机电一体化应用范文

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中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：

一、机电一体化技术的发展历程与现状

1、机电一体化的发展历程

机电一体化技术的发展有三个阶段，即发展初级阶段、蓬勃发展阶段和智能化发展阶段。最初早在20实际60年代人们开始利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。而由于军事和工业发展的需求，当时的人们对于这方面开始重视，由于当时电子技术水平发展不够，技术结合与运用还没有得到深入发展。到上个世纪七八十年，计算机技术和通信技术开始快的发展为机电一体化的发展奠定了技术基础。到了90年代后期，机电一体化进入深入发展时期，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。此外，由于神经网络技术、人工智能技术、光纤技术等领域巨大进步，为机电一体化技术的发展创造了更好的条件。从数控机床的问世到微电子技术的全新发展， 进而可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了电机坚强基础，最后激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。

2、机电一体化技术发展现状

近些年来，机电一体化技术有了更全面的进步，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予自动显示记录、自动处理信息、自动检测、自动调节与控制自动诊断与保护等许多新的功能。目前一些电动的实际运行中依然存在着一定的问题，比如执行机构机构多、定位精度低、结构复杂、可靠性差等问题，因而对于这种情况，采用机电一体化技术，将伺服电机、阀门、控制器合为一体，采用模糊神经网络，通过内置变频器，实现阀门的高效控制。

二、机电一体化中电动机构的组成及工作原理

1、电机执行机构的组成

目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机、单相交流电动机两，前一种比较多的用在工业上，而后一种通常用在民用电器上。从电机的结构上看，主要分为控制部分和执行驱动部分，控制部分主要由三相PWM波发生器、单片机、智能逆变模块、整流模块、A/D、故障检测、输入输出通道等组成；执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。

2、电机的工作原理

电机执行机构系统通过电流与电压传感器和位置传感器的检测，得出逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，然后由A/D转换后送入单片机。单片机通过控制PWM波发生器的作用，最后实现电机的运行控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。对于电动机运行原理的分析，这里主要针对工业中应用的三相异步电动机的原理进行探讨。电动机转动的基本工作原理是三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场，转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。

三、机电一体化中电机阀位及速度控制与运行维护

1、电机阀位及速度控制

实现电机执行机构的阀位和速度的控制需要解决的关键性技术问题主要有五个方面，分别是阀门柔性开关的控制、阀位的极限位置的判断、电机保护的实现、准确定位与模拟信号的隔离。对于机电一体化中电机阀门位和速度的控制，微处理器根据测得的变频器输出电压和电流，通过计算得出输出力矩，如果输出力矩达到或大于设定的力矩，那么就会自动降低运行速度。在传统电机的执行机构中，阀位的极限位置的检测是通过机械式限位开关获得的。电动执行机构极限位置通过检测位置信号的增量获得，单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相比较，如果未发生变化或变化较小，就会自动电机的供电电源。

电机的运行控制与加速度的大小、时间长短、当前位置、速度控制给定位置以及运行速度有关。在机电一体化中电机采用的是双环控制方案，外环为位置环，内环为速度环。外环是通过当前位置速度的设定将速度给定发生器向内环提供速度的设定值。内环是将当前速度与速度给定与发生器的设定速度进行比较，依靠速度调节器改变PWM波发生器载波频率，以实现电机的转速调节。

2、机电一体化中电机的运行维护

机械工业的飞速发展对电机运行维护不断提出新的要求，而现代科技技术的飞速发展又为电机的保护水平的提高提供了新的空间。然而再先进的技术都需要依靠人为的操控，因而对于电机的运行维护是确保电机的机电一体化技术优势表现的重要前提。在这里把电机的维护分为三个方面，一个是电机运行前的准备，一个是电机运行中的监管，还一个是电机的日常保养。

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机电一体化是机电一体化技术及产品的统称。所谓机电一体化技术是在机械控制中引入电子技术，也就是在机械运动中采用传感器检测设备，由计算机对检测数据进行处理运算，计算获得预先指定机械运动的控制信号，并由接口技术将控制信号传输给控制执行装置，实现各功能单元以及整个系统配置最优化的系统工程技术。

1、机电一体化技术发展的方向

机电一体化已发展成综合运用机械电子技术、自动控制技术、计算机技术、光电技术、数据传输技术等群体技术,工业生产已由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化产品的各个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。机电一体化朝着以下几个方向发展。

1.1 光机电一体化方向

一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

1.2 柔性化方向

未来机电一体化产品，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”。在这系统中，各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”，可根据不同环境条件做出不同反应。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，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

1.3 智能化方向

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。

1.4 仿生物系统化方向

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。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。

1.5 微型化方向

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。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”机体，执行结构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。

2、机电一体化技术应用

2.1 在现代机械制造业中的应用

传统机械制造业是建立在规模经济的基础上,靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的,它强调资源的有效利用,以低成本获得高质量和高效率,其生产盈利是靠机器取代人力,靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导,采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业,其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展,充分利用电子计算机技术,使制造技术提高到新的高度。近年来,制造工程领域的新技术相继诞生,如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。

2.2 在工业生产流水线中的应用

机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在工业设备生产流水线中的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高,而且使整条生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高,使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大幅度改善生产的产品质量,提高其国内、国际竞争能力。

2.3 在钢铁企业中应用

在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢－连铸－轧钢综合调度系统、冷连轧等。钢铁企业的 CIMS 是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。

3、结语

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，随着机电一体化技术的发展,各种产品与装置实现了机电一体化,有利实现整体优化,提高产品质量和生产效率,缩短开发新产品的生产准备周期,加速科技成果向商品转化,有利推动传统产业发生深刻变革,同时,随着新产品的研发及高精密等设备的发展,要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展,从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

参考文献

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随着我国汽车行业的发展速度不断加快，大大拓展了汽车设计中机电一体化技术的应用范围，同时也大大提高了机电一体化技术的水平。稳定性、经济性和安全性等是机电一体化技术具备的特征，通过对汽车设计中机电一体化的应用进行研究，不但可以将汽车的整体稳定性提升，同时可以为机电一体化技术质量提供保障，从而对我国汽车行业的发展具有重要的推动作用。

