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中圖分類號：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 10-0005-02
一、引言
機(jī)電一體化（Mechatronics）這一概念，是日本學(xué)者在1971年首次提出來的。至今，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，隨科技的發(fā)展不斷豐富，不斷更新，機(jī)電一體化的內(nèi)涵也發(fā)生了根本性的變化。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們的消費觀念不斷變化，圍繞消費者之間的市場競爭日趨激烈和白熱化，重點是針對機(jī)電一體化產(chǎn)品的輸出柔性、工作性能及可靠性等方面，在這些方面的，人們的要求越來越高。
新時代背景下，機(jī)電一體化技術(shù)在計算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的快速發(fā)展下得到了飛躍發(fā)展，面臨著更加廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也在集成技術(shù)、新材料、微電子的快速發(fā)展背景下發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品向智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、自動化、柔性化、機(jī)電一體化邁進(jìn)，已經(jīng)步入了一個新的發(fā)展階段。再就是隨著傳感、信息技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的融合，機(jī)電一體化技術(shù)已成為一個新興的跨學(xué)科的技術(shù)，它涉及到的信息處理技術(shù)、制造技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、接口技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
總之，科學(xué)技術(shù)越是向更新更高層次發(fā)展，就越能給人們帶來更多的驚喜和生活空間，也能給人們更加豐富物質(zhì)、文化和精神享受?？梢哉f，機(jī)電一體化技術(shù)在21世紀(jì)的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計和發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，重點研究機(jī)電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念原理及設(shè)計方法具有重要的理論意義及現(xiàn)實意義。
二、機(jī)電一體化系統(tǒng)及其組成原理
機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個各種技術(shù)之間相互協(xié)調(diào)和整合的有機(jī)的、完整的體系，不是一個簡單的各種技術(shù)拼湊和堆積。機(jī)電一體化系統(tǒng)從技術(shù)層面來說綜合保函和運(yùn)用了控制系統(tǒng)、機(jī)械工程、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電子技術(shù)和其他技術(shù)。尤其是機(jī)電一體化系統(tǒng)的中的驅(qū)動元件和執(zhí)行器子系統(tǒng)是核心的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是實現(xiàn)可控電動機(jī)行為的終極目標(biāo)，充分利用計算機(jī)信息處理和控制功能，利用現(xiàn)代控制驅(qū)動元件特性的機(jī)械系統(tǒng)。
（一）機(jī)電一體化系統(tǒng)概述
1.由計算機(jī)進(jìn)行信息處理和控制的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)最終目的就是要實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動和動作協(xié)調(diào)，這個也是機(jī)電一體化系統(tǒng)功能設(shè)計的根本出發(fā)點。
2.機(jī)電一體化系統(tǒng)從完成工藝動作過程這一總功能的角度來看，可劃分為：信息處理及控制子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)、廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)（如圖1），它們分別完成信息處理及控制、信息檢測、機(jī)械運(yùn)動和動作。
3.由驅(qū)動元件和執(zhí)行件（或執(zhí)行機(jī)構(gòu)）融為一體的廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行子系統(tǒng)，具有它的特殊性、可控性。
（二）機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成原理
1.廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)。由剛性物件組成的形形機(jī)構(gòu)組合而成的傳統(tǒng)，他們的缺乏可控性是傳動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)上最大的問題。而驅(qū)動元件與執(zhí)行件（或執(zhí)行機(jī)構(gòu)）融為一體是廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個特點（如圖2），從而實現(xiàn)可控運(yùn)動。
電機(jī)、氣動馬達(dá)和動作缸是驅(qū)動元件中的一兩種，同時還有液壓、電磁鐵、彈性元件、形狀記憶合金、光能馬達(dá)等，這足以說明驅(qū)動元件種類繁多。機(jī)電一體化系統(tǒng)得到更加有效工作就必須依靠驅(qū)動元件的多樣性。傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)中的輸出件可以為執(zhí)行件，單一構(gòu)件也可以是執(zhí)行件。同時，驅(qū)動元件與執(zhí)行件（或執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的集成應(yīng)用使機(jī)電一體化系統(tǒng)更加有效地工作。
2.信息處理及控制子系統(tǒng)。信息處理和控制子系統(tǒng)檢測傳感器所提供的信息，技術(shù)和控制策略和執(zhí)行的廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的基礎(chǔ)上采取行動的過程中。應(yīng)執(zhí)行的控制來實現(xiàn)，廣義的運(yùn)動學(xué)模型是由一臺計算機(jī)和軟件實現(xiàn)。信息處理和控制子系統(tǒng)是實現(xiàn)智能化的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，自動化的關(guān)鍵。
3.檢測傳感子系統(tǒng)。檢測傳感器是實現(xiàn)物理量的檢測和信號采集的功能載體，也是連接廣義執(zhí)行子系統(tǒng)的中間紐帶。
三、機(jī)電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念設(shè)計過程
總體而言，要從功能需求出發(fā)建立機(jī)電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念設(shè)計圖3所示：
（一）用戶需求模型
1.用戶需求調(diào)查與分解。用戶需求表達(dá)的是用戶自己的意愿，要想獲得這些意愿與想法，需要通過市場調(diào)查，但是這樣的可操作性不強(qiáng)，很難使設(shè)計者完全把握用戶的需求，對此可以將用戶需求進(jìn)行細(xì)分。機(jī)電一體化系統(tǒng)用戶需求可分為控制域、機(jī)械域和其他域，控制域又可分為硬件域和軟件域。將最初的用戶需求（父需求）對應(yīng)于所設(shè)計的產(chǎn)品向各個領(lǐng)域進(jìn)行分解（圖4：用戶需求調(diào)查與分解），獲得最終的用戶需求（葉需求）.分解后的需求可以更具體的體現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。
圖4 用戶需求調(diào)查與分解
用戶需求分解后，要進(jìn)一步對客戶需求進(jìn)行評估，尤其是重點對每一個葉需求進(jìn)行重審核，以此進(jìn)一步用衡量的方法進(jìn)行分析.
