時(shí)間：2023-08-16 09:20:01
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關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；基本概念；核心技術(shù)；發(fā)展進(jìn)程；發(fā)展方向
中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。“機(jī)電一體化”意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。這一名稱已得到包括我國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)的承認(rèn)，我國(guó)的工程技術(shù)人員習(xí)慣上把它譯為機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機(jī)械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果。今天機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機(jī)電一體化產(chǎn)品更日新月異。
一、機(jī)電一體化技術(shù)基本概念
機(jī)電一體化技術(shù)是在微型計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基礎(chǔ)，對(duì)各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動(dòng)傳遞，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，能量變換進(jìn)行研究，使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)。
二、機(jī)電一體化的核心技術(shù)
1、機(jī)械技術(shù)：是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)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。
2、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。
3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
4、自動(dòng)控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
5、傳感檢測(cè)技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程
1、數(shù)控機(jī)床問(wèn)世：自從1952年美國(guó)第1臺(tái)數(shù)控銑床問(wèn)世至今已50個(gè)年頭。我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過(guò)高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國(guó)家向國(guó)防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門(mén)投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場(chǎng)一派繁榮。
2、微電子技術(shù)的發(fā)展：我國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過(guò)30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計(jì)、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
3、激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來(lái)信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料科學(xué)、微細(xì)加工和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合與擴(kuò)展、具有強(qiáng)烈應(yīng)用背景的新興交叉學(xué)科，對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技和國(guó)防都具有重要的戰(zhàn)略意義。
四、機(jī)電一體化的發(fā)展方向
20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新支；另一方面，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來(lái)機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向有：
1、智能化：是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向，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(dòng)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)。
2、網(wǎng)絡(luò)化：20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3、自動(dòng)化：所謂自動(dòng)化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來(lái)代替人去完成各種測(cè)試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實(shí)預(yù)期的目標(biāo)、功能。一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常由多個(gè)環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行目標(biāo)。
4、綠色化：機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。
[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化 概念設(shè)計(jì) 理論研究
中圖分類號(hào)：T9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）10-0047-01
機(jī)電一體化技術(shù)是以其產(chǎn)品為載體而體現(xiàn)出來(lái)，是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展至今的技術(shù)水平體現(xiàn)。機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員，要使產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合機(jī)電一體化技術(shù)要求，并富于時(shí)代感，就要對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)以掌握，并具備多種技術(shù)融合的技術(shù)能力。面對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性和復(fù)雜性，就要將符合當(dāng)代機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論建立起來(lái)。
一、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論構(gòu)建的意義
在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要階段，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的決定程度可以達(dá)到70%以上。要獲得性能優(yōu)異的機(jī)電一體化產(chǎn)品，就要將機(jī)電一體化產(chǎn)品概念確定下來(lái)，制定出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)技術(shù)方法。概念設(shè)計(jì)理論首先是基于概念設(shè)計(jì)思想而建立起來(lái)的，在其基礎(chǔ)上還先后出現(xiàn)了多種階段性設(shè)計(jì)理論，如TRIZ設(shè)計(jì)、公理化設(shè)計(jì)QFD設(shè)計(jì)理論等等，對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中所獲得的創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用。
