機(jī)電工程技術(shù)及一體化發(fā)展趨勢

司振濤

摘要：機(jī)電工程技術(shù)通常是指機(jī)械與電氣控制工程結(jié)合，研究機(jī)械設(shè)備及其電力驅(qū)動(dòng)與控制的方法。從20世紀(jì)中葉以來，隨著微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其廣泛應(yīng)用，人類進(jìn)入了電子時(shí)代、計(jì)算機(jī)時(shí)代。半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，促進(jìn)了微電子科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透，由此產(chǎn)生了機(jī)械電子工程。計(jì)算機(jī)控制和電子控制已經(jīng)成為當(dāng)前實(shí)現(xiàn)機(jī)械控制的主要方式，在這種形勢下，機(jī)電一體化技術(shù)開始出現(xiàn)在人們的視野中，并發(fā)展得越來越快。它從根本上改變了機(jī)械制造業(yè)的面貌，提高了機(jī)電產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力。本文將以機(jī)電一體化技術(shù)為主題展開探討，揭示其發(fā)展趨勢，因此具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)電工程；一體化；電氣

1 機(jī)電一體化的優(yōu)越性

1.1 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。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、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。

1.2 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，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動(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。

1.3 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，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(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。

1.4 具有復(fù)合功能并且適用面廣。機(jī)電一體化產(chǎn)品跳出了機(jī)電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)化程度大大提高。

1.5 調(diào)整和維護(hù)方便。機(jī)電一體化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時(shí)，可通過改變控制程序來實(shí)現(xiàn)工作方式的改變，以適應(yīng)不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。機(jī)電一體化產(chǎn)品的自動(dòng)化檢驗(yàn)和自動(dòng)監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動(dòng)采取措施，使工作恢復(fù)正常。

2 機(jī)電一體化的核心工程技術(shù)

2.1 機(jī)械本體工程技術(shù)。機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。

2.2 傳感工程技術(shù)。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。

2.3 信息處理工程技術(shù)。機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備（特別是微型計(jì)算機(jī)）的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。

2.4 驅(qū)動(dòng)工程技術(shù)。電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動(dòng)單元。

2.5 接口工程技術(shù)。為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設(shè)計(jì)。目前，工程技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。

2.6 軟件工程技術(shù)。軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

3 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 人工智能化。人工智能化即讓機(jī)器具有能夠模仿人類思維和決策的能力，從而更正確、高效的到達(dá)目的。在當(dāng)今現(xiàn)代化社會(huì)，機(jī)電一體技術(shù)的發(fā)展趨勢必然是向人工智能化方面發(fā)展。當(dāng)然，機(jī)電一體化技術(shù)向人工智能化方面發(fā)展，并不代表機(jī)電一體化產(chǎn)品就完全具備人的智能，甚至取代人類，其主要目的就是為了能緊跟時(shí)代發(fā)展需求，以此更好的造福社會(huì)和人民群眾。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在社會(huì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ钪兴鸬降淖饔迷絹碓街匾?。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)興起和應(yīng)用，導(dǎo)致了信息大爆炸時(shí)代的出現(xiàn)，各種消息僅需極短的時(shí)間就能傳遞到世界各地，同時(shí)也使得全球經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的更為緊密，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了全球經(jīng)濟(jì)一體化。機(jī)電一體化技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，所帶來的改變可謂是天翻地覆，試想機(jī)電一體化技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化，一旦研制出新的機(jī)電產(chǎn)品，通過網(wǎng)絡(luò)傳播在很短的時(shí)間內(nèi)就能在全球范圍內(nèi)進(jìn)行暢銷，這樣不僅節(jié)省了大量宣傳費(fèi)用，還大大拓寬了宣傳范圍，可謂一舉數(shù)得。

3.3 微型精密化。微電子技術(shù)的出現(xiàn)使得機(jī)電一體化的發(fā)展產(chǎn)生了巨大變革。微電子技術(shù)是基于微電子機(jī)械系統(tǒng)的一種技術(shù)，主要指幾何尺寸小于1厘米的機(jī)電一體產(chǎn)品，并不斷向微米、納米方向發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品主要具有體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)十分靈活等特點(diǎn)，在社會(huì)發(fā)展中具有非常重要的作用，尤其是在醫(yī)療、軍事方面，有著極為強(qiáng)大的功能，例如在醫(yī)療方面，其所具備的特點(diǎn)能幫助醫(yī)生更好的完成一些復(fù)雜的、風(fēng)險(xiǎn)較高的內(nèi)科手術(shù)。當(dāng)前，機(jī)電一體化超精密技術(shù)主要包括光刻技術(shù)與蝕刻技術(shù)兩種。

3.4 產(chǎn)品綠色化。綠色、環(huán)保、節(jié)能是現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展一直提倡的宗旨，亦是人們?nèi)罕姽餐P(guān)注和熱議的話題之一?，F(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢就是綠色化，保護(hù)自然環(huán)境，合理利用自然資源等，并且對于許多產(chǎn)品也要求其轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色產(chǎn)品。工業(yè)發(fā)展推動(dòng)了人類社會(huì)的進(jìn)步，高新科技、高檔住宅為人類提供了舒適的生活，但同時(shí)也在不斷消耗自然資源，破壞生態(tài)環(huán)境。在人們充分認(rèn)識到發(fā)展工業(yè)的同時(shí)應(yīng)盡量提倡綠色、環(huán)保、節(jié)能，綠色產(chǎn)品概念隨之應(yīng)運(yùn)而生，可以說產(chǎn)品綠色化是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。

4 結(jié)語

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機(jī)電工業(yè)的新鮮血液和源動(dòng)力，又是開啟機(jī)電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。機(jī)電一體化是許多科學(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和產(chǎn)物。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)的發(fā)展前景也將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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[2]姜新嘉.淺析機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].電子制作，2013，08：231.

（作者單位：河南中能建設(shè)工程有限公司）