機(jī)電一體化的發(fā)展
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摘要：機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件融合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。近年來，機(jī)電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在各個(gè)行業(yè)都得到廣泛地應(yīng)用。微電子信息技術(shù)的引入，使古老的機(jī)械工業(yè)煥發(fā)了青春，使傳統(tǒng)的機(jī)械電器產(chǎn)品在功能上、性能上以及制造技術(shù)上都提高到一個(gè)嶄新水平，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是十分巨大的。
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;自動控制技術(shù);發(fā)展趨勢
機(jī)電一體化的外文名詞是Mechantronics，起源于日本，是取英語Mechanics的前半部和Electronics的后半部拼合而成的，表示機(jī)械學(xué)與電子學(xué)兩種學(xué)科的綜合。目前，國內(nèi)外對機(jī)電一體化的涵義有各種各樣的認(rèn)識，其各自的出發(fā)點(diǎn)和著眼點(diǎn)不盡相同，再加上機(jī)電一體化本身的涵義還在隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷被賦予新的內(nèi)容。機(jī)電一體化技術(shù)即結(jié)合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)于一體，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，不斷地推動不同學(xué)科的交叉和滲透，從而導(dǎo)致整個(gè)工程領(lǐng)域的技術(shù)革命。
1.機(jī)電一體化概要
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)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。機(jī)電一體化涵蓋技術(shù)和產(chǎn)品兩個(gè)方面，只是機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其他新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械。機(jī)電一體化系統(tǒng)由若干具有特定功能的機(jī)械和電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人的使用要求的最佳功能。
2.我國機(jī)電一體化的現(xiàn)狀
世界范圍內(nèi)機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。第一階段也稱為初級階段。20世紀(jì)60年代以前由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)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。第二階段可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。第三階段，20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。
計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床(CNC)是一種由計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ秒娮佑?jì)算裝置控制的高效自動化機(jī)床。它綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制、精密測量和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的最新成就，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)床發(fā)展的必然趨勢。
汽車的機(jī)電一體化中心內(nèi)容是以微機(jī)為中心通過自動控制來改善汽車的性能，增加汽車的功能，實(shí)現(xiàn)汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作方便和舒適性。近幾十年，國際各大汽車公司都加大了對汽車機(jī)電一體化的研究，使其發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。
工業(yè)機(jī)器人(IR)一般應(yīng)由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成，是一種能模擬人的手、臂的部分動作，按照預(yù)定程序、軌跡及其要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工具的自動化裝置，是具有發(fā)展前途的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品。
3.機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
3.1自律分配系統(tǒng)化
未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強(qiáng)的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計(jì)成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的，其特點(diǎn)是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個(gè)系統(tǒng)。
3.2系統(tǒng)化
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放和模塊化的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組套，進(jìn)行任意裁減和組合，同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)系列控制功能的NC系統(tǒng)。表現(xiàn)特征之二是通話功能的大大加強(qiáng)，即網(wǎng)絡(luò)化趨勢。
3.3人工智能化
這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)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)。高性能、高速的微處理器使機(jī)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。
3.4全息系統(tǒng)化
機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也由簡單的“從上到下”的形勢而變?yōu)閺?fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。
3.5綠色化
環(huán)境、資源、人口是當(dāng)今人類社會面臨的三大主題。
3.6微型機(jī)電化
微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)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(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(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)兩類。
3.7面向21世紀(jì)的制造模式
一次制造成功，采用成組技術(shù)和分組作業(yè)方式，按質(zhì)、按量、按時(shí)完成，做到零廢品、零庫存、零設(shè)備故障、零環(huán)境污染，從以“技術(shù)”為中心向以“人”為中心轉(zhuǎn)變，從“金字塔式多層次管理”向“網(wǎng)絡(luò)式管理”、由順序工作方式向并行工作方式、由固定組織
加工向敏捷制造加工轉(zhuǎn)變。
4.結(jié)語
機(jī)電一體化的出現(xiàn)并不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念正在發(fā)生著革命性的變化。21世紀(jì)，機(jī)電一體化技術(shù)將扮演機(jī)械工業(yè)的主角，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多。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。我國可以利用后發(fā)的成本優(yōu)勢和廣闊的市場潛力，用全新的方式和更短的時(shí)間研發(fā)更多具有知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。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(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻(xiàn)：
[1]李建勇.機(jī)電控制工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002
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