在機(jī)械工程研究領(lǐng)域中，這些理論被運(yùn)用于其中，進(jìn)行組合設(shè)計(jì)而形成了技術(shù)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，由此而促進(jìn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的多種學(xué)科交叉。系統(tǒng)的繼承性決定了其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，多門(mén)科學(xué)技術(shù)的融合，使得原有的單一化設(shè)計(jì)理論不再適應(yīng)目前的科技發(fā)展需求。那么，在機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論研究中，就要從機(jī)電一體化系統(tǒng)自身的性能出發(fā)，結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)而建立起完整的概念設(shè)計(jì)理論，以對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化產(chǎn)品以指導(dǎo)。與此同時(shí)，還要在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念理論建立起來(lái)之后，結(jié)合相關(guān)學(xué)科，以使理論研究逐漸擴(kuò)展。
二、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論研究現(xiàn)狀
按照現(xiàn)代機(jī)構(gòu)角度對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行分類，可以劃分為三個(gè)子系統(tǒng)，即廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息處理及控制系統(tǒng)和傳感檢測(cè)系統(tǒng)。將三個(gè)子系統(tǒng)相銜接，建立起框架體系，不僅有效實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化運(yùn)動(dòng)功能，而且還促進(jìn)了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)是核心部分，其概念設(shè)計(jì)理論研究關(guān)乎到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的總功能。特別是在基本工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)過(guò)程中，要基于廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)理論對(duì)基本的工藝動(dòng)作進(jìn)行構(gòu)思，以使其具有動(dòng)作的獨(dú)立執(zhí)行能力。當(dāng)執(zhí)行動(dòng)作的創(chuàng)新技術(shù)確定下來(lái)之后，就可以結(jié)合機(jī)構(gòu)系統(tǒng)建立框架模型，以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具有可操作性，而且采用這種方式更能夠結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行產(chǎn)概念設(shè)計(jì)。
對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品的框架模型而言，仿真問(wèn)題是最為重要的。作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)，更要注重系統(tǒng)仿真性嫩的驗(yàn)證。那么，在機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段，就要確立功能實(shí)現(xiàn)的約束條件，將各種相關(guān)的仿真軟件技術(shù)納入到框架模型當(dāng)中，運(yùn)用各種通用建模技術(shù)，使用仿真軟件將諸如原理圖、鍵合圖、信號(hào)流圖以及方框圖等等參數(shù)化。運(yùn)用Simulink仿真軟件將系統(tǒng)仿真平臺(tái)建立起來(lái)，以為機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。
三、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論的發(fā)展展望
對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員而言，產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論具有重要的指導(dǎo)作用。國(guó)外研究機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論所獲得的成果，是建立在研究電子控制理論的基礎(chǔ)上的。國(guó)內(nèi)的研究學(xué)者則著重于機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)研究。機(jī)電一體化系統(tǒng)是基于多種學(xué)科而建立起來(lái)的，這就需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)者對(duì)于產(chǎn)品從多種學(xué)科角度進(jìn)行研究，并趨向于產(chǎn)品概念理論的使用操作性。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論的研究方向有所不同，但研究目標(biāo)是相同的，且對(duì)于新技術(shù)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。
關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論，從研究趨勢(shì)上來(lái)看，還要面臨諸多問(wèn)題有待解決。比如，在進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論時(shí)，還要將推理方法建立起來(lái)；對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，為了對(duì)驅(qū)動(dòng)元件以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等等進(jìn)行選擇，還要將驅(qū)動(dòng)元件庫(kù)以及機(jī)構(gòu)執(zhí)行庫(kù)建立起來(lái)；對(duì)于傳感器的選擇，有賴于測(cè)物理量的參數(shù)定量化，以確定傳感器類型。此外，還要將信息處理、控制方法庫(kù)建立起來(lái)，以提高系統(tǒng)軟件和硬件的可控性。機(jī)電一體化產(chǎn)品在不同的設(shè)計(jì)階段，都會(huì)產(chǎn)生不同的概念設(shè)計(jì)理論，將產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系建立起來(lái)，以利于產(chǎn)品不同階段設(shè)計(jì)有效銜接。
總結(jié)
綜上所述，對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員而言，概念理論設(shè)計(jì)所發(fā)揮的指導(dǎo)作用是不容忽視的。中國(guó)目前對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究主要是基于運(yùn)動(dòng)功能為主產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。作為多種學(xué)科集合的機(jī)電一體化技術(shù)，其復(fù)雜性決定了機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論的重要性。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；概念；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)
一、機(jī)電一體化的概念與由來(lái)
人類進(jìn)入了一個(gè)新的世紀(jì)──21世紀(jì)。回顧過(guò)去的20世紀(jì)，人類的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果超過(guò)了過(guò)去所有世紀(jì)的總和。傳統(tǒng)的學(xué)科正在脫胎換骨，新的學(xué)科不斷問(wèn)世，技術(shù)的融合程度比任何一次技術(shù)革命都高。機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生于這一背景之下，自然符合科技發(fā)展的規(guī)律，也是機(jī)械學(xué)科發(fā)展的必然結(jié)果。“機(jī)電一體化”這一技術(shù)術(shù)語(yǔ)最初來(lái)源于日本學(xué)術(shù)界，他們根據(jù)英文的Mechanics（機(jī)械學(xué)）和Electronics（電子學(xué)）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(jī)電一體化”,Mechantronics一詞從學(xué)科角度可以翻譯為“機(jī)械電子學(xué)”，我國(guó)科技界也經(jīng)常直接使用“機(jī)電一體化”作為漢語(yǔ)的表達(dá)詞匯。
