)1.2.李建勇.機電一體化技術(shù).北京：科學(xué)出版社，2004.李運華.機電控制.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.3.高鐘毓.機電控制工程.北京:清華大學(xué)出版社，2002.4.劉助柏.知識創(chuàng)新思

22、維方法論.北京：機械工業(yè)岀版社，1999.機電一體化是機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉融合,它的發(fā) 展和進(jìn)步依賴于也促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。本文介紹了國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀, 分析了機電一體化的發(fā)展趨勢。機電一體化是一個新興的邊緣學(xué)科，正處于發(fā)展階段，代表著機械工業(yè)技術(shù)革命的 發(fā)展方向1。-般認(rèn)為，機電一體化技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù)，是由微電子技術(shù)、 計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)及其他技術(shù)和融合而構(gòu)成的一門獨立的交叉學(xué)科。美國 ieee/asme曾于1996年給出了一個較為全面的定義：“我們對機電一體化初步定義為'在 工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計和制造屮，機械工

23、程和電子與智能計算機控制的協(xié)同集成，包括以 下11個方而：（1）成型和設(shè)計；（2）系統(tǒng)集成；（3）執(zhí)行器和傳感器；（4）智能控制；（5） 機器人；（6）制造；（7）運動控制；（8）振動和噪聲控制；（9）微器件和光電子系統(tǒng)；（10） 汽車系統(tǒng)；（11）其他應(yīng)用”。目前，國際上普遍采用日木機械振興協(xié)會的定義：“機電一體 化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機械裝置與 電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱3”，涉及機械制造技術(shù)、電子技術(shù)、信 息處理技術(shù)、測試和傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、接口技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服驅(qū)動等多種技術(shù)。 機電一體化技術(shù)對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展冇巨

24、大的推動力，因此世界各國都在大力推廣機電一體化 技術(shù)。1國外機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段。第一階段（乂稱初級階段）是20世紀(jì) 60年代以前，這一吋期人們不口覺地利用電子技術(shù)并使z得到比較廣泛的承認(rèn)。第二階段, 機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。第三階段，各國均開始極大關(guān)注和支持機電一體化 技術(shù)和產(chǎn)品。1989年在日本東京召開的第一屆國際先進(jìn)機電一體化學(xué)術(shù)會議，是機電一體化向 縱深發(fā)展的標(biāo)志，各國政府也開始有計劃地推動和發(fā)展機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。目前，h本 和美國在機電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。美國商務(wù)部曾發(fā)表過一份關(guān)于 li木機電一體化的研究報告，對

25、日美兩國機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)研究、超前開發(fā)與形成產(chǎn)品 等三方面進(jìn)行了比較，結(jié)論是除機器視覺與軟件外，日本的基礎(chǔ)研究與美國是可以比擬的。 當(dāng)前，他們都將智能傳感器、計算機芯片制造技術(shù)、具有觸覺和人機對話功能的人工智能工 業(yè)機器人、柔性制造系統(tǒng)等列為高技術(shù)領(lǐng)域的重大研究課題，并投入大量資金支持發(fā)展相關(guān) 技術(shù)。20世紀(jì)90年代后期，機電一體化進(jìn)入了深入發(fā)展時期。光學(xué)、通信技術(shù)、微細(xì)加 工技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化的新分支。同時對機電一 體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，以及學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。人工 智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)也為機電一體化技術(shù)開辟

26、了廣闊的發(fā)展犬地因此，機電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個方而：（1）機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，數(shù)控機床占機 床總數(shù)的30%40%o工業(yè)機器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，數(shù)量在未來i-年將以25%3（）%的 速度增長。智能機器人將逐步進(jìn)入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領(lǐng)域。（2）機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機集成制造系統(tǒng)（cims） 是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢,它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流” 和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié) 合。cims的實現(xiàn)是全局動態(tài)的最優(yōu)綜合。（

27、3）激光技術(shù)進(jìn)入機電一體化領(lǐng)域。光機電一體化是激光技術(shù)與機械、電了技術(shù) 相結(jié)合，不僅人人擴展了機電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域，而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重人變革，是當(dāng)今信息 業(yè)與制造業(yè)的最住結(jié)合點。（4）微細(xì)加工技術(shù)為設(shè)備發(fā)展迅猛。微電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，帶動了大量 高新技術(shù)的興起，微細(xì)加工技術(shù)和裝備不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且対微機械的誕生和發(fā) 展也起了決定性的作用。2國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀我國從20世紀(jì)80年代初開始進(jìn)行機電-體化的研究和應(yīng)用，國務(wù)院成立了機電一 體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和201（）年發(fā)展綱耍時充分考慮 了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶

