机电一体化的概念范文

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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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机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。

1机电一体化产品概念设计的概述

1.1机电一体化产品概念设计的内容

机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。

1.2机电一体化产品创新概念设计的意义

机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。

2机电一体化产品创新概念设计理论

2.1机电一体化产品应用到的系统原理

机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。

2.2机电一体化产品创新的概念设计方法

对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。

2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望

机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。

3结束语

机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。

作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院

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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当前机电一体化产品概念设计国内外研究现状

1.1国内研究现状

我国机电一体化的研究主要伴随着“863项目计划”而开展，我国的智能机器人等项目也在该计划的支持下取得突飞猛进的发展，目前我国的工业化整体处于“工业3.0”左右的阶段。（1）数控技术方面：截止2016年，我国数控技术经历58年，目前国产数控机床可供品种达2000左右多种，船舶制造、航空航天等行业的发展拉动高端数控机床的发展，进而推动机电一体化进程。（2）工业机器人方面:目前，国内机器人销量以百分之四十五以上速度增长，并且我国计划有系统地攻关，在原有的良好基础上更上一层，后期能立于世界先进行列之中。（3）激光术方面：近年来，激光技术发展很快，我国自1985年以来，更以每年25%以上速度增长，最近又扩大了紧凑型的高功率激光器的应用的范围，例如，用于激光制造、汽车发动机的发展或用于空间探索的推进器系统改造。（4）互联网应用方面：推行互联网思维下的智能制造，苏州纽威阀门有限公司和三一集团有限公司分别运用CAX系统和SPC工具进行智能制造，提高了效率，建立了一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。通过这几方面可以看出机电一体化产品概念设计有着很大发展，但是离德国、美国等欧美国家还有一定的差距。

1.2国外研究现状

机电一体化的相关研究在国外最早在上个世纪60年代开始，在九十年代后期机电一体化进入深入发展阶段，并出现了“机电液”和“机电光”等一些新的分支，现阶段以德国和美国为代表的发达国家工业化发展已经达到了“工业4.0”，并在国际上处于领先地位。

2未来建立机电一体化的产品概念设计理论与方法的意义

未来建立机电一体化产品概念设计理论与方法意义深远，在新的技术不断冲击下，机电一体化会不断提高，能提高我国的机械工业化水平，也是社会生产力的必然要求，能在追求特定价值功能的基础上，实现系统的最优化，能很好地代表当今机械工业主要趋势。

3未来机电一体化的发展展望

未来，随着微电子技术和机械电子技术的迅猛发展，机电一体化必将注入更多新的内容，各个学科将继续相互交叉、相互支持和互相发展，并且机电一体将朝着更加智能化、微型化、系统化和环保化方向发展，总理在政府工作报告中指出，实施“中国制造2025”计划，坚持创新驱动，智能转型，强化基础，绿色发展，加快从制造大国转向制造强国，并且我国今年推出了“工业互联网”和“互联网+”概念，并且在一些高等院校举办“互联网+”创新比赛，并取得不错的效果，让机电一体概念设计理论与方法化不断升级，加强了工业化与信息化的紧密结合，下一阶段我们将运用信息—物理融合系统（CPS）,实现大型大型工程系统实时感知、动态控制和信息服务，更好利用机电一体化解决实际问题，不断促进中国工业化发展。

4结语

在“中国制造2025”计划的推动下，机电一体化的研究和相关领域必将出现突飞猛进的发展，当然，与机电一体化相结合的技术（机电液和机电光）很多，相信未来在机电一体化的促使下中国工业将迈向“工业4.0”。

作者:于志业 单位:太原科技大学

参考文献：

[1]孙彦广。工业智能控制技术与应用[M].北京:科学出版社，2007.

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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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前言

机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,是跨学科技术。从机电一体化技术的基本概要和发展历程,可看出机电一体化技术的发展趋势。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。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。

1机电一体化的基本概要

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机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、电力电子技术、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。近年来，随着微电子技术和计算机应用技术的快速发展，机电一体化技术领域在不断地扩大和完善。

2机电一体化的发展背景

随着机电一体化技术的快速发展， 机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，这完全取决于机电一体化技术所存在的优越性和潜在的应用性能。

2.1 使用安全性和可靠性提高

机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中， 遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。机电一体化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性，产品的故障率低，寿命得到了提高。 2.2生产能力和工作质量提高

机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。

2.3 使用性能改善

机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

3 机电一体化的核心技术

3.1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。

3.2 信息处理技术。信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息的交换、存取、运算、判断和决策分析等。在机电一体化产品中，实现信息处理技术的主要工具是计算机。计算机技术包括硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等。在机电一体化产品中，计算机信息处理装置是产品的核心，它控制和指挥整个机电一体化产品的运行，因此，计算机应用及其信息处理技术是机电一体化技术中最关键的技术，它包括目前广泛研究并得到实际应用的人工智能技术、专家系统技术以及神经网络技术等。

