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引言

機電一體化經歷了自然產生和發展的過程，20世紀年代70初，經日本科技工作者系統地概括和總結，形成了比較完整的機電一體化概念，越后由于大規模集成電路技術和微型計算機技術的迅速發震，使得機電結合的形式更加靈活活，內容更加豐富，應用更加廣泛。我國的機電—體化經過幾十年的發展取得了重大進展，主要表現在下面幾個方面。

1 機電一體化的內容

1.1機電一體化技術是從系統工程觀點出發，應用機械、電子等有關技術，使機械、電子有機結合，實現系統或產品整體最優的綜合性技術。機電一體化技術，主要包括技術原理和使用機電一體化產品（或系統）得以實現、使用和發展的技術。機電一體化技術是一個技術群（族）的總稱。

1.2機電一體化系統（產品）由若干具有特定功能的機械和電子要素組成的有機整體，具有滿足人的使用要求的最佳功能，機電一體化系統（產品）。主要是指機械系統（或部件）與微電子系統（或部件）相互置換和有機結合，從而賦予新的功能和性能的新一代產品，有良好的人機協作關系。一個機電一體化的系統主要是由機械裝置、執行裝置、動力源、傳感器、計算機這5個要素構成。

1.3機電一體化工程（ 機械電子工程）是機械工程與電子工程的綜合集成，即給定機電一體化系統（或產品）“目的功能”與“規格”后，機電一體化技術人員利用機電一體化技術進行設計、制造的整個過程體系。機電一體化工程是系統工程在機電一體化系統（產品）中的具體應用。

1.4機電一體化思想體現了“ 系統設計原理”和“綜合集成技巧”。系統工程、控制論和信息論是機電一體化技術的方法論。從某種意義上講、機電一體化思想相當于“一體化”思想。它帶來了諸如光電機一體化、機電液一體化、科工貿一體化、人機一體化等技術及其產品。

2機電一體化技術的發展方向

由于機電一體化技術是多學科技術交融的技術，因此其發展的程度必然受制于其相應支撐技術的發展，同時其相關技術的發展也必然促進機電一體化技術的發展。

2．1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向，而機器人與數控機床的智能化就是其重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、心理學、生理學和混沌動力學等新方法，模擬人類智能，使它具有自學習、自組織、自適應、思維和決策等能力，以求得到更高的控制目標。

2．2模塊化

機電一體化產品種類繁多。讓它們自由地交換信息是一項十分復雜的事，因此有必要研制具有標準機械接口或電氣動力接口等的機電一體化產品。如果機電產品能夠象“搭積木”那樣讓需求者根據要求自由組合，那么無論是對資源的節約，還是服務于各行各界，都有著其巨大的作用。

2．3 網絡一體化

由于網絡的普及，推進了全球化的進程。而基于網絡的各種遠程監控技術，讓家用電器網絡化成為可能。把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(Computer Integrated ApplianceSystem，CIAS)，使人們無論在家里還是在外面，都能隨時享受各種機電產品帶來的好處。因此，機電_體化產品無疑會朝著網絡化的方向發展。

2．4微機電化

微機電化指的是機電系統主要裝置的特征尺寸在亞微米至亞毫米范圍。微機電系統產品由于體積小、耗能少、運動靈活，在軍事、生物醫療、航空、信息等方面具有不可比擬的優勢。

2．5 綠色化

綠色化主要是指產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，而且是低能耗、低材耗、協調而可再生的產品。

3機電一體化技術的應用

在人們的日常生活當中，自動機械、信息處理設備、辦公室設備、車輛電子設備、醫療器械、光學裝置、智能家電、樓宇安全系統等機電一體化系統都離不開執行元件為其提供動力。而執行元件和電子控制裝置之間是無法直接連接的，因此需要一個驅動部件。該驅動部件在電子控制裝置的控制下，接收指令，進行能量轉換，從而得到目標輸出。電子控制驅動系統框架見圖1。

