機電一體化技術的應用與發展

吳 磊

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【摘 要】制造業是國民經濟最重要的支柱產業，是我國國民經濟的核心和工業化的原動力。振興現代制造業是我國實現工業化工作的重中之重，而微電子技術的加速發展，使制造業本身的技術和產品結構產生了變化，生產方式及管理體系得到了優化，“機械一體化”的制造業已經逐漸向“機電一體化”發展?？梢哉f，機電一體化是優化傳統制造業的核動力，也是拉動制造業產品結構、產業結構調整的關鍵力量。

【關鍵詞】機電一體化；應用；發展

一、機電一體化技術的概要

（一）定義

對于機電一體化的定義，目前學科上普遍采用的是日本機械振興協會經濟研究所給出的解釋：“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機融合而構成的系統的總稱?！?/p>

（二）發展階段和代表產品

1.發展階段

第一個階段：在20世紀60年代之前，電子技術已經取得了一定的成果，那個時期的人們已經可以隱約意識到電子技術能帶來的改變，并且已經開始利用它來改善某些機械產品的性能。

第二個階段；20世紀70至80年代，機電一體化技術和產品在這一階段得到了極大發展。尤其是、通信技術、控制技術和計算機技術起了至關重要的重要。

第三個階段：20世紀90年代后期，機電一體化已經有了深度發展。各國都開始關注和支持機電一體化技術和產品。

2.代表產品

機電一體化產品分系統和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、CAD/CAM系統等。典型的機電一體化元、部件有；電力電子器件及裝置、可編程序控制器、微型電機、傳感器、伺服機構等。

二、機電一體化技術在我國的發展情況和未來趨勢

（一）發展現狀

早在20世紀80年代，我國就開始致力于機電一體化的研究工作。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要以及其他重大政策時都對機電一體化技術的應用動向和隨之帶來的影響做了慎重考慮和周全計劃。同時，國內的許多高等院校和研究機構也在機電一體化的研究工作上取得了很大的突破。雖然，相比國際上擁有機電一體化先進技術的國家來說，我國還有很大一段距離，但也因此有了更多的努力空間。

（二）未來趨勢

我國機電一體化的主要發展方向包括以下幾個方面：

1.模塊化。在實現模塊化生產之前，所生產出來的機電產品的性能很多都不穩定，往往會互相銜接性能且較差。而模塊化的機電一體化的產品之間卻能夠實現很好的結合與兼容，這是因為模塊化后的產品能夠提供標準機械接口、電器接口、動力接口和環境接口等。

2.微型化。微型機電一體化產品是機械技術與電子技術在納米尺度上相結合的產物，產品具有體積小、能耗低、靈活等特點，已經被廣泛應用在醫學、軍事、航空的領域。例如，醫學上有運用微型機電一體化技術的微創技術，軍事上。有像蒼蠅一樣大微型機電一體化產品――間諜竊聽器；在航天事業上，也都不同程度地使用了微型化機電一體化的產品。

3.系統化。未來的機電一體化更趨向于系統化發展，可以進行任意拼剪和組合，不但能夠提高生產效率，還能更加便利人們的生活。此外，也更加注重產品與人之間的關系，將人的智能、情感和人性賦予體現在機電一體化產品中。另一方面，還可以根據生物機理的特點來開發這些產品。

4.智能化。21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向就是一智能化，主要表現在機電產品具備一定的智能感應，擁有與人類相類似的邏輯思考、判斷推理以及做出自我決策的能力。

5.綠色化。人們在享受現代工業化帶來的物質生活的同時，也面臨了資源短缺、生態破壞以及環境污染等生存危機。于是，人們又對自然充滿了向往，希望能夠擁有真正綠色的產品。機電一體化產品的綠色化，主要是指使用時不以破壞環境為代價，能持續回收利用。

三、我國機電一體化技術的應用

（一）應用領域

我國在機電一體化技術方面已經取得了一定的成就，尤其在數控技術方面、機器人方面和計算機集成制造系統方面的成績尤為突出。

1.數控技術方面。我國對于數控技術的研究{始于1985年，目前我國已經掌握了關鍵數控技l術，這大大有利于自我研發和生產能力形成，也極大推動了民用工業和國防工業的發展進：程，增強了我國的綜合國力。我國數控技術行業目前已經形成了年生產數控系統3000多套、主軸與進給裝置5000多套的規模，成為促進國民經濟發展的重要產品。

2.機器人方面。從1986年至今，我國在機器人的研究領域上不斷取得突破。我國現已掌握了機器人操作的多項關鍵技術，包括設計制造技術、控制技術和軟件編程等。機器人的應用范圍也不斷擴大，從工業到醫療、水下探測，再到國防，應用領域不斷跨越。更值得一提的是，近幾年我國高校在機器人的研究上獲得的成績也可圈可點。比如，出自國防科技大學的類人機器人、哈爾濱工業大學的足球機器人、北京航空航天大學與海軍總醫院聯合研發了的醫用機器人都是近幾年高校機器人研發團隊的優秀代表。

3.計算機集成制造系統方面。目前，我國已經有一個位于清華大學的國家CIMS工程研究中心，以及分布在國內其他高校和科研單位的7個ClMS單元技術實驗室和8個CIMS培訓中心。同時，計算機集成制造系統還廣泛應用干國內多家企業中，取得了良好的經濟效益。但是，我們也應看到的是，目前我國的計算機集成制造系統的核心技術還沒有具備，導致部分產品還需要依靠國外技術的支持才能得以研發和生產。

（二）應用前景

雖然我國近幾年在機電一體化技術的研究和應用道路上取得了巨大的成績，但在面對未來社會的眾多挑戰面前，我國機電一體化技術的發展需要從以下幾個方面努力：

1.高新技術對機電一體化進行提升。機電一體化是一門涉及多種領域的綜合性、交叉性學科。要想趕超世界發達國家機電一體化水平，我國未來應該在機電一體化產品的自主開發與技術創新上多下功夫，充分利用高新技術的優勢，使產品設計向更加智能、自動的方向努力，

2.開發新一代的機電一體化系統，設計研發各種性能優良、穩定高效的機器人和機電一體化設備，達到工業生產和各種作業柔性化、自動化的理想效果。

四、總結

很多科學技術的發展及其的融合到機電一體化中，不僅滿足可我國社會生產力逐步發展的必然要求，而且它也促使了機械工業發生革命性的變化。機械工業的發展確實進行了戰略性的變革，它既繼承了傳統的機械優秀的設計理念，同時也融合了現今多種類型優秀的設計概念。新一代機電一體化的產品的研究和開發，必然將成為我國機械產業發展的重要趨勢，因為它可以使我國的機械產品之間的良性競爭更加激烈促使設備的更新換代，這對發展和振興我國機械工業具有重大的意義。

參考文獻：

[1]戴勇.高職機電一體化技術專業課程開發[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2]蘇延年.機電一體化系統設計[M].北京：機械工業出版社，2009.