一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門(mén)技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過(guò)程中相互交叉、相互滲透而形成的一門(mén)新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。其次，機(jī)電一體化是一個(gè)發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說(shuō)，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡(jiǎn)單疊加。
二、機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
與其它科學(xué)技術(shù)一樣，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)期的過(guò)程。有學(xué)者將這一過(guò)程劃分為萌芽階段、快速發(fā)展階段和智能化階段三個(gè)階段，這種劃分方法真實(shí)客觀地反映了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程。
“萌芽階段”指20世紀(jì)60年代以前的時(shí)期。在這一時(shí)期，人們?cè)跈C(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中總是自覺(jué)或不自覺(jué)地應(yīng)用電子技術(shù)的初步成果來(lái)改善機(jī)械產(chǎn)品的性能，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的軍事用途的機(jī)電產(chǎn)品。這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。那時(shí)研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。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(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。
20世紀(jì)70年代到80年代為第二階段，稱之為“快速發(fā)展階段”。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)地、主動(dòng)地利用3C技術(shù)的成果創(chuàng)造新的機(jī)電一體化產(chǎn)品，3C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)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；②機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；③各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。
從20世紀(jì)90年代開(kāi)始的第三階段，稱之為“智能化階段”。在這一階段，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)，其主要標(biāo)志是光學(xué)、通信技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)入機(jī)電一體化，同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始在這方面研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比仍有相當(dāng)差距。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門(mén)綜合計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機(jī)電一體化技術(shù)（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣。
機(jī)電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：
（1）機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(jī)電一體化系統(tǒng)制造過(guò)程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。
（2）計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)
其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。
（3）系統(tǒng)技術(shù)
系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
（4）自動(dòng)控制技術(shù)
其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
（5）傳感檢測(cè)技術(shù)
傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受?chē)?yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。
（6）伺服傳動(dòng)技術(shù)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
四、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來(lái)越光明。
參考文獻(xiàn)：
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［3］馮正進(jìn)．機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)展．工業(yè)工程，2000(1)：1-4
關(guān)鍵詞:煤礦;機(jī)電一體化;發(fā)展與應(yīng)用
1機(jī)電一體化技術(shù)的研究現(xiàn)狀
1．1機(jī)電一體化的定義
機(jī)電一體化(Mechatronics)是1971年由日本學(xué)者在日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》中提出的，是由機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等多學(xué)科形成的一門(mén)交叉學(xué)科，目前已經(jīng)發(fā)展成為部分學(xué)校的專門(mén)專業(yè)。但對(duì)于機(jī)電一體化的具體內(nèi)涵和概念學(xué)術(shù)界并未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。VanBrussel教授認(rèn)為，機(jī)電一體化是跨領(lǐng)域的并行工程，它包括機(jī)械、微電子、控制工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多門(mén)學(xué)科，而機(jī)電一體化的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)上述多門(mén)學(xué)科和技術(shù)的綜合應(yīng)用。德國(guó)Isermann的教授認(rèn)為機(jī)電一體化屬于交叉學(xué)科的綜合領(lǐng)域，機(jī)電一體化包含的交叉學(xué)科可以分為機(jī)械系統(tǒng)和與其相關(guān)的控制系統(tǒng)，而其控制系統(tǒng)又包括信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)主要用于服務(wù)機(jī)械系統(tǒng)，便于工程師在遠(yuǎn)程對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行操控。國(guó)內(nèi)曾慶良等［1］定義機(jī)電一體化是一個(gè)包含機(jī)械、電子電氣、信息等功能模塊的技術(shù)系統(tǒng)，是多學(xué)科技術(shù)的綜合作用，各個(gè)功能模塊之間存在著密切的交互關(guān)系，其中起決定作用的不是某一單獨(dú)的技術(shù)，而是這些技術(shù)的聯(lián)合作用，這些技術(shù)的聯(lián)合作用使系統(tǒng)具有更優(yōu)秀的性能或?qū)崿F(xiàn)了新的功能。
1．2機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)
