浅析机电一体化的未来发展趋势

肖云飞

（身份证号：132530198004150018）

浅析机电一体化的未来发展趋势

肖云飞

（身份证号：132530198004150018）

本文探讨了机电一体化技术的发展历程与构成、优势，并展望了机电一体化的未来发展趋势。

机电一体化；智能；绿色；微型

1　机电一体化产品的构成

（1）机械本体：机身、框架、机械联接等产品支持机构，实现构造功能。要求：可靠、小型、美观。

（2）动力驱动：提供能量，转换成需要的形式，实现动力和驱动功能。要求：效率高、可靠性好。

（3）检测传感装置：检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能。要求：体积小、精度高、抗干扰。

（4）控制与信息处理：处理、运算、决策，实现控制功能。要求：高可靠性、柔性、智能化。

（5）执行机构：包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的动作，实现主功能。高性能、高精度、高效率。

2　机电一体化的发展趋势

2.1智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，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。

2.2模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。

2.3仿生物系统化

今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。

2.4光机电一体化

一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。

2.5自律分配系统化——柔性化

未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

2.6微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。近十余年来，微机电系统，作为机电一体化技术的新尖端分支而倍受重视，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。微机电系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，发展难点在于微机械并不是简单地将大尺寸的机械按比例缩小，由于结构的微型化，在材料、机构设计、摩擦特性、加工方法、测试与定位及驱动方式等方面都产生了一些特殊问题。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，可进入一般机械无法进入的空间，并易于进行精细操作，因此在生物医疗、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。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

2.7绿色化

机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。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。如果我们把机械产品和制造机械产品的机械装置统称为机械系统，则机电一体化技术产品的功能可归结为：提高机械系统的性能，完成传统机械系统不能完成的功能；提高机械系统的智能化程度，使人在更舒适的环境中工作；提高机械系统的可回收性；降低机械系统的原材料消耗；降低机械系统的能耗；降低机械系统对环境的污染，可以看出其中至少有3条是和环境保护有关的。

3　结语

进入21世纪，机电一体化技术产品的使命是要能提供一种高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、环境舒适和可回收的智能化机械产品，即提供一种能满足可持续性发展的绿色产品。

[1]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3]刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：航空航天大学出版社，2004.

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1673-0038（2015）31-0197-01

2015-7-3