3.3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。

3.4 自动控制技术。机电一体化产品中的自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、校正、补偿等。机电一体化产品中自动控制功能的不断扩大，使产品的精度和效率都在迅速提高。通过自动控制，机电一体化产品在工作过程中能及时发现故障，并自动实施切换，减少了停机时间，使设备的有效利用率提高。

3.5 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。

3.6 系统总体技术。系统总体技术是从整体目标出发，用系统的观点和方法， 将机电一体化产品的总体功能分解成若干功能单元， 找出能够完成各个功能的可能技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价，综合优选出适宜的功能技术方案。系统总体技术的主要目的是在机电一体化产品各组成部分的技术成熟、组件的性能和可靠性良好的基础上，通过协调各组件的相互关系和所用技术的一致性来保证产品实现经济、可靠、高效率和操作方便等。

4 机电一体化的发展趋势

4.1智能化趋势

智能化作为一个多个专业的边缘科学，是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。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、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。 例如：冷冻机组，通过测量各类物理量与微机内部已经设定的对应的参数比较，自动实现机械设备的启停、报警、故障自修复等事宜。

4.2模块化趋势

由于机电一体化产品涉及各行各业，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。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。 例如在OA产品中的电脑与打印机等各类外设之间，各个厂家通过标准接口（UBS）实现机电一体。

4.3网络化趋势

20世纪90年代，计算机技术等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。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。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将朝着网络化方向发展。 这些技术已经成熟，并且在OA中司空见惯，经过权限级别，可以实现遥控、遥信、遥测。

4.4 微型化趋势

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。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。

4.5绿色化趋势

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。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。 随着材料科学的发展，新型材料不断涌现，和现实对绿色材料的需要的催生下，绿色化在几点一体工业中将会发生日新月异的发展。

4.6系统化趋势

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，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。机电一体化的人格化有两层含义。一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。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。

4.7大众化趋势

产品只有成为普罗大众都能理解、需要，才能具有强有力的经济性，生命才会长盛不衰。成为建筑以及日常生活中不可缺少的商品。机电一体化技术通过产品来展示的，经过网路化、模块化等技术的攻关，成为生产、生活中的消费品将属于必然。建筑中的空调系统可以通过温度、压力、流量等各类非电物理参数，通过传感器、变送器传输到中央处理器，电流、电压、频率等电气参数通过采样传输到中央处理器；中央处理器的芯片当前已经可以进行编程处理；这样各类用户根据自己的需要，选用模块、处理器等硬件，通过网络或者售后服务获取软件资料和程序，通过协议等进行简短的链接与安装调试即可实现用户的目的。

5结语

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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1 机电一体化概述

机电一体化就是将微电子技术引入机械的主功能、动力功能、控制功能、信息功能的研究，并且将机械设备和电子设备通过软件有机结合而构成的系统的总称。机电一体化的目的是在科学专业化和深度专业之间达到平衡和两者的集合，让系统工程以及解决问题方法出现突破。

“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。首先，机电一体化技术并非机械技术、微电子技术以及其它新技术机械的组合或拼凑，而是基于一定的技术研究，将机械、微电子元素有机整合而成的一种综合技术。它的发展进程有别于机械加电气所形成的机械电气化的发展过程。某些机械部件的原有功能可以通过机电一体化中的微电子装置代替，这种装置的应用在一定程度上丰富了机电系统功能，而且机电一体化产品的智能特征改善了机械性能。智能化是机电一体化与机械电气化的本质区别。

2 机电一体化的特点

2.1 具有综合性 从某种意义上讲，机电一体化技术可谓是一种跨学科的边缘科学，它将微电子、计算机等多门技术整合于机械主体构造中，使之形成一套一体化的系统。这套机电一体化系统综合了多门学科的技术优势，这些技术协调运作，彼此取长补短，使整个机电系统的性能得到最大发挥。可以说，机电一体化技术是具有综合性的高水平技术。

2.2 广而强的应用性 机电一体化的目的是基于机械的主体构造通过机电产品的开发，完善机电功能，实现过程控制。机电一体化是当前机械系统的一个主流发展趋势，它与机械系统能够有机融合，打破了行业的限制。智能化是机电一体化的主要特点，计算机技术的引入为智能化开辟了广阔的发展空间。

2.3 多层次的系统化 从本质上讲，机电一体化就是将计算机技术、智能技术等多项技术整合于主体机械，不断优化机械的主体功能，使其形成一套完整的系统。机电一体化注重各种技术（尤其是微电子技术与精密机械技术）的集成，强调主体结构的层次化和系统化。无论从单参数、单击控制到多参数、多级控制，还是从单件单品生产工艺到流畅、自动化的生产线，直至完成整个机电系统的设计，各个层次的开发和应用都会涉及智能化的机电一体化技术。

