機電一體化的未來發展
機電一體化的未來發展【1】
[摘要]機電一體化作為一個極具發展前景的邊緣性學科，不僅僅是一個單一的專業，它是由若干重要學科交叉而形成的新型學科。
本文就機電一體化的趨勢、應用、專業發展要求等方面作以簡單的論述，以期能為其發展提供參考。
[關鍵詞]機電一體化 發展趨勢 應用領域 發展要求
機械工程與電子工程通過一控制程序使二者有機地結合在了一起，發揮出了兩者在各自領域無法實現的作用。
這是現代科學技術發展需求共同作用的結果，隨著這一作用的不斷發展與深入，機電一體化必將與更多高新技術相結合，向著更廣闊的方向發展。
機電一體化技術與產品承載著物質、信息與能量之間的交流，這種交流使之成為了一門藝術或者一門“哲學”。
這門“哲學”的發展體現了機電一體化的發展方向與科技創新方向。
而隨著機電一體化的探索與改革，這個專門培養相關高技術人才的專業也必將做出相應的調整來滿足其需要。
本文在查閱相關文獻的基礎上，預就機電一體化的發展趨勢、應用以及其專業的發展要求做出概述。
一、機電一體化的未來發展趨勢
機電一體化技術發展核心是微電子技術、電力電子技術的研發和應用，特別是微型計算機、微處理器的應用尤為重要。
因此它未來的發展趨勢主要有：
(一)可監控性與靈活性
機電產品可監控性的優點是便于運行狀態的掌握、故障及時反饋與處理，便于安全生產與日常維護，延長機電的使用壽命。
機電產品的可監控性在一定程度上又決定了其具備一定的靈活性，自主地處理一些事件。
另一方面，機電一體化的靈活性也表現在其形式與樣式的靈活性上。
(二)人性化與智能化
柔性制造系統使機電一體化產品更加人性化與個性化成為了可能，而人與產品之間的溝通與交流已經成為時代潮流。
近年來，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程序創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。
(三)安全可靠性與綠色化
機電一體化不斷的發展過程，在一定程度上就是其安全可靠性的一個演變過程。
而綠色化是時代的趨勢，在保障機電產品安全有效生產的基礎上，做好產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個運行周期中的綠色化已成為必然趨勢。
二、機電一體化技術的應用領域
由于和信息科技的不斷交融，智能化與可監控性的不斷提高，機電一體化技術除了在傳統的制造業，特別是數控機床的制造上發揮作用外，它在其他領域的應用也越來越受到重視，主要表現在以下幾個方面：(1)工具類機器建設和用于工藝過程自動化的設備;(2)智能機器人;(3)航空、空間和軍事技術;(4)交通運輸、通信設備;(5)辦公設備;(6)醫療器械;(7)其他。
三、機電一體化專業發展要求
機電一體化水平在一定程度上反映了一個國家的現代化水平。
較之國際先進的技術與專業配置水平，我國在這一方面做的還不夠。
這就要求我們應該做到以下幾個方面：
(一)重視科研投入與科技創新
由于現階段發展水平等因素的限制，我國在機電一體化方面的投入還顯不足，如智能機器人，先進的醫療器械的研發等。
在研究與模仿的基礎上，更應該注重創新，掌握自主的知識產權。
(二)深入加強各學科之間的交叉
機電一體化中的核心技術主要有機械本體技術、傳感技術、信息處理技術、驅動技術、接口技術、軟件技術，涉及多個領域多個學科。
有目的的、有側重點的、自覺地進行學科之間的交叉，也是機電一體化個性化與人性化、靈活性趨勢的要求。
(三)合理安排課程與科目設置，增強學生的動手靈活性
國內由于各方面的原因，其專業課程的設置總是出現滯后性。
而看到該專業發展前景的學校，在自身師資、教學資源不足的基礎上盲目擴展專業，也是造成滯后性的原因，也是造成學生動手操作性差的原因。
