機電一體化的發展現狀
機電一體化的發展現狀【1】
【摘 要】本文闡述的機電一體化技術的定義，特點以及發展歷程，并針對機電一體化技術所需的共性關鍵技術進行了分析，基于此分析，探索了未來機電一體化發展的方向，對機電一體化的研究有參考指導意義。
【關鍵詞】機電一體化 發展歷程 關鍵技術 發展趨勢
機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發展，現在的機電一體化技術，是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。
它不是上述技術的簡單拼湊，而是從系統的觀點出發，合理配置各功能單元，使得整個系統具有高質量，高可靠性的特點。
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，還能賦撲許多新的功能，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仲，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。
現代化的自動生產設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。
1.機電一體化的發展過程
機電一體化經歷了長期的產生于發展過程，大致分為三個階段：
萌芽階段：20世紀60年代以前為萌芽階段。
由于電子技術發展迅速，人們逐步使用電子技術的初步成果完善機械產品的性能。
特別是第二次世界大戰后，機械產品與電子技術的結合使得許多性能優良的產品出現，對戰后經濟的恢復和技術的進步起到了積極的作用。
蓬勃發展階段：20世紀70年代至20世紀80年代是蓬勃發展階段。
在這一階段，人們主動地利用新技術的巨大成果創造新的機電一體化產品。
應該特別指出的是，日本在推動機電一體化技術的發展方面起了主導作用。
日本政府于1971年3月頒布了《特定電子工業與特定機械工業振興臨時措施法》，要求企業界“應特別注意促進為機械配備電子計算機和其他電子設備，從而實現控制的自動化和機械產品的其他功能”。
這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為基點一體化的發展奠定了技術基礎。
智能化階段：從20世紀90年代開始至今稱為智能化階段。
機電一體化技術向智能化新階段邁進。
人工智能技術及網絡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新天地。
大量的智能化機械產品不斷涌現。
出現了“模糊控制”和“混沌控制”等新概念。
機電一體化的目的是使系統高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產品結構向輕薄短小巧化方向發展，不斷滿足人們的生活多樣化需求和生產的省力化、自動化需求。
因此，機電一體化的研究方法并不是拼拼湊湊的“混合”設計法，應該從系統的角度出發，采用現代設計分析方法，充分發揮邊緣學科技術的優勢。
2.機電一體化發展的共性關鍵技術
機電一體化發展所采用微電子技術必須解決一些共性關鍵技術。
這些技術包括檢測傳感技術、信息處理技術、伺服驅動技術、自動控制技術、精密機械技術及系統總體技術等。
各部分所包括的內容如下：
檢測傳感技術：檢測傳感器的檢測對象有位移、壓力、溫度、速度、加速度、流量等物理量，其檢測精度的高低直接影響機電一體化產品的性能好壞。
檢測傳感技術的主要難點在于提高可靠性、精度和靈敏度。
信息處理技術：信息處理技術包括信息的輸入、變換、運算、次數和輸出技術。
信息處理是否及時正確，直接影響機電一體化產品的質量和效率，因而成為機電一體化產品的關鍵技術。
在信息處理技術方面存在的問題有減輕重量、提高處理速度、提高可靠性和抗干擾能力以及標準化、提高操作性及便于維修保養等。
自動控制技術：自動控制技術包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷、校正、補償、再現、檢索等技術。
其技術難點是現代控制理論的工程化與實用化，以及優化控制模型的建立等。
伺服驅動技術：伺服驅動技術主要是指執行元件中的一些技術問題。
伺服驅動包括電動、氣動、液動等各種類型。
希望之星元件滿足小型、重量輕和輸出功率大等三個方面的要求，以及提高對環境的適應性和可靠性。
精密機械技術：機電一體化產品對精密機械提出的新要求有：減輕重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善動態性能等。
系統總體技術：系統總體技術是以中國從整體目標出發，用系統的觀點和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個功能的技術方案，再把功能和技術方案組合成方案組進行分析、評價和優選的綜合應用技術。
機電一體化產品要求系統的協調性很好，否則即使各個部分的性能、可靠性都很好，性能和產品也很難保證正常運行。
3.機電一體化發展趨勢
隨著科技的發展和經濟的進步，對機電一體化技術提出了許多新的和更高的要求，出現了新的概念。
如數控技術、CNC、FMS、CIMS及機器人等都被一致認為是典型的機電一體化技術、產品及系統。
機電一體化的發展趨勢有以下幾點：
高性能化：高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。
新一代CNC系統就是以此“四高”為滿足生產急需和人誕生的。
可實現告訴數據傳遞，在相當高的分辨率情況下，系統仍有高速度，此外其效率也非常高。
智能化：人工智能的研究日益得到重視，其中機器人與數控機床的智能化就是重要應用。
智能機器人通過視覺，觸覺和聽覺等各類傳感器檢測工作狀態，根據實際變化過程反饋信息并作出判斷與決定。
數控機床智能化，使用各類傳感器對切削加工前后和加工過程中的各種參數進行監測，并通過計算機系統做出判斷，自動對異常現象進行調整和補償。
此外，機電一體化發展趨勢還有系統化，輕量化及微型化等
參考文獻：
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機電一體化的發展現狀及其應用【2】
【摘要】機電一體化是一種復合技術，是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物，是機電工業發展的必然趨勢。
本文討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并從對機電一體化的認識出發，概述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域，并指出其發展趨勢。
【關鍵詞】機械工業;機電一體化;應用;發展方向
1.機電一體化技術的主要應用領域
1.1 數控機床
數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：
