基于机电一体化概述的核心科技应用与走势分析

王捍东

(秦皇岛市富阳热力有限责任公司，河北 秦皇岛 066000)

随着现代科学技术的突飞猛进，不同应用科技领域彼此互相交叉与渗透，有力地推动了相关与不相关应用领域的彼此伺服与协同，促进了完全自动化的实现。在机电系统工程领域，由于微电子技术和信息技术的交叉渗透，日渐融合出信息处理功能和控制功能上上的应用突破，使机电功能迈入了信息控制与功能处理领域，使“机械电气化”迈入以“机电一体化”时代。

一 机电一体化的本质特征

在现代应用科技条件下，机电一体化已经成为一门有着自身完善体系的新型学科，它的基本特征可以表述为:基于系统原理，从系统角度出发，协调运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，本着功能目标的实现，科学设置功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现系统功能价值，并使整个工程技术或产品达到最优化。基于上述完善系统环境下的整体功能或者整体产品，被称为机电一体化系统或机电一体化产品。

机电一体化涉及到诸多科技领域，但这种系统化领域不是简单的个别领域的相加，而是基于系统学角度下的群体技术的有机融合，其中的微电子装置不仅具有性能完备的机械功能，还具有信息化处理功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等，在一定程度上，微电子装置不仅是机械化、也是智能化的结晶。整体来说，机电一体化产品是机械力与智力的结合，它既是人的手臂的延伸，也是人的智慧的拓展，智能化使机电一体化的本质特征。

二 基于系统学角度的机电一体化核心技术

归根结底，机电一体化技术使机械技术与智能技术的系统化融合，基于多功能、高质量、高可靠性、低能耗的系统学角度，机电一体化应用需要多学科新型科技的有效协同。

首先是机械技术。机械技术使机电一体化技术的基础和载体。机械技术的核心不在于动力传动，而在于如何协作与机电一体化的需求，从结构、材料以及性能等多角度满足高性能、高精度的需求。其次是信息科技应用技术。在机电一体化条件下，网络技术、信息获取和共享技术已经成为后沿，其着重追求的是信息的运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术等智能化处理技术。再次是系统技术。基于系统学角度，从整体功能的最佳发挥为系统学要求，在此基础上，将总体功能分解成相互关联的若干功能单元，并确保各个单元功能协调运作，从而产业整体功能的最大化。系统技术的最佳效果是系统仿真、完全自动化的实现。最后是传感检测技术。传感检测技术使机电一体化系统技术的感测调节器，是系统的感受器官，其目的是为了实现自动调节。其功能越强，系统的自动化程度就越高。

另外还有一个伺服传动技术。伺服系统的全部功能在于将信息信号转换为机动，它处于智能与动能转换的关键环节，对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

三 机电一体化的历史承脉与未来发展

1.机电一体化的历史发展

自发阶段。这个阶段处于二战结束之后至上世纪六十年代，又称为初始阶段。处于自发阶段的发展，人们的初衷在于完善机电产品的性能，利用微电子技术实现机械产品的更高、更尖端的性能需求。基于二战的一些兵器技术，人们开始将军用技术转为民用，此时的研制和开发从总体上看还处于自发状态，由于受限于微电子技术的局限，其智能化程度很低，系统水平不高，其产品也无法大量推广。

发展阶段。这个阶段处于上世纪六十年代到上世纪末。这个时期，现代通信技术、计算机技术、控制技术为其发展奠定了基础。东西方各国都预见到了一体化进程所带来的生产力飞跃以及所形成的巨大利润空间，因此，从政策与资金等多角度给与了极大的支持，给一体提供了充分的国家支持。其巨大成果是PLC的出现。它代表着机电一体化的成熟期。

深入发展期。这个阶段处于本世纪初至今。以PLC技术为标志，本世纪的深入发展，以空间和网络技术未突破，实现了智能化技术的革命。其特征是基于现场总线网络的体系结构，开放的通信接口，实现智能化的空间传输;同时统一标准，使处于不同领域平台的PLC和DCS在计算技术、通信技术和编程技术的支持下，趋向于建立同一硬件平台，实现统一的系统化。

目前，随着激光技术、模糊技术的应用:以激光技术为首的光电子技术有着广阔的发展前景，机电一体化正在光机电一体化和微机电一体化的分支阶段。

2.机电一体化的未来走势

目前，人类科技的热点已经转向人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等新型领域，这又为机电一体化技术开辟了广阔的发展前景，未来发展，必然借助于此类新型科技，形成自身特有的发展走势:

高级智能化:随着现代边缘科学的发展，人工智能学、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等边缘学科已进入生产应用领域。机电一体化与边缘科学的有机结合，必然使一体化智能程度更高，在模拟人类智能方面，将具有相当程度的判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，这是机电智能化发展的一个显著方向。

系统模块化:以系统功能为特征的机电一体化体系将不再是一个不可分割的整块。随着模块化技术的发展，系统的组合将是模块的有机结合，并起可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。其中，模块化是一项重要而艰巨的工程，它是系统模块化和模块化系统的关键。

系统微型化:基于系统化的智能机电产品，将不再是多元器件组合。一体化产品向微型机器和微观领域发展的趋势。其未来延伸的领域将涉及生物医疗、军事、信息等方面。

另外，环境保护是当前的热点。机电一体化产品的环保化、绿色化也是未来趋势之一，将以符合特定的环境保护和人类健康为标准，减少生态危害。