目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)方面已經(jīng)進(jìn)行了大量研究工作，按照研究方向可以將機(jī)電一體化設(shè)計(jì)分為三大類。1)側(cè)重于概念設(shè)計(jì)過(guò)程和相關(guān)軟件的研究。機(jī)電一體化的概念提出后，國(guó)外大量學(xué)者進(jìn)行了大量嘗試。如德國(guó)的R．Iserrmann教授及其團(tuán)隊(duì)以機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)為核心進(jìn)行了嘗試，但缺乏驅(qū)動(dòng)器、傳感器和機(jī)械部分的融合，難以達(dá)到機(jī)電一體化的完善設(shè)計(jì)。JurgenGausemeier教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行以半規(guī)則式計(jì)算機(jī)語(yǔ)言為核心的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，但并未實(shí)現(xiàn)理想的機(jī)電一體化系統(tǒng)。法國(guó)的PSA所進(jìn)行了以機(jī)電一體化模型庫(kù)為核心的設(shè)計(jì)，通過(guò)模型庫(kù)的查找和存儲(chǔ)簡(jiǎn)化機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)，但并未達(dá)到理想效果。英國(guó)的Lancaster大學(xué)嘗試了以鍵合圖理論、方框圖為基礎(chǔ)的功能模塊的混合建模，但主要以機(jī)電一體化的控制為主，執(zhí)行構(gòu)件部分研究又不夠深入。在國(guó)內(nèi)，機(jī)電一體化的起步較晚，但經(jīng)過(guò)大量專家學(xué)者的不懈努力也取得了豐碩的成果［2］。如上海交通大學(xué)的鄒慧君教授將機(jī)電一體化的主要研究對(duì)象轉(zhuǎn)向以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能為主，并對(duì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)了較為理想的功能求解模型。山東大學(xué)的黃克正團(tuán)隊(duì)以功能分析和重構(gòu)理論為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，提出了機(jī)電一體化概念系統(tǒng)的過(guò)程模型。華中科技大學(xué)的楊家軍團(tuán)隊(duì)以機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案和傳感器設(shè)計(jì)為研究基礎(chǔ)，加之計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助功能，完成了機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2)側(cè)重于開(kāi)發(fā)過(guò)程的研究。主要代表是德國(guó)工程師協(xié)會(huì)2004年的VDI2206系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示，根據(jù)用戶需求提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)(面向領(lǐng)域的設(shè)計(jì))，包括機(jī)械領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域和信息領(lǐng)域，在完成系統(tǒng)集成后再通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，最終得到客戶需要的產(chǎn)品。但這種機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)僅提供了一個(gè)設(shè)計(jì)思路，缺乏具體的設(shè)計(jì)過(guò)程。3)協(xié)同仿真技術(shù)。仿真技術(shù)在20世紀(jì)初期開(kāi)始應(yīng)用于其他領(lǐng)域，在20世紀(jì)末被引入機(jī)電一體化領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者就機(jī)電一體化的機(jī)電仿真技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究工作。在國(guó)外，VanBrussel和VanBeek開(kāi)展了協(xié)同仿真的參數(shù)設(shè)計(jì)，解決了系統(tǒng)仿真參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題。荷蘭Twente大學(xué)的JobVanAmerongen教授及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了機(jī)電一體化模型的仿真工作，實(shí)現(xiàn)了多領(lǐng)域機(jī)電一體化的仿真研究。在國(guó)內(nèi)，鐘掘院士等［3］學(xué)者從機(jī)電系統(tǒng)耦合及各耦合參數(shù)間的關(guān)系入手對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)功能優(yōu)化的物理模型，該課題已經(jīng)突破早期研究存在的難題，該研究方法在機(jī)電一體化系統(tǒng)研究方面十分深入，研究的重點(diǎn)是系統(tǒng)的后期設(shè)計(jì)。而李伯虎院士和清華大學(xué)熊光楞教授在協(xié)同仿真方面也開(kāi)展了大量工作，開(kāi)出了基于協(xié)同仿真技術(shù)的復(fù)雜產(chǎn)品。
2煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，全球制造業(yè)始終面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。2013年4月，德國(guó)開(kāi)啟了“工業(yè)4．0”，即第四次工業(yè)革命?！肮I(yè)4．0”主要包括兩個(gè)主題，即“智能工廠”與“智能生產(chǎn)”。我國(guó)機(jī)電一體化經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和積累，機(jī)電一體化取得了巨大進(jìn)步，但發(fā)展并不完善。因此，在2015年5月，我國(guó)了“中國(guó)制造2025”行動(dòng)綱領(lǐng)［4］。該綱領(lǐng)提出在2025年之前邁入制造強(qiáng)國(guó)行列;在2035年以前，與中等制造強(qiáng)國(guó)的水平持平;在2049年，成為世界的制造強(qiáng)國(guó)。因此，煤礦機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展進(jìn)程必然與“工業(yè)4．0時(shí)代”和“中國(guó)制造2025”行動(dòng)綱領(lǐng)存在一致性關(guān)系，所以筆者認(rèn)為，未來(lái)煤礦機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要有高度自動(dòng)化、高度智能化、高度網(wǎng)絡(luò)化。
3機(jī)電一體化在煤礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀
1970年我國(guó)大同礦務(wù)局首先試驗(yàn)自行設(shè)計(jì)的第一套綜合機(jī)械化采煤系統(tǒng)。到20世紀(jì)80年代，隨著國(guó)際綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)綜合機(jī)械化采煤也得到了空前的發(fā)展;到90年代中期，采、掘、機(jī)、運(yùn)、通基本完成了機(jī)械化，大大提高了采煤效率，減少了煤炭災(zāi)害的發(fā)生;進(jìn)入本世紀(jì)后，我國(guó)礦業(yè)機(jī)電一體化又有了突破性的進(jìn)展，完善的安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、大型固定采煤機(jī)械等在煤礦投入使用，但仍與世界先進(jìn)的采煤機(jī)電一體化存在差距。
3．1液壓支架電液控制系統(tǒng)
相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我們?cè)谝簤褐Ъ茈娨嚎刂葡到y(tǒng)的研究較晚。1995年第一臺(tái)自主研制的液壓支架電液控制系統(tǒng)至今，出現(xiàn)了不同型號(hào)的多種電液控制系統(tǒng)液壓支架，但實(shí)際國(guó)產(chǎn)的液壓支架電液控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)煤礦的應(yīng)用仍不太樂(lè)觀，目前礦井綜采工作面采用的液壓支架電液控制系統(tǒng)仍以國(guó)外的設(shè)備為主，部分軟弱頂板支護(hù)采用的單體液壓支架系統(tǒng)也存在類似的情況。這一方面是由于國(guó)產(chǎn)的液壓支架電液控制系統(tǒng)未能突破技術(shù)瓶頸，而國(guó)外的液壓支架電液控制系統(tǒng)(以美國(guó)和德國(guó)為主)具有完善的故障診斷預(yù)警裝置，可實(shí)現(xiàn)液壓支架與采煤機(jī)、刮板機(jī)聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制。
3．2電牽引采煤機(jī)
