机电一体化的应用领域和发展趋势

王绪东 姜培刚

摘 要：机电一体化是集机械、电子、信息等多门技术发展、融合的成果，并在工程和日常生活中广泛应用，本文介绍了机电一体化的内涵、应用领域以及发展趋势，并对我国机电一体化设备的发展现状进行阐述。

关键词：机电一体化；应用领域；发展现状；发展趋势

中图分类号： TH-39 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）15-96-2

1 机电一体化的概述

“二战”结束后，随着世界经济的恢复和科学技术的发展，促进了机械制造技术、微电子技术、信息技术、自动控制等先进技术的发展。各个技术相互交叉，相互融合，机电一体化作为一门新的技术出现，并深刻影响着各个国家的经济、科技、社会等领域。机电一体化技术已经成为机械制造业乃至国家工业发展水平的重要标志。面临着我国人口红利减少的严峻形势，减少劳动力的使用，提高机电一体化水平已迫在眉睫。

机电一体化作为一门新的技术，它融合了机械制造技术、电工电子技术、微电子技术、传感器与检测技术、信号变换与接口技术、信息通讯等先进技术，并在上述技术的基础上进行升级，并应用到工业生产当中。机电一体化技术是对原有技术的改良和升级，而不是简单的拼凑，机电一体化跟机械电气化在含义上有着本质的区别。机电一体化技术包括：机械本体部分、伺服驱动部分、传感器与检测部分、控制及信息处理部分。通过对机电一体化技术应用的研究可以得知，机电一体化主要包括产品和技术两个方面。从某种程度上来说，现代自动化设备都是机电一体化设备。

2 国内机电一体化设备的发展现状

我国机电一体化设备发展起源于二十世纪六十年代，经过几十年的发展已经取得了显著的成就，并广泛应用于各行各业，但是跟国外相比，仍然有一定的差距，主要体现在：一方面，机电一体化产品的层次仍较低，主要是中低端产品。另一方面，机电一体化产品的质量难以保证，主要体现在产品的可靠性较低，平均无故障工作时间跟国外的相比差距比较明显。还有，技术储备方面仍然比较薄弱，产品的创新能力不足。机电一体化设备主要用在以下领域：

2.1 机械加工

我国是机械制造大国，享有“世界工厂”的美誉，机械加工的基本设备——数控机床在我国拥有较大生产量，在2010年我国已经超过意大利，位列世界前三，目前我国数控机床占国内市场的31%，其余仍需进口，而在高端机床方面，仅占4%，几乎被国外垄断。跟普通机床相比，数控机床具有操作方便、加工精度高、加工质量稳定、加工柔性好等特点。虽然经过多年的发展，我国机床制造水平取得了巨大的进步，但仍处于世界中等水平，机电一体化产品存在可靠性较为薄弱，研发成本较为昂贵，企业的自主创性能力不足等缺点。

2.2 自动化设备

随着机电一体化技术的发展，以及人们对于生产自动化需求的不断提高，机电一体化产品已经广泛应用于工业生产以及各个行业。在啤酒行业的自动封装设备，机械行业的自动焊接生产线，汽车行业的自动喷涂生产线，以及德国的无人化工厂，快递行业的包裹自动分拣设备，ATM的钱币自动分拣设备，餐饮行业的自动送餐机器人，这些设备无不将人类从繁重的体力劳动中解放出来。

2.3 国防设备

众所周知，强大的国防是国家安全的重要保障，机电一体化技术广泛的应用在国防装备中。如坦克的弹药自动填装系统、自动瞄准系统、战斗机的电传操纵系统、头盔瞄准具，航空发动机的数字供油系统、军舰的自动化仪表、各种无人机的自主飞行校验系统，都应用了机电一体化技术。