2.衡量過程。衡量用戶需求的優(yōu)先次序，在關(guān)鍵的用戶需求中做出挑選。衡量方法的原理是：如果一個“希望需求”與一定數(shù)量的“必須需求”之間存在相關(guān)性，那么這個希望需求也應(yīng)該“必須”滿足，作為額外的必須需求。衡量過程如下：
（2）標(biāo)記0表示希望需求與必須需求之間沒有相關(guān)性。
（3）標(biāo)記1表示希望需求與必須需求之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。
（4）如果希望需求的綜合值在[3，5]之間或更高的作為額外的必須需求。
（二）建立功能模型
功能是系統(tǒng)輸出量和輸入量之間的關(guān)系，常被稱為流，通常分為物料流、能量流和信息流。功能結(jié)構(gòu)是功能模型或功能分析結(jié)果的一種表達(dá)形式。產(chǎn)品的總功能分解成若干功能元，將系統(tǒng)的各個功能元用流有機(jī)的組合起來就得到功能結(jié)構(gòu)。
使用功能基建立功能結(jié)構(gòu)的步驟如下：
1.確定系統(tǒng)的總功能及輸入、輸出流。
2.對于每一個輸入流創(chuàng)建功能鏈。成立為每個輸入的功能鏈。設(shè)計者設(shè)想成為流，考慮從輸入到輸出，或在每個操作發(fā)生對流的轉(zhuǎn)換操作每個功能組按時間順序排列，并建立功能鏈?？煞譃閮蓚€時間順序，串行和并行的功能鏈。串行函數(shù)鏈對流操作發(fā)生的時間順序，并聯(lián)功能鏈的基礎(chǔ)上發(fā)生的操作一次，串行并行功能鏈的功能鏈，共享一個或多個公共流的數(shù)量。在功能結(jié)構(gòu)所表達(dá)的支流。
3.連接各功能鏈得到功能結(jié)構(gòu)。信號的檢測，處理和反饋的過程其實就是所控制的過程。創(chuàng)建功能框圖，對所有信號進(jìn)行分析。通過分析，可以得出不同類型的信號和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，尤其是進(jìn)一步的功能的控制系統(tǒng)，然后在此基礎(chǔ)上提出若干控制方案。
四、結(jié)束語
在本文中，對機(jī)電一體化系統(tǒng)做出了新的認(rèn)識，提出了一種在機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計過程中，并促進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的理解，尤其是提出了如何設(shè)計一個控制系統(tǒng)的分析方法，使控制系統(tǒng)滿足用戶的需求，并確?？刂葡到y(tǒng)是最合理的。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊鶴年.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的智能控制技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2011，7.
[2]黃嫻.機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計[J].法制與經(jīng)濟(jì)（下旬），2011，8.
中圖分類號：T9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，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)計人員，要使產(chǎn)品設(shè)計符合機(jī)電一體化技術(shù)要求，并富于時代感，就要對于產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)以掌握，并具備多種技術(shù)融合的技術(shù)能力。面對機(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)計理論建立起來。
一、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論構(gòu)建的意義
在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計中，概念設(shè)計對于產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。作為產(chǎn)品設(shè)計中的重要階段，對于產(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，制定出相應(yīng)的設(shè)計方案和設(shè)計技術(shù)方法。概念設(shè)計理論首先是基于概念設(shè)計思想而建立起來的，在其基礎(chǔ)上還先后出現(xiàn)了多種階段性設(shè)計理論，如TRIZ設(shè)計、公理化設(shè)計QFD設(shè)計理論等等，對于機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中所獲得的創(chuàng)新設(shè)計成果發(fā)揮了重要的推動作用。
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)計而形成了技術(shù)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計產(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)計的復(fù)雜性，多門科學(xué)技術(shù)的融合，使得原有的單一化設(shè)計理論不再適應(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)計目標(biāo)而建立起完整的概念設(shè)計理論，以對創(chuàng)新設(shè)計的機(jī)電一體化產(chǎn)品以指導(dǎo)。與此同時，還要在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計概念理論建立起來之后，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)計理論研究現(xiàn)狀
按照現(xiàn)代機(jī)構(gòu)角度對機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行分類，可以劃分為三個子系統(tǒng)，即廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息處理及控制系統(tǒng)和傳感檢測系統(tǒng)。將三個子系統(tǒng)相銜接，建立起框架體系，不僅有效實現(xiàn)機(jī)電一體化運(yùn)動功能，而且還促進(jìn)了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計系統(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)計理論研究關(guān)乎到機(jī)構(gòu)運(yùn)動的總功能。特別是在基本工藝動作設(shè)計過程中，要基于廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計理論對基本的工藝動作進(jìn)行構(gòu)思，以使其具有動作的獨立執(zhí)行能力。當(dāng)執(zhí)行動作的創(chuàng)新技術(shù)確定下來之后，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)計更具有可操作性，而且采用這種方式更能夠結(jié)合計算機(jī)輔助進(jìn)行產(chǎn)概念設(shè)計。
對于機(jī)電一體化產(chǎn)品的框架模型而言，仿真問題是最為重要的。作為設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，機(jī)電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)動態(tài)性能的同時，更要注重系統(tǒng)仿真性嫩的驗證。那么，在機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計階段，就要確立功能實現(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)仿真平臺建立起來，以為機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。
三、機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論的發(fā)展展望
對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員而言，產(chǎn)品概念設(shè)計理論具有重要的指導(dǎo)作用。國外研究機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論所獲得的成果，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)科而建立起來的，這就需要產(chǎn)品設(shè)計者對于產(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。雖然國內(nèi)外對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計理論的研究方向有所不同，但研究目標(biāo)是相同的，且對于新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(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)計理論，從研究趨勢上來看，還要面臨諸多問題有待解決。比如，在進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論時，還要將推理方法建立起來；對于機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，為了對驅(qū)動元件以及傳動機(jī)構(gòu)等等進(jìn)行選擇，還要將驅(qū)動元件庫以及機(jī)構(gòu)執(zhí)行庫建立起來；對于傳感器的選擇，有賴于測物理量的參數(shù)定量化，以確定傳感器類型。此外，還要將信息處理、控制方法庫建立起來，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)計階段，都會產(chǎn)生不同的概念設(shè)計理論，將產(chǎn)品概念設(shè)計評價體系建立起來，以利于產(chǎn)品不同階段設(shè)計有效銜接。
總結(jié)
綜上所述，對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員而言，概念理論設(shè)計所發(fā)揮的指導(dǎo)作用是不容忽視的。中國目前對于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計的研究主要是基于運(yùn)動功能為主產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。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)計理論的重要性。
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》中提出的，是由機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等多學(xué)科形成的一門交叉學(xué)科，目前已經(jīng)發(fā)展成為部分學(xué)校的專門專業(yè)。但對于機(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。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、控制工程和計算機(jī)技術(shù)等多門學(xué)科，而機(jī)電一體化的目標(biāo)就是實現(xiàn)上述多門學(xué)科和技術(shù)的綜合應(yīng)用。德國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)程對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行操控。國內(nèi)曾慶良等［1］定義機(jī)電一體化是一個包含機(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
