机电一体化概念范文

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Abstract: this paper introduced the concept of the electromechanical integration technology and significance, and summarizes its support to this technology of the electromechanical integration technology development direction. Finally through the electric drive system construction, this paper introduces how to the idea of system, gradually put the electric drive system perfect, so as to realize the mechanical and electrical ¬-body of the application of the technology.

Keywords: mechanical and electrical integration technology; Electric drive system; Application; Research.

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1 机电一体化技术的概念

现代科学技术的飞速发展,推动了不同科学的相互交叉与渗透,并引发了几乎所有工程领域的技术革命与改造。而以机械技术和电子技术为主体,多学科技术交融渗透、相互结合的新兴学科――机电一体化,正逐渐变成了当今学界研究的重点之一。

2 机电一体化技术的意义

2.1功能增强

机电一体化产品具有多种复合功能,如加工中心可以将多台普通机床的多道工序在一次装夹中完成,并自动检测工件和刀具精度,显示刀具运动轨迹。

2.2精度提高

机电一体化技术简化了机构链,使机械磨损、配合间隙及受力变形等引起的误差大大减少。由于采用计算机检测与控制技术补偿和校正因各种干扰造成的动态误差,从而达到纯机械技术手段所无法实现的工作精度。

2.3结构简化

由于机电一体化技术采用微处理器、大规模集成电路、电力电子器件代替了原来的电器控制柜和传动装置,使机电一体化产品零部件数量减少、体积变小,结构得到简化。

2.4可靠性提高

随着集成电路的集成度越来越高,材料性能越趋稳定,机电一体化产品可靠性不断增强,同时由于具备了安全连锁控制、过载及失控保护、断电保护的功能,进一步提高了机电一体化产品的安全可靠性。

2.5改善操作

由于机电一体化产品采用了计算机技术,从而提升了产品的自动化程度,减少了操作按钮及手柄,改善了设备的操作性能,构建了良好的人机界面。

2.6提高柔性

由于软件技术的引入,从而实现了机器工作程序的可修改性,能够通过软件的修改来满足工作情况改变的需要。

3 机电一体化技术的构成

3.1机械技术

机电产品的功能和作用大部分都是由机械本体来体现的。本体材料的优良、结构的新颖、精密的加工技术,能够使机械结构重量减轻、体积变小,改善其快速响应特性,提高零部件的精度、刚度和可靠性。

3.2传感技术

传感技术是机电一体化技术的关键技术,它将所测得的各种参数量如位移、速度、加速度、力等信号转换为统一格式的电信号输入到信息处理系统中,并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式。

3.3信息处理技术

信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出技术。机电一体化产品的工作是受控于信息处理装置的,因此信息处理是否正确及时,将直接影响到产品工作的质量和效率。

3.4自动控制技术

自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。自动控制技术范围很广,包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。而机电一体化系统中自动控制技术包括位置控制、速度控制、最优控制、模糊控制和自适应控制等。

3.5接口技术

机电一体化系统通常由许多要素和子系统构成,为了确保各个要素与系统之间能够顺利地进行信息、物质能量的传输和交换,必须在它们之间建立一定的联系条件,而这些条件统称为接口。这些接口既可能是硬件,也可能是软件,或者是两者的结合。

3.6驱动技术

驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件分为电动、气动、液压等, 机电一体化产品中多采用电动式执行元件,驱动装置主要指各种电动机的驱动电源电路,其主要以采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。

3.7系统总体技术

系统总体技术是一种从全局角度和系统目标出发,用系统的观点和方法,将系统分解成若干相互联系的功能单元,找到能完成各个功能的技术方案,并将其进行分析、评价和优化的综合应用技术。

4 机电一体化技术的应用

在人们的日常生活当中,自动机械、信息处理设备、办公室设备、车辆电子设备、医疗器械、光学装置、智能家电、楼宇安全系统等机电一体化系统都离不开执行元件为其提供动力。而执行元件和电子控制装置之间是无法直接连接的,因此需要一个驱动部件。该驱动部件在电子控制装置的控制下,接收指令,进行能量转换,从而得到目标输出。电子控制驱动系统框架。

对于精密传动来说,需要在执行元件输出终端进行传动测量,如测量其位置、速度、加速度,同时将所测得的数据反馈给电子控制装置,让其进行比较,进行误差修正控制,最终实现精密传动。电子闭环控制驱动系统框架。

当有多个执行元件,其输出动作规律各不相同时,一方面要根据各执行元件工作情况来考虑其控制的形式,另一方面需要确定它们之间是否存在输出的联系。如果它们之间没有联系,可以让它们单独来工作, 也可以通过构建PC机上位控制来统一管理。图1为PC机二级管理的多驱动电子闭环控制系统结构框图。若工作联动内容经常变化,就应该构建一个可以直接识别联动输出的软件,将联动输出写入软件当中,让其直接转化为控制程序,这样就能灵活地应对动作输出的需求。图2为装载了位置控制模块的PC机二级管理多驱动电子闭环控制系统结构框图。

图1PC 机二级管理的多驱动电子闭环控制系统结构框图

图2带位置控制模块的PC 机二级管理多驱动电子闭环控制系统结构框图

上述机电一体化技术的应用,仅论述了如何将传感技术、信息处理技术和驱动技术等技术简单的融合,各部件都是以模块形式搭建的,而模块间的信号传输及所涉及到的接口技术和信息处理技术是其中的重点。所以,在机电一体化技术应用中,以全局最优的观念去设计机电一体化产品,并且解决好每个功能模块信息处理和传输的问题,是能够迅速地利用好机电一体化技术的方法。

5 机电一体化技术的发展方向

由于机电一体化技术是多学科技术交融的技术,因此其发展的程度必然受制于其相应支撑技术的发展, 同时其相关技术的发展也必然促进机电一体化技术的发展。

5.1智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向,而机器人与数控机床的智能化就是其重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、心理学、生理学和混沌动力学等新方法,模拟人类智能,使它具有自学习、自组织、自适应、思维和决策等能力,以求得到更高的控制目标。