(四)加大對機電一體化實驗室的投入
在機電方面優秀的學校，都有其執行器、傳感器、微控制器等方面的匹配實驗室，體系之間相互溝通，形成了良性循環。
國內的許多院校存在著實驗設備陳舊、破損率高等問題，因此加大其相應實驗室的投入就顯得很必要。
(五)加強學校與企業的溝通與聯系，建立校企反饋制度
機電一體化的出現是源于實際生產的需要，所以其專業的發展是相對較晚的。
這也說明生產的需要，可以為研究提供靈感與素材，而專業的發展反過來為企業生產提供相應的人才與技術指導。
所以，加強校企之間的聯系是學校與企業的雙贏模式。
(六)拓展國內外學術與實踐的交流平臺
加強建立國內外學術與實踐的交流平臺，可以準確及時地了解機電一體化最新發展動態與前沿技術，有力地把握專業發展方向與科研目標。
另外，跟蹤優秀大學同類專業的改革動態，引進先進的教材和教學資料與設備，注重培養學生的實際能力，也是提高我國機電一體化專業水平與素質的重要步驟。
四、總結
機電一體化多學科交叉是一個自然的選擇，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。
以計算機技術為代表的信息技術的發展，又使之發展呈現跳躍性，使之產品與應用領域不斷擴展，刺激其專業應作出相應的調整與改革。
機電一體化的現狀和未來發展【2】
摘要 近些年來，伴隨著計算機和微電子技術的不斷發展及其在機械工業領域的廣泛應用，促進了機電一體化技術的快速發展，而機電一體化技術的發展又促使機械工業領域的技術和產品的結構與功能以及企業的管理體系和產品生產方式發生了巨大變化。
總之，在我國機電一體化作為一個新興的技術，雖然還處于起步的發展階段，但是卻是推動我國當前工業技術革命的重要力量。
本文從對機電一體化的相關概念的介紹談起，然后分別就機電一體化的現狀和未來發展做深刻的剖析。
關鍵詞 機電技術;機電一體化;現狀;發展
1 機電一體化概述
1.1 機電一體化的定義
所謂機電一體化就是指通過將微電子技術應用在機械的主功能、動力功能、信息功能以及控制功能等其他功能模塊上，并利用相關軟件將電子裝置與機械裝置有機整合在一起所構成的系統的總稱。
從機電一體化的定義可以看出，機電一體化技術并不是機械與電子簡單的疊加，而是在信息論、控制論和系統論的基礎上建立起來的應用技術。
因此，機電一體化涵蓋“技術”和“產品”兩個方面的內容。
1.2 機電一體化的關鍵技術
機電一體化的關鍵技術主要包括信息處理技術、精密機械技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、伺服驅動技術以及系統總體技術等幾個方面的關鍵技術，以下將分別給予詳細的說明。
1.2.1 信息處理技術
所謂的信息處理技術就是指在生產基于機電技術的相關產品的過程中，對與產品生產過程相關的各種參數和狀態以及自動控制有關的信息所進行的處理。
1.2.2 精密機械技術
精密機械技術作為實現大多數機電產品的核心和基礎技術，它是實現大多數機電產品的相關功能和構造功能的重要前提和首要的技術支撐。
1.2.3 自動控制技術
自動控制技術主要包括精度較高的速度控制、定位控制、自適應控制以及補償和校正等技術。
而且隨著自動控制技術的不斷發展以及功能的不斷增強，基于自動控制技術產品的質量在獲得不斷的提高。
1.2.4 檢測與傳感器技術
檢測與傳感器技術主要用于實現各種基于機電技術產品運行時的相關參數、工作狀態以及其他相關信息的接受以及參數和相關信息準確度的檢測，通過檢測以后，將其接受的信息傳送給處理裝置，然后由處理裝置來實現產品運行過程的自動控制。
1.2.5 伺服驅動技術
伺服驅動技術主要是基于機電技術產品的驅動裝置設計中的核心技術，它作為驅動設備執行操作的重要支撐技術，在很大程度上決定了基于機電一體化技術的產品質量。