總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。
開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。
WOP技術和智能化。
系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。
能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
1.2 計算機集成制造系統(CIMS)
CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。
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”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。
企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
1.3 柔性制造系統(FMS)
柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。
它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
1.4 工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性;第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化;第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
2.機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展。
2.1 智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。
近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。
智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
2.2 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，進行任意的剪裁和組合，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大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。
未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。
機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。
2.3 微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。
國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。
由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。
目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
2.4 模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，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、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。
機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。
3.機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。
硬件是由機械本體、傳感器、信息
理單元和驅動單元等部分組成。
因此，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手。
3.1 機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。
現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。
只有機械本體減輕了重量，才有可能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。
3.2 傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。
為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。
對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。
3.3 信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備(特別是微型計算機)的普及應用緊密相連。
為進一步發展機電一體化，必須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。
3.4 驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。
目前，正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。
3.5 接口技術
為了與計算機進行通信，必須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，技術人員正致力于開發低成本、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。
3.6 軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。
為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
4.結論
綜上所述，機電一體化是眾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。
它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。
大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
參考文獻
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機電一體化技術的發展現狀思考【3】
摘要：隨著經濟的迅猛發展和科技水平的進步，工程領域內的技術在不斷革新，這在一定程度上促進了機電一體化技術的發展。
機電一體化技術集機械、電子、光學等多種技術為一體，它是現代化科技發展的必然結果，對于我國工業的發展起著非常重要的作用。
本文闡述了機電一體化技術的現狀，分析了該項技術未來的發展趨勢。
關鍵詞：機電一體化 現狀 發展
引言：
機電一體化技術建立在計算機網絡技術以及機械技術的基礎之上，利用機械設備的自動處理技術，對機械設備進行多功能整合，有效改善設備精度、提升設備性能，使其朝著智能化的方向發展。
隨著現代科技的進步，促使機電一體化技術不斷的變化和發展，微電子技術、傳感測試技術、自動控制技術等也逐步融入到機電一體化技術當中，但是機電一體化技術絕不是這些技術的簡單疊加，而是將這些技術有機結合，使機電一體化技術的適用范圍更加廣闊，日常生活中常見的智能洗衣機、空調、照相機等都是機電一體化產品的代表。
機電一體化技術的應用，在一定程度上提高了機械工程技術的效率，使機械工程的要求得以更好的滿足，實現了機械產品的自動調節、控制與檢測，因此，機電一體化技術的發展越來越受到人們的重視，這項技術的未來發展前景將會越來越廣闊。
一、機電一體化技術的發展現狀
1.機電一體化技術的發展歷程
早在上世紀60年代末期，日本企業界就提出了“機電一體化技術”的概念，他們將這一技術取名為“Mechatronics”，即機械技術與電子技術融為一體。
直至70年代，人們都把機電一體化看成是機械與電子技術的結合。
到了20世紀80年代，信息技術開始逐步發展起來，促使微處理機的性能有所提高，為數控機床、工業機器人以及汽車電子控制系統等機電一體化產品提供了有力的技術支持，超大規模集成電路及微型計算機的出現也為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。
進入20世紀90年代后，機電一體化系統中融入了通信技術，使得機械設備變得更加智能，便于操控。
機電一體化機械設備的功能更加多樣，性能也有了很大程度的提升，尤其是微傳感器和執行器技術與半導體技術、機電一體微型化方法相結合，形成了更加精密和集成的“微機電一體化”。
隨著自動化技術、人工智能技術、光纖技術的不斷發展和進步，機電一體化技術逐步建立起完善的科學體系。
2.我國機電一體化技術的發展歷史及現狀
20世紀80年代，我國開始了對機電一體化技術的研究，國務院對這項技術予以高度重視，并將其列入“863”計劃的重點發展項目之一。
為加快機電一體化技術的發展，我國提出了發展這項技術的具體實施策略，并成立了專門的研發小組，著重研究如何促進機電一體化技術更快的進步。
隨著我國經濟的發展和科技水平的提高，使機械與電子技術實現了有機結合，尤其是電子計算機技術、自動化控制技術、通信技術的發展，為機電一體化技術奠定了堅實的發展基礎。
尤其是我國自主研發出了微型計算機以及大規模的集成電路，這為機電一體化技術的發展提供了更為充足的條件。
進入20世紀90年代，我國的機電一體化技術有了更為深入的發展，各種高科技技術逐漸被應用到機電一體化技術的研究當中，使機電一體化系統更加智能化，促進了機電一體化技術的快速發展。
目前，我國已建立了計算機集成系統工程研究中心，很多企業通過實施計算機集成系統應用示范工程獲得了巨大的經濟效益，計算機集成系統也被廣泛應用于諸多領域，得到了各行各業人們的關注。
另外，我國現在已掌握了工業機器人操作機的設計制造及程序優化等技術，能夠獨立生產機器人的關鍵元器件，開發出適合各行各業作業的多種機器人，為企業的發展提供了便利。
二、機電一體化技術未來的發展趨勢
機電一體化技術的應用對于機械產品的制造和加工起著非常重要的作用。
就目前的狀況來看，高智能將成為機電一體化技術未來的主要發展方向，智能機器人將變得更加普及。
在控制系統的指引下，智能機器人將會具有一定的判斷及推理能力，并根據不同指令自主學習相關知識，代替人類完成一些復雜的生產工作，使人們得到所需產品的同時，提高生產效率。
因此，高智能化將成為機電一體化技術的主要發展趨勢，研究人員將會根據不同層次的需求編寫不同的控制系統，讓機器人可以更好的為人類的生產生活而服務。
機電工業的不斷發展，為人們的生活提供了極大的便利以及豐富的物質生活，但同時也對資源進行過度的開發，對生態環境造成了一定的惡劣影響。
隨著人們環保意識的增強，綠色生產、綠色產品越來越受到人們的歡迎。
因此，未來的機電一體化技術將朝著綠色化的方向邁進，即以減少對環境的危害或對環境無危害為根本出發點，最大限度的回收與利用報廢設備及產品，使用更加環保的生產原料及生產技術，使研發過程及產品符合環境保護的標準，以保證產品的市場價值。
計算機網絡技術的興起與發展推動著各行各業的發展，并且充分將全球資源整合，使企業間的競爭更為激烈。
將計算機網絡技術應用到機電一體化技術當中，不僅實現了機電一體化設備的遠程自動化控制，而且使我國對于國際上一些先進的機電一體化產品有了更加深入的研究，促使國內機電一體化技術的發展趨于成熟。
可以說，未來的機電一體化技術將會更加網絡化，使機電一體化設備的無人值守運行成為現實，同時也能夠讓機電一體化技術的新產品通過便捷的途徑得以向市場推廣。
目前我國有很多企業生產機電一體化的產品，但是由于所生產的產品缺乏統一的標準，因此在生產過程以及以后的使用過程中難免會遇到麻煩。
因此，這就要求機電一體化產品實現模塊化，即將這些產品劃分為獨立的模塊，使每個模塊可以在機械設備更好的發揮其應有的功能，以適應不同生產的需要。
模塊化技術能夠在一定程度上減少產品開發及生產的成本，使不同產品的零部件之間實現通用，這對產品的維修性、裝配性與拓展性的提高也起著一定的促進作用。
模塊化的設計與制造也將成為未來機電一體化系統的發展趨勢，并且隨著微機械電子技術的發展而逐漸普及。
利用這些模塊，可以方便快捷的生產出各種新型機電一體化產品。
隨著納米技術的不斷發展進步，很多領域的生產設備實現了“由大及小”的過渡，尤其是機電一體化技術，也逐漸朝著微型化方向發展。
微型化，即機電一體化設備向微型機器及微觀領域發展的趨勢，微型化產品的體積小，耗能低，機電一體化產品的微型化使得其應用范圍更加廣泛，由此來看，微機電一體化技術是機電一體化技術的必然發展趨勢，具有廣闊的發展前景。
三、結論
我國機電一體化技術的發展受到了國家的重視和支持，獲得了巨大的發展和進步。
但是我國的機電一體化領域在某些技術方面還存在著不足，與發達國家相比還存在一些差距。
因此，為了使我國機電一體化技術和產品的技術占有率和核心競爭力有所提升，國家應該繼續鼓勵機電一體化技術的研發和產品的開發，加大支持力度，采取有效措施提高機電一體化系統的研發能力，以促進我國機電一體化技術的進一步發展。
參考文獻：
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