5.2模块化

机电一体化产品种类繁多,让它们自由地交换信息是一项十分复杂的事,因此有必要研制具有标准机械接口或电气动力接口等的机电一体化产品。如果机电产品能够象“搭积木”那样让需求者根据要求自由组合,那么无论是对资源的节约,还是服务于各行各界,都有着其巨大的作用。

5.3网络一体化

由于网络的普及,推进了全球化的进程。而基于网络的各种远程监控技术,让家用电器网络化成为可能。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(Compu ter Integrated App liance

System,CIAS),使人们无论在家里还是在外面,都能随时享受各种机电产品带来的好处。因此,机电一体化产品无疑会朝着网络化的方向发展。

5.4微机电化

微机电化指的是机电系统主要装置的特征尺寸在亚微米至亚毫米范围。微机电系统产品由于体积小、 耗能少、运动灵活,在军事、生物医疗、航空、信息等方面具有不可比拟的优势。

5.5绿色化

绿色化主要是指产品在其设计、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,而且是低能耗、低材耗、协调而可再生的产品。

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中图分类号：T9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0047-01

机电一体化技术是以其产品为载体而体现出来，是机电一体化技术发展至今的技术水平体现。机电一体化产品设计人员，要使产品设计符合机电一体化技术要求，并富于时代感，就要对于产品设计技术以掌握，并具备多种技术融合的技术能力。面对机电一体化产品的技术先进性和复杂性，就要将符合当代机电一体化技术发展的产品设计理论建立起来。

一、机电一体化产品概念设计理论构建的意义

在机电一体化产品设计中，概念设计对于产品质量起到至关重要的作用。作为产品设计中的重要阶段，对于产品质量的决定程度可以达到70%以上。要获得性能优异的机电一体化产品，就要将机电一体化产品概念确定下来，制定出相应的设计方案和设计技术方法。概念设计理论首先是基于概念设计思想而建立起来的，在其基础上还先后出现了多种阶段性设计理论，如TRIZ设计、公理化设计QFD设计理论等等，对于机电一体化技术发展进程中所获得的创新设计成果发挥了重要的推动作用。

在机械工程研究领域中，这些理论被运用于其中，进行组合设计而形成了技术综合性较强的设计产品，由此而促进了机电一体化系统的多种学科交叉。系统的继承性决定了其设计的复杂性，多门科学技术的融合，使得原有的单一化设计理论不再适应目前的科技发展需求。那么，在机电一体化产品概念设计理论研究中，就要从机电一体化系统自身的性能出发，结合设计目标而建立起完整的概念设计理论，以对创新设计的机电一体化产品以指导。与此同时，还要在机电一体化产品设计概念理论建立起来之后，结合相关学科，以使理论研究逐渐扩展。

二、机电一体化产品概念设计理论研究现状

按照现代机构角度对机电一体化系统进行分类，可以划分为三个子系统，即广义执行机构、信息处理及控制系统和传感检测系统。将三个子系统相衔接，建立起框架体系，不仅有效实现机电一体化运动功能，而且还促进了产品创新设计。在机电一体化产品设计系统中，广义执行机构子系统是核心部分，其概念设计理论研究关乎到机构运动的总功能。特别是在基本工艺动作设计过程中，要基于广义执行机构的概念设计理论对基本的工艺动作进行构思，以使其具有动作的独立执行能力。当执行动作的创新技术确定下来之后，就可以结合机构系统建立框架模型，以使系统设计更具有可操作性，而且采用这种方式更能够结合计算机辅助进行产概念设计。

对于机电一体化产品的框架模型而言，仿真问题是最为重要的。作为设计结构复杂的动态系统，机电一体化产品实现动态性能的同时，更要注重系统仿真性嫩的验证。那么，在机电一体化产品概念设计阶段，就要确立功能实现的约束条件，将各种相关的仿真软件技术纳入到框架模型当中，运用各种通用建模技术，使用仿真软件将诸如原理图、键合图、信号流图以及方框图等等参数化。运用Simulink仿真软件将系统仿真平台建立起来，以为机电一体化产品概念设计的实现奠定基础。

三、机电一体化产品概念设计理论的发展展望

对于机电一体化产品设计人员而言，产品概念设计理论具有重要的指导作用。国外研究机电一体化产品概念设计理论所获得的成果，是建立在研究电子控制理论的基础上的。国内的研究学者则着重于机电一体化产品的运动结构研究。机电一体化系统是基于多种学科而建立起来的，这就需要产品设计者对于产品从多种学科角度进行研究，并趋向于产品概念理论的使用操作性。虽然国内外对于机电一体化产品设计理论的研究方向有所不同，但研究目标是相同的，且对于新技术、新产品的开发具有重要的指导意义。

关于机电一体化产品概念设计理论，从研究趋势上来看，还要面临诸多问题有待解决。比如，在进行机电一体化产品概念设计理论时，还要将推理方法建立起来；对于机电一体化产品的运动机构进行分类，为了对驱动元件以及传动机构等等进行选择，还要将驱动元件库以及机构执行库建立起来；对于传感器的选择，有赖于测物理量的参数定量化，以确定传感器类型。此外，还要将信息处理、控制方法库建立起来，以提高系统软件和硬件的可控性。机电一体化产品在不同的设计阶段，都会产生不同的概念设计理论，将产品概念设计评价体系建立起来，以利于产品不同阶段设计有效衔接。

总结

综上所述，对于机电一体化产品设计人员而言，概念理论设计所发挥的指导作用是不容忽视的。中国目前对于机电一体化产品设计的研究主要是基于运动功能为主产品结构设计。作为多种学科集合的机电一体化技术，其复杂性决定了机电一体化产品概念设计理论的重要性。

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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0127-02

我校于2011年被人力资源和社会保障部纳入第二批工学一体化课改单位，学校非常重视这项改革，大刀阔斧的进行了教学模式的改革与创新，打破学科性课程体系，在广泛而深入的企业调研和专家访谈基础上，围绕典型工作任务，重新构建课程体系。建筑电气CAD一体化课改中我们引入了CDIO 理念。本文结合CDIO理念，探索电气专业“建筑电气CAD”课程教学方法等相关问题。