1.2.6 系統總體技術
系統總體技術是用系統的觀點和方法，從整體目標出發，將基于機電技術產品的總體功能劃分為若干個各功能模塊，然后結合各個功能模塊的實際情況，找出能夠有效解決各個功能模塊實際需求的可行技術方案，再把相應的技術方案進行匯總，從而設計出合理的功能技術方案。
2 機電一體化的發展現狀
2.1 國外機電一體化的發展現狀
2.1.1 絕大多數的制造業領域都有機電一體化產品
在工業比較發達的國家，機電一體化產品遍及絕大多數的制造業領域，其中數控機床和工業智能機器人是這些國家的主要機電一體化產品，其中的數控機床在機床領域中所占的比重越來越大，而工業智能機器人也將逐步進入管理、辦公、家庭和娛樂等各個領域，具有非常廣闊的發展前景。
在數控機床方面，目前數控機床的定位精度已由一般的0.01mm~0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級機床達到0.0005mm左右，納米級機床達到0.005μm ~0.01μm，最小分辨率為1nm(0.000001mm)的數控系統和機床已有產品。
在工業機器人方面，目前日本的工業機器人生產量占全世界工業機器人的70%左右，與工業機器人相關的專利則有90%以上掌握在日本企業手中。
由此也可以看出，日本是名副其實的機器人王國。
美國、德國分別居二、三位。
2.1.2 機電一體化開始逐步向集成化的方向發展
CIMS，即計算機集成制造系統，它突破了原有制造業各部門之間的界限，實現了工業制造企業生產準備、產品開發、經營決策等各個環節的有效整合，在計算機集成制造系統的作用下，當前的世界制造業開始逐步向集成化的方向發展。
2.1.3 激光技術在機電一體化中的應用
激光技術在機電一體化中的應用，將使光機電一體化成為機電一體化技術重要的發展方向。
2.1.4 微細加工技術發展迅速
當前微機電技術及其產業的高速發展，將帶動微細加工技術的興起。
2.2 國內機電一體化的發展現狀
2.2.1 數控技術方面
我國對數控技術的研究起始于1985年，經過這些年的發展，我國目前已經基本掌握了數控技術的核心技術，相關的數控技術產品也越來越多的出現在工業產品市場中。
2.2.2 工業機器人方面
我國對工業機器人的研究開始于1986年，目前，已經掌握了機器人的軟件編程、控制系統以及操作機的設計制造等技術，并開發出了能夠進行水下作業施工的多種工業機器人。
2.2.3 計算機集成制造系統方面
經過近些年的潛心研究，我國在計算機集成制造系統方面已經有了較快發展。
其中，已經在包括清華大學在內的多數著名高校內建成了國家CIMS技術實驗室、工程研究中心以及相關的CIMS培訓中心。
3 機電一體化的未來發展
3.1 智能化
智能化的機電一體化產品是指具有一定的邏輯思維、判斷推理和自主決策能力的機電一體化產品，由于可以智能化的機電一體化產品對人類的智能進行模擬，所以，一些智能化的機電一體化產品就可以替代人的部分腦力勞動。
3.2 微型化
當前微型化的機電一體化產品的幾何尺寸一般不會大于1cm3，而且微型化的機電一體化產品在不斷的向微米級和納米級的方向發展。
目前，國外已經能夠在實驗室中制造出亞微米級的機械元件。
3.3 模塊化
從各方面來看，機電一體化產品的一個重要發展趨勢就是實現模塊化生產，這樣一來，企業就可以可利用標準的模塊化單元迅速開發生產機電一體化產品，進而將大大提高企業的生產效率。
3.4 網絡化
計算機網絡通信技術的快速發展促使其不斷朝著網絡化的方向發展。
其中，隨著網絡的不斷普及，基于網絡的各種機電一體化產品，如遠程控制和監視技術等如雨后春筍般不斷涌現出來。
3.5 綠色化
根據時代的發展需求，綠色化將成為機電一體化的必然發展趨勢，其目標是在機電一體化產品的整個生命周期中，要保證產品對生態環境造成的危害最小，而獲得的資源利用率卻最高。