1在汽车设计中机电一体化技术存在的问题

1．1陈旧机电一体化技术设备

我国汽车机电一体化设计技术具有较晚的起步时间，这样传统手动汽车控制系统的设计无法使汽车用户的实际需求得以满足［1］。同一汽车厂对不同车型的设计标准和操作流程没有统一的制定，这样无法规范汽车机械零件的设计方法，从而使机电一体化技术出现一些问题，如不够科学和规范以及无法安装等，使人们对现代化汽车设计的基本要求无法满足。这些问题的存在对汽车设计中机电一体化技术的提升和改进产生不利影响。由于汽车设计应用设备的落后性不但对大量的人力、物力和财力造成了浪费，同时使汽车设计中机电一体化技术的成本提升，从而对机电一体化产品的更新和机电一体化设计技术的创新造成阻碍。

1．2汽车设计理念的落后性

由于落后的机电一体化设计理念会大大降低汽车整体运行的性能和工作效率，这对汽车本身的设计方案造成一定的破坏，使汽车发生故障的次数增加，对创新和发展现代化机电一体化汽车设计技术造成影响［2］。另外由于汽车设计理念的落后性，无法有效的推广新型机电一体化技术方法，无法为汽车良好的运转性提供保障。在汽车实际运行中，传统的汽车维修人员对创新汽车设计理念工作并不重视，这样无法进一步推广和使用机电一体化技术，对创新汽车设计方法和提升汽车运行的整体安全性造成影响。

1．3汽车机电一体化技术人员较低的综合素质

由于不断增加汽车需求量，使汽车行业缺乏相应的汽车实际人才，这样在汽车行业中会使用一些非专科毕业的工作人员，从而对机电一体化技术的使用范围无法提供保障。另外汽车设计具有复杂的程序和较高的技术含量，如果汽车汽车人员的专业技术不丰富，会在安全过程中忽视一些小的零部件，这对汽车运行中的稳定性无法保障。而且由于汽车机电一体化技术人员具有较低的综合素质和专业素质，对安装检查汽车机电一体化技术设备造成影响。

2在汽车设计中完善机电一体化技术的措施

2．1将现代化机电一体化技术设备不断更新

在设计汽车过程中，机电一体化技术人员应该对计算机应用软件正确的使用，这样可以对汽车工程领域中机械技术的改善具有重要的作用［3］。技术人员要对机电一体化技术设备不断的改善，从而可以将汽车设计中处理信息的技术提升，而且要将汽车驱动技术和计算机集成技术等合理的应用到汽车的设计系统中。汽车设计中各个方案的执行是通过不断创新机电一体化设计技术设备来完成的，这样可以将汽车运行的整体功能性大大提升，使汽车电子系统与机电运行系统充分融合的目的得以实现。

2．2对传统的汽车设计理论进行创新

在设计汽车过程中关键的技术主要是机电一体化技术，所以在完善汽车性能的过程中机电一体化技术的创新设计的作用是不可代替的，同时创新汽车设计程序和理念可以将汽车的整体性能大大提升。但是在这个过程中要对各个因素阻碍进行克服，造成这种现象的主要原因是人们出行的安全问题，如生命财产安全会受到汽车内部各个零部件运行质量的影响。因此要充分的融合汽车的微电子精算技术和设计机技术，不断提升汽车的整体性能。只有在汽车设计中充分的应用汽车机电一体化技术，才能够将汽车机电一体化的微电子技术水平不断加强，从而可以进一步提升汽车的稳定性和安全性。

2．3将汽车设计人员的综合素质不断提升

智能化和功能化是目前汽车设计中机电一体化技术的主要发展方向，所以引进汽车机电一体化设计的人员不但要掌握较高的专业技术，同时其专业素质要符合要求［4］。同时要对新技术培训和专业考核制度的力度不断加强，这样机电一体化设计人员可以将汽车整体的机构和运行系统的专业规范熟练的掌握，从而可以为汽车的运行质量提供保障。同时汽车设计人员应该将相应的理论和专业技术不断完善，将微电子技术的应用范围不断推广，这样不但可以将技术人员的实践操作能力提升，同时可以将汽车运行的整体水平大大提升。

3结论

由此可见，随着在技术设计中机电一体化技术的应用力度不断加强，消费者逐渐用更高的标准要求汽车的安全性和稳定性等。在汽车设计中应用机电一体化技术，对机械领域各个方面的发展都具有重要的推动作用。但是其也存在一些相应的问题，这需求汽车企业采取针对性的措施，将这些问题合理的解决，从而可以在汽车设计中更好的应用机电一体化技术，进而可以大大提升汽车设计水平。

参考文献:

［1］张旭梅．机电一体化技术在汽车设计中的应用分析［J］．低碳世界，2017，20(02):221-222．

［2］石开华．浅谈机电一体化技术在汽车设计中的应用［J］．科技视界，2016，15(05):128+144．

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随着我国汽车行业的发展速度不断加快，大大拓展了汽车设计中机电一体化技术的应用范围，同时也大大提高了机电一体化技术的水平。稳定性、经济性和安全性等是机电一体化技术具备的特征，通过对汽车设计中机电一体化的应用进行研究，不但可以将汽车的整体稳定性提升，同时可以为机电一体化技术质量提供保障，从而对我国汽车行业的发展具有重要的推动作用。

1在汽车设计中机电一体化技术存在的问题

1．1陈旧机电一体化技术设备

我国汽车机电一体化设计技术具有较晚的起步时间，这样传统手动汽车控制系统的设计无法使汽车用户的实际需求得以满足［1］。同一汽车厂对不同车型的设计标准和操作流程没有统一的制定，这样无法规范汽车机械零件的设计方法，从而使机电一体化技术出现一些问题，如不够科学和规范以及无法安装等，使人们对现代化汽车设计的基本要求无法满足。这些问题的存在对汽车设计中机电一体化技术的提升和改进产生不利影响。由于汽车设计应用设备的落后性不但对大量的人力、物力和财力造成了浪费，同时使汽车设计中机电一体化技术的成本提升，从而对机电一体化产品的更新和机电一体化设计技术的创新造成阻碍。

1．2汽车设计理念的落后性

由于落后的机电一体化设计理念会大大降低汽车整体运行的性能和工作效率，这对汽车本身的设计方案造成一定的破坏，使汽车发生故障的次数增加，对创新和发展现代化机电一体化汽车设计技术造成影响［2］。另外由于汽车设计理念的落后性，无法有效的推广新型机电一体化技术方法，无法为汽车良好的运转性提供保障。在汽车实际运行中，传统的汽车维修人员对创新汽车设计理念工作并不重视，这样无法进一步推广和使用机电一体化技术，对创新汽车设计方法和提升汽车运行的整体安全性造成影响。