一、建筑电气CAD课堂教学中存在的问题

“建筑电气CAD”是技工院校电气专业的一门重要专业平台课程。通过课程学习，旨在使学生掌握CAD 软件的操作，并能应用于建筑工程施工图的识读、修改和绘制，以培养适应建筑工程施工、生产第一线急需的高技能人才。

近几年来，技工院校在教学硬件条件方面得到了前所未有的提高，使得以前在理论课教室上CAD课程、学生上机练习的机会比较少的简单教学模式有了极大改观。但是仍存在以下问题。

1.教材内容实际工程案例较少

现有的大部分CAD制图教材的内容虽然加入了相应的项目练习，但是仍然围绕基本绘图知识展开，没有一个完整的工程实例。章节之间知识点零散缺乏系统性、连贯性，学生学完后对实际工程案例缺乏概念，根本完成不了实际工程图的绘制。

2.教学手段单一

CAD 课程多在多媒体软件实训室授课，教师边演示边讲解、学生边看边思考。这样的教学方法相比以前进步很大，但仍有弊端。一是学生无法进行同步练习，容易丢失学习节奏；教师对学生掌握程度也难以掌控；二是教师需要低头专注于电脑屏幕的演示操作，对学生听课情况和课堂纪律容易忽视；三是教师演示什么学生就练习什么，照葫芦画瓢，教学手段依然带有“填鸭式”色彩，不利于学生进行主动学习和探索学习。

3.无法培养团队精神

CAD课程的学生练习环节往往都是由学生独立完成，学生之间很少讨论，遇到问题就会不假思索的询问老师，学生操作中个体意识强烈，缺乏团队协作精神。

二、CDIO理念的内涵

CDIO是2001年由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等教育机构创立的一种新型工程教育理念和教学应用模式[1]。CDIO 代表“构思”（Conceive）、“设计”（Design）、“实施”（Implement）、“运行”（Operate）。

CDIO 理念内涵是尽可能采接近工程实际的综合性设计项目进行教学，使学生从内容各不相同的工程实践项目中学到的方法和能力是一致的，在教学中把理论与实践有机结合，培养学生创造能力和解决实际问题的综合能力。

三、基于CDIO理念的教学改革

由于传统的教学模式存在诸多弊端，难以满足企业对实践型人才的要求，因此基于对CDIO 理念的理解，教学改革的探索重点是培养学生的工程基础知识、个人绘图能力、人际团队能力和工程应用能力。

1.改革教学方法

（1）实例教学法。在 CDIO理念的启发下，课程初期（约1-2月）不再以“点、直线、圆”等基本指令为纲，而是精选针对性和代表性较强的绘图实例，寓“指令”于“实例”，由浅入深、循序渐进地逐步讲解。然后在实例演示中针对具体的指令操作再进行重点讲解，最后学生结合实例进行上机练习。

值得注意的是，课程初期是围绕“学生能熟练掌握CAD基本指令”的目标开展教学活动，此时学生基础知识薄弱，不宜一步到位采用工程项目教学法。通过实例教学，能够使学生对软件操作有直观感受，激发学习积极性，培养基本的识图、制图的能力和一丝不苟的工作作风，既满足了学以致用的需求，也为下一步的工程项目图绘制打下坚实基础。

（2）工程项目教学法。CDIO 教育模式要求学生基于工程项目的全生命周期进行学习与实践，以项目作为基础知识传授与基本技能掌握的载体[2]。结合“建筑电气CAD”课程目标和特点、以及学生的实际情况，在工学一体化课改中我们提炼出了10个典型项目，它们均来源于工程实际，能将建筑和电气制图相关知识有机的结合起来，具体项目如表1 所示。

10个典型项目均为团队合作项目，置学生于实际的工作环境中，使其能切身体会项目图从构思、设计到绘制、修改的完整过程，学生在项目进行过程中学习探索、综合应用知识，锻炼团队精神、学习基本项目组织、管理，培养CDIO能力[3]。

需要注意的是，实际工程项目必然是“大而全”，包含了全部知识点，如果直接拿来就用于课程教学，教学目标极容易“跑焦”，学生也会一头雾水，无从下手。因此，教师必须结合课程要求和学生实际对项目图进行提炼加工，围绕教学目标和课程重点对项目图进行改造，比如项目5“绘制独立别墅电气照明工程图”，教师授课前就需要对项目图的建筑平面图部分进行淡化处理，突出照明设备、开关、配电箱和接线，这样教学目标就一目了然。

2.改革教学模式

为了推行CDIO教学模式，课程的整个实施过程都在多媒体软件实训室进行，保证学生人手一台电脑，课程4 节连排，软硬件环境的具备为真正实现了CDIO教学提供了有力支撑。

将班级学生进行分组（3～4 人为一组），每组学生的电脑围成一圈，每组一个小组长，由小组长统筹安排成员具体工作任务。教师要求学生在规定的时间段内合作完成相应的项目，其具体实施过程如图1所示[4]。

任务描述阶段（C）：任务描述阶段是项目开始的第一步，教师首先讲解基本知识，将项目的任务、问题与知识导入，让学生明确本项目要完成的任务。

任务讨论阶段（D）：学生接到项目任务书后，自学完成该项目任务需要的知识和技能。在小组长的带领下，独立分析或小组研讨项目的构思、设计和实施路径。

任务实施阶段（I）：学生按照设计方案、工程规范完成项目任务。学生在实践中必然遇到很多问题，此时教师再分组对学生进行辅导，完成知识的深化和拓展。

总结评价阶段（O）：项目基本完成后组内先对图纸进行总结评价，发现错误或不足，进一步完善，最后由教师评价项目成绩。

教学过程中，教师要做好“工程监理”角色，小组长做好“项目负责人”角色，小组成员做好“工程技术人员”角色。通过职责分配，使学生熟悉并深入到工程环境中，培养其解决实际问题的能力。同时让学生在不断地碰撞和沟通中学会相互支持，共同进步。真正实现“在实践中学习、在学习中实践”。

3.改革考核模式

建筑电气CAD课程以过程化考核取代期末考试，成绩采用百分制。每个工程项目设计具体量化评价指标，所得总分按10%折算计入期末成绩。项目二“绘制建筑平面图”成绩构成如表2 所示。