4 結論
機電一體化是很多學科相互發展和相互促進的結果，隨著科學技術的不斷發展和進步，機電一體化相關技術所融合的技術將越來越廣泛，而以機械和微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術將成為機電一體化的必然發展趨勢，機電一體化的發展前景非常廣闊。
參考文獻
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機電一體化產品的技術構成及未來發展趨勢【3】
摘要：機電一體化產品簡單的理解就是機械產品與電子產品的融合，機械技術與電子技術的融合，機械零件與電子元件的融合。
兩者共同完成某一機電功能。
這也只能是傳統意義上的機電一體化產品的定義。
文章論述了機電一體化產品的技術構成，從智能化、仿生物系統化方面論述了我國機電一體化產品的發展趨勢。
關鍵詞:自動控制技術;智能化;仿生物系統化;綠色壓力;機電一體化產品
機電一體化產品簡單的理解就是機械產品與電子產品的融合，機械技術與電子技術的融合，機械零件與電子元件的融合。
兩者共同完成某一機電功能。
這也只能是傳統意義上的機電一體化產品的定義。
現實生活中的機電一體化產品舉不勝數。
我們日常生活中使用的空調、洗衣機、微波爐、油煙機、吸塵器、電吹風等都是典型的機電一體化產品;在機械制造領域中廣泛使用的各種鑄造設備、鍛造設備及機床、數控加工中心等也是典型的機電一體化產品;在工程機械領域中的挖掘機、裝載機、起重機、攪拌站、樁工機械、路面機械等，都是用得較為廣泛的機電一體化產品;在冶金設備領域，高爐、轉爐、連鑄機、軋鋼機等更是高度機電一體化產品。
一、機電一體化產品的技術構成
機電一體化技術是各種高新技術的融合體，它主要包括以下幾方面技術：機械技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和計算機與信息技術等交叉融合的系統技術等。
(一)機械技術
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，實現從機械原理的選擇到機械結構的設計和機械零件的選材，都能達到最優化配置;并且保證最佳的使用性能與壽命;在維修保養上最大限度地做到簡潔、明快，甚至達到免維護。
(二)自動控制技術
自動控制技術是能夠在沒有人直接參與的情況下，利用自動控制裝置使生產過程或生產機械自動地按照某種規律運行，使被控對象的一個或幾個物理量(如溫度、壓力、流量、位移和轉速等)或加工工藝按照預定要求變化的技術。
自動控制系統主要由：控制器，被控對象，執行機構和變送器四個環節組成。
(三)傳感檢測技術
傳感檢測技術是機電一體化產品的系統感受器官，它負責把一線的實況用各種信號傳遞給機電一體化產品的指揮中樞，即計算機或自動控制單元，是將電子系統或光電系統無法處理的外界物理量或化學量轉換為電信號的關鍵技術，它包括：電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、溫度傳感器及光電式和數字式、波式和射線式傳感器，還有相應的測試電路和信號處理技術等。
(四)伺服傳動技術
伺服傳動技術是指在控制指令的指揮下，控制驅動執行機構，使機械系統的運動部件按照指令要求進行運動。
采用不同的分類方法，可以得到不同類型的伺服系統。
按控制原理(或方式)不同，表示的方式有開環、閉環和半閉環三種形式;按被控制量性質不同有位移、速度、力和力矩等伺服系統形式;按驅動方式不同有電氣、液壓和氣壓等伺服驅動形式;按執行元件不同分為步進電機伺服、直流電機伺服和交流電機伺服形式。
(五)計算機與信息技術
