機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)研究

李雪飛

【摘 要】機(jī)電一體化是繼機(jī)械設(shè)備和電子技術(shù)一體化之后的一個(gè)統(tǒng)稱。機(jī)電一體化在機(jī)械設(shè)備中的深入應(yīng)用可以使機(jī)械設(shè)備在性能控制和信息處理等各個(gè)方面更加智能化和自動(dòng)化。作為一種機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)，機(jī)電一體化是基于現(xiàn)代技術(shù)的集成，如機(jī)電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)。目前，機(jī)電一體化具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性和相對(duì)獨(dú)立性。很大一部分高職院校把機(jī)電一體化技術(shù)作為一門新興學(xué)科來(lái)教授和培養(yǎng)許多高素質(zhì)的機(jī)電一體化技術(shù)和應(yīng)用型人才，為我國(guó)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展極大地促進(jìn)了不同學(xué)科的交叉和滲透以及工程領(lǐng)域的技術(shù)變革和革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展以及其滲透到機(jī)械工業(yè)中形成的機(jī)電一體化，機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和組成、生產(chǎn)模式和管理系統(tǒng)都發(fā)生了巨大的變化，使得工業(yè)生產(chǎn)從機(jī)械電氣化發(fā)展到以機(jī)電一體化為特征的發(fā)展階段。

1機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）絕大多數(shù)的制造業(yè)領(lǐng)域都有機(jī)電一體化產(chǎn)品，在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，機(jī)電一體化產(chǎn)品遍及絕大多數(shù)的制造業(yè)領(lǐng)域，其中數(shù)控機(jī)床和工業(yè)智能機(jī)器人是這些國(guó)家的主要機(jī)電一體化產(chǎn)品，其中的數(shù)控機(jī)床在機(jī)床領(lǐng)域中所占的比重越來(lái)越大，而工業(yè)智能機(jī)器人也將逐步進(jìn)入管理、辦公、家庭和娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域，具有非常廣闊的發(fā)展前景。在數(shù)控機(jī)床方面，目前數(shù)控機(jī)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(jí)機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.005μm ～0.01μm，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。在工業(yè)機(jī)器人方面，目前日本的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)量占全世界工業(yè)機(jī)器人的70%左右，與工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的專利則有90%以上掌握在日本企業(yè)手中。由此也可以看出，日本是名副其實(shí)的機(jī)器人王國(guó)。美國(guó)、德國(guó)分別居二、三位。（2）機(jī)電一體化開(kāi)始逐步向集成化的方向發(fā)展，CIMS，即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，它突破了原有制造業(yè)各部門之間的界限，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)制造企業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)備、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、經(jīng)營(yíng)決策等各個(gè)環(huán)節(jié)的有效整合，在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的作用下，當(dāng)前的世界制造業(yè)開(kāi)始逐步向集成化的方向發(fā)展。（3）激光技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用，激光技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用，將使光機(jī)電一體化成為機(jī)電一體化技術(shù)重要的發(fā)展方向。

1.2國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）數(shù)控技術(shù)方面，我國(guó)對(duì)數(shù)控技術(shù)的研究起始于1985年，經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，我國(guó)目前已經(jīng)基本掌握了數(shù)控技術(shù)的核心技術(shù)，相關(guān)的數(shù)控技術(shù)產(chǎn)品也越來(lái)越多的出現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)中。（2）工業(yè)機(jī)器人方面，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究開(kāi)始于1986年，目前，已經(jīng)掌握了機(jī)器人的軟件編程、控制系統(tǒng)以及操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造等技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出了能夠進(jìn)行水下作業(yè)施工的多種工業(yè)機(jī)器人。（3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面，經(jīng)過(guò)近些年的潛心研究，我國(guó)在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面已經(jīng)有了較快發(fā)展。其中，已經(jīng)在包括清華大學(xué)在內(nèi)的多數(shù)著名高校內(nèi)建成了國(guó)家CIMS技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、工程研究中心以及相關(guān)的CIMS培訓(xùn)中心。

2機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

2.1數(shù)字化

微控制器及其發(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(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，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)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(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。網(wǎng)絡(luò)化20世紀(jì)末，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展給世界帶來(lái)了巨大的變革，同樣也給機(jī)電一體化技術(shù)以重大影響，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。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，例如當(dāng)代數(shù)控機(jī)床配裝的CNC系統(tǒng)不少具有以太網(wǎng)接口，可以直接連入企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的集成，當(dāng)然進(jìn)一步還要通過(guò)企業(yè)的主干通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)級(jí)的ERP等系統(tǒng)的集成。在此基礎(chǔ)上，再通過(guò)因特網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化了。此外，基于PC的CNC系統(tǒng)連接調(diào)制和通訊軟件，還能借助因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷?？梢?jiàn)遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

2.2人性化

近幾年，處理器速度的飛速提高和微機(jī)的高性能化，為嵌入智能控制算法（專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及其混合技術(shù)等）創(chuàng)造了條件，再加上傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化，有力地推動(dòng)著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展，使其具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力。智能化發(fā)展的結(jié)果出現(xiàn)了智能機(jī)器人、智能醫(yī)用器械、智能探測(cè)儀等等。智能機(jī)器人可以獲取、處理和識(shí)別多種信號(hào)，自主地完成較為復(fù)雜的操作任務(wù)，比一般工業(yè)機(jī)器人具有更大的靈活性、機(jī)動(dòng)性和更廣泛的用途。在本世紀(jì)，具有像人的四肢、靈巧的雙手、雙目視覺(jué)、力覺(jué)及觸覺(jué)感知功能的仿人型智能機(jī)器人必將被研制出來(lái)。

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

2.3光機(jī)電一體化

光機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面：光機(jī)電一體化產(chǎn)品是集光學(xué)、機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有很高功能和附加值；產(chǎn)品具有體積小、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、操作更方便的特點(diǎn)。光機(jī)電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使光機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)，使用和發(fā)展的技術(shù)。只要合理采用這種技術(shù)，便能夠產(chǎn)生很高的功能水平和附加價(jià)值，給生產(chǎn)商和用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。光機(jī)電一體化的未來(lái)技術(shù)熱點(diǎn)主要包括：激光技術(shù)、激光快速成型技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)以及光能驅(qū)動(dòng)技術(shù)。比如說(shuō)激光打孔、刻槽、標(biāo)記、光化學(xué)沉積，還可以制造光制動(dòng)器和光機(jī)器人等。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也將不斷進(jìn)步和發(fā)展，并逐步利用各個(gè)學(xué)科等方面的最新成果發(fā)展，以采用微電子技術(shù)和智能化、網(wǎng)絡(luò)化、環(huán)保化的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張漢初.淺析機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車技術(shù)，2008（11）.

[2]石美峰.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考[J].山西焦煤科技，2007.