目前，國內(nèi)外學(xué)者在機(jī)電一體化的設(shè)計方面已經(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)計分為三大類。1)側(cè)重于概念設(shè)計過程和相關(guān)軟件的研究。機(jī)電一體化的概念提出后，國外大量學(xué)者進(jìn)行了大量嘗試。如德國的R．Iserrmann教授及其團(tuán)隊以機(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。JurgenGausemeier教授團(tuán)隊進(jìn)行以半規(guī)則式計算機(jī)語言為核心的機(jī)電一體化設(shè)計，但并未實現(xiàn)理想的機(jī)電一體化系統(tǒng)。法國的PSA所進(jìn)行了以機(jī)電一體化模型庫為核心的設(shè)計，通過模型庫的查找和存儲簡化機(jī)電一體化的設(shè)計，但并未達(dá)到理想效果。英國的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。在國內(nèi)，機(jī)電一體化的起步較晚，但經(jīng)過大量專家學(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象轉(zhuǎn)向以實現(xiàn)運(yùn)動功能為主，并對系統(tǒng)方案設(shè)計進(jìn)行深入研究，實現(xiàn)了較為理想的功能求解模型。山東大學(xué)的黃克正團(tuán)隊以功能分析和重構(gòu)理論為設(shè)計基礎(chǔ)，提出了機(jī)電一體化概念系統(tǒng)的過程模型。華中科技大學(xué)的楊家軍團(tuán)隊以機(jī)械運(yùn)動方案和傳感器設(shè)計為研究基礎(chǔ)，加之計算機(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。2)側(cè)重于開發(fā)過程的研究。主要代表是德國工程師協(xié)會2004年的VDI2206系統(tǒng)，其設(shè)計過程如圖1所示，根據(jù)用戶需求提供系統(tǒng)設(shè)計(面向領(lǐng)域的設(shè)計)，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)集成后再通過系統(tǒng)設(shè)計的驗證，最終得到客戶需要的產(chǎn)品。但這種機(jī)電一體化的設(shè)計僅提供了一個設(shè)計思路，缺乏具體的設(shè)計過程。3)協(xié)同仿真技術(shù)。仿真技術(shù)在20世紀(jì)初期開始應(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)開展了大量的研究工作。在國外，VanBrussel和VanBeek開展了協(xié)同仿真的參數(shù)設(shè)計，解決了系統(tǒng)仿真參數(shù)的優(yōu)化問題。荷蘭Twente大學(xué)的JobVanAmerongen教授及其團(tuán)隊開展了機(jī)電一體化模型的仿真工作，實現(xiàn)了多領(lǐng)域機(jī)電一體化的仿真研究。在國內(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)系入手對機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計出系統(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，研究的重點是系統(tǒng)的后期設(shè)計。而李伯虎院士和清華大學(xué)熊光楞教授在協(xié)同仿真方面也開展了大量工作，開出了基于協(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
近年來，全球制造業(yè)始終面臨著轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。2013年4月，德國開啟了“工業(yè)4．0”，即第四次工業(yè)革命?！肮I(yè)4．0”主要包括兩個主題，即“智能工廠”與“智能生產(chǎn)”。我國機(jī)電一體化經(jīng)過多年的發(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，我國了“中國制造2025”行動綱領(lǐng)［4］。該綱領(lǐng)提出在2025年之前邁入制造強(qiáng)國行列;在2035年以前，與中等制造強(qiáng)國的水平持平;在2049年，成為世界的制造強(qiáng)國。因此，煤礦機(jī)電一體化未來的發(fā)展進(jìn)程必然與“工業(yè)4．0時代”和“中國制造2025”行動綱領(lǐng)存在一致性關(guān)系，所以筆者認(rèn)為，未來煤礦機(jī)電一體化未來的發(fā)展趨勢主要有高度自動化、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年我國大同礦務(wù)局首先試驗自行設(shè)計的第一套綜合機(jī)械化采煤系統(tǒng)。到20世紀(jì)80年代，隨著國際綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，我國綜合機(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)國家，我們在液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究較晚。1995年第一臺自主研制的液壓支架電液控制系統(tǒng)至今，出現(xiàn)了不同型號的多種電液控制系統(tǒng)液壓支架，但實際國產(chǎn)的液壓支架電液控制系統(tǒng)在國內(nèi)煤礦的應(yīng)用仍不太樂觀，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，而國外的液壓支架電液控制系統(tǒng)(以美國和德國為主)具有完善的故障診斷預(yù)警裝置，可實現(xiàn)液壓支架與采煤機(jī)、刮板機(jī)聯(lián)動和遠(yuǎn)程控制。
3．2電牽引采煤機(jī)
國內(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)電一體化的重點研究方向。國內(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)目前都能實現(xiàn)1．8m以上的薄煤層開采，同時可以完成煤層傾角在25°以下的綜合機(jī)械化開采工作。我國電牽引采煤機(jī)的發(fā)展大大加快了我國煤炭機(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%，對比世界國家發(fā)達(dá)國家超過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)械傳動效率高(＞90%);③牽引力可以滿足大傾角煤層開采;④工作可靠性高;⑤易于實現(xiàn)微機(jī)自動控制;⑥機(jī)械傳動和結(jié)構(gòu)較簡單。
4結(jié)語
本文對國內(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”時代的開啟，以及我國了“中國制造2025”行動綱領(lǐng)，筆者認(rèn)為未來煤礦機(jī)電一體化未來的發(fā)展趨勢主要有高度自動化、高度智能化、高度網(wǎng)絡(luò)化。
參考文獻(xiàn):
［1］王成龍．復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)統(tǒng)一建模與仿真技術(shù)研究［D］．青島:山東科技大學(xué)，2010．
［2］鄒慧君，廖武，郭為忠，等．機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計的基本原理［J］．機(jī)械設(shè)計與研究，1999(3):14－17．
一、機(jī)電一體化的概念與由來
人類進(jìn)入了一個新的世紀(jì)──21世紀(jì)?；仡欉^去的20世紀(jì)，人類的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果超過了過去所有世紀(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?！皺C(jī)電一體化”這一技術(shù)術(shù)語最初來源于日本學(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)”，我國科技界也經(jīng)常直接使用“機(jī)電一體化”作為漢語的表達(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)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(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，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)歷了一個較長期的過程。有學(xué)者將這一過程劃分為萌芽階段、快速發(fā)展階段和智能化階段三個階段，這種劃分方法真實客觀地反映了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程。
“萌芽階段”指20世紀(jì)60年代以前的時期。在這一時期，人們在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中總是自覺或不自覺地應(yīng)用電子技術(shù)的初步成果來改善機(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。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(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。
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”。在這一時期，人們自覺地、主動地利用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)。這個時期的特點是：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各國均開始對機(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，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。
我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(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計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。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)國家相比仍有相當(dāng)差距。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
隨著計算機(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，成為一門綜合計算機(jī)與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(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)來更新概念，實現(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)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計算機(jī)輔助技術(shù)，同時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)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
（4）自動控制技術(shù)
其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(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）傳感檢測技術(shù)
傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。