國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的研制工作從20世紀(jì)80年代末期開(kāi)始，經(jīng)歷了近十年的研究才取得了突破性的進(jìn)展，目前電牽引采煤機(jī)也是煤礦機(jī)電一體化的重點(diǎn)研究方向。國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的電牽引采煤機(jī)包括山東能源機(jī)械集團(tuán)公司研發(fā)的MG150/345－WOK交流電牽引采煤機(jī)和太原礦山機(jī)器集團(tuán)有限公司研發(fā)的MGTY307/10－1．1D電牽引采煤機(jī)。這兩種采煤機(jī)目前都能實(shí)現(xiàn)1．8m以上的薄煤層開(kāi)采，同時(shí)可以完成煤層傾角在25°以下的綜合機(jī)械化開(kāi)采工作。我國(guó)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展大大加快了我國(guó)煤炭機(jī)電一體化的發(fā)展。但目前煤礦機(jī)電一體化(機(jī)械化)率約70%，而綜采率僅為40%，對(duì)比世界國(guó)家發(fā)達(dá)國(guó)家超過(guò)80%的綜采率，仍存在很大的發(fā)展空間。目前電牽引采煤機(jī)具有的優(yōu)勢(shì)有:①牽引特性較好，世界先進(jìn)的電牽引和液壓牽引技術(shù)都具有良好的調(diào)速特性，但國(guó)內(nèi)的液壓牽引系統(tǒng)穩(wěn)定性不如電牽引系統(tǒng)，因此采用電牽引可以有效地保證電牽引采煤機(jī)的牽引特性;②機(jī)械傳動(dòng)效率高(＞90%);③牽引力可以滿足大傾角煤層開(kāi)采;④工作可靠性高;⑤易于實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制;⑥機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。
4結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，特別指出了煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和目前機(jī)電一體化在煤礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀。目前在煤礦中機(jī)電一體化技術(shù)主要應(yīng)用在液壓支架電液控制系統(tǒng)、電牽引采煤機(jī)、煤礦安全控制系統(tǒng)等，而隨著“工業(yè)4．0”時(shí)代的開(kāi)啟，以及我國(guó)了“中國(guó)制造2025”行動(dòng)綱領(lǐng)，筆者認(rèn)為未來(lái)煤礦機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要有高度自動(dòng)化、高度智能化、高度網(wǎng)絡(luò)化。
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［2］鄒慧君，廖武，郭為忠，等．機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的基本原理［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，1999(3):14－17．
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關(guān)鍵字：機(jī)電一體化 核心技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)
前言
機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果,是跨學(xué)科技術(shù)。從機(jī)電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展歷程,可看出機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機(jī)械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。
1機(jī)電一體化的基本概要
機(jī)電一體化是在以機(jī)械、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)為主的多門(mén)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興邊緣技術(shù)學(xué)科，而機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的新一代產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)同時(shí)也是工程領(lǐng)域不同種類技術(shù)的綜合及集合，它是建立在機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)大和完善。
2機(jī)電一體化的發(fā)展背景
隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展， 機(jī)電一體化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的趨勢(shì)，這完全取決于機(jī)電一體化技術(shù)所存在的優(yōu)越性和潛在的應(yīng)用性能。
2.1 使用安全性和可靠性提高
機(jī)電一體化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)等功能。在工作過(guò)程中， 遇到過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、短路等電力故障時(shí)，能自動(dòng)采取保護(hù)措施，避免和減少人身和設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使用安全性。機(jī)電一體化產(chǎn)品由于采用電子元器件，減少了機(jī)械產(chǎn)品中的可動(dòng)構(gòu)件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性，產(chǎn)品的故障率低，壽命得到了提高。 2.2生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高
機(jī)電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和檢測(cè)的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作，使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時(shí)，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工作的自動(dòng)化，使得生產(chǎn)能力大大提高。
2.3 使用性能改善
機(jī)電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡(jiǎn)化并且方便、簡(jiǎn)單。機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作過(guò)程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)可重復(fù)實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)作。高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品可通過(guò)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機(jī)自尋最佳工作程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)最優(yōu)化操作。
3 機(jī)電一體化的核心技術(shù)
3.1機(jī)械技術(shù)：是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)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。
3.2 信息處理技術(shù)。信息處理技術(shù)是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過(guò)程中，與工作過(guò)程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)控制有關(guān)的信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策分析等。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)信息處理技術(shù)的主要工具是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括硬件和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，計(jì)算機(jī)信息處理裝置是產(chǎn)品的核心，它控制和指揮整個(gè)機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)行，因此，計(jì)算機(jī)應(yīng)用及其信息處理技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中最關(guān)鍵的技術(shù)，它包括目前廣泛研究并得到實(shí)際應(yīng)用的人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。