28、來的彩響，許多人專院校、研究機構(gòu) 及一些大小型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作。雖然目前國內(nèi)機電一體化技術(shù) 與日本、歐美等先進(jìn)國家相比仍有一定差距6,但隨著新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，我國加大 了機電一體化技術(shù)的研究力度，并將其確定為國家高技術(shù)重點研究領(lǐng)域，給予優(yōu)先支持，并 取得了一定的成績。(1) 數(shù)控技術(shù)方面。我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機 床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50%,配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了 10%o縱觀我國數(shù)控技術(shù)近 50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了很好成績。冃前，已具有年 產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3()0()多套、主軸與進(jìn)給裝置50

29、()()多套的生產(chǎn)能力。近十年來，普通級數(shù)控機床 的加工精度己由10pm提高到5u m,精密級加工屮心則從35» m,提高到11.5u m,并且 超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(0.01 p m)7o(2) 工業(yè)機器人方面。我國1986年將機器人的研究開發(fā)列入國家科技計劃，現(xiàn)已掌握 了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)和軟件編程技術(shù)、運動為和軌跡規(guī)劃技術(shù)，牛產(chǎn) 了部分機器人的關(guān)鍵元器件，并進(jìn)入實用化階段，開發(fā)出弧焊、點焊、噴漆、裝配、搬運、 注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機器人。冃前，國內(nèi)相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè) 已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化制造技術(shù)，解決了工業(yè)機器人控制

30、、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù), 機器人軟件的設(shè)計和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線(工作詁) 與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)?，F(xiàn)在，我國從事機器人研發(fā)的單位有200多家，專門從 事機器人產(chǎn)業(yè)開發(fā)的金業(yè)有50家以上，中國市場上總共擁有近萬臺工業(yè)機器人，其中完全 國產(chǎn)的工業(yè)機器人(行業(yè)內(nèi)規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè))行業(yè)集中度占30%左右。(3) 計算機集成制造系統(tǒng)方面。我國經(jīng)過多年的理論和技術(shù)準(zhǔn)備,cims已經(jīng)有了 較快發(fā)展。目前，已在清華大學(xué)建成國家cims工程研究中心，在著名高校和研究單位建立了 7 個cims單元技術(shù)實驗室和8個cims培訓(xùn)中心9。2000年，全國已有20

31、多個省市、10多 個行業(yè)、200多家不同規(guī)模和類型的企業(yè)通過實施cims應(yīng)用示范工程，収得了巨大的經(jīng)濟(jì)效 益。當(dāng)前,cims的進(jìn)一步試點推廣應(yīng)川已經(jīng)擴展到機械、電子、航空、航犬、輕工、紡織、 冶金、石汕化工等諸多領(lǐng)域，正得到各行各業(yè)越來越多的關(guān)注和投入。3機電一體化的發(fā)展趨勢機電一休化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它 的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步°縱觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新 技術(shù)的發(fā)展動向，機電一體化將朝著以下兒個方向發(fā)展：(1) 綠色化工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨人變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適;另一方血，資源 減少，生態(tài)環(huán)境

32、受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種 呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程 中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，対牛態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。機 電一體化產(chǎn)品的綠色化主耍是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用6。工業(yè)的發(fā)展 使得資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。綠色化成了時代的趨勢，產(chǎn)品的綠色化更成了適應(yīng) 未來發(fā)展的一大特色。如果我們把機械產(chǎn)品和制造機械產(chǎn)詁的機械裝置統(tǒng)稱為機械系統(tǒng)，則機電一體化技 術(shù)的功能可歸結(jié)為：提高機械系統(tǒng)的性能，完成傳統(tǒng)機械系統(tǒng)不能完成的功能；提高機械系 統(tǒng)的智能化程度，使人