（6）伺服傳動技術(shù)包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
四、結(jié)語
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)電一體化技術(shù)．北京：科學(xué)出版社，2004．
［2］潘忠堂．淺析傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化的一項關(guān)鍵技術(shù)．機(jī)械電子工程，1998(1)：13-17,39
中圖分類號：X734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）17-0238-02
0 引言
新型技術(shù)和新型工藝的不斷涌現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用深刻地影響著人們的生產(chǎn)和生活。同時，作為衡量一個國家綜合國力的指標(biāo)，機(jī)電一體化技術(shù)和各國的通信事業(yè)、交通事業(yè)以及航天事業(yè)等息息相關(guān)。因此，機(jī)電一體化技術(shù)作為一種必然的發(fā)展趨勢，已經(jīng)引起了各國的關(guān)注。
1 機(jī)電一體化的相關(guān)概念
相比于西方發(fā)達(dá)國家，我國的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展步伐相對緩慢[1]。機(jī)電一體化起源于20世紀(jì)70年代的日本雜志――《機(jī)械設(shè)計》，是集機(jī)械和微電子技術(shù)于一體的一門集合技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)主要是通過將微電子技術(shù)、信息技術(shù)以及信號接收技術(shù)等多種綜合技術(shù)進(jìn)行有效地整合，從而應(yīng)用于實際的混合技術(shù)中。
作為一門自成一體的新型技術(shù)學(xué)科，機(jī)電一體化所涵蓋的技術(shù)和產(chǎn)品具有多功能、安全性高以及消耗少等優(yōu)勢。我國的機(jī)電一體化技術(shù)由于受傳統(tǒng)工業(yè)的影響較大，同時受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等條件的束縛，還需要進(jìn)行不斷地完善和改進(jìn)。
機(jī)電一體化的相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)主要可以分為三個部分，其分別為電子、相關(guān)軟件以及機(jī)械三大模塊[2]。作為多種新興技術(shù)形結(jié)合的產(chǎn)物，機(jī)電一體化技術(shù)可以充分地利用不同模塊的特點和優(yōu)勢，設(shè)計和制造出更多全新的產(chǎn)品，以更好地服務(wù)于人類。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，與機(jī)電一體化相關(guān)的各項技術(shù)開始出現(xiàn)相互融合的趨勢，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用前景也十分良好。
2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析
我國的機(jī)電一體化技術(shù)大致始于20世紀(jì)80年代初期，由于受國際關(guān)系的影響，機(jī)電一體化技術(shù)被列入為“九五”特別發(fā)展規(guī)劃中。國家相關(guān)部分組織機(jī)電一體化研究領(lǐng)導(dǎo)小組開展相關(guān)會議，對機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行綜合性研究。同時，北京大學(xué)、清華大學(xué)等國內(nèi)知名院校和國家研究機(jī)構(gòu)開始逐漸地加大對機(jī)電一體化技術(shù)的重視。尤其是一些大專院校開始擴(kuò)大相關(guān)專業(yè)的招生比例，以培養(yǎng)更多的相關(guān)技術(shù)性人才和應(yīng)用人才。盡管如此，我國與西方發(fā)達(dá)國家的機(jī)電一體化水平相比還存在一些差距。
二十世紀(jì)九十年代后期發(fā)展至今，機(jī)電一體化技術(shù)開始逐漸地邁向了新階段[3]。以微電子技術(shù)作為核心的高科技技術(shù)逐漸被應(yīng)用于工程機(jī)械制造領(lǐng)域中，進(jìn)而改變了我國工程機(jī)械長期落后的困境，同時也促進(jìn)了相關(guān)工業(yè)制成品的性能的進(jìn)步，從整體上將我國的工程機(jī)械推進(jìn)了一個全新的臺階。尤其是在一些樓宇建設(shè)中電子監(jiān)控和自動報警的應(yīng)用中，如果相關(guān)的設(shè)備和工程機(jī)械出現(xiàn)了故障，電子監(jiān)控設(shè)備以及自動報警系統(tǒng)能夠及時準(zhǔn)確地為工作人員提供相關(guān)信號，以方便工作人員及時地維護(hù)和更新。這些設(shè)備的應(yīng)用不僅能夠簡化工作人員的設(shè)備維護(hù)工作，而且還能夠極大地提高相關(guān)人員的工作效率，同時也保障了機(jī)械正常運(yùn)行的安全性。因此，作為現(xiàn)代工程機(jī)械發(fā)展的一項重要技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)還需要進(jìn)一步完善，才能夠更好地為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展而服務(wù)。
世界上機(jī)電一體化技術(shù)相對比較成熟的地區(qū)主要是分布在歐洲、美國以及亞洲的日本等。這些地區(qū)和國家由于具有雄厚的經(jīng)濟(jì)實力和堅實的工業(yè)基礎(chǔ)，在機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)方面取得了重大的成就。例如我們較為常見的辦公設(shè)備――復(fù)印機(jī)，則是美國的一項重大發(fā)明。目前，這些國家和地區(qū)在機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域不僅擁有高素質(zhì)的技術(shù)人員，而且還具有靈活的經(jīng)營理念，從而給自身的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。機(jī)電一體化產(chǎn)品已經(jīng)開始滲透各個生產(chǎn)領(lǐng)域，同時也開始向集成化方向轉(zhuǎn)變。
3 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢探討
機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展離不開相關(guān)技術(shù)的支持。作為一門新興的邊緣性學(xué)科，處于發(fā)展的良好階段。機(jī)電一體化作為一項核心技術(shù)，開始逐漸朝著以下三個方向發(fā)展：
3.1 生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)籌兼顧
眾所周知，工業(yè)革命和科技革命的到來雖然給人類創(chuàng)造了大量的物質(zhì)財富，同時也給環(huán)境造成了巨大的壓力。日益嚴(yán)重的工業(yè)污染給人們的生活帶來了極大的不便。因此，隨著人類進(jìn)程的發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始追求生態(tài)環(huán)保的產(chǎn)品。環(huán)保型產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計要求其在使用的過程中能夠最大程度地減少對環(huán)境的危害，同時又能夠最大程度地利用有效資源創(chuàng)造更多的物質(zhì)財富。
機(jī)電一體化技術(shù)將要求企業(yè)能夠從生態(tài)效益的角度出發(fā)，研發(fā)和生產(chǎn)更多的環(huán)保型產(chǎn)品，從而促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。從未來的發(fā)展格局來分析，機(jī)電一體化信息技術(shù)將為生態(tài)環(huán)保型產(chǎn)品的應(yīng)用提供堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。機(jī)電一體化技術(shù)不僅能夠提高機(jī)械的整體功能，而且還能夠地有效克服傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的缺陷。尤其是類似傳統(tǒng)造紙工業(yè)的發(fā)展，不僅會造成嚴(yán)重的資源浪費，而且還容易導(dǎo)致水土流失非常嚴(yán)重。相反，機(jī)電一體化產(chǎn)品的出現(xiàn)將會有效地統(tǒng)籌兼顧生態(tài)效益和環(huán)境效益，最終促進(jìn)企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。企業(yè)在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時，又兼顧了環(huán)境生態(tài)效益。機(jī)電一體化在這方面顯示出了無可比擬的優(yōu)越性。機(jī)電一體化技術(shù)以最大限度地利用現(xiàn)有的能源工藝系統(tǒng)，采用最先進(jìn)的生態(tài)生產(chǎn)技術(shù)，創(chuàng)造出無污染、無公害產(chǎn)品。
3.2 現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)化格局的優(yōu)化整合
現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展為機(jī)電一體化技術(shù)的改進(jìn)提供了良好的平臺。由于機(jī)電一體化技術(shù)是多種信息技術(shù)的綜合體，因此未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品將逐漸朝著網(wǎng)絡(luò)化格局方向發(fā)展。例如，我國在十九世紀(jì)八十年代中期將工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)研究和開發(fā)列入為重點發(fā)展項目。同時，部分工業(yè)企業(yè)已經(jīng)開始將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于實際生產(chǎn)領(lǐng)域，比如相關(guān)的水下作業(yè)、智能搬運(yùn)和裝配等。智能化的發(fā)展成為了機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重要特點。目前，我國的珠江三角洲地區(qū)已經(jīng)有大約100多家企業(yè)開始從事工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)工作，同時也取得了較為理想的成就。
隨著二十一世紀(jì)的到來，各個國家相互之間聯(lián)系也開始不斷加強(qiáng)。機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也將會對各個國家的工業(yè)生產(chǎn)、政治聯(lián)系以及教育教學(xué)等方面帶來極大便利?；ヂ?lián)網(wǎng)的應(yīng)用和普及對遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展提供了有利條件。比如河南省鄭州市某單位在通信工程的建設(shè)中，相關(guān)的施工人員可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控控制終端的應(yīng)用，對各個路段的電纜鋪設(shè)進(jìn)行及時地跟蹤，同時對每一個電纜鋪設(shè)的地理環(huán)境進(jìn)行自動檢測，以便于施工人員操作和控制。不僅如此，在通信設(shè)備的運(yùn)行過程中，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制人員還可以通過相關(guān)設(shè)備對各個線路系統(tǒng)進(jìn)行檢測，通過系統(tǒng)的提示從而發(fā)現(xiàn)潛在的隱患，并且做出及時的決策，提高通信設(shè)備管理人員的工作效率。
