机电一体化的应用与发展趋势

高艳红

（陕西省理工学校，陕西 西安 710054）

机电一体化的应用与发展趋势

高艳红

（陕西省理工学校，陕西 西安 710054）

文章在研究机电一体化技术现状和发展背景的基础上,进而得出机电一体化的构成和应用领域，最后对机电一体化技术予以展望。

机电一体化；应用；发展趋势；技术

1 机电一体化的发展进程

当前我国在机电一体化的任务一方面是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一方面大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。经过多年来的努力，我国机电一体化技术已经取得了巨大的发展，正在加快赶超国际先进的步伐。回顾机电一体化的发展历程，可从以下3个阶段进行阐明。

20世纪60年代以前为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合,出现了许多性能相当优良的军事用途的机电产品。这些机电结合的军事用途的技术,在战后转为民用,对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。

20世纪70～80年代为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

到了20世纪80、90年代，大规模集成电路和微型电子计算机技术的迅速发展，使机电结合形式更加灵活、内容更加丰富、应用更加广泛，因而在以机械工业为主的传统产业中引发了一场大规模的机电一体化技术革命。

2 机电一体化技术的构成与应用

（1）机电一体化技术的构成。①机械本体部分——就像人体的身躯骨架，它是系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械连接等。②传感器部分——就像人的眼、鼻、耳、口等感觉器官，将系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别的信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。③控制及信息处理部分——犹如人的大脑指挥和控制全身运动并能记忆、思考和判断问题一样，将来自各传感器的检测信息集中、存储、分析、加工，并根据信息处理的结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的的运行。它一般由计算机、可编程序控制器、数控装置以及逻辑电路、A/D与D/A转换、I/O（输入输出）接口和计算机外部设备等组成。

（2）机电一体化技术的主要应用领域。①计算机集成制造系统(CIMS)。CIMS的实现是全局动态最优综合，它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好地优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。②数控机床。③数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：采用多CPU、多主总线的体系结构；硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准；WOP技术和智能化；大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了 CNC系统的控制功能。④柔性制造系统(FMS)。柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件。⑤工业机器人。第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，以开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。

3 机电一体化的发展趋势

（1）智能化。这里所说的“智能化”是在控制理论的基础上，吸收人工智能、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新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。随着全数字式现场总线技术为代表现场控制仪表、设备大量应用，使得传统的现场控制技术及现场控制设备发生了巨大的变化。电子技术的飞速发展及在机械上的广泛应用，使得机械设备的智能化程度越来越高，且操作便利性、安全性、燃油经济性都得到了大幅提高。

（2）网络化。网络技术的兴起和飞速发展给机电一体化技术带来了重大影响。各种网络将全球经济、生产连成一片，机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到、质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。

（3）绿色化。工业的发展使得资源减少，生态环境受到严重污染，绿色化成了时代的趋势，产品的绿色化更成了适应未来发展的一大特色。绿色机电一体化产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高，使用时也不污染生态环境，报废后又能回收利用。

（4）微型化。微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。因此在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。

（5）模块化。机电一体化产品和技术可分为机械、电子和软件三大部分。模块化技术是这三者的共同技术。模块化技术可以减少产品的开发和生产成本，提高不同产品间的零部件通用化程度，提高产品的可装配性、可维修性和可扩展性等。融合机械、电子和软件三大部分的机电一体化模块代表了未来产品的发展方向，具有高度自主性、良好协调性和自组织性的特点。

综上所述，机电一体化已经显示出了强大的生命力，并正以空前的速度和力度冲击着传统的技术思想、生产方式和方法以及传统的机电产品和产业结构。与机电一体化相关的技术还有很多，随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京:科学出版社,2004.

[2]曹新生.析机电一体化技术的发展趋势[J].职大学报，2009，（6）.

A Introduction of the Application and Development Tendency of ElectromechanicalIntegration

GAO Yan-hong
(Shaanxi polytechnic school,Xi'an,Shaanxi 710054,China)

Based on the current status and development background ofelectromechanical integration technology,this paper concluded the constitution and application fields of electromechanical integration,finally,it made a prospect on electromechanical integration technique.

electromechanical integration;application;development trend;technology

TH-39

A

2095-980X（2015）04-0058-02

2015-02-15

高艳红（1985-），女，山西原平人，大学本科，主要研究方向：机械设计制造及其自动化。