机电一体化技术的应用及发展

摘 要：自从电子技术问世，电子技术与机械技术的结合就开始了，出现了半导体集成电路，尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路后，机电一体化技术有了明显发展，从而使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，机械、机电融为一体，相得益彰。

关键词：机电一体化；应用领域；发展方向

机电一体化又称机械电子学，亦可称为机电整合，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念为人们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得了前所未有的发展。

1、机电一体化概述

机电一體化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。它是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化设备。

2、机电一体化技术的应用领域

2.1 数控机床

我国机床拥有量高居全球之首，2010年产值达1260亿元人民币，超过意大利排名世界第三。数控机床代表了一个国家机床生产的水平。目前，我国生产的数控机床约占国内市场份额的31%，其余从境外进口。时下我国中高端数控机床市场的绝大部分被境外产品占领，其中高端数控机床国内产品的市场占有率仅4%左右。经过多年发展，我国机床生产虽然取得了很大成绩，但就技术水平和整体实力而言，在世界上仅处于第二梯队的中前位置，美欧日排在第一梯队。数控机床具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。

2.2 自动机与自动生产线

在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：2000～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。

2.3 机器人

机器人是20世纪人类最伟大的发明之一。从某种意义上讲，一个国家机器人技术水平的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。机器人已在工业领域得到了广泛的应用，而且正以惊人的速度不断向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。毋庸质疑，21世纪机器人技术必将得到更大的发展，成为各国必争的知识经济至高点。

在计算机技术和人工智能科学发展的基础上，产生了具有感知、思维和行动功能的智能机器人，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务，比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。智能机器人作为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的位置，如核工业、水下、空间、农业、工程机械（地上和地下）、建筑、医用、救灾、排险、军事、服务、娱乐等方面，可代替人完成各种工作。

2.4 汽车电子化产品

汽车上比较常用的一般有5种仪表和3种相应的传感器，即电流表、机油压力表、水温表、燃油表、车速里程表等指示仪表和机油压力传感器、水温传感器和油量传感器。

目前，电子化仪表已经取代机械式仪表。这是由于机械式仪表一旦出现故障将很难处理，而电子化仪表则不同。采用电子化仪表不仅可以改进驾驶员的目视性，还有助于汽车仪表的多样化。

3、机电一体化技术的发展趋势

3.1智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。

3.2数字化

微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。

3.3系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强。一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。

3.4模块化

模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，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、信息接口的机电一体化产品单元是一件复杂而重要的事，它需要制定一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。

4、结束语

机电一体化是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。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，是机械工业发展的必然趋势。是21世纪机械工业的主角，在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益，具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]君兰工作室.机电一体化，科学出版社（北京），2009.

[2]龙代清.机电一体化技术的内涵与发展.

作者简介：

刘斌（1990年12月24—），江西，汉，研究方向：机电。endprint