3.3系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
3.4 自動(dòng)控制技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品中的自動(dòng)控制技術(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、校正、補(bǔ)償?shù)?。機(jī)電一體化產(chǎn)品中自動(dòng)控制功能的不斷擴(kuò)大，使產(chǎn)品的精度和效率都在迅速提高。通過(guò)自動(dòng)控制，機(jī)電一體化產(chǎn)品在工作過(guò)程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并自動(dòng)實(shí)施切換，減少了停機(jī)時(shí)間，使設(shè)備的有效利用率提高。
3.5 傳感檢測(cè)技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高。
3.6 系統(tǒng)總體技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)是從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法， 將機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體功能分解成若干功能單元， 找出能夠完成各個(gè)功能的可能技術(shù)方案，再把功能與技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，綜合優(yōu)選出適宜的功能技術(shù)方案。系統(tǒng)總體技術(shù)的主要目的是在機(jī)電一體化產(chǎn)品各組成部分的技術(shù)成熟、組件的性能和可靠性良好的基礎(chǔ)上，通過(guò)協(xié)調(diào)各組件的相互關(guān)系和所用技術(shù)的一致性來(lái)保證產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、可靠、高效率和操作方便等。
4 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
4.1智能化趨勢(shì)
智能化作為一個(gè)多個(gè)專業(yè)的邊緣科學(xué)，是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)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(dòng)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)。 例如：冷凍機(jī)組，通過(guò)測(cè)量各類物理量與微機(jī)內(nèi)部已經(jīng)設(shè)定的對(duì)應(yīng)的參數(shù)比較，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的啟停、報(bào)警、故障自修復(fù)等事宜。
4.2模塊化趨勢(shì)
由于機(jī)電一體化產(chǎn)品涉及各行各業(yè)，種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。由于利益沖突，近期很難制定國(guó)際或國(guó)內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過(guò)組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定，無(wú)論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)模化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。 例如在OA產(chǎn)品中的電腦與打印機(jī)等各類外設(shè)之間，各個(gè)廠家通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口（UBS）實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體。
4.3網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)
20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來(lái)了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 這些技術(shù)已經(jīng)成熟，并且在OA中司空見(jiàn)慣，經(jīng)過(guò)權(quán)限級(jí)別，可以實(shí)現(xiàn)遙控、遙信、遙測(cè)。
4.4 微型化趨勢(shì)
微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)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(shì)。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。
4.5綠色化趨勢(shì)
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。 隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新型材料不斷涌現(xiàn)，和現(xiàn)實(shí)對(duì)綠色材料的需要的催生下，綠色化在幾點(diǎn)一體工業(yè)中將會(huì)發(fā)生日新月異的發(fā)展。
4.6系統(tǒng)化趨勢(shì)
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一是機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層含義是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。
4.7大眾化趨勢(shì)
產(chǎn)品只有成為普羅大眾都能理解、需要，才能具有強(qiáng)有力的經(jīng)濟(jì)性，生命才會(huì)長(zhǎng)盛不衰。成為建筑以及日常生活中不可缺少的商品。機(jī)電一體化技術(shù)通過(guò)產(chǎn)品來(lái)展示的，經(jīng)過(guò)網(wǎng)路化、模塊化等技術(shù)的攻關(guān)，成為生產(chǎn)、生活中的消費(fèi)品將屬于必然。建筑中的空調(diào)系統(tǒng)可以通過(guò)溫度、壓力、流量等各類非電物理參數(shù)，通過(guò)傳感器、變送器傳輸?shù)街醒胩幚砥鳎娏?、電壓、頻率等電氣參數(shù)通過(guò)采樣傳輸?shù)街醒胩幚砥?；中央處理器的芯片?dāng)前已經(jīng)可以進(jìn)行編程處理；這樣各類用戶根據(jù)自己的需要，選用模塊、處理器等硬件，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者售后服務(wù)獲取軟件資料和程序，通過(guò)協(xié)議等進(jìn)行簡(jiǎn)短的鏈接與安裝調(diào)試即可實(shí)現(xiàn)用戶的目的。
5結(jié)語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化 技術(shù)運(yùn)用 機(jī)械制造
中圖分類號(hào)：TH-39；TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1機(jī)電一體化概要
機(jī)電一體化是指在機(jī)械的主功能、動(dòng)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(lái)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(mén)有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。
2航空工業(yè)領(lǐng)域機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
航空工業(yè)機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：