1．3汽车机电一体化技术人员较低的综合素质

由于不断增加汽车需求量，使汽车行业缺乏相应的汽车实际人才，这样在汽车行业中会使用一些非专科毕业的工作人员，从而对机电一体化技术的使用范围无法提供保障。另外汽车设计具有复杂的程序和较高的技术含量，如果汽车汽车人员的专业技术不丰富，会在安全过程中忽视一些小的零部件，这对汽车运行中的稳定性无法保障。而且由于汽车机电一体化技术人员具有较低的综合素质和专业素质，对安装检查汽车机电一体化技术设备造成影响。

2在汽车设计中完善机电一体化技术的措施

2．1将现代化机电一体化技术设备不断更新

在设计汽车过程中，机电一体化技术人员应该对计算机应用软件正确的使用，这样可以对汽车工程领域中机械技术的改善具有重要的作用［3］。技术人员要对机电一体化技术设备不断的改善，从而可以将汽车设计中处理信息的技术提升，而且要将汽车驱动技术和计算机集成技术等合理的应用到汽车的设计系统中。汽车设计中各个方案的执行是通过不断创新机电一体化设计技术设备来完成的，这样可以将汽车运行的整体功能性大大提升，使汽车电子系统与机电运行系统充分融合的目的得以实现。

2．2对传统的汽车设计理论进行创新

在设计汽车过程中关键的技术主要是机电一体化技术，所以在完善汽车性能的过程中机电一体化技术的创新设计的作用是不可代替的，同时创新汽车设计程序和理念可以将汽车的整体性能大大提升。但是在这个过程中要对各个因素阻碍进行克服，造成这种现象的主要原因是人们出行的安全问题，如生命财产安全会受到汽车内部各个零部件运行质量的影响。因此要充分的融合汽车的微电子精算技术和设计机技术，不断提升汽车的整体性能。只有在汽车设计中充分的应用汽车机电一体化技术，才能够将汽车机电一体化的微电子技术水平不断加强，从而可以进一步提升汽车的稳定性和安全性。

2．3将汽车设计人员的综合素质

不断提升智能化和功能化是目前汽车设计中机电一体化技术的主要发展方向，所以引进汽车机电一体化设计的人员不但要掌握较高的专业技术，同时其专业素质要符合要求［4］。同时要对新技术培训和专业考核制度的力度不断加强，这样机电一体化设计人员可以将汽车整体的机构和运行系统的专业规范熟练的掌握，从而可以为汽车的运行质量提供保障。同时汽车设计人员应该将相应的理论和专业技术不断完善，将微电子技术的应用范围不断推广，这样不但可以将技术人员的实践操作能力提升，同时可以将汽车运行的整体水平大大提升。

3结论

由此可见，随着在技术设计中机电一体化技术的应用力度不断加强，消费者逐渐用更高的标准要求汽车的安全性和稳定性等。在汽车设计中应用机电一体化技术，对机械领域各个方面的发展都具有重要的推动作用。但是其也存在一些相应的问题，这需求汽车企业采取针对性的措施，将这些问题合理的解决，从而可以在汽车设计中更好的应用机电一体化技术，进而可以大大提升汽车设计水平。

参考文献:

［1］张旭梅．机电一体化技术在汽车设计中的应用分析［J］．低碳世界，2017，20(02):221-222．［2］石开华．浅谈机电一体化技术在汽车设计中的应用［J］．科技视界，2016，15(05):128+144．

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机电一体化技术是现代自动化控制技术的重要组成部分。同时机电一体化也是推动我国工业发展的主导技术力量。机电一体化技术是融合现代应用机械技术和应用电子技术于一体的现代自动化控制技术，机电一体化技术的应用极大地推动了世界工业的快速发展，加快了工业产品更新换代的速率，降低了人类的劳动强度，提高了生产效率，更保证了工业产品的质量。随着机电一体化技术的不断发展，目前该项技术几乎应用到所有的生产制造领域，为推动社会经济的发展有着不可估量的作用。当然化工产业也和机电一体化有着密切的联系，机电一体化在化工中的应用，将意味着化工产业的生产加工、生产管理以及产品销售实现一体化控制，为推动化工产业的快速发展奠定了坚实的技术基础。

1.机电一体化在化工中的功能

随着社会的发展，人们对化工产品需求量不断增加，同时对化工产品质量也提出了更高要求，相应地化工产业的生产经营将面临着新的挑战和任务，为了满足社会对化工产品量和质的要求，化工产业必须要提高生产效率，加快对现代新技术的融入程度，全面推行自动化控制生产，实现化工产品性能的高稳定、高精度、高质量。不管是在经济性还是在产业的发展战略方面推行现代新技术的应用具有十分重要的现实意义。因此现代化工要认清时展的总体趋势，深化产业改革，积极地将最为前沿的成熟的科技产品应用到产业的生产经营中，才能为化工产业的发展带来新的生机。总的来讲，机电一体化技术在工业的应用功能主要体现在以下几个方面：

（1）电子监控系统。电子监控技术在化工生产中的应用能对生产流水线的各个系统进行实时监控，比如化工生产设备传动系统，制动系统、液压系统、电路装置系统及运行状态系统，如果化工生产流水线的某一个系统出现故障，电子监控系统会及时地发出警报并显示出出错部位，这样系统维修人员就比较直观地找出生产系统的具体故障，快速地对其进行检修，缩短了停机维修时间，提高了工作效率。减少因生产设备故障带来的经济损失。此外，如果遇到电力方面的问题，如电压过高，机电一体化产品会利用过载系统自动切断电源，避免因电压过高损坏机台设备，显著提高了设备的安全性。

（2）闭环控制系统也称为反馈控制系统，将系统输出的误差信号（反馈和输入信号的差值）直接输入到相关软件中，使系统自行调整系统误差，以接近或达到最后满意的输出结果，简而言之，其作用是减小系统误差。实现化工生产运行系统的安全、可靠运行。

（3）节约耗材和能源。

机电一体化对化工生产过程中的具体技术要点能做到准确无误，降低了原材料的消耗，同时机电一体化自身配置的有低能源消耗系统，使其在生产过程中用最低的能源创造出更多的产品，提高了设备能源的利用率，使化工企业起到了节约能源和降低耗材的效果。