對于精密傳動來說，需要在執行元件輸出終端進行傳動測量，如測量其位置、速度、加速度，同時將所測得的數據反饋給電子控制裝置，讓其進行比較，進行誤差修正控制，最終實現精密傳動。電子閉環控制驅動系統框架見圖2。

當有多個執行元件，其輸出動作規律各不相同時，一方面要根據各執行元件工作情況來考慮其控制的形式，另一方面需要確定它們之間是否存在輸出的聯系。如果它們之間沒有聯系，可以讓它們單獨來工作，也可以通過構建PC機上位控制來統一管理。圖3為PC機二級管理的多驅動電子閉環控制系統結構框圖。若工作聯動內容經常變化，就應該構建一個可以直接識別聯動輸出的軟件，將聯動輸出寫入軟件當中，讓其直接轉化為控制程序，這樣就能靈活地應對動作輸出的需求。圖4為裝載了位置控制模塊的PC機二級管理多驅動電子閉環控制系統結構框圖。

上述機電一體化技術的應用，僅論述了如何將傳感技術、信息處理技術和驅動技術等技術簡單的融合，各部件都是以模塊形式搭建的，而模塊間的信號傳輸及所涉及到的接口技術和信息處理技術是其中的重點。所以，在機電一體化技術應用中，以全局最優的觀念去設計機電一體化產品，并且解決好每個功能模塊信息處理和傳輸的問題，是能夠迅速地利用好機電一體化技術的方法。

結束語

綜上所述，機電一體化技術是現代科學技術發展的必然結果，是人們為了滿足社會日益豐富的需求而不斷地對已有的技術進行變革創新并且使它們有機結合的一門綜合性技術。。因此，機電一體化技術對我們人類的發展有著極其深遠的意義。

參考文獻

[1]梁俊彥，李玉翔，林樹忠．機電一體化技術的發展及應用[J]．科技資訊．

[2]楊兆偉，劉錦．機電一體化技術的發展趨勢與分析[J]．機電產品開發與創新，2007

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隨著科學技術日新月異的發展，不同學科的知識相互滲透交融，促進了工程領域內的技術的革新，特別是機電一體化技術的發展，確立了機械工業未來的發展方向。本文主要對機電一體化技術進行了基本的概述，同時簡述了國內外機電一體化技術的發展概況，進一步分析了機電一體化技術的發展趨勢。

一、機電一體化概要

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、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本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子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、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅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區別。

二、機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下:

1 智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設的研究日益獲得重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產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。

2 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3 網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育、日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

4 微型精密化

隨著納米技術的不斷深入發展，機電一體化技術也將面向微型精密化的方向發展。一般來說，機電一體化產品的微型精密化可以使機電一體化產品的應用范圍更加的廣泛，微機電一體化產品具有體積小，耗能低，應用廣泛等諸多優點，因此微機電一體化技術具有比較廣闊的發展前景。但是微機電一體化技術的發展需要精密的加工工藝以及先進的設備作為其強大的后盾。

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現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。

1機電一體化概述

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

2 機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀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子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。

我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。

3 機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：

3．1 智能化

方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。

3．2 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、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等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。

3．3 網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(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(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3．4 環保化

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。

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機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、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本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

2機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀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子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70—80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。

我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。

3機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：

3．1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。

3．2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、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等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。由于利益沖突，近期很難制定出國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業，還是對生產機電一體化產品的企業，模塊化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3．3網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到、質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)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(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3．4微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

3．5環保化

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

3．6系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。

參考文獻：

［1］李建勇．機電一體化技術［M］．北京：科學出版社，2004.