33、在更舒適的環(huán)境中工作；提髙機械系統(tǒng)的可回收性；降低機械系統(tǒng)的 原材料消耗；降低機械系統(tǒng)的能耗；降低機械系統(tǒng)對環(huán)境的污染，可以看出其中至少冇3 條是和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的。因而，進(jìn)入21世紀(jì)，機電一體化技術(shù)的使命是要能提供一種高性 能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智1能化機械產(chǎn)品，即提供一種能 滿足可持續(xù)性發(fā)展的綠色產(chǎn)品。(2) 智能化智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能系統(tǒng)是一個 知識處理系統(tǒng)，它包括知識表示、知識利用和知識獲取三個基木問題，其最終的目標(biāo)是模擬人 的問題求解、推理、學(xué)習(xí)。人工智能在機電一體化建設(shè)中的研究口益得到重視，機器人與數(shù) 控機床的智

34、能化就是重耍應(yīng)用。“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收 人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、牛理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方 法,模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。 目詢，專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法，是機電一體化產(chǎn)知系統(tǒng))實現(xiàn)智能化的4 種主要技術(shù)，它們各自獨立發(fā)展乂彼此相互滲透。隨著制造自動化程度的不斷提高,將會出 現(xiàn)智能制造系統(tǒng)控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分 析、判斷、推理、構(gòu)思和決策llojo(3) 網(wǎng)絡(luò)化20世紀(jì)90年代,計算機技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技

35、術(shù)的興起和飛速發(fā)展給 科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏?，同樣也給機 電一體化技術(shù)帶來了重大影響，例如通過網(wǎng)絡(luò)對機電一體化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn) 品一口研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的 各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場 總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家川電器網(wǎng)絡(luò)化己成大勢，利川家庭網(wǎng)絡(luò)(homenet)將各種家川電器連接 成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computerintegratedapplianc

36、esystem,cias),使人們 在家里分享各種髙技術(shù)帶來的便利與快樂。因此機電一體化產(chǎn)站無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。(4) 微型化微型化興起于20世紀(jì)80年代末，是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。 近十余年來，微機電系統(tǒng)(microelectromechanicsystem,mems)，作為機電一體化技術(shù)的新 尖端分支而倍受重視，泛指兒何尺寸不超過lcm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。 微機電系統(tǒng)高度融合了微機械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，發(fā)展難點在于微機械并不是簡 單地將大尺寸的機械按比例縮小，山于結(jié)構(gòu)的微型化，在材料、機構(gòu)設(shè)計、摩擦特性、加工 方法、測試與定位及驅(qū)動方式

37、等方而都產(chǎn)生了一些特殊問題。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活,可進(jìn)入一般機械無法進(jìn)入的空間， 并易于進(jìn)行精細(xì)操作，因此在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。因此在生 物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國防等領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用前景。目前，利用 半導(dǎo)休器件制造過程小的蝕刻技術(shù)，在實驗室屮已制造出亞微米級的機械元件。（5）模塊化機電一體化產(chǎn)品和技術(shù)可分為機械、電子和軟件三大部分。模塊化技術(shù)是這三者的 共同技術(shù)。模塊化技術(shù)可以減少產(chǎn)殆的開發(fā)和生產(chǎn)成木，提高不同產(chǎn)品間的零部件通用化程 度，提高產(chǎn)品的可裝配性、可維修性和可擴展性等。融合機械、電子和軟件三大部分的機電 一-體化模塊代

38、表了未來產(chǎn)品的發(fā)展方向，具有高度口主性、良好的協(xié)調(diào)性和口組織性的特點。 總z,模塊化設(shè)計與制造是機電一體化系統(tǒng)的基本方法和發(fā)展趨勢。隨著微處理器性能價格 比的迅速捉高和微機械電子（mems）技術(shù)的飛速發(fā)展，各種機電一體化模塊將越來越多地 出現(xiàn)在市場上。利用這些模塊，可以迅速方便地設(shè)計和制造岀各種新的機電一體化產(chǎn)殆。機電一體化是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。21 世紀(jì)，機電一體化技術(shù)將成為機械工業(yè)的主角，在各方面均可帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效 益。機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)品，是社會牛產(chǎn)力發(fā)展到一定 階段的必然要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，以機械技 術(shù)、微電子技術(shù)的有機結(jié)合為主體的機電一體化技術(shù)是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，機電一體 化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。1機電一體化技術(shù)發(fā)展機電一體化是機械、微電