機電一體化產品中的信息存取、交換、運算、判斷與決策、記錄等都屬于此類范疇，計算機與信息技術在整個機電一體化產品中起到類似于人類大腦和中樞神經的作用，它是指導其它功能部分完成各自任務的總指揮。
二、機電一體化產品的未來發展趨勢
“2011 IEEE 機電一體化與自動化國際會議”于2011年8月7日至10日于北京召開。
IEEE 機電一體化與自動化國際會議(ICMA)是機電一體化、自動化領域的權威會議，在國際機器人及自動化等領域具有重要影響力。
曾在中國、加拿大、中國香港、日本等國家和地區成功舉辦過7次。
來自各國近440名學者參加了會議，圍繞智能機電一體化、機器人系統和自動控制方面的最新研究成果及未來發展方向等問題充分交流。
從此次會議的議題不難看出機電一體化的發展趨勢趨向于智能機電一體化方向。
隨著科學技術的飛速發展，機電一體化產品目前不僅向智能化方向發展，而且還向仿生物系統化方向發展，應用范圍愈來愈廣。
(一)智能化
隨著人類文明的進步和科技的超越式發展，人類扮演的角色越來越趨于簡單、明了化，人們追求高品質與快節奏的生活與工作方式，那么機電一體的發展也就越來越趨于“傻瓜”式與“一鍵操作”式，這樣能把人類的活動從復雜的按部就班的程序化中解脫出來，用更多的時間來享受生活和工作給我們帶來的諸多便捷。
未來的機電一體化產品，在開發與設計的時候，順其自然，第一先考慮的就是智能化。
智能化簡單的說就是具有人工智能或模擬人類智能的系統。
目前，專家系統、模糊系統、神經網絡以及遺傳算法，是機電一體化產品實現智能化的的主要核心技術。
這四種技術相互關聯，密切聯系。
隨著機械制造與自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現問題進行分析、判斷、推理、構思和決策。
可以認為把類似于人類的“大腦”(人類高度文明的匯縮體)裝在了機電一體化產品之上，產品隨時啟動，“大腦”隨時工作，去判斷人類想要達到的各種需求，并能做出令我們滿意的行為。
人類的大腦思維系統被模塊化的復制到機電一體化產品之上。
目前機電一體化產品的智能化應用已成為趨勢， 例如智能機器人和數控機床等。
智能機器人是通過視覺、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做出判斷與決定。
數控機床的智能化體現在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與補償，以保證加工過程的順利進行，確保加工精度和質量要求，最后加工出合格的產品。
(二)仿生物系統化
今后的機電一體化對信息的處理會做得更加完美與準確，這就依賴先進的數據處理與模塊仿真系統的支持。
人們從動物那里獲得了啟示，依據動物對外界反應的習性與規律，模擬其習慣做法，把其應用到機電一體化方向。
比如說我們開發的機電一體化產品，在接受外界刺激的時候，根據動物常規習性和一般反應規律，機電一體化產品應該做出類似于動物的反應動作或程序準備工作，根據目標完成任務獨立選擇最優的行為動作，來實現目標任務的準確反應與目標的圓滿完成。
更準確地說，仿生物系統化是集動物習性、智能化于一身的技術。
此類產品如仿生物寵物狗、動物園里的仿生物代理虎媽媽等，這都是研究的課題。
考慮到仿生物系統化研究過程的復雜性，最關鍵的是被仿的生物習性與要完成的機電一體化產品行為之間的相似性研究與系統模塊的生成，仿生物系統化的道路還有很長的路要走。
新的時代脈搏在涌動，賦予我們在新的領域更高層次的挑戰，機電一體化的發展也被賦予了嶄新的使命。
在發展科技不辱使命的前提下，我們更應該注重人性化理念與倫理道德，科技和信息的快速發展帶來的綠色壓力，充分考慮科技與生存環境的關系，共同建設好一個和詣、健康、高度文明的國家。
參考文獻
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