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現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。

1機電一體化概述

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、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本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

2機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀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子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。

我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。

3機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：

3．1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。轉3．2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、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等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。

3．3網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)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(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3．4微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

3．5環保化

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

3．6系統化

未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。

篇（6）

Abstract: along with the development of information technology, mechanical and electrical integration technology development is rapid, "mechanical and electrical integration" is to take machinery, electronics and information technology to organic union, in order to realize the industrial production and process optimization of the whole a high and new technology. Mechanical and electrical integration is refers to the Lord in the equipment institutions function, power function, the information processing functions and control function introduce electronic technology, mechanical and electronic device design and software combined form the floorboard of the system. Mechanical and electrical integration is the modern inevitable outcome of the development of science and technology, this paper introduces the basic characteristics of the electromechanical integration technology, this paper analyzes the development trend of the electromechanical integration technology.

Keywords: electromechanical integration, process, intelligent, development

中圖分類號： TH-39 文獻標識碼： A 文章編號：

“機電一體化”在國外被稱為Mechatronics，意為機械技術和電子技術的有機結合。它是在以微型計算機、機械電子技術深度結合的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統理論出發，根據系統功能目標和優化組織結構目標，對各組成要素間的信息處理、接口耦合、運動傳遞和能量變換進行研究，使整個系統有機結合與綜合集成，并在系統程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質和能量的有規則運動，在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低能耗等方面實現多種技術功能復合的最佳功能價值的系統工程技術。

一、機電一體化的核心技術

（一）、機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能

上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。

（二）、其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

（三）、系統技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，它是實現系統各部分有機連接的保證。

（四）、傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

（五）、自動控制技術其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適

應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

二、機電一體化的技術基本特征

機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。機電一體化是一個綜合的概念，涵蓋“技術”和“產品”兩方面內容。前者是指包括技術基礎、技術原理在內的、使機電一體化產品得以實現、使用和發展的技術。后者是指采用機

電一體化技術，在機械產品基礎上創造出來的新一代機電一體化產品。“機電一體化”已成為當今世界工業發展的主要趨勢，也帶動了傳統機械工業的一場新的革命。機械工業要爭生存，求發展，必須走機電一體化之路。學科隨著科學技術的不斷發展, 還將被賦予新的內容。

三、機電一體化的發展進程

（一）、我國的集成電路產業起步于1965 年，經過30多年的發展，現已初步形成了包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。微電子技術是現代電子信息技術的直接基礎，如微機控制的數控機床己不再是傳統的機床；又如汽車的電子化導致汽車工業的革命，目前先進的現代化汽車，其電子裝備已占其總成本的70% 。進入信息化社會，集成電路成為武器的一個組成單元，電子戰、智能武器應運而生。雷達的精確定位和導航，戰略導彈的減重增程，戰術導彈的精確制導，巡航導彈的圖形識別與匹配，以及各類衛星的有效載荷和壽命的提高等等，其核心技術都是微電子技術。

（二）、以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。

四、機電一體化向智能化邁進

20 世紀90 年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。

（一）、智能化是21 世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是其重要應用。

（二）、微型化興起于20 世紀80 年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過

1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

（三）、系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。

結論：

機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

參考文獻：

[1]潘廣均.機電一體化技術發展狀況及其趨勢[J].民營科技.2008(3)

[2]董軍.淺析機電一體化技術的現狀及發展趨勢[J].科技信息.2008(3)

篇（7）

中圖分類號：TH-39　文獻標識碼：A　文章編號：1672-3198(2009)04-0286-01

1　機電一體化概要

“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、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本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子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、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅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區別。

2　機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀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子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合。這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀70～80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受。大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；②機電一體化技術和產品得到了極大發展；③各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現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的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，不取得了一定成果難；但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

3　機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下。

3.1　智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學，心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產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。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3.3　網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人民日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡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，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此。機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。3，4微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統，泛指幾何尺寸不超過1cms的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

3.5　綠色化

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富-生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

3.6　系統化

篇（8）

中圖分類號:TH39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)07-0005-01

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

1、概述

機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術，是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興技術。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。

可見，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。機電一體化技術是在以微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發展向機械工業領域迅猛滲透并與機械電子技術深度結合的現代工業的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術。有許多的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。