因此，機(jī)電一體化技術(shù)在未來的發(fā)展過程中將會利用現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建一個完整的網(wǎng)絡(luò)化格局，通過對各個模塊的不斷開發(fā)，從而提高產(chǎn)品的整體性能。機(jī)電一體化產(chǎn)品將會充分地利用不同模塊的特點迅速地產(chǎn)生更多的衍生產(chǎn)品，從而方便各大行業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)工作。
3.3 微型機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用范圍擴(kuò)大
網(wǎng)絡(luò)化時代的到來，給人們的生產(chǎn)生活帶來了全新的面貌，同時也為機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用提供了契機(jī)。越來越多的微型機(jī)械產(chǎn)品開始投入應(yīng)用，進(jìn)而提高了相關(guān)生產(chǎn)領(lǐng)域的工作效率。由于微型機(jī)械產(chǎn)品在材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及定位等方面都具有極大的優(yōu)勢，從而得到了廣泛的應(yīng)用。
例如，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的腹腔鏡手術(shù)、胸腔鏡手術(shù)等，就是利用微創(chuàng)手術(shù)創(chuàng)口小，疼痛輕以及出血少等優(yōu)點，為患者帶來了福音。同時，超精密加工技術(shù)作為機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用成果被廣泛應(yīng)用于機(jī)床加工以及光學(xué)零件加工等領(lǐng)域。尤其是對硬脆材料的精密加工以及拋光等，超精密加工技術(shù)都發(fā)揮了重要作用。作為尖端技術(shù)的象征，超精密加工技術(shù)在各個國家的各大領(lǐng)域中扮演著重要的角色。此外，微型機(jī)械產(chǎn)品在航天航空事業(yè)、信息技術(shù)等領(lǐng)域都發(fā)揮了其自身獨特的優(yōu)勢，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)事業(yè)的快速發(fā)展。微型加工技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備的發(fā)展速度加快，對微型機(jī)械的產(chǎn)生也產(chǎn)生了重要的作用[4]。
因此，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展將會使微型機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。微型化作為一種發(fā)展的趨勢也必將會促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步。
4 結(jié)束語
綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展是人類社會進(jìn)步的文明成果。同時，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用還有待于進(jìn)一步探索和研究。各種新型技術(shù)的大融合將會使機(jī)電一體化技術(shù)日益成熟。因此，在未來的發(fā)展中各大企業(yè)應(yīng)該加大對機(jī)電一體化技術(shù)的科研力度，研發(fā)出更多有利于人類社會生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，從而促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)事業(yè)的健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫在輝，李金芳，劉瑞香；論我國機(jī)電一體化的發(fā)展方向[J]；河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報；2009（04）：15.
我國是當(dāng)前世界上制造業(yè)大國之一，隨著生產(chǎn)力水平不斷提高，對機(jī)電等制造行業(yè)提出了更高的要求，不僅需要滿足人們?nèi)找娑鄬哟蔚臋C(jī)械需求，更要利用自動化控制系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率，基于此，機(jī)電一體化應(yīng)運(yùn)而生，它能幫助機(jī)電企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，在行業(yè)中占據(jù)越來越重要的地位。
1 機(jī)電控制系統(tǒng)和自動控制技術(shù)的概念
在了解機(jī)電一體化含義之前，需要理順機(jī)電控制系統(tǒng)和自動控制技術(shù)概念：
1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)概念
機(jī)電控制系統(tǒng)是指利用計算機(jī)設(shè)置生產(chǎn)程序，通過控制裝備遠(yuǎn)程遙控生產(chǎn)過程，它具有自動化、智能化、高效化[1]等三個特征，從機(jī)電控制系統(tǒng)本身來說，自動化是其最基本的特征，它能借助通信領(lǐng)域的力量，遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)械生產(chǎn)，工作人員能夠通過微型計算機(jī)檢測生產(chǎn)細(xì)節(jié)，當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題時，能較快解決；從機(jī)電企業(yè)工作人員角度來說，智能化特征能夠幫助工作人員減少工作量，在一定程度上避免人工失誤，當(dāng)機(jī)械生產(chǎn)環(huán)境較危險時，智能化機(jī)電控制系統(tǒng)能夠代替人力作業(yè)，保障工作人員安全；從機(jī)電行業(yè)的角度來說，機(jī)電控制系統(tǒng)將行業(yè)連接成一個整體，高效化特征能提高行業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)新技術(shù)手段和綜合控制系統(tǒng)出現(xiàn)。
1.2 自動控制技術(shù)的概念
自動控制技術(shù)是指依靠控制裝置和控制器，設(shè)定生產(chǎn)工作程序，在沒有人力直接參與的情況下，按照一定生產(chǎn)規(guī)律運(yùn)作，相對人工控制而言，它具有獨特優(yōu)勢，比如自動控制技術(shù)中的硬盤驅(qū)動，這種“伺服系統(tǒng)”能精確定位，在嘈雜的工作環(huán)境中依然能穩(wěn)定工作。
2 機(jī)電控制系統(tǒng)中自動控制技術(shù)的應(yīng)用途徑
隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，機(jī)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用自動控制技術(shù)的途徑越來越多，主要集中在以下兩個方面。
2.1 自動控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電控制裝備
自動控制技術(shù)核心內(nèi)容是控制裝備和控制器，用一個簡單的實例來說，當(dāng)需要記錄機(jī)電控制裝備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度時，要利用控制器來測試。在目前很多機(jī)電企業(yè)都開始引進(jìn)新型自動控制技術(shù)，比如PLC，即可編程邏輯控制器[2]。
機(jī)電控制裝備中加入控制器，將生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)合成整體，工作人員在監(jiān)控生產(chǎn)過程時，能及時發(fā)現(xiàn)問題并解決，這樣不僅避免了企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，也優(yōu)化了產(chǎn)品質(zhì)量。在這個自動化過程中，控制器在一定程度上能代替人力作業(yè)，以精密的計算程序代替人腦，減少人工失誤。
2.2 自動控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電微型計算機(jī)
自動化控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電微型計算機(jī)，其利用控制裝備建立數(shù)學(xué)模型，同時在微型計算機(jī)的輔助下，控制相關(guān)生產(chǎn)程序，它具有三方面的優(yōu)勢，第一方面，從微型計算機(jī)生產(chǎn)價值來說，協(xié)調(diào)了自動控制和機(jī)電規(guī)律之間的關(guān)系，促進(jìn)了單元技術(shù)的融和，自動控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電領(lǐng)域以來，產(chǎn)生了巨大的生產(chǎn)價值，提升了產(chǎn)品科技含量，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，同時延長了設(shè)備使用周期，減少了企業(yè)投入[3]，需要注意的是，在這個過程中，促使了工程師不斷研發(fā)新型機(jī)電模型，提高了工作能力；第二方面，從安全角度來說，微型計算機(jī)中加入自動化，能較知危險，比如機(jī)電生產(chǎn)線中某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏洞，自動控制裝備能立即停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失；第三方面，從機(jī)電一體化的角度來說，自動化技術(shù)為機(jī)電一體化提供了技術(shù)基礎(chǔ)，比如傳感檢測等。
3 機(jī)電控制系統(tǒng)中一體化設(shè)計
機(jī)電一體化設(shè)計覆蓋的應(yīng)用領(lǐng)域較廣，主要有機(jī)械、電子等，掌握機(jī)電一體化加工技術(shù)，能完善機(jī)電控制系統(tǒng)，促進(jìn)機(jī)電行業(yè)智能化進(jìn)程。
機(jī)電一體化具有智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化等基本特征，其中需要注意的是模塊化特征，由于目前制造業(yè)龐大，種類繁多，在研究機(jī)電一體化產(chǎn)品時，難以將各廠家聯(lián)合起來，但是如果將機(jī)電一體化設(shè)計“模塊化”，制定產(chǎn)品各項標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)新型機(jī)電產(chǎn)品，小企業(yè)在這個過程中可以自主尋求合作廠家，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提升生產(chǎn)效率。微型化特征是網(wǎng)絡(luò)背景下所獨有的，它突破了時間、地域限制，提升了機(jī)電一體化的影響力，用先進(jìn)的微型技術(shù)改變了機(jī)電領(lǐng)域現(xiàn)狀。
3.1 機(jī)電線路中的一體化設(shè)計
機(jī)電線路中的一體化設(shè)計主要體現(xiàn)在電子線路上[4]，在傳統(tǒng)的機(jī)電控制中，電子線路與控制裝備隔離，使得在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中無法及時了解產(chǎn)品情況，降低了設(shè)備使用率，機(jī)電一體化后，微型計算機(jī)和控制器應(yīng)用于機(jī)電控制系統(tǒng)，代替了原來的控制裝備，提升了工作效率，比如在汽車零部件生產(chǎn)工廠，建立了一體化機(jī)電線路后，能快速生產(chǎn)各類產(chǎn)品。
在機(jī)電線路中一體化設(shè)計優(yōu)化了產(chǎn)品質(zhì)量，簡化了工作程序和結(jié)構(gòu)，凸顯了“一體化”的優(yōu)勢，機(jī)電企業(yè)要大力引進(jìn)，淘汰傳統(tǒng)機(jī)電控制裝備，利用新科學(xué)技術(shù)，發(fā)展企業(yè)模塊經(jīng)濟(jì)。