（4）生产作业工艺流程的自动化或半自动化控制。化工生产中融入机电一体化技术可以实现生产过程中的自动化生产或半自动化生产，大大地降低了人员的操作劳动强度，同时自动化生产可显著提高化工产品的精度，提高了生产效率。

2.机电一体化在化工中的应用

2.1机电一体化在煤气天然气生产中的应用

随着人们生活水平的不断提高，消费观念发生了深刻的变化，不仅要求化工产品要在质量上有保证，同时还要保证其使用的安全性。作为化工企业尤其是和人们息息相关的化工产品必须要在生产过程中融入现代科技以达到产品质量和安全性能都符合国家规定的质量标准和使用安全标准。笔者对煤制天然气的生产工艺流程进行了简单的介绍，探讨了机电一体化技术在煤气天然气生产工艺流程中的应用。煤制天然气整个生产工艺流程如下：原料煤在煤气化装置中与空分装置来的高纯氧气和中压蒸汽进行反应制得粗煤气；粗煤气经耐硫耐油变换冷却和低温甲醇洗装置脱硫脱碳后，制成所需的净煤气；从净化装置产生富含硫化氢的酸性气体送至克劳斯硫回收和氨法脱硫装置进行处理，生产出硫磺；净化气进入甲烷化装置合成甲烷，生产出优质的天然气；煤气水中有害杂质通过酚氨回收装置处理、废水经物化处理、生化处理、深度处理及部分膜处理后，废水得以回收利用；除主产品天然气外，在工艺装置中同时副产石脑油、焦油、粗酚、硫磺等副产品。其中工艺生产装置包括空分、碎煤加压气化炉，气化炉自动控制开关，耐硫耐油变换；气体净化装置；甲烷化合成装置及废水处理装置。辅助生产装置由硫回收装置、动力、公用工程系统等装置组成。工艺中的各种装置都有微机控制，各个工艺环节都由系统控制中心实施人机界面操作，界面上将显示各个工艺流程的运行状况，同时基于机电一体化系统中具有自动检测和自动报警装置，能及时地对生产工艺中的出错及时显示出来，有效地减少了生产过程中因工艺中的某个环节出现故障影响生产系统的运行，实现了生产工艺的安全、可靠性运行。

2.2机电一体化技术在氮肥厂的应用

目前，机电一体化加煤技术在氮肥厂也得到了广泛的应用，技术应用主要体现在：（1）给传统的下灰灰仓加装自动下灰装置，实现下灰有机械操作或人工操作向自动下灰转化，节省了大量的人力投入。（2）仍采用原造气工段的油压动力源；（3）造气工段由程控微机进行控制实现了不停炉可下灰，减少了因生产停机而带来的经济损失。不停炉下灰保证了氮肥厂生产的连续性，不会因过多次的停机耽误生产，提高了生产效率。机电一体化技术在氮肥厂必将会有广阔的应用发展空间。

【参考文献】

[1]王静.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].同煤科技，2006，（4）.

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近几年来，随着科学日新月异的变化，电子技术也得到了迅速发展，微处理器、微型机在各个技术领域已经得到广泛应用，对各个领域的发展起了很大的推动作用，正因电子技术的快速发展，进而带动了机电一体化技术的发展，科技的进步更是依赖于其发展，因此说机电一体化的应用对科技的进步起着至关重要的作用。

一、机电一体化概述

机电一体化指的是在机械的主功能、动力功能、控制功能和信息功能的基础上引进微电子技术， 并且将机械设备和电子设备用软件有机结合而构成的系统的总称。因此，“机电一体化技术”是机械、微电子和信息三项技术相互融合、交叉的产物，是机械技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和系统技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。

二、机电一体化技术在各个领域的应用

1、机电一体化在汽车行业的应用

20世纪90年代中期到现在，随着微电子技术的快速发展 ，在汽车工业中，采用了机电一体化技术并已发展成熟，调强了整体的机电一体化协调匹配的设计思想 ，开始广泛应用计算机网络技术和信息技术，使汽车更加自动化、智能化。随着微电子技术和传感器技术的应用，汽车的机电一体化使汽车焕然一新。当今对汽车的控制已由发动机扩大到全车，例如实现自动变速换挡、防滑制动、雷达防碰撞、自动调整车高、全自动空调、自动故障诊断及自动驾驶等。汽车机电一体化的中心内容是以微机为中心的自动控制改善汽车的性能、增加汽车的功能，实现汽车降低油耗、减少排气污染、提高汽车行驶的安全性、可靠性 、 操作方便和舒适性。为了使汽车在行驶过程中以适当的减速度降低车速直行停车，保证行驶的安全性，汽车上均装有行车制动器。起初只在后轮上装有制动器，但随着汽车质量和车速的提高，仅靠后轮制动不足以提高充分的制动力，这样才发展到在前轮上安装制动器。从而有效防止交通事故的发生。

2、机电一体化在现代机械制造业中的应用

传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、 虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展， 充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。

3、机电一体化在食品包装中的应用

在食品包装中，不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。

4、机电一体化在煤矿中的应用

机电一体化技术在煤矿中的典型应用就是在采煤机上使用电牵引采煤机；在提升机中使用自动化水平最高的矿井提升机（全数字化交直流提升机）；在带式输送机中应用的是我国煤矿井下输送系统的主要运输设备，具有长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点。这些应用改变了过去落后的生产方式，降低了工人的劳动强度，还大幅提升了劳动生产率和劳动效率，同时也提高了劳动安全保障。在煤矿中采用机电一体化设备进行煤炭的采掘、运输、提升等，不仅可以使矿工从繁重的体力劳动中解脱出来，而且还能降低发生事故和危险的几率，防止工伤和职业病的发生，保证了矿工的生命安全，增加了经济效益和矿工的劳动收入。煤矿机电一体化技术的运用使得煤炭的产量大幅提高，煤矿企业的快速发展带动了其它相关行业的快速发展，对地方经济的快速发展起到积极的推动作用。

三、机电一体化技术的优势

现如今，机电一体化已经成为各院校的重点专业，因为此技术可提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。机电一体化产品均具有自动监视、 报警、诊断等功能，大大简化了操作步骤并且简单、方便、适用面广、生产能力强、工作质量高。机电一体化产品的各种自动功能适用于不同的场合和领域，应变能力强，很大程度提高了控制和检测的灵敏度和精度；具有复合功能、调整和维护方便。 机电一体化产品具有复合技术和复合功能， 它的它的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点将越来越受到高度重视，并从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