表2 项目二“绘制建筑平面图”成绩构成一览表

内容 要求 单项分数 实际成绩

设置绘图环境 设置绘图界限、图幅等 5

设置图层 准确设置、使用图层 10

绘制水平和垂直轴线 直线、偏移、阵列等指令使用正确 15

绘制墙体 两层多线使用正确，可使用多种方法打开墙体 20

绘制门窗 墙体开口正确，熟练使用多线、圆弧等指令绘制门窗 15

绘制楼梯 楼梯台阶和扶手绘正确 10

文字标注 文字字体、大小、颜色等设置正确 10

尺寸标注 尺寸数字设置正确，尺寸标注大小合适 15

学习态度 学习的积极性、主动性、团队意识、创新意识 10

考核模式以10个工程项目成绩为抓手，能促使学生重视每个教学环节，有效的调动了学生在整个课程学习中的积极性，避免了突击应付考试的现象，从而显著提升了教学效果。

四、教学改革的实施效果

建筑电气CAD课程改革我们实施了2年，在摸索中不断完善，得到学生的普遍欢迎，取得了良好的教学效果，主要体现在以下几方面。

1.课堂活跃度大大增加。课堂不再是传统的“你教我学”、枯燥的临摹绘图，开放性的课堂使学生成为主角。学生主动参与的热情非常高，当其设计思路得到认可、工程项目图通过验收后，学生会对自己的成果感到非常自豪。

2.通过真实的工程项目练习，缩短了学生与实际工程的距离，提高了学生分析和解决实际问题的能力。

3.增强了学生的就业自信心。许多学生不再觉得工程项目高不可攀，发现“所学即所用”后内心产生了强烈的自信心，为日后应聘较高层次的工作岗位打下坚实基础。

五、结语

本文以CDIO理念为指导，探索了建筑电气CAD一体化课程改革，旨在提升学生解决实际问题和团队协作能力，提升教学效果，从而满足企业工作现场对高技能人才的需求。实践证明这种教学改革仍然面临不少问题，例如典型项目的提取、工程项目图的加工绝非一朝一夕之功，亟待深化完善。同时，开放性课堂使得教师对教学进度的掌握也变得困难，需要教师和学生的不断磨合调整。这些问题的存在也是下一步深化课程改革的动力所在。

参考文献：

[1]王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式――基于对课程大纲的解读[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.

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现代科学技术的发展，使得单纯的单一学科应用已远远无法满足人类社会的生产生活需要。各学科相互渗透，相互促进，为新的技术改革，知识创新提供契机。机电一体化技术就是在这样的背景下发展而成的。

一、机电一体化技术简介

机电一体化又称机械电子学，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的。最早提出这一概念的是1971年日本杂志《机械设计》一书的副刊。时至今日，机电一体化这一概念已经广泛的被接受和应用。

机电一体化技术并不是单纯的机械学与电气或电子学的结合，而是在上述两种技术的基础上融合了信息技术，传感器技术，自动控制技术，计算机技术，接口技术，信号变换技术以及软件工程技术等多种科学技术，并不断发展，广泛应用的一门新兴科学技术。

二、机电一体化技术的发展状况

（一）、世界范围内的发展

20世纪60年代以前为初级阶段。这一时期，人们在生产生活中并没有刻意的将机械学与电子学技术结合起来，而是不知不觉的利用电子技术的成果来完善机械产品的性能，这便出现了最早期的机电一体化技术。期间发生的第二次世界大战，促使了机械技术与其他技术的融合。战后，这些技术由军用逐渐应用至民用范围，但并没有提出机电一体化这一概念，没有将多技术的结合推广。

20世纪70到80年代是这一技术蓬勃发展的时期。由于计算机技术的出现和迅速发展，大规模的集成电路和微型计算机开始出现，这位机电一体化技术的发展奠定了坚实的基础。正是在这一阶段，Mechatronics一词被提出并逐渐被认可，机电产品大量涌现，世界各国逐渐对这项技术给予大力支持。

20世纪90年代开始，机电一体化技术进入新的阶段。这一时期，通信技术、光学技术以及微细加工技术与机电一体化技术逐渐结合，出现了微机电一体化和光机电一体化的分支。同时，机电一体化技术本身的研究日益成熟，对机电一体化技术的建模研究、分析和集成方法以及机电一体化的整个科学体系的研究，使机电一体化技术的基础更加完整，理论体系更加完善。

（二）我国机电一体化技术的发展

[1]我国是从20世纪80年代初才开始这方面技术的研究。国务院成立了由杰出科学家带领的机电一体化领导小组，并将这项技术列入“863”计划中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的诸多影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，虽然都取得了一定成果，但与日本、欧美等先进国家相比仍有相当大的差距。

三、机电一体化技术的发展趋势

在半个世纪左右的发展中，人类生产生活对机电一体化技术不断提出更高的要求，推动机电一体化技术产品的智能化、模块化、网络化、系统化、绿色化和微型化程度快速发展。其中智能化和自动化更是机电一体化技术的重中之重。

智能化是目前形势下大部分技术所共有的发展方向，也是机电一体化技术与传统机械技术的重要区别之一。随着智能控制技术的进一步发展和人工智能技术在生产设计活动中被越来越重视，机电一体化技术的智能化发展迅速。在更高速的微处理器出现以及运筹学、仿生学等技术的辅助下，机电一体化产品更好的拥有人类的部分智能。

机电一体化技术的发展必须标准化、系列化。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、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。必须制定出一系列标准，将各个单元、接口统一化，以便扩大规模生产。但由于这项技术刚刚兴起，做到标准化系列化还很难。

网络技术迅速发展，为机电一体化技术带来了新的影响。网络的普及使得基于网络的各种机电产品远程控制得到很大发展。而总线技术和局域网技术的发展，带动了家用机电产品系统化，集成化的发展。

[2]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，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。另一个表现是通信功能的增强。机电产品的发展趋势是更加注重人格化，机电一体化的人格化有两层定义，首先，就是模仿生物生理机能，设计各种机电产品。另外，机电一体化产品归根到底是人在使用，赋予机电产品人的智能、情感、个性愈发重要，其总重目的便是人机一体。