2、機電一體化技術的發展歷程

“機電一體化” Mechatronics概念首先是由日本安川電機公司創新使用，但是當時只是簡單的認為是機械Me-chanics與電子Electron-ics的結合，后來隨著信息技術水平的提高，微處理機的性能提升，機電一體化技術和產品得到了極大發展。現在機電一體化技術已經逐漸邁向智能化方向發展，并融入了通信技術、光學和微加工技術等，這些技術的應有為機電一體化開辟了發展的廣闊天地，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎,并且逐漸形成完整的學科體系。現如今機電一體化越來越多地運用于如數控機床、大型工業設備運轉、工程機械、工業機器人和汽車的電子控制系統等。

3、應用實例

機電一體化技術包括機械技術、計算機與信息技術、系統技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術等。其中，可編程序控制器PLC廣泛用于各種設備機電一體化自動控制中，PLC其實就是一種專用于工業控制的計算機，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械動作或生產過程。可編程序控制器PLC是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產工藝，具有性能穩定、可靠性高、操作方便、維護改造容易以及功能完善等優點，已成為工業自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用。

瀝青混合料攪拌站由很多個機械設備組成的設備組群，包括中央控制室、拌和機組、篩分機組、提升機組、烘干機組、冷料機組、瀝青機組、礦粉機組和除塵機組等九大部分，各機組分別安裝在單獨的基礎上由電機驅動，整個拌和樓系統由中央控制室控制。拌合站控制系統主要包括供料控制，溫度控制，計量控制，除塵控制，成品倉控制等。其控制系統的任務是按照工藝流程順序控制各部設備，按生產配方自動進行計量拌料。其中央控制室控制系統基本采用PC+PLC的控制模式，上位機PC主要用于下發控制指令進行生產監控與數據管理；下位機PLC負責全部的生產過程控制，主要包括骨科的輸送、各電機按啟動、燃燒器溜槽石料溫度控制、石料瀝青稱重、各石料按生產工藝進秤等，各種礦料的計量、混合料的拌和和放料是按周期進行的。

在拌合站中應有PLC控制，在生產初期可以讓各電機的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設備進行連鎖控制；生產中期可以精確稱量石料、瀝青、礦粉重量，按照設定配比程序依次進入拌鍋攪拌生產，并設定合理的時間間隔。生產后期可以控制拌鍋拌合時間及門開啟放料的時間等。通過PLC控制提高了機組的安全經濟運行的質量，保證了生產出的瀝青混合料質量。

筆者所在的瀝青拌合站下機位PLC要求運算速度快、糾錯能力強，選用西門子PLC S7-400，S7-400處理速度極快，系統資源余量大，通信能力強，通訊速度最高可達12M，運行的穩定性和可靠性很高，平均無故障工作時間高達幾萬小時。并采取了多層次抗干擾措施，使系統能在惡劣的工業環境下與強電設備一起工作。S7-400支持總線接口，所有項目數據，包括程序源代碼和用戶專有數據存儲在CPU中，其容錯功能可滿足拌合生產過程中的工地和故障保護等特殊要求。生產過程中，通過使用專業工業自動化數據組態監控系統，操作可靠、簡單，能夠準確控制每個生產工藝細節。使用PLC后不僅一改以往各個系統單獨運轉不聯動、石料瀝青稱量不精確、生產工藝控制易出錯等問題，減輕了操作人員的勞動強度，而且可以級大地提高了拌合站生產能力和工作效率，能夠又快又好高效地完成生產任務，通過使用PLC不但降低了成本還提升了整套控制系統的性能，使全系統的運行更加安全、可靠、性能更優異。

4、結語

隨著現代科學技術的不斷發展，不同學科之間不斷交叉與滲透，機電一體化將隨著微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透逐漸形成并不斷完善，并隨著科學技術的日新月異，各種技術相互將越來越融合，未來機電一體化技術的發展將會更加的深化與進步。

參考文獻

[1]李建勇.機電一體化技術[M].北京:科學出版社,2004.