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1、机电一体化技术发展

机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。

1．1 数字化

微控制器及其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、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

1.2 智能化

即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I／O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

1．3 模块化

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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元：具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

1．4 网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

1．5 人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

2、机电一体化技术在钢铁企业中应用

在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：

2．1 智能化控制技术(IC)

由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢一连铸一轧钢综合调度系统、冷连轧等。

2．2 分布式控制系统(D CS)

分布式控制系统采用～ 台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为～种测、控、管一体化的综合系统。D CS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

2．3 开放式控制系统(OCS)

开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

2．4 计算机集成制造系统(CJMS)

钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。

2．5 现场总线技术f F BT)

现场总线技术(F ie d Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4～20mA，DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66％或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化和现场就地控制站等的发展。

2．6 交流传动技术

传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。

参考文献：

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现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，在机械工程领域，由于微技术和机技术的迅速发展及其向机械的渗透所形成的机电一体化，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，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

一、机电一体化技术的特征

1、机电一体化技术具备较高的安全性

在整个工作过程中，一旦电力发生了超载与过流等故障时，可以采取自动化保护措施，最大限度地避免和减少人员、机械设备出现事故，加强了机械设备的安全性能。此外，机电一体化有关产品具备了自动化监控、自动化诊断、警报与自动化保护等功能。

2、机电一体化具备了较强生产能力

由于机电一体化产品实现了自动化监控目的，所以提高了设备的生产能力。此外，机电一体化产品多数具备自动处理信息和信息控制等能力，其检车控制的精确度、灵敏性和应用范围得到了很大程度的提升，采用自动化控制系统可以保障机械设备的执行情况能够根据相关的设计要求进行，从而保障了产品的质量。

3、机电一体化具备了较高的使用性能

机电一体化产品采用了数字显示和程序控制，这使得手柄和按钮的数量得到很大程度的减少，方便了操作过程。机电一体化产品可以重复大量的动作，更先进的产品还能够筛选工作程序。

4、机电一体化具备了较大的适用范围机电一体化产品具有复合技术和功能，不具有单技术、单功能的局限性，这使得机电一体化产品的功能得到很大提高，也深化了自动化的程度。机电一体化产品具有的自动和智能功能可以轻松应对用户的需求。

二、机电一体化技术应用

1、数控机床

数控技术已经有40年的发展史了，它在多个方面都有明显的提高，比如结构、功能和控制精度，具体表现为：1）结构为多CPU、多主总线形式，具有紧凑、模块化的特点。2）设计具有开放性，硬件系统和功能模块可以最大限度地使用户受益。3）系统可以实现动态仿真二、三维加工过程，通过在线诊断和模糊控制等向车间提供编程技术。4）存储器采用了大容量同时软件设计为模块化，这种改变使得数控的功能变得更加丰富，也使得CNC系统具有更强大的控制功能。5）一个机床可以通过多过程和多通道控制实现多个独立任务同时完成，并且系统中还集成了刀具破损检测等。

2、工业机器人

第一代机器人对工作对象和环境的适应性较低、灵活性较差，也被称为示教再现机器人，它们在进行重复运动时只能根据示教内容进行。在第一代机器人的基础上改进的第二代机器人拥有了先进的传感设备，它和计算机联系密切，可以通过计算机来对工作进行处理和分析，从而做出自己的判断进而控制动作，这表明工业机器人开始变得实用化，表现出了低级智能。第三代机器人即是我们所称的智能机器人了，它的工作离不开第五代计算机，通过传感元件和计算机的作用来达到复杂的逻辑、判断和决策能力。

3、计算机的集成系统

全局动态最有综合帮助实现了计算机集成制造系统，它并非是由各分散系统简单组合而成的。计算机集成制造系统打破了原有部门间的界限，制造是它的基干，通过这个基干达到对“物流”和“信息流”的控制，最终将经营决策、产品开发等有机结合起来。一个企业如果具有很高的集成度将会更好地优化各种生产要素的配置关系，更大程度地开发出各生产要素的潜力。

二、机电一体化技术的发展趋势

1、数字化：微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。如不断发展的数控设备，利用计算机生产过程进行机种监视、操作、管理和控制。

2、网络化：20世纪90年代，网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3、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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。

4、人性化：各类产品的生产都是为了方便于人类，故机电一体化向人性化是个必然的趋势。机电一体化产品要求除了能够达到人类最基本的使用需求外还需要考虑它的外观结构包括形状及颜色等从而使产品更接近生活，让人们在使用过程中更自然，更便捷。

5、微型化：机电一体化的新目标是向着微型化转化。机电一体化的微型化又称为微型机电一体化系统，国外对其几何尺寸定义为一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。微型机电一体化系统主要特点为具有体积小、耗能小、运动灵活等，由于微型化的特点，其可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故非常受生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域的欢迎。

6、绿色环保化：工业不断发展、我们的生活舒适度不断提升的同时环境污染缺越来越严重，资源也越来越紧缺。人们都在强烈呼吁保护环境、节约社会资源，所以机电一体化技术的一个发展趋势就是绿色环保。在新的时代背景下机电一体化技术产品必须要无害或者对生态环境的危害极小，必须符合人类健康要求，必须有极高的资源利用率，回收利用率也要很高，这就是绿色环保化在机电一体化产品中的具体体现。

7、系统化：其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，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。特征之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系当然，机电一体化的发展不是孤立的，与机电一体化相关的技术还有很多，并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，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。

结语

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多技术的结晶，是生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且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，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献：

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中图分类号：O421+.4 文献标识码：A

20世纪60年代以来机电一体化技术开始迅猛发展起来，它的发展基础是传统的机械技术，再此基础上结合了计算机技术、电子技术、信息技术。机械技术和电子技术是机电一体化技术的主体，另外包括了多门技术学科，目前机电一体化技术正在逐步完善。机电一体化技术的出发点是整个系统，它将机械技术、微电子技术等综合运用，根据系统功能和优化组织的目标进行各功能单元的优化配置，它对于机械产品的机构和管理体系等都产生了很大的影响，我国目前正在向“机电一体化”发展阶段迈进。

1 机电一体化技术优点

1.1 安全性能高

机电一体化产品在很多领域具有较强的功能，其中包括有监视、报警、自动保护等方面。工作中发生一些电力故障的时候，机电一体化产品能够自动启动保护措施，使人和设备的损害降到最低，提高了使用设备的安全性能。