2.4 整体的最优化 基于系统工程的设计理念，将智能技术、计算机技术等多项技术有机整合，形成整体优势，以提高机电系统的主体性能，提高运行效率和附加值，同时达到节能降耗的目的，保护生态环境。比如，应用数控机床、柔性生产线、工业机器人和计算机管理等高端机电一体化系统后，企业就要及时更新观念，将机电一体化概念引入生产系统，不断优化生产流程，以压缩生产周期，满足不断增长的社会需求。

2.5 使用简易化 从产品开发来看，机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化系统和产品得以实现。作为开发者，除了要具备扎实的理论基础，对于技术架构也要有丰富的积淀，要有创新精神。从用户角度来讲，无需深入学习机电一体化系统的技术原理，只要掌握机电系统的操作规程，能够确保系统操作正确、合规，在人机磨合的过程中形成协作关系即可。

2.6 提高了安全性 机电一体化系统的智能技术使系统具备自我保护功能，可以有效规避运行中的故障或风险，确保系统稳定、安全地运行。一些高端机电一体化系统已实现了全自动操作，而且被广泛应用在海底、高空等恶劣的作业环境中。

2.7 具有高可靠性、高稳定性和长寿命 机电一体化系统发生机械磨损的程度非常小，因而故障少，运行时稳定可靠，系统的服务年限比普通机电系统长。而且某些自诊断、自修复的机电一体化系统甚至可以实现“零故障”。

2.8 具有柔性 柔性是机电一体化系统的特点。根据需要的变化，用机电一体化技术无需改装系统就可以及时地对系统的结构和生产过程作必要的处理，从系统的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智能、调整、修改，因此机电一体化技术是解决多品种、小批量生产的重要途径。

3 机电一体化的发展状况及现状分析

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：①20世纪60年代以前，利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能的初级发展阶段；②20世纪70～80年代以大规模、超大规模集成电路和微型计算机为代表的蓬勃发展阶段；③20世纪90年代后期，机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。现阶段，光学、通信技术等领域正循着机电一体化的发展步伐大踏步迈进，微细加工技术开始在机电行业初露锋芒，光学、通信技术的融入使机电一体化由最初单一的模式逐步衍生出光机电一体化、微机电一体化等多个分支。另一方面，我国现阶段在光纤、人工智能和神经网络等技术领域发展较快，这对机电一体化技术的发展有一定的促进作用。在未来的技术研究领域，机电一体化将有望形成完整的基础科学体系。

4 机电一体化技术未来的发展

4.1 智能化 智能化是当前机电一体化技术领域的一个未来发展趋势。智能化是运用控制理论，将计算机科学、混沌动力学、模糊数学、人工智能、心理学、生理学以及运筹学等多个学科有机整合，智能模拟人类的逻辑思维、判断推理和自主决策等能力，以便得到更高的控制目标。按照目前人工智能技术的研究状况，未来时间将有可能发展高性能、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，这是人工智能技术研究的一个必然的发展趋势。

4.2 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，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，需要针对各个研究项目制定不同的标准，各部件、单元或借口才能很好的完成配型。但是由于该技术领域存在利益纷争，当前国内外尚未形成一套统一的标准。但是模块化的生产理念已逐渐被机电生产领域认可，在未来的机电一体化研究领域，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

4.3 网络化 网络技术在上世纪九十年代风靡全球，带动了科技研究、工业生产、政治、军事、教育等众多领域的技术研究或经济模式的革新。机电一体化产品的市场前景是广阔的，产品一经研发，配以网络技术辅助推广，必将在短时间内成为业界瞩目的焦点。基于网络技术的远程控制终端设备就属于机电一体化产品其中的一类。另外，现场总线和局域网技术在机电领域的应用，恰恰是机电一体化产品网络化发展趋势的最好印证。

4.4 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1cm3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，但其技术应用尚存在微机械技术这一发展瓶颈，在未来的发展进程中还有待进一步研究。

4.5 绿色化 绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的过程中，资源利用率大幅提高，有利于节约生产成本，而且健康环保，对生态环境的影响程度较小。无论是生产成本角度来考虑，还是从生态保护的角度来分析，机电一体化产品绿色化已是机电研究领域的必然趋势，具有广阔的开发前景。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。

4.6 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。另外，通信功能除了rs232外，还有rs485、dcs人格化。

5 结语

机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。系统工程、控制论和信息论是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了物质基础。现代产品的机电一体化进入到实用阶段。机械工程及自动化专业人员掌握机电一体化技术与应用中的理论和方法对今后的工作是非常有用的。

参考文献：

[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004.

[2]赵再军.机电一体化概论[M].浙江大学出版社，2004.

[3]赵建民.国内外机电一体化发展概况[J].机电一体化，1996（05）.