篇（9）

一、前言

人類進入了一個新的世紀──21世紀。回顧過去的20世紀，人類的經濟和科學技術發展成果超過了過去所有世紀的總和。傳統的學科正在脫胎換骨，新的學科不斷問世，技術的融合程度比任何一次技術革命都高。機電一體化技術產生于這一背景之下，自然符合科技發展的規律，也是機械學科發展的必然結果。“機電一體化”這一技術術語最初來源于日本學術界，他們根據英文的Mechanics（機械學）和Electronics（電子學）兩詞，組合出Mechantronics一詞，日文諧音記作“夕力卜口二少又”，其表意漢字為“機電一體化”，Mechantronics一詞從學科角度可以翻譯為“機械電子學”，我國科技界也經常直接使用“機電一體化”作為漢語的表達詞匯。機電一體化是把傳統機械的多種功能與電子技術緊密聯系，它是一門新興的綜合性科學。其實它在技術上并沒有什么新發現或新發明，而是把機械技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術等多門學科有機的聯結在一起，形成了一門有著自身體系的學科。機電一體化是以這些學科為基礎，最后形成了一門綜合性的技術，而不是各門技術簡單的拼湊，這就是機電一體化同機械自動化的最大區別。隨著電子技術的迅速發展，從而帶動了機電一體化的發展，機電一體化將在未來的發展中起著至關重要的作用。

二、核心技術

機電一體化的核心技術主要在于硬件和軟件。

（一）機械技術.機電一體化是以機械技術為基礎，機械技術側重點是怎樣與機電一體化相適應，機電一體化是取其精華去其糟粕，利用各科學發展的高、新技術來更新自身概念。機械本體應該從改善自身性能、減輕質量和提高工作精度等幾個重要方面方面考慮，以此減少工作時能量消耗，提高工作效率。為了提高機械系統的傳動精度和工作穩定性，機電一體化要具有高精度、快速響應性、良好的穩定性。

（二）信息處理技術。由于微電子學的迅速發展、信息處理技術的普及極大的促進了機電一體化的發展。信息處理技術包括信息交換、信息存取、信息運算和最終決策等，實現信息處理的工具是現在已經普及的計算機，所以計算機技術的發展與信息處理技術緊密相聯。要更好的發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性從而提高信息處理的速度同時解決信息處理的抗干擾問題。

（三）檢測技術。檢測與傳感技術指與傳感器及其信號檢測裝置相關的技術。由檢測技術自身的功能，傳感器的主要功能應提高工作可靠性、工作的靈敏度和精確度等，并且要經受各種嚴酷環境的考驗，因此必須提高其抗干擾能力。由此可見，發展檢測、傳感器技術是機電一體化發展的必然趨勢。

（四）自動控制技術。在無人直接參與下，自動控制技術能通過控制裝置讓被控對象或過程的被控量能按照人們事先預定的規律變化的技術。自動控制技術應用非常廣泛，主要由自動控制理論、機械控制系統的設計、仿生學中的系統仿真、工作時現場的調試、可靠運行等從理論到實踐的整個過程。制動控制技術的難點在于自動控制理論的工程化與實用化，這是因為被控對象與理論的控制量存在較大的差距，從而需要反復調試和修改，才能達到最佳效果。現在微型機的應用非常廣泛，自動控制系統已經成為機電一體化中十分重要的一部分。

（五）軟件技術。機電一體化的發展過程中僅僅發展硬件是不夠的，必須在發展硬件的同時發展軟件，但是軟件的更新速度太快，這樣就導致研制成本提高了，為了降低成本，應該推行軟件標準化等措施。