1.2 较高的生产能力

机电一体化产品自动处理信息和自动控制能力很强，在控制和检测方面的灵敏度和精度等都很高。机电一体化产品有自身的控制系统，通过启动这个系统可以使机械执行机构按照设计的要求完成动作，可以保证工作完成的质量和产品的高合格率。机电一体化产品的生产能力也随着自动化的成功实现得以提高。

1.3 较高的使用性能

机电一体化产品采用了数字显示和程序控制，这使得手柄和按钮的数量得到很大程度的减少，方便了操作过程。机电一体化产品可以重复大量的动作，更先进的产品还能够筛选工作程序。

1.4 适用范围大

机电一体化产品具有复合技术和功能，不具有单技术、单功能的局限性，这使得机电一体化产品的功能得到很大提高，也深化了自动化的程度。机电一体化产品具有的自动和智能功能可以轻松应对用户的需求。

1.5 维护方便

程度的控制可以对安装调试机电一体化产品，在其控制系统中输入控制程序就可以对产品进行调控了，这样就不用改变产品的零件或者哪一个部件了。机电一体化产品还能够对工作中的故障自动进行检验和监视等，并且可以自动采取应对措施。工作对象不同时，具有存储功能的机电一体化产品可以根据存储的执行程序自动工作。

2 机电一体化技术应用

2.1 数控机床

数控技术已经有40年的发展史了，它在多个方面都有明显的提高，比如结构、功能和控制精度，具体表现为：1）结构为多CPU、多主总线形式，具有紧凑、模块化的特点。2）设计具有开放性，硬件系统和功能模块可以最大限度地使用户受益。3）系统可以实现动态仿真二、三维加工过程，通过在线诊断和模糊控制等向车间提供编程技术。4）存储器采用了大容量同时软件设计为模块化，这种改变使得数控的功能变得更加丰富，也使得CNC系统具有更强大的控制功能。5）一个机床可以通过多过程和多通道控制实现多个独立任务同时完成，并且系统中还集成了刀具破损检测等。

2.2 工业机器人

第一代机器人对工作对象和环境的适应性较低、灵活性较差，也被称为示教再现机器人，它们在进行重复运动时只能根据示教内容进行。在第一代机器人的基础上改进的第二代机器人拥有了先进的传感设备，它和计算机联系密切，可以通过计算机来对工作进行处理和分析，从而做出自己的判断进而控制动作，这表明工业机器人开始变得实用化，表现出了低级智能。第三代机器人即是我们所称的智能机器人了，它的工作离不开第五代计算机，通过传感元件和计算机的作用来达到复杂的逻辑、判断和决策能力。

2.3 计算机的集成系统

全局动态最有综合帮助实现了计算机集成制造系统，它并非是由各分散系统简单组合而成的。计算机集成制造系统打破了原有部门间的界限，制造是它的基干，通过这个基干达到对“物流”和“信息流”的控制，最终将经营决策、产品开发等有机结合起来。一个企业如果具有很高的集成度将会更好地优化各种生产要素的配置关系，更大程度地开发出各生产要素的潜力。

3 展望机电一体化技术前景

3.1 高性能化

现代社会生产处于快速发展期，机电一体化需要不断满足发展的需要、不断提高其现实应用性，主要要提高的方面表现在速度、精度、效率和可靠性等。未来机电一体化技术的发展趋势之一就是高速、高精度、高效和高可靠性。

3.2 微型化

机电一体化趋向微型领域发展，它的发展动力是人们不断追求高新技术微型化。微型的机电一体化产品在一些特殊领域的优势是其他技术不可并肩而论的，比如军事、医疗、信息方面，因为这些微型化产品体积小、耗能少、灵活性强，可以成功完成常人不能想象到的任务。

3.3 智能化

21世纪机电一体化建设者更加重视研究人工智能，主要是机器人智能和数控机床智能的应用。人工智能主要指的是机器方面，通过吸收新方法在基础控制理论之上模拟人类智能，使机器具有推理、判断和自主决策的能力，这样也就能实现更高的控制目标。当然要求机电一体化产品具有和人类一样的智能是没必要的，我们可以使用高性能的微处理器让机电一体化产品拥有部分人类智能。

3.4 系统化

通信功能通过系统化得到了较大的升级，未来机电一体化技术会更多关注人与产品的关系，机电一体化将更加有人性化的特点。很多机电一体化产品的设计灵感都来自于动物或人类的启发，未来研究的两个方向分别是赋予机电一体化产品更多智能和研制更多的人性化产品。

3.5 网络化

网络技术促进了市场竞争的很大变革，现今网络技术飞速发展这必将使机电一体化和其相互融合。网络普及的同时远程和监视技术不断涌现，机电一体化产品就是远程控制的终端设备。网络化还将影响到大量的家用电器方面，计算机集成系统可以帮助人们在不出门的情况下享受高新技术带来的生活便利与快乐。

3.6 绿色环保化

工业不断发展、我们的生活舒适度不断提升的同时环境污染缺越来越严重，资源也越来越紧缺。人们都在强烈呼吁保护环境、节约社会资源，所以机电一体化技术的一个发展趋势就是绿色环保。在新的时代背景下机电一体化技术产品必须要无害或者对生态环境的危害极小，必须符合人类健康要求，必须有极高的资源利用率，回收利用率也要很高，这就是绿色环保化在机电一体化产品中的具体体现。

3.7 人性化

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1机电一体化的主要技术

常规的机电一体化涵盖了软件与硬件2类基础技术。硬件即由机械自身、传感设备、参数处理模块及驱动模块等所构建。为了与计算机进行有效传输，我们就要使相关参数传输达到标准化和规格化。接口择取相同指标、规格，不仅可以方便信息的传递和维修，同时还可以方便设计。现阶段，相关技术工作者正侧重于开发低投资、高速串行的接口，进而规避光导纤维、信号电缆非接触化与光藕设备的大容量化等问题。而软件和硬件一定要相互制衡，统一发展。为了降低软件的研制投资，深化生产维修的有效性，我们要试着将软件予以指标化处理，将内置程序指标化、软件程序固化、程序模块化，以及大范围应用软件工程等。现阶段，机械设备大多是以钢铁材料为基本结构的，为了可以有效减轻质量，我们要对产品的基本结构予以简配举措，因此可以利用非金属合成耗材。只有在减轻机械质量的前提下，才可以使驱动系统趋于微型化，进而提高其速率，这样可以最大化地降低能耗，提高作业的有效性。以传感设备为基点，从提高精确度、灵敏度等方面入手，在此基础上要确保其具有较强的抗干扰性。机电一体化，即在主功能、信息处理功能和控制功能上渗透进电子技术，把机械设备和电子化设计与软件有机地结合在一起，所组建的系统的统称。从宏观上分析，机电一体化包括技术和产品2个基本点，是依附于群体技术有机融合的一种拓展性技术，并非单纯的机械技术或微电子技术的结合。机电一体化技术的核心功能即替代体力劳动。