在生态环境问题愈发重要的今天，机电一体化技术的绿色化成为一个新的重要课题。绿色机电产品是指产品在设计、试验、生产以及回收销毁等方面对生态环境无害或危害极少，资源利用率高。设计、使用绿色机电产品，是机电一体化技术发展的必然趋势。

机电一体化技术的微型化指的是机电产品向微型机械及微观领域发展。这一概念兴起于20世纪80年代末，国外称其为微电子技术。微电子产品体积小、耗能低、灵活性高，可广泛应用于生物、医疗、军事等方面。而机电一体化技术微型化的一个挑战就是必须采用超精加工技术进行生产制造，如果在这一方面有了较大的发展，那么机电一体化技术的微型化将有质的飞跃。

综上所述，机电一体化技术是社会劳动力发展的产物，也是现代科学技术发展的重要组成部分。机电一体化技术融合多学科种类，使传统的机械预设方法和预设概念发生着革命性的变化。伴随着现代科学技术的不断创新，机电一体化技术的发展前景也将愈发光明。大力发展这一先进技术，不仅是人类文明发展的要求，也是创新理念，振兴工业的必经之路。

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1 机电一体化的概念

人类从使用简单工具到现代的机器发生了巨大的变化。特别是计算机控制技术出现以后，传统机械又有了一个飞跃。

机器应该是机械和电器的合成。传统的机械工程和自动控制工程从专业学习到工程设计应该一体化。目前，关于机电一体化的定义与概念，许多书籍都是根据国外书籍的定义和概念而引用。对于国外的概念基本强调机器人跟数控机床的概念。虽然，机器人和数控机床是机电一体化中具有一定代表性的产品，但绝非是机电一体化的全部内容，机械的内容很多：化工机械、轻工机械、重工机械、纺织机械等。机电一体化强调的是机械产品的自动化和智能化的问题。

2 机电一体化的基础知识

机电一体化涉及的知识还是比较广泛的。在机电一体化设计中常常会涉及到机械做功，液体压力做功等理论力学和材料力学的相关知识。对于机械零件还涉及到机械零件的加工方法一些工艺性问题。尤为重要的是数控加工技术。零件的加工精度、材料的选择都是需要学习的。一些机械零件例如：轴和轴承、齿轮、凸轮、链条、链轮等可以说是机电一体化设备中应用极广泛的一类机械零件。对于零件的学习使是我们应具备的基础。还有自动控制和人工控制的内容，电路电器的基本知识。

3 传感器

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息按一定的规律变换成为电信号或其他所需的形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器大致可分为物理传感器和化学传感器两大类。在机电一体化中起着至关重要的作用。常见的传感器有：压力传感器、位移传感器、位置传感器、温度传感器、湿度传感器、气敏传感器等等。

4 绦凶爸

所谓执行装，就是把从电源、液压、气压等动力源获得的能量变换成旋转运动或者直线运动的一种装置。执行装置主要由执行元件、传动原件等构成。主要的执行装置有如下几种：步进电机装置、伺服电机装置、普通电机装置、液压油缸装置、液压马达装置、气压装置、气动马达装置。这些机械装置是控制系统的控制对象，也叫控制系统的执行装置。普通电机装置也是控制系统的控制对象，如采用变频器可以控制转速，PLC也可以控制转速和角位移。普通电机采用控制器的控制精度和效率没有步进电机和伺服电机高，但是在一些控制要求不太高的机电一体化设备中，目前应用还是比较广泛的，毕竟普通电机价格比步进电机和伺服电机低得多。

5 计算机控

机械设备的控制系统从最初的的强电控制到现在的计算机控制，经历了如下过程：简单的开关控制――继电器控制――单片机控制――单板机控制――PLC控制――PC控制。事实上，到现在为止机械设备的控制系统无论从简单的开关控制，继电器控制到复杂的单片机控制、单板机控制、PLC控制、PC控制都有它们的使用价值。随着时间的发展，使用的比例肯定会按上述顺序，前面的越来越少，后面的越来越多。目前来看单片机控制、PLC控制系统在机电一体化应用领域的数量上应该是最多的。

数控技术是指用数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是为止、角度、速度、等机械量和开关量，以及温度、流量、压力等物理量。数控技术和计算机控制技术是相互关联的。数控技术的特点：精度高、速度快、可靠性高。

6 机电一体化的设计方法

机电一体化设计类型可分为：

根据受控对象的不同，进行机电一体化设计；

改进型机电一体化设计；

创造发明性机电一体化设计；

不同的机电一体化设计类型，也有不同的设计方法。所谓根据受控对象的不同进行机电一体化设计，也就是不同行业有不同的受控对象。比如数控机床、包装机械一类的受控对象基本上是机械动作；在化工机械中，处理机械动作外还有对温度、流量、压力、配比等物理量的控制；也有将化学量作为受控对象的，如土壤分析仪对土壤酸碱度、钙、镁、磷的分析等。当然受控对象最多的还是机械动作问题。

改进型机电一体化设计是应用非常广泛的一类设计。比如，我国数控机场普及度不高的现状的主要原因一方面是数控机床的售价太贵，对于许多企业来说很难承担这笔开支的。所以对现有机床进行数控化改造，提高现有机床的生产效率和质量、节约成本等起到很好的效果。

在机电一体化设计中，我们主要考虑3部分的设计：机械部分、控制部分、传感器部分。事实上，为了简化问题，机电一体化的设计思路完全可以从两部分来考虑。即机械部分和控制部分，因为传感器完全可以在控制部分中一起考虑。机电一体化设计发展到今天，机械部分的设计仍然是这三部分中最重要的部分。过去在机电一体化设计的学习和实际工作中存在一种错误的认识和看法：认为机械设计直观简单，技术含量没有控制部分高。这是一种本末倒置的认识。

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中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0238-02

0 引言

新型技术和新型工艺的不断涌现促进了机械工业的发展和进步。机电一体化技术的应用深刻地影响着人们的生产和生活。同时，作为衡量一个国家综合国力的指标，机电一体化技术和各国的通信事业、交通事业以及航天事业等息息相关。因此，机电一体化技术作为一种必然的发展趋势，已经引起了各国的关注。