20世紀(jì)60年代以前為探索階段。在這一時(shí)期，各國(guó)都在積極探索航空航天技術(shù)，并將最新電子技術(shù)積極的運(yùn)用于完善航空機(jī)械產(chǎn)品的性能方面，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了航空工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的需求，推動(dòng)了航空領(lǐng)域機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的普及。但是，由于工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)的限制，這一階段總體上還處于探索階段，對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用程度還不深，也無(wú)法進(jìn)行廣泛的推廣；20世紀(jì)70到80年代為初步發(fā)展階段。這一時(shí)期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等更先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，航空技術(shù)領(lǐng)域得到了蓬勃發(fā)展，規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)等充分運(yùn)用到了航空工業(yè)領(lǐng)域，為機(jī)電一體化與航空工業(yè)的深度融合奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；20世紀(jì)90年代為快速發(fā)展時(shí)期。這一時(shí)期，機(jī)電一體化技術(shù)世界航空工業(yè)領(lǐng)域得到比較廣泛的承認(rèn)，以機(jī)電一體化技術(shù)為基礎(chǔ)的航空工業(yè)得到了極大發(fā)展，基本成為航空工業(yè)的支柱性技術(shù)，90年代后期，航空工業(yè)開(kāi)始向智能化方向邁進(jìn)，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；21世紀(jì)以來(lái)，人類進(jìn)入了宇宙時(shí)代，航空工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ跈C(jī)電一體化的運(yùn)用更為精純，大規(guī)模系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法、人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為航空領(lǐng)域的機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。
3航空工業(yè)領(lǐng)域機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
3.1航空制造業(yè)的智能化
在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，智能化已經(jīng)成為目前航空工業(yè)領(lǐng)域機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，也是最主要的方向。人工智能的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)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(dòng)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)。特別是在飛行系統(tǒng)的建設(shè)，自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛等以機(jī)電一體化技術(shù)為基礎(chǔ)的航空智能化已經(jīng)取代傳統(tǒng)的飛行操控方式，成為航空領(lǐng)域主要的飛行控制技術(shù)。
3.2航空管理技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化
航空管理技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化也是機(jī)電一體化技術(shù)背景下，航空工業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到突破性發(fā)展，世界進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代。計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給航空工業(yè)帶來(lái)了巨大的變革，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)航空技術(shù)領(lǐng)域和各種設(shè)備連成一體，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)和操作、空中和地面的一體化發(fā)展。而基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的各種航空遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，航空工業(yè)機(jī)電一體化朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展成為必然趨勢(shì)。
3.3航空設(shè)施設(shè)備的微型化
得益于機(jī)電一體化技術(shù)，航空設(shè)施設(shè)備還呈現(xiàn)出了微型化的發(fā)展趨勢(shì)。微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)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(shì)。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。而航空航天工業(yè)中所需要的各種特殊材料的生產(chǎn)、重要零部件的制造、關(guān)鍵技術(shù)的革新都都離不開(kāi)設(shè)施設(shè)備的微型化。機(jī)電一體化技術(shù)無(wú)疑為實(shí)現(xiàn)航空設(shè)施設(shè)備的微型化提供了條件。
3.4航空工業(yè)生產(chǎn)的綠色化
節(jié)能環(huán)保、綠色生產(chǎn)也是航空工業(yè)領(lǐng)域探索的重要方向、航空技術(shù)的發(fā)展為人類的航天事業(yè)提供了極大的便利，但是由于航空工業(yè)是一個(gè)大動(dòng)力、高耗能、高投入的產(chǎn)業(yè)。在自然資源不斷減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染的背景下，探索綠色航空工業(yè)技術(shù)成為航空領(lǐng)域的重點(diǎn)攻堅(jiān)任務(wù)。在機(jī)電一體化技術(shù)的幫助下，綠色航空產(chǎn)品概念應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)電一體化使航空工業(yè)在設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。因此，促進(jìn)航空產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展，也是航空工業(yè)機(jī)電一體化發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。
參考文獻(xiàn)
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1 機(jī)電一體化的基本概念
機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，亦可稱為機(jī)電整合，英語(yǔ)稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成，它是在機(jī)構(gòu)功能、動(dòng)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(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
2 機(jī)電一體化的發(fā)展概況
機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密集合的一門(mén)技術(shù)，它的發(fā)展使冷冰冰的機(jī)器有了人性化，智能化。
但在20世紀(jì)60年代以前，機(jī)電一體化就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展了。在這一時(shí)期，人們?cè)诓恢X(jué)中就已經(jīng)在利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合。20世紀(jì)70～80年代，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)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)，也就是在這一時(shí)期出現(xiàn)了機(jī)電一體化這一名詞。20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)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)入了深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化；另一方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。據(jù)了解，我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始在這方面研究和應(yīng)用。