2机电一体化技术的应用范围

计算机集成制造系统的实现并非现有各分散模式的随机排列，而是全局动态的一种配置手段。其挣脱常规系统间的束缚，以构建核心的基础去控制物流和信息流，达到从经营决策直至产品开发管理的全套组合。企业集成水平的提高能够使相关生产要素间的配置得到全面深化，相关生产要素的潜能能够被全面挖掘。而柔性制造机制即为计算机化的制造模式，其通过计算机、数控机床、机器人及自动运行车等构建。柔性制造机制能够随心所欲地根据装配系统的需要，生产柔性制造机制范围内的一切工件，尤其适用于类型繁杂和中小批量生产的离散零件。同时，机电一体化技术也被机器人研发领域所应用。我们都知道，第1代机器人即示教再现机器人，其仅可依附于示教予以重复运动，对工作条件与作业目的的改变不具备适应性和应变能力；第2代机器人则装置了一系列前沿的传感元件，可以搜集作业条件与操作目标的基本信息，经计算机运算及分析，作出相应的判断，同时对动作予以反馈，其倾向于低级智能，已被一些基础行业所应用；而第3代机器人则为智能化机器人，其具有一系列感知功能，能够予以烦琐的逻辑思维，在此基础上评定并作出相应的举措。电力电子技术和微电子技术的持续发展，交流传动技术也得到了全面的应用。由于交流传动的优势，交流传动技术慢慢取代了电气传动技术，进而实现数字化目标，同时达到了矢量控制的目的，提升了系统功能的有效性。对于开放式控制系统来说，其基本是对一类指标信息交换规程进行支持，达成共识，能够对相关指标予以设计的系统，可以对各厂家产品进行兼容，具有优异的资源共享。开放式控制系统主要就是利用工业通信网络实现各控制设备、管理计算机互联的集成，通过控制室控制设备和现场总线仪表的互联，实现控制与测量的一体化。对于分布式控制系统而言，其主要就是利用一台中央计算机指挥若干台面进行现场测控与智能控制。在实际工作中，分布式控制系统主要就是依附于计算机对生产过程予以集中监视及管理，进而确保生产环节的顺利完成，达到预期的生产目标。与集中式控制系统相比，分布式控制系统的功能更强大，且具有较高的稳定性，是未来大型机电一体化系统的主要发展内容。在钢铁行业中，机电一体化要依附于微处理机，将微机、工控设备及参数传输等技术进行有效配置，择取组装合并的举措，为深化系统的一体化奠定良好的基础，提高系统控制的有效性和稳定性。近年来，机电一体化技术已被应用于煤炭企业，其对煤矿设备的电动机、传动机制、工作设备及制动系统等的在线运行情况予以实时监控，发生故障后可以自动报警，同时精准地指出故障区域。因此，应用机电一体化技术可以改善操作人员的工作环境，提高设备的工作有效性，降低相关装置的维护检查工作量，减少维修耗资，延长装置的使用周期。很多引进的机械工程均择取了电子控制的自动变速技术，此技术可以依附于外负荷的改变状态自行调节传动系的传动参数，这不仅使发动机功率最大限度地被利用，提高了燃油的利用率，同时还方便了操作程序，降低了工作者的劳动强度。为从根本避免翻车及断臂事故的发生，从实质上提升作业的稳定性，目前一些前沿的起重设备都被安装了电子控制的力矩限制装置。为实现无人驾驶，铺平了道路，使工程设备能够在危险区域工作。而电子系统的稳定性即为工程机械十分重要的一项性能标准。因为工程机械通常处于露天工作的状态，经常会遭受暴晒、雨淋，而且在作业过程中还存在振动及外在的电磁干扰，工作条件可想而知，所以对电子控制系统的基本要求为：可以在－40～80℃的条件下稳定工作，同时要具备较强的抗老化性和抗干扰性。

3总结

总的来说，机电一体化技术的侧重点即替代体力劳动。不过发展至机电一体化机制后，微电子设备不仅能够替代个别机械部件发挥功能，同时还能够加设相对前沿的功能，其中包括自动检测、自动处理参数和自动调节等。机电一体化从根本推动了机械工业的变革，让常规的机械设计举措和设计理念发生了翻天覆地的变化。全面研究前沿的机电一体化产品，不仅是优化常规机械装置的先决条件，还是促进机械产品更新换代及推动机械工业全面发展的有效举措。

参考文献：

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1概述

随着信息技术的不断发展，机电一体化技术的优势越来越得到人们的认可，在生产生活的诸多领域中都得到了广泛的应用。纵观汽车行业的发展历史，从蒸汽时代、内燃机时代、电气时代再到如今的信息时代，汽车的发展历史也是机电一体化技术的应用发展史，尤其是随着信息技术的不断发展，倒车影像、自动泊车、抬头显示等技术的应用使得机电一体化技术在汽车中的应用不断被人们赋予崭新的定义。本文主要以发动机控制系统、电子制动系统、倒车雷达及倒车影像系统为例，对机电一体化技术在汽车中的应用进行分析与阐述。

2机电一体化技术的简介

机电一体化技术是融合机械、电子、计算机等多门学科所实现的一体化应用技术，其以特定功能的实现为导向，通过机械装置、电子装置等的有机组合，形成了有机的整体，从而满足了人们的使用需求。机电一体化技术通过机械系统与电子系统的有机结合，赋予了装置全新的性能，使其能够更好地满足用户的使用需求。随着信息技术的迅速发展，机电一体化技术已经在生产生活的诸多领域得到了广泛的应用，数控机床、机器人、跑步机等都是机电一体化技术应用的典范。