三、機電一體化的應用領域

（一）數控機床。經過多年的發展數控機床已經得到了廣泛的應用，數控機床又稱數字控制機床，它是一種裝有程序控制系統，通過數字化信息對機床的運動及加工過程進行控制的機床。數控機床主要由動力源、操作機構、傳感器、電子控制單元、執行器等組成。數控機床具有很高的柔性，能實現編程自動化，具有更高的可靠性以及強大的通信功能，還可以實現多種控制的功能。數控機床的發展給機械領域的提高起到了促進作用。

（二）機器人。機器人是眾所周知的一種高新技術產品，是典型的機電一體化產品。其最早是人們幻想出來可以聽從人們的命令，任勞任怨的從事各種勞動。經過幾十年的發展，機器人技術已經形成了綜合性的科學。機器人主要由：機器手、操作機構、傳感器、移動機構、控制裝置、驅動器等部分組成，通過各部分之間相互協調，相互配合，機器人已經能靈活的代替人類很多活動，在焊接、裝配、軍事、空間、水下、農業、建筑、服務、娛樂等領域都有應用。機器人應經成為人類良好的助手和親密的伙伴。

（三）現代溫室設施。現代溫室設施是實現作物優質、高效生產的重要設施，也是機電一體化設備應用較密集的地方。主要由：溫室框架結構、覆蓋材料、通風系統、灌溉施肥系統、二氧化碳施肥系統、室內噴霧/屋頂噴淋降溫系統、遮陽/保溫系統、加熱系統、防蟲系統、計算機控制系統及一些必要的生產工具等。可以通過這些設施和計算機系統有效的提供一個適宜的環境條件，為作為優產提供保障。

四、結束語

與其他科學一樣，機電一體化技術也經歷一個漫長的過程。現在機電一體化已經滲透到各個學科、領域。成為一門新興的科學，為了適應各領域的需求機電一體化的主要發展趨勢體現在智能化、模塊化、網絡化、微型化、綠色化、人性化。機電一體化對機械工業也影響很大包括提高性能、擴展功能、簡化結構、提高可靠性、節約能源、操作簡單，可以說機電一體化的發展前景在未來的幾十年里一片光芒。

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中圖分類號：TD92 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）13-0092-01

一、機電一體化的基本概念和特點

機電一體化是一門新興的邊緣性的技術學科，它是由機械、電子技術及計算機科學等多個學科互相結合滲透而形成并發展起來的，而機電一體化產品則是運用最新的微電子、計算機技術以機械產品為基礎研發出來的新產品。在工程領域對各類技術實踐應用后，再加以借鑒與整合就創造出了現在的機電一體化技術，所以說它是在機械、微電子、自動控制、計算機和信息處理、伺服驅動、電力電子等技術以及系統的總體技術的基礎上形成的一項高新技術。

如下特點是機電一體化產品普遍具有的：具有可以自動監視、診斷、報警、保護的功能；具有自動處理和控制信息的功能，可以通過自動控制系統確保機械的操作者按照設計要求精確地完成預先設定好的程序，以使其不會依靠主觀思想來行動，從而保證良好的工作質量和完美的產品合格率，而機械控制的靈敏度和檢測的精確度及范圍也獲得了提高；采用復合技術、復合功能，這脫離了原來傳統機電產品單技術、單功能的局限，很大程度上提高了產品的功能水平及自動化的程度；利用程序控制和數字顯示技術，減少了操作的按鈕和手柄的數目，使操作變得更為簡單方便；在不同的應用領域和場合，其具有可以自動控制、自動補償、調節、自動校驗、保護及智能化等功能，從而能夠迅速的滿足不同用戶的不同需求；具體的安裝調試過程中，可根據不同用戶對象的需要、實際參數的變化等來相應的改變控制程序以使其適應變化的工作方式。而且不必改變產品的任何部件或零件，只需利用不同的手段，就能將這些控制程序輸入到產品的控制系統里[1]。

二、機電一體化的核心技術

1、機械本體技術：該技術的主要功能是改善性能、減輕質量和提高精度。目前發展方向是減輕機械本體重量，實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。