1 机电一体化的相关概念

相比于西方发达国家，我国的机电一体化技术的发展步伐相对缓慢[1]。机电一体化起源于20世纪70年代的日本杂志――《机械设计》，是集机械和微电子技术于一体的一门集合技术。机电一体化技术主要是通过将微电子技术、信息技术以及信号接收技术等多种综合技术进行有效地整合，从而应用于实际的混合技术中。

作为一门自成一体的新型技术学科，机电一体化所涵盖的技术和产品具有多功能、安全性高以及消耗少等优势。我国的机电一体化技术由于受传统工业的影响较大，同时受经济和技术等条件的束缚，还需要进行不断地完善和改进。

机电一体化的相关产品和技术主要可以分为三个部分，其分别为电子、相关软件以及机械三大模块[2]。作为多种新兴技术形结合的产物，机电一体化技术可以充分地利用不同模块的特点和优势，设计和制造出更多全新的产品，以更好地服务于人类。伴随着科学技术的发展和进步，与机电一体化相关的各项技术开始出现相互融合的趋势，机电一体化技术的应用前景也十分良好。

2 机电一体化技术的发展现状分析

我国的机电一体化技术大致始于20世纪80年代初期，由于受国际关系的影响，机电一体化技术被列入为“九五”特别发展规划中。国家相关部分组织机电一体化研究领导小组开展相关会议，对机电一体化的相关技术进行综合性研究。同时，北京大学、清华大学等国内知名院校和国家研究机构开始逐渐地加大对机电一体化技术的重视。尤其是一些大专院校开始扩大相关专业的招生比例，以培养更多的相关技术性人才和应用人才。尽管如此，我国与西方发达国家的机电一体化水平相比还存在一些差距。

二十世纪九十年代后期发展至今，机电一体化技术开始逐渐地迈向了新阶段[3]。以微电子技术作为核心的高科技技术逐渐被应用于工程机械制造领域中，进而改变了我国工程机械长期落后的困境，同时也促进了相关工业制成品的性能的进步，从整体上将我国的工程机械推进了一个全新的台阶。尤其是在一些楼宇建设中电子监控和自动报警的应用中，如果相关的设备和工程机械出现了故障，电子监控设备以及自动报警系统能够及时准确地为工作人员提供相关信号，以方便工作人员及时地维护和更新。这些设备的应用不仅能够简化工作人员的设备维护工作，而且还能够极大地提高相关人员的工作效率，同时也保障了机械正常运行的安全性。因此，作为现代工程机械发展的一项重要技术，机电一体化技术还需要进一步完善，才能够更好地为国民经济发展而服务。

世界上机电一体化技术相对比较成熟的地区主要是分布在欧洲、美国以及亚洲的日本等。这些地区和国家由于具有雄厚的经济实力和坚实的工业基础，在机电一体化产品的研发方面取得了重大的成就。例如我们较为常见的办公设备――复印机，则是美国的一项重大发明。目前，这些国家和地区在机电一体化技术领域不仅拥有高素质的技术人员，而且还具有灵活的经营理念，从而给自身的发展提供了良好的机遇。机电一体化产品已经开始渗透各个生产领域，同时也开始向集成化方向转变。

3 机电一体化技术的发展趋势探讨

机电一体化技术的发展离不开相关技术的支持。作为一门新兴的边缘性学科，处于发展的良好阶段。机电一体化作为一项核心技术，开始逐渐朝着以下三个方向发展：

3.1 生态效益与经济效益的统筹兼顾

众所周知，工业革命和科技革命的到来虽然给人类创造了大量的物质财富，同时也给环境造成了巨大的压力。日益严重的工业污染给人们的生活带来了极大的不便。因此，随着人类进程的发展，越来越多的企业开始追求生态环保的产品。环保型产品的研发与设计要求其在使用的过程中能够最大程度地减少对环境的危害，同时又能够最大程度地利用有效资源创造更多的物质财富。

机电一体化技术将要求企业能够从生态效益的角度出发，研发和生产更多的环保型产品，从而促进企业的可持续发展。从未来的发展格局来分析，机电一体化信息技术将为生态环保型产品的应用提供坚实的物质基础。机电一体化技术不仅能够提高机械的整体功能，而且还能够地有效克服传统机械系统的缺陷。尤其是类似传统造纸工业的发展，不仅会造成严重的资源浪费，而且还容易导致水土流失非常严重。相反，机电一体化产品的出现将会有效地统筹兼顾生态效益和环境效益，最终促进企业的长远发展。企业在获得经济效益的同时，又兼顾了环境生态效益。机电一体化在这方面显示出了无可比拟的优越性。机电一体化技术以最大限度地利用现有的能源工艺系统，采用最先进的生态生产技术，创造出无污染、无公害产品。

3.2 现代信息网络化格局的优化整合

现代信息技术的发展为机电一体化技术的改进提供了良好的平台。由于机电一体化技术是多种信息技术的综合体，因此未来的机电一体化产品将逐渐朝着网络化格局方向发展。例如，我国在十九世纪八十年代中期将工业机器人的相关研究和开发列入为重点发展项目。同时，部分工业企业已经开始将工业机器人应用于实际生产领域，比如相关的水下作业、智能搬运和装配等。智能化的发展成为了机电一体化技术发展的重要特点。目前，我国的珠江三角洲地区已经有大约100多家企业开始从事工业机器人的研发工作，同时也取得了较为理想的成就。

随着二十一世纪的到来，各个国家相互之间联系也开始不断加强。机电一体化技术的发展也将会对各个国家的工业生产、政治联系以及教育教学等方面带来极大便利。互联网的应用和普及对远程监控技术的发展提供了有利条件。比如河南省郑州市某单位在通信工程的建设中，相关的施工人员可以通过远程监控控制终端的应用，对各个路段的电缆铺设进行及时地跟踪，同时对每一个电缆铺设的地理环境进行自动检测，以便于施工人员操作和控制。不仅如此，在通信设备的运行过程中，网络远程控制人员还可以通过相关设备对各个线路系统进行检测，通过系统的提示从而发现潜在的隐患，并且做出及时的决策，提高通信设备管理人员的工作效率。

