我国机电一体化的发展探究

陈德光

(中冶宝钢技术服务有限公司,上海 201900)

我国机电一体化的发展探究

陈德光

(中冶宝钢技术服务有限公司,上海 201900)

科学技术不断发展,计算机技术也被广泛应用于各个行业,促使机电一体化技术在企业中国得到了普遍应用。在出现机电一体化之后,生产从机械电气化转化为机电一体化,推动了企业生产和产品的进步,也表现出了一定的优越性。本文主要介绍机电一体化技术的组成和特点、探究其在国外和国内的发展情况,并分析了机电一体化技术的发展趋势。

机电一体化 特点 组成 发展情况 发展趋势

机电一体化，也称作机械电子工程。目前已经进入知识经济时代，知识的普及和信息的传播更加快捷。由于机械工程行业开始广泛应用计算机技术和微电子技术，产生了机电一体化，并潜移默化的改变了生产方式、工程以及构成等。

1 机电一体化概述

在1971年杂志中第一次出现机电一体化的概念，然后机电一体化快速发展并得到广泛应用。机电一体化是新兴的交叉学科，也就是将电子器件的控制功能附加和信息处理或者是融合在机械装置中的复合技术。机械在应用机电一体化技术之后，不再仅仅具有机械化的特点，同时具备智能化和人性化特点，促使机械结构更加简单，提高了自动化水平。机电一体化包括多种技术：机械技术、信息技术、微电子技术、传感器技术等，并且在实践中发挥了很大的作用。

机电一体化系统主要由结构组成要素、感知组成要素、动力组成要素、运动组成要素、智能组成要素五大组成要素构成。结构组成要素指的是机械本体，支撑系统的功能；感知组成要素指的是传感的测试，检测参数以及状态；动力组成要素指的是动力驱动，供应能量；运动组成要素指的是执行机构，以指令为依据执行和动作；职能组成要素指的是控制和信息处理，控制系统运行。

机电一体化具有智能化、模块化和系统化的特点。从智能化角度来看，信息技术和模糊技术的快速发展提高了其智能化水平，在很大程度上不同于传统机械自动化。因为其增加了人工智能的机械，具有更高的效率和精度。最近几年，优化了微机的性能，提高了处理器的速度，所以机电一体化更加智能。以模块的角度来看，它是机电一体化重要工程的发展趋势。以系统化角度来看，应用模式化和开放化的总线结构改变了系统的结构，促使系统更加灵活、协调和易管理。综上所述，机电一体化具有高精度、高性能、高效率、更强可编程适应性，促使控制变得更加复杂。

2 机电一体化的发展情况

2.1 国外机电一体化的发展

国外机电一体化的发展主要分为初级阶段、第二阶段、第三阶段。初级阶段指的是20世纪60年代之前，人们开始逐渐应用电子技术，所以被广泛应用。第二个阶段，机电一体化产品以及技术发展迅速。第三个阶段，各个国家非常关注节电一体化。比如日本，日本在1989年第一届国际先进机电一体化会议中，讨论了机电一体化的发展，并制定了其发展的具体计划。国外机电一体化发展的一个重要因素是可以应用于各个制造领域，并从单机发展到制造产业的集成化。

2.2 国内机电一体化的发展情况

电子计算机技术、通信技术和自动化控制技术的迅速发展为我国研究和应用机电一体化技术打下了基础，加强了机械和电子技术的融合水平。尤其是在我国完成微型计算机、大规模集成电路产品的研发和上市之后，进一步推动了机电一体化的发展。我国从20世纪80年代开始正式研究机电一体化技术，国务院将其列入“863”计划的一个重点项目，同时成立了专门的机电一体化技术研发领导小组。同时，在制定“九五”规划以及2010年发展纲要时，尤其指出加快机电一体化技术发展的重要作用和详细实施措施。我国很多科研机构、高等院校、生产企业针对这方面也做了研究，在一定程度上推动我国机电一体化的发展。我国机电一体化技术在20世纪90年代进入快速发展阶段。机电一体化技术研发融入光学、通信、电子等现代技术，尤其是逐渐应用微细加工技术，推动新型技术，例如光机电一体化、微机电一体化等的发展。设计、集成和分析机电一体化系统开始向智能化发展，并且深入研究这一边缘学科体系。此外，机电一体化广泛应用光纤技术、神经网络技术、人工智能技术等，拓展了发展空间和完善了其科学体系。

