浅谈机电一体化技术

(1.山东科技大学机械电子工程学院 山东 青岛 266590；2.山东科技大学文法学院 山东 青岛 266590)

浅谈机电一体化技术

任保飞1郑伟1苏洋洋2

(1.山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590；2.山东科技大学文法学院山东青岛266590)

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。

机电一体化；发展历程；发展趋势

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。所谓的机电一体化，指的是通过计算机技术、电子技术、机械技术等作为主导的各种学科的互相融合、互相渗透的过程中得以发展的一种新型技术[1]。

一、机电一体化技术概要

机电一体化是指在机构的主功能、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。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。

二、机电一体化技术的发展历程

机电一体化技术的发展历程，大致可以分为三个阶段[2]：

20世纪60年代以前是第一阶段，这一阶段是机电一体化的初创阶段，也就是电子技术开始在机械行业中得到广泛应用，因此，可以称其为“萌芽阶段”。在这一时期，电子技术研究的初步成果开始被人们用来完善机械产品的相关性能。

20世纪70年代到80年代是第二阶段，这一阶段机电一体化获得了蓬勃发展，因此，可以称其为“蓬勃发展阶段”。在这一时期人们已经开始主动地去利用电子技术、通信技术和控制技术的发展成果来研究新的机电一体化产品。

20世纪90年代至今是第三阶段，这一阶段智能化技术在机电一体化技术中得到了良好的应用，因此，这一阶段可以称其为“智能化阶段”。这一时期，由于人工智能技术、网络技术和光纤技术等的发展，为机电一体化带来了巨大的发展空间。而目前，随着机械技术与激光-微电子等技术的结合，光机电一体化技术将会成为机电一体化技术未来发展的重要方向。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，具有丰富的功能及很高的附加值，光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。随着机电一体化技术在各行各业的广泛应用，光机电一体化技术将会获得巨大的发展空间。

三、机电一体化技术的发展趋势

机电一体化是集机械、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发展和进步。21世纪随着科学技术和人们的环保意识的提升，机电一体化的发展趋势主要是数字化、智能化、模块化、人性化、微型化、集成化和绿色化[3]。

(一)数字化。数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据再以这些数字、数据建立适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这是数字化的基本过程。21世纪是信息时代，信息的数字化越来越受到人们的重视。随着计算机技术的发展，奠定了机电产品数字化的基础，也为数字化设计和制造提供了重要手段。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。

(二)智能化。智能化是21世纪机电一体化发展的重要趋势。随着计算机技术、信息技术、电子技术的飞速发展，机电一体化的智能化在工业中得到了广泛的应用，机器人就是机电一体化的重要体现。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。

(三)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是一项十分复杂但又是非常重要的事。从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。

(四)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，对人来说是一种艺术享受。

(五)微型化。微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

(六)集成化。集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

(七)绿色化。科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

四、总结

机电一体化是许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。21世纪，机电一体化技术将成为机械工业的主角，在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。机电一体化的出现不是孤立的，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，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，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

[1]孙建福.浅谈机电一体化技术及其应用[J].人资社科.2014,03.

[2]赵晓.浅谈机电一体化技术及发展趋势[J].郑州铁路职业技术学院学报.2009,21.

[3]刘恩研,王新.浅谈机电一体化技术的发展趋势[J].科技论坛.2013,25.

任保飞(1993-)，男，汉族，研究生在读，山东科技大学，研究方向：数字化设计与制造。