3.2 機(jī)械裝置中的一體化設(shè)計
機(jī)電控制是一個完整的系統(tǒng)，統(tǒng)籌機(jī)械裝備、自動化控制裝備、生產(chǎn)裝備三者之間的關(guān)系，能促進(jìn)一體化設(shè)計，這對機(jī)電工程師提出了更高的要求，工程師要找到三者之間的平衡點，加入一體化設(shè)計，優(yōu)化機(jī)電裝置整體性質(zhì)。
機(jī)電工程師要敢于打破常規(guī)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維，多學(xué)習(xí)和探討機(jī)電一體化設(shè)計，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。同時機(jī)電企業(yè)要加大人員培養(yǎng)力度，多引進(jìn)高素質(zhì)人才，開展多種一體化實踐活動，讓工作人員在團(tuán)結(jié)協(xié)作的氛圍里創(chuàng)新一體化設(shè)計，用高科技改變機(jī)電一體化模式，提升企業(yè)綜合實力。
3.3 機(jī)電功能模塊中的一體化設(shè)計
功能模塊中的一體化設(shè)計主要是指統(tǒng)籌整個機(jī)電控制系統(tǒng)和自動化控制技術(shù)，將每個部分最優(yōu)的機(jī)電裝備組合在一起，用控制器協(xié)調(diào)各部分之間的關(guān)系。
模塊一體化設(shè)計需要貫徹“整體”的理念，不能單純地考慮某一個控制裝備或者控制器，這樣不僅不能把一體化設(shè)計優(yōu)勢發(fā)揮出來，甚至有可能增加企業(yè)成本投資，比如機(jī)電企業(yè)引進(jìn)最先進(jìn)機(jī)電裝置，卻沒有更換控制器，這樣也無法提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以機(jī)電企業(yè)只有根據(jù)實際發(fā)展情況，選擇最優(yōu)的機(jī)電組合，才能追求最大經(jīng)濟(jì)效益。
4 結(jié)束語
綜上所述，機(jī)電一體化是機(jī)電控制系統(tǒng)和自動化控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它能協(xié)調(diào)企業(yè)投資和收益之間的關(guān)系，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，推進(jìn)智能化進(jìn)程。企業(yè)要順應(yīng)時展潮流，大力開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品，用信息化、自動化帶動企業(yè)經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)型，從粗獷型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧s型經(jīng)濟(jì)，節(jié)約生產(chǎn)成本，提升工作人員素質(zhì)，培養(yǎng)機(jī)電一體化人才，制定機(jī)電一體化整體營銷戰(zhàn)略，打造企業(yè)良好品牌。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號：TE65；TU712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-914X（2017）47-0207-01
引言
由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、信息化概念向自動化領(lǐng)域的滲透，使得自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對機(jī)電一體化發(fā)展產(chǎn)生重大影響。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)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。同時，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)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。
一、機(jī)電一體化在煤化工生產(chǎn)企業(yè)中作用
1、提高勞動效率；機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用使過去落后的生產(chǎn)方式得到極大的改變，大量新型自動化電子設(shè)備的使用徹底轉(zhuǎn)變了煤化工企業(yè)的作業(yè)模式，明顯降低了工人的勞動強(qiáng)度，大幅提升了勞動生產(chǎn)率，極大地提高了勞動效率。
2、提高了勞動安全保障；傳統(tǒng)的焦化工作環(huán)境非常惡劣，高負(fù)荷地工作會嚴(yán)重影響到操作工的身體健康和生產(chǎn)安全。采用機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行、運(yùn)輸、閥門的開啟等，不僅可以使操作工從繁重的體力勞動中解脫出來，而且減少去有毒有害場所的次數(shù)故能降低發(fā)生事故和危險的幾率，提高安全生產(chǎn)效率。
3、增加了經(jīng)濟(jì)效益和工人的勞動收入；焦化機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用使得焦炭的產(chǎn)量大幅提高，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同樣使工人的勞動收入有所提高，改善工人的生活質(zhì)量。煤化工企業(yè)的快速發(fā)展帶動了我市其它相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，對地方經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到積極的推動作用。
二、機(jī)電一體化技術(shù)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用
1.機(jī)電一體化技術(shù)在傳統(tǒng)國民經(jīng)濟(jì)中的作用。機(jī)電一體化技術(shù)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用將大大提高企業(yè)產(chǎn)品的競爭力，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對國家經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的推動作用。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)直接拉動著自動化制造裝備的整體需求。另一方面，新興技術(shù)發(fā)展刺激了新的技術(shù)裝備的發(fā)展，如信息、材料、生物等。還有戰(zhàn)略性可持續(xù)發(fā)展所迫切要求的特種高精尖自動化裝備的研究發(fā)展，如海洋、空間、地下資源開發(fā)，國防工業(yè)精密加工，微機(jī)電器件制造，等領(lǐng)域。所以，機(jī)電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)國民經(jīng)濟(jì)的影響是長期的、持久的，甚至是決定性的。
2.機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品的應(yīng)用。機(jī)電一體化在機(jī)械和電子行業(yè)的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，如數(shù)控機(jī)床（ONC系統(tǒng)）工業(yè)機(jī)器人等，此外，機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用于化工部門，能預(yù)先報警，減少停車事故造成的損失。減少電能和化工原料消耗，并提高產(chǎn)品質(zhì)量：應(yīng)用于電力部門，能提高發(fā)電輸電穩(wěn)定性，優(yōu)化電力分配并避免重大事故；應(yīng)用于生活方面，電子化家用器械減少了人們的家務(wù)勞動量；應(yīng)用于現(xiàn)代管理部門，自動化辦公機(jī)械大大提高了管理效率和輔助人們決策實施各種戰(zhàn)略方案。
3.機(jī)電一體化與企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在生產(chǎn)、管理等各個方面的現(xiàn)代化，由于機(jī)電一體化的出現(xiàn)，使得生產(chǎn)方式向“柔性”轉(zhuǎn)化，并向綜合（集成）自動化發(fā)展，使信息在生產(chǎn)經(jīng)營管理中的地位顯著增大。機(jī)電一體化產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得工廠自動化、辦公自動化和社會服務(wù)自動化成為現(xiàn)實。
在企業(yè)管理中，機(jī)電一體化就是將市場信息供需變化有機(jī)的結(jié)合起來，成為指導(dǎo)生產(chǎn)的依據(jù)，所以把信息的收集、分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)預(yù)測和經(jīng)營決策結(jié)合起來，用于指導(dǎo)生產(chǎn)、強(qiáng)化銷售和技術(shù)服務(wù)是保證企業(yè)常勝不衰的重要工作。
在未來的企業(yè)里，一流的機(jī)電一體化設(shè)備、機(jī)電一體化產(chǎn)品和機(jī)電一體化在管理中的應(yīng)用，將是企業(yè)進(jìn)步和發(fā)展的標(biāo)志。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
1.智能化
智能化是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(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)。誠然，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，則是完全可能而必要的。
2.系統(tǒng)化
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，同時尋求實現(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)，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機(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。一層是，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。
3.網(wǎng)絡(luò)化
早在20世紀(jì)90年代，計算機(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)、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏?。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。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。
4.模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(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(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
5.綠色化
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。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，綠色化是時代的趨勢。設(shè)計綠色的機(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，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
結(jié)語
