机电一体化技术在制造业领域的发展研究

李广

【摘  要】机电一体化技术是由微电子技术、计算机技术、信息技术、机械技术及其它技术相融合构成的一门独立的交叉学科。机电一体化结合光学、通信技术、微细加工技术形成光机电一体化和微机电一体化的新分支。机电一体化产品迅猛发展，几乎遍及所有制造业领域。机电一体化技术在数控技术、工业机器人、计算机集成制造系统方面都取得了一定的成果。随着科学技术的发展，国内外机电一体化将朝着绿色化、智能化、网络化、微型化、模块化方向发展，各种技术相互融合的趋势也将越来越明显。以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势，机电一体化技术的发展前景也将越来越广阔。

【关键词】机电一体化;发展现状;发展趋势;

1国外机电一体化发展现状

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：第一阶段（又称初级阶段）是20世纪60年代以前，这一时期人们不自觉地利用电子技术并使之得到比较广泛的承认;第二阶段，机电一体化技术和产品得到了极大发展;第三阶段，各国均开始极大关注和支持机电一体化技术和产品。

机电一体化产品得以迅猛发展，主要表现在以下四个方面：

（1）机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。在工业发达国家，数控机床占机床总数的30%-40%。工业机器人正向智能化和智能系统的方向发展，数量在未来十年将以25%-30%的速度增长。智能机器人将逐步进入办公、管理、娱乐、家庭等各个领域。

（2）机电一体化从单机向整个制造业的集成化过渡。计算机集成制造系统（CIMS）是当今世界制造业发展的总趋势，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。CIMS的实现是全局动态的最优综合。

（3）激光技术进入机电一体化领域。激光技术与机械、电子技术的结合，不仅大大扩展了机电一体化的应用领域，而且使一些行业出现重大变革，是当今信息业与制造业的最佳结合点。

（4）微细加工技术与设备发展迅猛。微电子技术及其产业的高速发展，带动了大量高新技术的兴起，微细加工技术和装备不仅支持了电子产业的发展，且对微机械的诞生和发展也起了决定性的作用。

2国内机电一体化发展现状

（1）数控技术方面

我国的数控技术起步于1958年，在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达到50%，配置国产数控系统（普及型）也达到了10%。纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过四个五年计划的攻关，总体来看取得了很好的成绩。目前，国内已具有年产数控系统3000多套、主轴与进给装置5000多套的生产能力。近十年来，普通级数控机床的加工精度已由10?m提高到5?m，精密级加工中心则从3-5?m提高到1-1.5?m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01?m）。

（2）工业机器人方面

我国在1986年将机器人的研究开发列入国家科技计划，现已掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统和软件編程技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人的关键元器件，并进入实用化阶段，开发出弧焊、点焊、喷漆、装配、搬运、注塑、冲压及能前后行走、爬墙、水下作业的多种机器人。目前，国内相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化制造技术，解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术，机器人软件的设计和编程等关键技术，还掌握弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术。现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专门从事机器人产业开发的企业有50家以上，中国市场上总共拥有近万台工业机器人，其中完全国产的工业机器人行业集中度占30%左右。

（3）计算机集成制造系统方面

我国经过多年的理论和技术准备，CIMS已经有了较快发展。目前，已在清华大学建成国家CIMS工程研究中心，在著名高校和研究单位建立了七个CIMS单元技术实验室和八个CIMS培训中心[9]。2000年，全国已有20多个省市、10多个行业、200多家不同规模和类型的企业通过实施CIMS应用示范工程，取得了巨大的经济效益。当前CIMS的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域，正得到各行各业越来越多的关注和投入。

3机电一体化的发展趋势

（1）绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化：一方面物质丰富，生活舒适;另一方面资源减少，生态环境受到严重污染。于是人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、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。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。因此，进入21世纪，机电一体化技术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。

（2）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。人工智能系统是一个知识处理系统，它包括知识表示、知识利用和知识获取三个基本问题，其最终目标是模拟人的问题求解、推理、学习。人工智能在机电一体化建设中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。目前，专家系统、模糊系统、神经网络以及遗传算法是机电一体化产品实现智能化的四种主要技术，它们各自独立发展又彼此相互渗透。随着制造自动化程度的不断提高，将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动，并会对制造中出现的问题进行分析、判断、推理、构思和决策。

（3）网络化

20世纪90年代，计算机技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育及人们的日常生活都带来了巨大的变革，同样也给机电一体化技术带来了重大影响，例如通过网络对机电一体化设备进行远程控制。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。

（4）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，它泛指几何尺寸不超过1cm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。

参考文献：

[1]邱士安，胥宏.机电一体化技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[2]杨明，路琴.机电一体化的研究现状与发展趋势[J].农机化研究，2006，（8）：38-40

（作者身份证号码：130529198708012230）