因此，机电一体化技术在未来的发展过程中将会利用现代信息技术的优势，构建一个完整的网络化格局，通过对各个模块的不断开发，从而提高产品的整体性能。机电一体化产品将会充分地利用不同模块的特点迅速地产生更多的衍生产品，从而方便各大行业领域的生产工作。

3.3 微型机械产品的开发应用范围扩大

网络化时代的到来，给人们的生产生活带来了全新的面貌，同时也为机电一体化技术的应用提供了契机。越来越多的微型机械产品开始投入应用，进而提高了相关生产领域的工作效率。由于微型机械产品在材料的选择、结构的设计以及定位等方面都具有极大的优势，从而得到了广泛的应用。

例如，医学领域中的腹腔镜手术、胸腔镜手术等，就是利用微创手术创口小，疼痛轻以及出血少等优点，为患者带来了福音。同时，超精密加工技术作为机电一体化技术的应用成果被广泛应用于机床加工以及光学零件加工等领域。尤其是对硬脆材料的精密加工以及抛光等，超精密加工技术都发挥了重要作用。作为尖端技术的象征，超精密加工技术在各个国家的各大领域中扮演着重要的角色。此外，微型机械产品在航天航空事业、信息技术等领域都发挥了其自身独特的优势，促进了国民经济事业的快速发展。微型加工技术以及相关设备的发展速度加快，对微型机械的产生也产生了重要的作用[4]。

因此，机电一体化技术的发展将会使微型机械产品的开发应用范围不断扩展。微型化作为一种发展的趋势也必将会促进机电一体化技术的进步。

4 结束语

综上所述，机电一体化技术的发展是人类社会进步的文明成果。同时，机电一体化技术的应用还有待于进一步探索和研究。各种新型技术的大融合将会使机电一体化技术日益成熟。因此，在未来的发展中各大企业应该加大对机电一体化技术的科研力度，研发出更多有利于人类社会生产的机电一体化产品，从而促进国民经济事业的健康发展。

参考文献

[1] 孙在辉，李金芳，刘瑞香；论我国机电一体化的发展方向[J]；河南机电高等专科学校学报；2009（04）：15.

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一、机电一体化的概念

机电一体化技术，顾名思义，就是将机械设备与电子技术相互整合，使机械设备的动力、信息处理与控制等部分的功能呈现自动化、智能化状态，它是建立在机械技术、电子技术、计算机网络技术、自动化处理技术等一系列现代化技术的基础上的机械系统技术。机电一体化技术其实是包括了技术与产品两个方面，所以，在研究人员研究机电一体化技术应该充分考虑到这两个方面之间的关系，不能脱离产品的生产而单独研究技术，也不能一味地追求技术的创新而忽视产品质量，应该以先进的技术生产出高质量的产品，这才是深化机电一体化技术发展的最终目的。

二、机电一体化的历史发展

20世纪60年代以来，电子技术与机械产品的结合，使机械产品的性能得以大幅度提高，刺激了机械产品与电子技术的进一步融合。计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展更进一步奠定了技术基础。20世纪80年代末期，机电一体化技术和产品得到了极大发展。各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持，20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中展露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用。取得了一定成果，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。

三、机电一体化的发展趋势

（1）智能化。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。智能化是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。（2）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，机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的标准繁多，研制和开发具有统一标准接口的的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。利用标准单元可迅速开发出新产品，降低研制和开发费用，同时也可以扩大生产规模。（3）网络化。20世纪90年代，计算机与网络技术突飞猛进。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、教育以及人们日常生活都带来了巨大的变化与实惠。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。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。（4）微型化。微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。（5）绿色化。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。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。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。（6）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。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

参 考 文 献

[1]刘庆民.机电一体化技术的现状和发展趋势[J].科技致富向导.2011（12）

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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。

1、机电一体化的基本概念

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Z与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化是在以技术和科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。

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Z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。

2、机电一体化的核心技术

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：

2.1 机械本体技术

机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

2.2 传感技术

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

2.3 信息处理技术

机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。

2.4 接口技术

为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光耦器的大容量化、小型化、标准化等问题。

2.5 软件技术

软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。

3、机电一体化技术未来发展趋势

3.1.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，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

3.2.网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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。

3.3.微型化

兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

3.4.绿色化

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。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。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

3.5.系统化

其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。一是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。

3.6. 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项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，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： 综上所述，机电一体化技术是众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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。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。

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机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我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前所未有的发展。现在的机电一体化，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化、智能化。

一、机电一体化技术的具体内容

1　机械技术

该技术是机电一体化的基础，着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其他高、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、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造工程中，经典的机械理论与工艺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

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的出发，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

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

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证。

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，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影响。

二、机电一体化系统组成

1　机械本体

包括机架、机械连接、机械传动等，是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强，这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性及几何尺寸等方面能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。

2　检测传感部分

包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。

3　电子控制单元

是机电一体化系统的核心，负责将来各自传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的进行。

4　执行器

作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。

5　动力源

动力源是机电一体化产品能量供应部分，作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。

三、机电一体化的发展趋势

1　智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能日益得到机电一体化研究建设的重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使产品具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

2　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、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元式一项十分负责但又是非常重要的事还需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

3　网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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。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。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

4　微型化

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2.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：即以整体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，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：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。

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。

二、机电一体化的发展进程

1.数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在1999年后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。

2.微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。

3.可编程序控制器（PLC）的应用于工业：上世纪60年代后期，美国汽车制造业开发一种ModularDigitalController（MODICON）取代继电控制盘。MODICON是世界上第一种投入商业生产的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了PLC的第三个发展时期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统，正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展，趋向于建立同一硬件平台，运用同一个操作系统、同一个编程系统，执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。

摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。文章概述机电一体化的核心技术，分析机电一体化发展进程，提出机电一体化向智能化迈进的趋势。

关键词：机电一体化；核心技术；发展进程；发展趋势

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异。

一、机电一体化的核心技术

1.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，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。

2.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：即以整体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，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：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。

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。

二、机电一体化的发展进程

1.数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在1999年后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。

2.微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。

3.可编程序控制器（PLC）的应用于工业：上世纪60年代后期，美国汽车制造业开发一种ModularDigitalController（MODICON）取代继电控制盘。MODICON是世界上第一种投入商业生产的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了PLC的第三个发展时期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统，正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展，趋向于建立同一硬件平台，运用同一个操作系统、同一个编程系统，执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。