機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法和設(shè)計概念發(fā)生著革命性的變化。其產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性。其發(fā)展趨勢是朝智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色化、系統(tǒng)化方面發(fā)展。
作者：許文裴
【關(guān)鍵詞】機(jī)電；自動化技術(shù)；機(jī)電控制
引言
隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷滲透到各個領(lǐng)域，從而出現(xiàn)了一些新的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)就是融合了多種科學(xué)發(fā)展而來的，包含了機(jī)電控制技術(shù)、機(jī)電自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等[1]。由此，在機(jī)電一體化進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要我們熟悉各個學(xué)科之間關(guān)系，只有這樣才能更好的實現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)。為了不斷的提高機(jī)電一體化水平，應(yīng)該對其進(jìn)行不斷的深入研究。使其在更多的領(lǐng)域與行業(yè)中發(fā)揮更大的作用。
1機(jī)電一體化的技術(shù)
1.1機(jī)械技術(shù)
機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)技術(shù)，主要是為適應(yīng)一體化技術(shù)的新技術(shù)、新概念，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)、材料、性能上的變更，有效地減輕重量、縮小體積，并且提高了有效剛度和精度，最終實現(xiàn)改善機(jī)械設(shè)備性能的目的。
1.2計算機(jī)技術(shù)
計算機(jī)技術(shù)在機(jī)電一體化中發(fā)揮著著重要的作用，尤其在信息的處理方面。計算機(jī)技術(shù)可以有效收集、保存、交換信息，并且還可以進(jìn)行有效地運(yùn)算、判斷以及人工智能管理。
1.3系統(tǒng)技術(shù)
應(yīng)用整體概念組織形式，應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局系統(tǒng)性目標(biāo)出發(fā)，有效地將總體進(jìn)行分解，然后對若干個功能單元進(jìn)行連接。機(jī)電接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中的一個重要內(nèi)容，可以通過機(jī)電接口技術(shù)將其系統(tǒng)的各部分統(tǒng)一的連接起來。
1.4自動控制技術(shù)
自動控制技術(shù)涉及的范圍較為廣闊，通常我們是在控制理論的指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，然后再進(jìn)行仿真模擬實驗，現(xiàn)場調(diào)試[2]。自動控制技術(shù)具有高度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自我診斷、校正、補(bǔ)償、檢索等功能，可以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的自動化控制。例如在完成某個特定的控制任務(wù)時，控制過程會按照設(shè)定的或者預(yù)想的目標(biāo)完成。
1.5傳感檢測技術(shù)
傳感檢測技術(shù)是整個系統(tǒng)的感受器官，可以實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的目的。同時系統(tǒng)的功能程序化強(qiáng)度可以隨著傳感檢測技術(shù)性能的變化而變化，
1.5伺服傳動技術(shù)
伺服系統(tǒng)主要是實現(xiàn)電信號和機(jī)械動作之間的轉(zhuǎn)換裝置和部件，通常有電動、氣動、液壓等類型。伺服傳動系統(tǒng)對機(jī)電一體化整個系統(tǒng)的動態(tài)性能、質(zhì)量以及功能具有決定性的影響作用。
2機(jī)電一體化的內(nèi)容
2.1機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，應(yīng)用機(jī)械、電子等有關(guān)技術(shù)，使機(jī)械、電子有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)，主要包括技術(shù)原理和使用機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個技術(shù)群（族）的總稱[3]。
2.2機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）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，機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）。主要是指機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與微電子系統(tǒng)（或部件）相互置換和有機(jī)結(jié)合，從而賦予新的功能和性能的新一代產(chǎn)品，有良好的人機(jī)協(xié)作關(guān)系。一個機(jī)電一體化的系統(tǒng)主要是由機(jī)械裝置、執(zhí)行裝置、動力源、傳感器、計算機(jī)這5個要素構(gòu)成。
2.3機(jī)電一體化工程是機(jī)械工程與電子工程的綜合集成，即給定機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）“目的功能”與“規(guī)格”后，機(jī)電一體化技術(shù)人員利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計、制造的整個過程體系。機(jī)電一體化工程是系統(tǒng)工程在機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中的具體應(yīng)用。
2.4機(jī)電一體化思想體現(xiàn)了“系統(tǒng)設(shè)計原理”和“綜合集成技巧”。系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。從某種意義上講、機(jī)電一體化思想相當(dāng)于“一體化”思想。它帶來了諸如光電機(jī)一體化、機(jī)電液一體化、科工貿(mào)一體化、人機(jī)一體化等技術(shù)及其產(chǎn)品。
3機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢與應(yīng)用
3.1智能化
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化已經(jīng)成為各行各業(yè)所追求的目標(biāo)。而機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也不例外。機(jī)電一體化智能化的體現(xiàn)，主要是要求機(jī)電產(chǎn)品具有一定的智能作用，可以具有人類的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。尤其是當(dāng)前制造自動化水平的不斷提高，會出現(xiàn)越來越多的智能制造系統(tǒng)，進(jìn)一步來實現(xiàn)人類的制造活動。例如在數(shù)控機(jī)床上增裝人際對講功能，以I/O接口智能數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)操作、使用、維護(hù)帶來的方便[4]。
3.2模塊化
目前，機(jī)電一體化產(chǎn)品和技術(shù)主要可以分為機(jī)械、電子和軟件三大類型。模塊化的技術(shù)是融合了這三種技術(shù)地產(chǎn)物。模塊化技術(shù)不僅可以有效降低產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)成本，而且可以提高產(chǎn)品的通用化程度，提升產(chǎn)品的可裝配性、可維修性以及可擴(kuò)展性。從目前我們應(yīng)用的電器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化效果來看，機(jī)電一體化技術(shù)的已經(jīng)成為機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
3.3網(wǎng)絡(luò)化
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各行各業(yè)都受到了巨大的影響，尤其是當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3.4微型化
微型化指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢，向微米、納米級發(fā)展。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。3.5綠色化
機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，不污染生態(tài)環(huán)境并能回收利用。工業(yè)的發(fā)展使得物質(zhì)豐富，生活舒適的同時也導(dǎo)致資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。綠色產(chǎn)品概念在這種矛盾環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時代的要求與趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、生產(chǎn)、使用和銷毀的過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率和回收率極高。設(shè)計綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途[5]。
3.6數(shù)字化
控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計、計算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。
3.7光機(jī)電一體化
在機(jī)電一體化的基礎(chǔ)上應(yīng)用光學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)光機(jī)電一體化的發(fā)展。光學(xué)技術(shù)具有其獨特的先天優(yōu)勢，可以改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感、能源和信息處理系統(tǒng)，這將成為未來機(jī)電行業(yè)發(fā)展的主要方向。
4結(jié)語
機(jī)電一體化技術(shù)的實現(xiàn)，是時展的必然產(chǎn)物，尤其是電子技術(shù)的不斷成熟，極大的推進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展和形成。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品功能和質(zhì)量的不斷提高，并且在各個方面均表現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。由此，未來機(jī)電一體化產(chǎn)品具有更好的發(fā)展前景。
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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)來更新概念，實現(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)中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
4.自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(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.傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。