3机电一体化技术在汽车中的应用

随着机电一体化技术的不断发展，其在汽车行业中也得到了广泛的应用，从历史角度来看，机电一体化技术在汽车中的应用主要可以分为三个阶段：第一阶段是二十世纪六十到七十年代期间，机电一体化技术在汽车中的应用主要体现在对汽车机械装置的改善中，电控燃油喷射、电动助力转向等技术开始得到应用；第二阶段是八十到九十年代期间，随着集成电路的广泛应用，其在汽车中也得到了一定的应用，解决了机械装置难以实现的汽车控制难题，大大提高了汽车行驶的安全性；第三阶段是二十世纪末至今，随着信息技术特别是网络技术的不断发展，机电一体化技术在汽车中的应用更为成熟广泛，推动汽车不断向自动化、智能化方向发展。

3.1发动机控制系统

发动机控制系统的核心是发动机控制单元ECU，其普遍配置于各类汽车的发动机之中，通过压力传感器、速度传感器以及温度传感器等，对发动机的状态进行实时监测，并对发动机的状态及时进行调整，确保发动机始终运行于最佳状态下。发动机控制系统形成了自闭环的控制系统，其通过对空气燃料比、点火时间以及排气等的实时监测，对空气燃料比进行调节，并将结果反馈至ECU，从而保证最优的空气燃料比，大大提高了发动机的节能性与稳定性。当空气燃料比过高时，燃料较少不利于点火，而当空气燃料比较低时，氧气不足将导致燃料的燃烧不充分，一方面造成了燃料的浪费，另一方面产生了大量的一氧化碳、碳化氢等有毒气体，对环境造成了严重的污染。过高过低的空气燃料比都对发电机的寿命有着不利的影响，因此发动机控制系统的应用通过最优空气燃料比的控制，能够保证发动机始终运行于最佳状态下，不仅提高了发动机的燃烧效率，更有效延长了发动机的使用寿命。

3.2电子制动系统

汽车的电子制动系统主要包括BBW系统、ABS系统以及ASR系统三大部分。BBW系统的应用改变了传统制动系统的机械构造，刹车脚踏板到刹车片间传递的不再是液压信号，而是通过电信号进行传播，不仅有效缩短了机械装置的制动反映时间，更大大提高了制动系统的可靠性。BBW系统主要由电子踏板模块、ECM控制模块以及制动模块三部分组成，当驾驶者踩下刹车板时，电子踏板模块将其转换为电信号，并将信号传递至ECM控制模块，ECM控制模块通过分析判断后向制动模块发出信号，控制启动制动电机，通过制动器活塞将制动片按压到制动盘上进行制动；相反地，当驾驶者松开刹车板时，电子踏板模块也将其转换为电信号并传递至ECM控制模块，控制模块判断驾驶员松开脚踏板后向制动模块发出信号，控制制动电机反转释放制动活塞压力，此时制动片将脱离制动盘，汽车恢复行驶状态。随着汽车行驶速度的不断提升，对制动能力的要求越来越高，为了实现更短的制动距离，单纯的后轮制动已经无法满足汽车的制动需求，制动装置也开始在前轮得到配置。当汽车发生急刹车时，前轮增重后轮减重以及后轮抱死的现象对制动过程中车辆的方向控制十分不利，容易发生失控事故，因此ABS系统应用而生，其在BBW系统的基础上，进一步提高了汽车的制动能力。ABS系统在汽车制动时，通过传感器对各制动轮的运动状态进行检测，并通过运动状态计算得到各制动轮的最佳制动力矩，从而有效避免了轮上抱死现象，大大提高了汽车制动过程中的控制性与稳定性，减少了汽车的制动距离，有效增强了汽车制动过程中的安全性。ABS系统的控制框图如图1所示。在ABS系统的基础上，ASR系统又被人们提出，有效解决了汽车行驶及制动过程中出现的驱动轮打滑现象。在雨雪天气后，路面的摩擦力大大减小，汽车加速或制动时经常发生打滑现象，当汽车采用后轮驱动时，驱动轮打滑将导致车辆甩尾，而当汽车采用前轮驱动时，驱动轮打滑将导致车辆的失控。在汽车制动或转弯过程中，驱动轮的打滑现象将导致车身向一侧偏移，容易导致事故的发生。ASR系统通过对驱动轮转速的实时监测，一旦发生某一驱动轮转速异常增大时，即认为该驱动轮发生了打滑现象，此时自动控制降低发动机的转速，对打滑的驱动轮进行制动，保持与路面状况相适应的最佳动力输出，能够有效避免打滑造成的安全事故。

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Pick to: mechanical and electrical integration is mechanical, microelectronics, control, computer, information processing, and other multi-disciplinary overlapping fusion, its development and progress depends on the progress of related technologies and development. Shallow to analyzing the content and the application of mechatronics technology research, in exchange for the colleague.

Keywords: mechanical and electrical integration; Technology; application

中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，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，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

一、机电一体化概述

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。

因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术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。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即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眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别

二、机电一体化技术的内容

1.机械技术

机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

2.计算机技术

计算机与信息技术，其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

3.系统技术

系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

4.自动控制技术

其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

5.传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保护。

6.伺服传动技术

包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

三、机电一体化技术的应用研究

1.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。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。

2.智能化控制技术(IC)

由于我国工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于我国企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢—连铸—轧钢综合调度系统、冷连轧等。

3.分布式控制系统(DCS)

分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

4.开放式控制系统(OCS)

开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

5.计算机集成制造系统(CIMS)

企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前我国企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代企业生产的要求。未来企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。

6.现场总线技术(FBT)

现场总线技术是对自动化领域的一场变革。由于现场总线简单、可靠、经济实用，已成为当今自动化领域发展的热点之—。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线的含义主要体现在以下几个方面：

(1)现场通信网络。传统的分散型控制系统(DCS)通信网络截止于控制站或输入输出单元，现场仪表仍然是一对一模拟信号传输。现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互联的现场通信网络，把通信线一直延伸到生产现场或生产设备。

(2)互操作性。互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备，不仅可以相互通信，而且可以统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。

(3)分散功能块。现场总线控制系统(FCS)废弃了分散型控制系统(DCS)的输入／输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入功能块，而且有PID控制和运算功能块。

(4)通信线供电。现场总线的常用传输线是双绞线，通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量。这种低功耗现场仪表可以用于安全环境，与之配套的还有安全栅。有的企业生产现场有可燃性物质，所有现场设备必须严格遵守安全防爆标准，现场总线也不例外。

结语

总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。今后应广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业，大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代，促进机电一体产业的形成，为我国产业结构和产品结构调整作贡献。