4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。

三、机电一体化向智能化迈进

20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有：

1.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，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

2.网络化：20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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.微型化：兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

4.绿色化：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。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。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

5.系统化：其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。一是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。

结束语：

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。

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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20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入了深入发展时期。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用，取得了一定成果。

机电一体化是一个综合的概念，包含了技术和产品两方面内容，它首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。机电一体化技术是指包含技术基础、技术原理在内的，使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术，机电一体化产品是指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代机电产品。

二、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。

我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863 计划”。在制定“九五”规划和2010 年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响，许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作。虽然目前国内机电一体化技术与日本、欧美等先进国家相比仍有一定差距，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了对机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，并取得了一定的成绩。

三、机电一体化发展趋势

1.智能化

这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。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。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能。

2.光机电一体化

光机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面：光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品，具有很高功能和附加值；产品具有体积小、重量轻、适应性强、使用寿命长、操作更方便的特点。

3.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已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐，因此机电一体化产品朝着网络化方向发展是为大势所趋。

4.微型化

微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势，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。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术。

5.绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。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。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，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，设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

6、柔性化

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中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2013）01-0065-01

一、机电一体化的技术分类

1.网络计算机信息技术。各种信息资料之间交换、运算、存储、判断和决定以及专家系统和智能网络都是计算机信息处理技术。

2.机械技术。机电一体化的基础技术就是机械技术。它和机电一体化相互促进，完成了结构和功能上的改革，同时它的重量减轻，体积相对以前更小，精度也得到了提高，它的性能指标也更加的适应人类的需要，努力地利用高科技来更新着机电一体化的概念。

3.自动化技术。自动化技术是在自动控制理论的基础上，先进性系统的设计然后再经过仿真调试，它可以进行高精度和速度的控制，还能进行自我的调制、诊断和修补。

4.系统技术。系统技术是以整体趋势和目标为基础，利用整体概念组织和各种相关的技术，利用总分的观念来将整体分成为好多有一定关联的小单元，其中的接口技术是纽扣是实现各小部分进行连接的保证。

5.感应技术。现在的感应技术在社会生活中的应用十分普遍，机电一体化也应用了感应检测技术。要想实现系统的自动控制和自动调节，传感检测技术是必不可少的，它向人类的皮肤那样，是整个系统的感受器官，而且他的功能越是强大那么系统的自动化程度就越高。

二、机电一体化技术的特征

1.较小灵活，操作方便。机电一体化技术让工作人员可以改变原有的复杂繁琐的操作模式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，它的动作可由程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。所以体积小，重量轻，适应性强，操作更方便是机电一体化技术的一个最明显的特征。

2.精度功能强大。现在社会的科技越来越发展，其中的准确度、精确度在各个领域都要求十分严格，机电一体化也在朝着这一特征努力，机电一体化控制水平得以提高，运算速度也更加快速，可以精确按预设动作，进行自行诊断、校正、补偿功能，可以减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。

3.软件功能的应用。机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向“软件化”和“智能化”。

4.产品可靠寿命长。传统机械装置由于运动部件之间产生的工作误差，会严重影响装置寿命、稳定性和可靠性。光机电一体化技术可以使装置的运动部件减少，磨损程度也会相对降低，如果没有了运动部件，那么机械磨损也将会消失。所以，装置提高了寿命，降低了故障，产品的可靠性和稳定性就会得到提高。

5.协调性提高。机电一体化是多种技术及多个部分的组合，要想让机电一体化技术及产品拥有系统性、完整性和科学性，那么各个组成部分之间就得有严格的要求，良好的配合默契，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。

三、机电一体化的发展方向

1.智能化。人工智能在机电一体化中越来越受到人们的重视，它是在理论得以控制上，让机电一体化的产品具有一定的智能，在这其中还有人工智能、计算机学、生命科学等一些新的思想和新的方法，它虽然不能达到人类那样的水平，但也可以进行一些简单的推理判断和逻辑决策。当然，要想真正的像人一样是不可能的，它只能进行低级智能或人的部分智能。

2.模块化。模块化的工程任重而道远。实现机电一体不仅可以利用标准单元迅速开发出新产品，还可以扩大生产规模，从这一点来说不管是对于任何机电一体化化的企业，模块化将带来一个美好的前景，并且它的潜力是无穷的。

3.网络化。网络技术的发展给社会各方面的发展都带来了巨大的变革，全球化的趋势也无可阻挡，机电一体化新产品无疑会畅销全球，而且网络化可以在一定基础上促进智能化的应用，他可以以计算机为中心把一系列的家用电器连成一个系统，让人们真切的感受到现代高科技带来的便利，因此机电一体化的网络化是发展的必然结果。

4、微型化。现在社会上大多数的产品都在走向微型化，机电一体化也是顺应时代的潮流。机电一体化正在向微型精确的方面发展它在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

5.绿色化。绿色环保是世界的主题，现在的环境状态是资源减少，生态环境受到严重污染，于是人们呼吁保护环境资源的呼声更加高涨，时展的要求是可以设计一不污染环境的绿色化的机电一体化产品，让绿色路线在产品中一路畅通，这也就成为了机电一体化最符合人类社会发展的一个发展方向。

6.人性化。人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化的产品在具有一定完整性能的基础上，对于外观设计以及它的外观视觉也有着相应的要求，这可以让产品与外在环境更加的适应，让人们使用产品更加的贴心，更加的自然，更接近生活习惯。

机电一体化与电子之间深度结合，并且与各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术是国民经济发展所急需的优势学科方向。机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。所以要紧紧抓住人才需求变化的大趋势，准确定位，严谨制定人才培养计划，使教学紧跟机电一体化技术发展变化的趋势，为培养出符合机电一体化技术岗位实际需要的、高素质、强能力的合格人才。

参考文献：

[1]金志向.光机电一体化技术特征和发展趋势[J].科技咨询导报.2007，（15）：34-35.

[2]张龙华.光机电一体化在现代技术中的应用与研究[J].科技信息.2010，（23）：499.