2.4 极端恶劣的工作环境

在一些极端的工作环境下，用机器人代替人操作几乎是唯一的手段，例如，切尔诺贝利核电站和福岛核电站事故中工作的机器人，用于在地震废墟中搜寻的机器人，我国的“蛟龙号”水下探测器以及下潜到海底一万多米的“海沟”跟“海神”号水下勘探机器人，军工方面应用广泛的拆弹机器人，航天领域的各种探测器，这些都很好的替代了人类的劳动。

3 机电一体化的发展趋势

3.1 智能化

随着计算机、模糊技术、混沌学、人工智能等领域的发展，并在机电一体化领域的广泛应用，使得很多机电设备具有自主判断、逻辑思维和自主决策的能力，促使机电一体化设备的功能和工作效率有了较大的提高，使用的领域更加广泛。在军事领域，如战斧式巡航导弹，和X47-B无人机，能自动识别，自主判断，然后对目标发动攻击。在家庭方面，如各类家庭机器人，已经在国内外开始推广使用。在其他方面如电子产品的人脸识别系统、语音识别系统，能够使产品的使用更加的方便、安全。

3.2 网络化

随着网络的发展和普及，已经深深地影响了我们的生活。很多机电设备都是借助网络平台实现工作，如各式各样的ATM终端，校园网自动充值终端、云端控制的智能教室等。网络具有功能强大、实时性强、使用方便等优点，使用者可以在远离工作环境的情况下就能够对设备进行远程操控，使操纵者能够避免恶劣工作环境对人体造成的伤害。机电设备网络化能够让使用者享受高科技带来的便捷。

3.3 绿色化

随着经济的发展，我们在享受到发展成果的同时，同样也面临着资源枯竭、环境污染严重等问题，已经对人类的生存环境构成了严重的威胁，严重制约着我国的发展。绿色化就是将节能、环保的概念融入到机电设备的设计、制造、使用、销毁的过程中去，使研发的机电设备在制造和使用的过程中能够达到人与自然和谐相处的目的。

3.4 光电一体化

随着过去几年光电技术的发展，并在更多的机电设备中采用，光机电一体化已经成为了机电一体化发展的另一个重要趋势。例如具有视觉功能的自动焊接设备、食品行业的自动装箱设备、激光测距仪、自动驾驶汽车等。光电技术具有非接触式测量、抗干扰能力强和对目标持续长时间稳定跟踪等优点。

3.5 柔性化

在机电产品设计的过程中，设备的控制系统跟执行系统尽可能有足够的冗余空间，以便应对突发事件，提高系统的稳定性跟可靠性，使系统更加灵活。在设计的过程中要保证每个子系统之间有一定的独立性，以防止某个系统出现问题而影响整个系统的使用性能。

3.6 模块化

目前，国内机电设备的生产厂家数量众多，而且生产的产品类型也较为复杂，由于产品都是按照自己企业的标准制定，导致不同产品之间的零部件的互换性较差，在产品的研发过程中，企业要自己制定标准，在产品的后期维护过程中容易出现产品零部件的更换只能从原厂家购买，对产品的维护极为不方便。目前各个机电设备厂家应该联合起来，制定统一的行业标准，让每个零部件规范化、模块化，以便于在设计的时候可以直接用现成的模块进行组装，减少设计成本，在后期维护的过程中，使用者可以直接在市场上买到相应的零部件，降低了采购成本。

4 结论

综上，经过多年的发展，我国机电一体化设备已经取得了可喜的成果，广泛的应用到机械加工、工业生产、国防等领域，对于我国的现代化建设具有不可磨灭的作用。不论是在工作还是日常生活中，我们的确享受到了机电设备带给我们的便捷，但是，与此同时，我们也清醒地看到跟国外发达国家之间的差距，把握好机电一体化设备的智能化、网络化、绿色化、光电一体化、柔性化、模块化的发展趋势，广泛学习国内外先进技术，增加知识储备，努力培养机电一体化设备的研发人员，不断提高自主创新能力，才能研发出更加高性能、高质量的机电一体化设备。

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