3 机电一体化的发展趋势

工业在我国社会发展和经济建设中发挥着重要作用，并且推动了工业机械制造产业的技术升级。机电一体化的发展重点是研发以及应用微电子技术和电力电子技术，尤其是应用微型计算机和微处理器。我国机电一体化当前向着智能化、集中控制化、网络化、微型化和绿色化发展。

3.1 机电一体化的智能化发展趋势

我国机电一体化的一个重要发展趋势是智能化，可以充分展现机电一体化产品“全息”特点。智能化指的是系统描述工业机械本身行为，可以进行逻辑思维、推理判断和自主决策等。机电一体化技术的智能化相对于传统技术，以现代机械控制理论为基础，和人工智能、计算机科学、心理学等先进技术和思想相融合，利用最新的芯片技术和模糊技术。机电一体化技术的智能化重视产品整体的性能，当前已经开发研发智能机器人、新型微波炉等，通过智能化处理产品控制系统，不断提高产品的性能。

3.2 我国机电一体化技术向集中监控化发展

在设计机电产品时逐渐广泛应用集中监控化技术，促使设备更好的运行，并良好维护设备。集中监控系统相对于传统机电产品控制系统更加重视统一处理各部分功能，也就是利用中央监控系统监控设备运行的整个过程，及时发现系统故障，有效处理发现的故障。机电一体化技术尤为注重安全管理机电设备和安全运行设备，通过不断升级技术，推动机电设备监控系统的集成化发展。

3.3 我国机电一体化技术向网络化发展

当前不断更新换代计算机产品，也不断发展网络技术，我国机电一体化技术从20世纪90年代融合网络技术，并且获得了一定成果。在21世纪到来之后，网络技术推动了各种远程监控技术不断发展，并且应用于机电一体化产品中，进一步推动了机电一体化技术的发展。因此我国机电一体化技术的网络化发展在提高产品安全性和完善产品性能方面发挥着重要作用。

3.4 机电一体化技术的微型化发展

蚀刻技术是半导体器件制造的一个基本技术，我国科研人员已经应用此技术成功制造出“亚微米级”的微型化机械元件。将此应用于机电一体化产品之后不再需要区分机械和控制部分，而是完全融合机械和电子各部分零件，尤其是将传感器、CPU等关键部分集于一体，不断缩小机电一体化产品体积。当前，我国已经研究和生产了一系列微机电一体化产品，其体积小于1立方厘米，并且逐渐发展到微米级和纳米级。比如，将微机电产品应用于军事、通讯、生物医疗等产品中，可以消耗更少的能量，占用更小的空间，并更加灵活的运动等，所以逐渐广泛应用于各个领域和行业。可是我国当前研发机械技术、超精密技术的水平比较低，这是我国研究中需要突破的重点。

3.5 我国机电一体化技术向绿色化发展

当前，人们不断提高环保意识，追求绿色产品，人们当前生活追求低碳节能生活。所以，将来机电一体化产品也要顺应这一趋势，促使产品在设计、制造和使用环节满足法定的环保要求，不危机人们的生命健康，不破坏生态平衡，并且在产品达到使用寿命之后也可以进行回收和利用。

3.6 应用PLC技术

PLC指的是可编程逻辑控制器，具有的功能有逻辑控制、数字量化智能控制、数据采集、监控等。当前，我国设计的机电产品，PLC都配有算数运算和A/D以及D/A转换功能，有些高精密机电产品甚至有PID功能，闭环控制模拟量。在控制机电产品的运动和速度方面，应用PLC技术输出和接受高脉冲，同时配有对应的传感器和伺服设备。机电产品控制系统在应用PLC技术之后可以智能控制数字量，在同时应用PLC技术和可编程序端设备之后，可以实时采集和现实数据，促使设备管理人员及时统计和分析各种数据，进而应用PLC自检信号监控机电产品系统。机电一体化技术在应用PLC技术之后提高了产品的通信功能，更好的控制运动和顺序、联网通信、处理数据等。

4 结语

当前，我国机电一体化技术取得了一定的成就，可是相对于发达国家还是比较落后。我国当前经济和社会发展迅速，其中现代工业和机械制造业的发展更为明显，研究机电一体化技术是非常重要的，推动我国不断向工业大国发展。我国机电一体化的发展趋势是智能化、集中控制化、网络化、微型化和绿色化，将会给人们的生产和生活带来很大便利。而在发展机电一体化技术的过程中，也要重视引入和研究新型技术，对当前的技术格局进行改善，更快的达到国际技术水平。

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