2、驅動技術：該技術的主要功能是快速響應。目前主要是在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。

3、信息處理技術：主要功能在于實現機電一體化與微電子學、信息處理設備緊密相連。目前主要是提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。

4、接口技術：該技術是使數據傳遞的格式標準化、規格化，接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前的研究方向主要集中在開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

三、機電一體化技術的應用

1、制造工程領域的應用

現代制造業充分的利用現代化的科學技術，使用電子計算機技術，對其自身的制造技術進行提升。因此，制造工程領域的新技術也不斷的被研發出來，例如：計算機的數字控制、現代集成制造系統、敏捷制造、柔性制造技術、并行工程、虛擬制造等[2]。

2、食品行業中的應用

隨著機電一體化技術廣泛應用到食品、飲料等的包裝機械的制造和開發設計上，單機的自動化程度有了明顯的提高，而包裝生產線也提升了生產的能力和自動化控制的水平，從而使其在與傳統的同類控制設備的競爭中處于領先優勢。這極大的提高了企業產品的國際影響力，并提升了食品飲料業包裝生產的設備的產品質量。

3、鋼鐵工業中的應用

為了把工程大系統綜合統一起來，鋼鐵企業就利用機電一體化系統，來完成這項巨大的工作。而這個系統的核心就是微處理機，通過將工控機技術、微機技術、數據通訊、儀表、顯示裝置等技術統一結合起來，再采用組裝合并的方法，就能確保系統控制的精確度、質量及其工作的可靠性。而傳統控制技術已不適應鋼鐵工業大型化、高速化及連續化的特點，難以解決一些現實問題，所以就必須采用智能控制技術。通常智能控制技術被運用在鋼鐵企業的生產中，深入到各個環節里，該技術主要包括了專家系統、神經網絡及模糊控制等，具體應用環節則有：設計產品、生產控制產品，診斷設備和產品質量等方面，最關鍵的是它是利用計算機來對整個生產過程進行管理、監視、操作及分散控制。例如：高爐的控制系統，軋鋼系統，冷連軋，電爐和連鑄車間等都利用到了這個技術。測控技術的不斷發展，使分布式控制系統具有了豐富的功能，也因此成為測、控、管一體化的一種綜合系統。它在對生產過程控制的同時，還可以在生產過程中還可以實時進行調度、統計管理生產計劃，最終實現在線的最優化。而交流調速技術也伴隨著微電子技術、電子電力技術的發展而發展起來，交流傳動因具有獨特的優越性，所以電氣傳動技術在未來必將是由直流傳動轉變成交流傳動。又由于數字技術的發展，矢量控制技術雖復雜但已顯現出它的實用性，交流調速系統的調速性能因此超越了直流調速。目前，交流傳動系統日益之所以會受到像軋鋼企業等各行業客戶的歡迎，不同容量的電機均可以通過同步或異步電機來實現可逆平滑調速一個重要的原因[3]。

結束語

各種產品和裝置因為機電一體化技術的發展，也完成了機電一體化，從而達到了自身的整體優化，也有利于產品質量和生產效率的提高，并縮短了新產品生產開發的準備周期，使其由科技成果快速向商品轉化，從而深刻變革了傳統產業。又由于新產品研發的需要以及發展高精密設備的需要，所以未來的機電一體化技術、產品及其系統必然會向著智能化、系統化、高性能、微型化、輕量化的方向邁進，并最終為國家帶來創造巨大的經濟和社會效益。

參考文獻

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1．機電一體化技術發展趨勢。機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展趨勢有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1．1 數字化。微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

1．2 智能化。即要求機電產品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

1．3 模塊化。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

1．4 網絡化。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能。利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

1．5 人性化。機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要。機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

1．6 集成化。集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

2．機電一體化技術在鋼鐵企業中的應用。在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：

2．1 智能化控制技術（IC）。由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼――連鑄――軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。