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：
（一）智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。它是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化的主要區(qū)別之一。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、心理學(xué)、生理學(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)。故智能機(jī)電一體化產(chǎn)品也具有這種能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動(dòng)
（二）數(shù)字化
微控制器和接口技術(shù)的發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程控制操作、診斷和修復(fù)。
（三）模塊化
模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。但機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)也可以不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
（四）網(wǎng)絡(luò)化
20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展后的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、教育以及日常生活都帶來(lái)了巨大的變革。而各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)正在興盛，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。
（五）微型化
微型化是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。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)，微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
（六）系統(tǒng)化
【關(guān)鍵詞】電子 機(jī)械 工業(yè) 一體化
Primary understanding to the incorporate machinery and electron
Lu Mingchun
【Abstract】Since the electron technology came out, the combination of the electron technology with the machinery technology has started. Now, the technology, the incorporate machinery and electron has got an obvious development, which has aroused people’ wide attention. It makes the industry production step into the developing period with the “incorporate machinery and electron” as the character from the “machinery electrization”.
【Keywords】Electron Machinery Industry Integration
機(jī)電一體化是微電子技術(shù)向傳統(tǒng)機(jī)械工程滲透而形成的，融合機(jī)械工程、電氣工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)等為一體的新興交叉學(xué)科。
其中機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(jī)電一體化系統(tǒng)制造過(guò)程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。
1．機(jī)電一體化概述。機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)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(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門(mén)有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。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)及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)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，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等。也就是說(shuō)，機(jī)電一體化產(chǎn)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(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2．機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r。機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：①20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。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(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。②20世紀(jì)70-80年代為第二階段，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)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。③20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)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。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有相當(dāng)差距。
3．機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：
3．1 智能化。智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)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(dòng)力學(xué)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(biāo)。誠(chéng)然，使機(jī)電一體化產(chǎn)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(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)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(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置等。有了這些標(biāo)準(zhǔn)單元就可迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到以上目的，還需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便于各部件、單元的匹配。
3．3 網(wǎng)絡(luò)化。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（home net）將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)（computer integrated appliance system，CIAS），能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè)。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3．4 微型化。微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。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。
3．5 環(huán)?；?。工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極小，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。
