機電一體化技術的現狀及發展

時間：2025-11-11 10:53:09 機電一體化畢業論文

機電一體化技術的現狀及發展

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機電一體化技術的現狀及發展

　　機電一體化技術的現狀及發展【1】

　　摘要：機電一體化是現代科學技術發展的必然結果，本文綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。

　　關鍵詞：機電一體化;現狀;發展趨勢

　　一、機電一體化的產生與應用

　　20世紀60年代以來，人們利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能后，刺激了機械產品與電子技術的結合。

　　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更進一步奠定了技術基礎。

　　20世紀80年代末期，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，機電一體化進入了深入發展時期。

　　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展露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。

　　我國從20世紀80年代開始開展機電一體化研究和應用。

　　取得了一定成果，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。

　　機電一體化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。

　　二、機電一體化的發展現狀

　　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年代～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。

　　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展露頭腳，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，更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也做了大量的工作，雖然取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

　　三、機電一體化的發展趨勢

　　(一)智能化趨勢

　　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。

　　機電一體化產品不可能具有與人完全相同的智能。

　　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。

　　(二)模塊化趨勢

　　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，也可以擴大生產規模，制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。

　　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。

　　(三)網絡化趨勢

　　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、工業生產等領域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使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朝著網絡化方向發展是為大勢所趨。

　　(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1cm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，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。

　　(五)綠色化趨勢

　　工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。

　　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。

　　機電一體化的發展及趨【2】

　　摘要機電一體化是現代科學技術發展的必然結果。

　　文章概述機電一體化的核心技術，分析機電一體化發展進程，提出機電一體化向智能化邁進的趨勢。

　　關鍵詞機電一體化;核心技術;發展進程;發展趨勢

　　機電一體化技術是面向應用的跨學科技術，是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。

　　今天機電一體化技術發展飛速，機電一體化產品更日新月異。

　　1 機電一體化的核心技術

　　1.1 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，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

　　1.2 計算機與信息技術：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。

　　1.3 系統技術：即以整體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，是實現系統各部分有機連接的保證。

　　1.4 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。

　　1.5 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。

　　1.6 伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

　　2 機電一體化的發展進程

　　2.1 數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。

　　我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。

　　2.2 微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。

　　2.3 可編程序控制器(PLC)的應用于工業：上世紀60年代后期，美國汽車制造業開發一種Modular Digital Controller(MODICON)取代繼電控制盤。

　　MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業獲得大量應用。

　　80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術。

　　90年代又開始了PLC的第三個發展時期。

　　90年代后期進入了第四階段。

　　其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口;采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準;從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統、同一個編程系統，執行不同的DCS和PLC功能。

　　這就是真正意義上的EIC三電一體化。

　　2.4 激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：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。

　　3 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。

　　未來機電一體化的主要發展方向有：

　　3.1 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。

　　3.2 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。

　　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。

　　因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

　　3.3 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。

　　3.4 綠色化：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。