6.伺服傳動技術(shù)：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
二、機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程
1.數(shù)控機(jī)床問世：自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。
2.微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
3.可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用于工業(yè)：上世紀(jì)60年代后期，美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種Modular DigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業(yè)獲得大量應(yīng)用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術(shù)。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進(jìn)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(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實上的標(biāo)準(zhǔn)；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng)，正隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運(yùn)用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。
4.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，對于國家經(jīng)濟(jì)、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。
三、機(jī)電一體化向智能化邁進(jìn)
20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。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，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時，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)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。未來機(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)。
2.網(wǎng)絡(luò)化：20世紀(jì)90年代，計算機(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，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3.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。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。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。
4.綠色化：機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。
5.系統(tǒng)化：其表現(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，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征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，即未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。一是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機(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。
結(jié)束語：
當(dāng)然，機(jī)電一體化的發(fā)展不是孤立的，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并隨著科學(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)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。
關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化 核心技術(shù) 發(fā)展趨勢
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、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。
1 機(jī)電一體化的核心技術(shù)
1.1 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)來更新概念，實現(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。
1.2 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)技術(shù)均屬于計算機(jī)信息處理技術(shù)。
1.3 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)中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
1.4 自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(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。
1.5 傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。
1.6 伺服傳動技術(shù)：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
2 機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程
2.1 數(shù)控機(jī)床問世：自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。
2.2 微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
2.3 可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用于工業(yè)：上世紀(jì)60年代后期，美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種Modular DigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業(yè)獲得大量應(yīng)用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術(shù)。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進(jìn)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(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實上的標(biāo)準(zhǔn)；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng)，正隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運(yùn)用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)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(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)為首的光技術(shù)是未來信息技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料、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)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，對于國家、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。
3 機(jī)電一體化向智能化邁進(jìn)
20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。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，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)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)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。未來機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向有：
3.1 智能化：是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(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)、機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心、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)。
3.2 網(wǎng)絡(luò)化：20世紀(jì)90年代，計算機(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，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3.3 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。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。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。
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)點和著眼點不盡相同，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。這一時期，計算機(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)展時期。
計算機(jī)數(shù)控機(jī)床（CNC）是一種由計算機(jī)或?qū)Ｓ秒娮佑嬎阊b置控制的高效自動化機(jī)床。它綜合應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)、自動控制、精密測量和機(jī)械設(shè)計等方面的最新成就，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)計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，其特點是子系統(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，同時要求實現(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
