论文部分内容阅读
[摘 要] 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。本文首先概述了机电一体化技术，其次重点阐述了机电一体化技术的现状和发展趋势。
[关键词] 机电一体化 现状 趋势
现代科学技术的发展引起了工程领域的技术改造与革命。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。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。
一、机电一体化技术概述
机电一体化技术是综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。一个机电一体化系统中一般包括五大组成要素，即结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素。
（1）结构组成要素。结构组成要素（即机械本体）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
（2）动力组成要素。动力组成要素（即动力驱动部分）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。
（3）感知组成要素。感知组成要素（即测试传感部分）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
（4）职能组成要素。职能组成要素（即控制及信息处理部分）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。
（5）运动组成要素。运动组成要素（即执行机构）根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。
二、机电一体化技术现状
20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪70年代—80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，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奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
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，机电一体化进入深入发展时期。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展露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；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。近年来，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，更为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。所有这些研究，都促使了机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
三、机电一体化技术发展趋势
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。笔者认为机电一体化技术将向以下几个方向发展：
一是光机电一体化方向。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。
二是柔性化方向。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。
三是智能化方向。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。
四是仿生物系统化方向。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。
五是微型化方向。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
六是绿色化方向。现今，先进科学技术的发展令我们的生活发生了翻天覆地的变化。一方面，生活安定舒适，物质文明与精神文明高度发达；另一方面，资源能源匮乏，生态环境失衡，不可修复的重度污染，令人们深思而后行，用“脑袋”去看地球，用实际行动去拯救地球。所以，设计开发出绿色的机电一体化产品，是时代发展的必然趋势。从产品开发、设计制造、使用维护直至报废销毁的全部生命周期中，一个好的机电一体化产品不但能够满足人们的需求，同时又不影响生态环境，高效节能，报废后可以回收循环再利用，具有远大的发展前景。开发绿色的机电一体化产品铸就绿色和平的星球。
四、结语
综上所述，机电一体化的发展是许许多多先进科学技术发展的结晶，是现今社会生产力发展到一定阶段的必然产物。今后，与机电一体化相互融合的技术会越来越多，越来越先进，随着人类文明的高度发展，机电一体化技术将迎来一个崭新的时代—人工智能机械人的时代！
参 考 文 献
[1]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版，2004.
[2]万遇良.二十一世纪的机电一体化技术[J].机电信息，2005,（10）.
[3]李宜海.关于机电一体化技术若干问题的探讨[J].科技资讯.2008,(3)
[4]修其丽.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].才智，2011,(6)
[5]宿永在.机电一体化的核心技术与发展趋势[J],内蒙古煤炭经济，2010,（4）
作者简介：王铮（1975-），男，回族，江苏兴化人，中色（宁夏）东方集团有限公司钛材分公司设备科科员，助理工程师，现主要从事设备管理工作。
[关键词] 机电一体化 现状 趋势
现代科学技术的发展引起了工程领域的技术改造与革命。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。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。
一、机电一体化技术概述
机电一体化技术是综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。一个机电一体化系统中一般包括五大组成要素，即结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素。
（1）结构组成要素。结构组成要素（即机械本体）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
（2）动力组成要素。动力组成要素（即动力驱动部分）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。
（3）感知组成要素。感知组成要素（即测试传感部分）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
（4）职能组成要素。职能组成要素（即控制及信息处理部分）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。
（5）运动组成要素。运动组成要素（即执行机构）根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。
二、机电一体化技术现状
20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪70年代—80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，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奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
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，机电一体化进入深入发展时期。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展露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；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。近年来，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，更为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。所有这些研究，都促使了机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
三、机电一体化技术发展趋势
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。笔者认为机电一体化技术将向以下几个方向发展：
一是光机电一体化方向。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。
二是柔性化方向。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。
三是智能化方向。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。
四是仿生物系统化方向。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。
五是微型化方向。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
六是绿色化方向。现今，先进科学技术的发展令我们的生活发生了翻天覆地的变化。一方面，生活安定舒适，物质文明与精神文明高度发达；另一方面，资源能源匮乏，生态环境失衡，不可修复的重度污染，令人们深思而后行，用“脑袋”去看地球，用实际行动去拯救地球。所以，设计开发出绿色的机电一体化产品，是时代发展的必然趋势。从产品开发、设计制造、使用维护直至报废销毁的全部生命周期中，一个好的机电一体化产品不但能够满足人们的需求，同时又不影响生态环境，高效节能，报废后可以回收循环再利用，具有远大的发展前景。开发绿色的机电一体化产品铸就绿色和平的星球。
四、结语
综上所述，机电一体化的发展是许许多多先进科学技术发展的结晶，是现今社会生产力发展到一定阶段的必然产物。今后，与机电一体化相互融合的技术会越来越多，越来越先进，随着人类文明的高度发展，机电一体化技术将迎来一个崭新的时代—人工智能机械人的时代！
参 考 文 献
[1]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版，2004.
[2]万遇良.二十一世纪的机电一体化技术[J].机电信息，2005,（10）.
[3]李宜海.关于机电一体化技术若干问题的探讨[J].科技资讯.2008,(3)
[4]修其丽.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].才智，2011,(6)
[5]宿永在.机电一体化的核心技术与发展趋势[J],内蒙古煤炭经济，2010,（4）
作者简介：王铮（1975-），男，回族，江苏兴化人，中色（宁夏）东方集团有限公司钛材分公司设备科科员，助理工程师，现主要从事设备管理工作。