机电一体化趋势范文

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机电一体化技术是综合性技术类型，包含多种学科的知识，发挥各自优势，是社会生产力不断前行的结果。在科技的推动下，机电一体化在诸多领域中产生影响，在推动社会与经济发展中发挥越来越大的作用。为因此，要对机电一体化涵义进行深入分析和理解，对其应用环境进行深入探讨，明确发展方向，推动这一技术的可持续发展。

1对机电一体化涵义的阐述

机电一体化技术凸显综合性的特征，融合多种学科的关键技术，主要涉及机械、电子等技术领域。凸显全面性与综合性，具体分析，机电一体化主要关注的是机械设备的生产以及信息技术在数据处理中的作用，重视对机械设备以及相关电子器材的探索和研究，目的是更好地支持工业自动化的发展，为其提供坚实的技术保障。机电一体化发展实践中，重点集中在信息与产品的组成，主要是关注传感、信息以及机械技术的全面发展。之所以推广机电一体化技术，主要是在传统生产技术的基础上，逐渐渗透在生产环节中，加快产品创新，促进改革，是工业自动化发展的必然。

2对机电一体化技术应用状况的分析

2.1机电一体化技术在数控机床中的应用介绍。在机电一体化技术的支持和应用下，整个生产操作的精度显著增强，功能更加多样化。另外，在结构方面，拥有紧凑的构造，模块化突出。在功能领域，开放性更强，推动数控机床向着智能化的方向发展，提升机床的精确度，为整个生产提供更加全面、先进的技术支持。2.2机电一体化技术在计算机制造和集成系统中的应用。在机电一体化的支持下，计算机制造以及集成系统能够满足动态管控的目的，达到对目标的优化，突破传统模式的制约，保证信息的顺畅性。同时，实现诸多功能的融合，如开发、生产以及决策管理等，使得产品配置实现优化，集成度得到显著增强。2.3机电一体化技术在柔性制造系统中的应用介绍。对于柔性制造系统而言，涉及诸多部门，如机器人、数控等。要在装配要求的指导下，结合生产需要，对工件进行生产。整个系统的应用中，需要进行相关构件、品种等进行频繁切换。在机电一体化的应用下，产品质量的增强成为必然，生产效率实现大幅提升。2.4机电一体化技术在工业机器人中的应用介绍。机器人与机电一体化技术的融合经历几个发展时期，首先，机器人在得到相关指令之后，进行单一动作的重复，但是，对环境适应能力不强，也很难结合对象进行及时调整。其次，在工业机器人中加装传感系统，能够实现对工作环境的识别和适应，及时反馈相关状态，实现对信息的有效处理，同时，反馈功能比较突出，满足对整个操作动作的控制需求。这一时期的机器人在智能水平上处于较低级阶段，但是，实用性得到显著提升。再次，工业机器人紧跟时展步伐，向着智能化的方向发展，感知能力增强，能够完成复杂的逻辑思维，具备了决策能力，环境适应能力更强，独立运行特点更加突出。

3对机电一体化发展趋势和方向的介绍

3.1机电一体化在绿色化方面更加突出。在现代科技的发展下，整个社会发展水平不断提升，环境问题备受关注，更加关注对资源的节约以及生态的保护。工业生产也要顺利这一发展趋势，追求绿色发展目标，发展绿色机电一体化，实现能耗的有效降低，在推动社会发展的同时，维护生态平衡。3.2机电一体化的智能化不断完善。智能化的发展在很大程度上依赖于科技的进步和发展。在时展中，智能化与机电一体化融为一体，相互促进。在发展中，注重综合性思维方式的引进，以控制理论为基础，强化控制性。机电一体化的产品在智能性方面无法与人的思维进行媲美，但是，借助智能化的产品能够实现复杂问题的缓解，在根本上推动机电一体化的飞速发展。3.3机电一体化中网络化的分析。信息技术是网络技术发展的基础，使得整个社会的发展速度更加飞速。同时，网络技术在工业生产和科研领域发挥作用。网络化技术催生了多种技术类型，影响人们的生活。在远程终端监控设备中，机电一体化技术得到功能上的集中体现，尤其是计算机的支持下，其优势更加突出。为此，网络化在机电一体化中的发展成为其完善中的必然一环。3.4模块化得到发展。机电一体化在不断完善中，模块化成为其必然选择。目前，机电一体化包含诸多类型，为了实现进一步开放的目的，需要将模块化作为发展方向，对技术进行单元划分，实现整体功能的强化。3.5全息系统化得到推广应用。全信息系统的发展与完善受到 智能化技术的广泛影响。在全息系统化的应用下，采用了开放式总线结构和模式化结构，系统能够进行自由重组，同时，通信能力更强，为人机一体化的发展提供更多的支持。

综上，整个社会的生产力在发展到一定阶段之后，机电一体化成为必然趋势，也是科技进步的体现。在社会经济的发展中，机电行业实现技术的全面融合，凸显全面性与综合性的特征。因此，为了实现对机电一体化的全面的理解和掌握，要对其概念进行明确，明确其应用的主要方向，系统分析其发展趋势和方向，在根本上推动机电一体化的有序发展，为社会生产生活的各个方面提供更大的便利。

作者:梁晋 单位:山西汾西矿业（集团）有限责任公司物资供销分公司

参考文献:

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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Modular DigitalController（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。

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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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所谓的机电一体化技术，指的是结合应用机械技术和电子技术于一体，并且随着计算机技术的发展和应用，机电一体化技术同时获得前所未有的发展。 目前已经成为一门综合性多学科交叉的系统技术，为传统机械技术带来根本性变革，并且向着智能化、环保化、网络化和微型化等更为先进的方向发展，向光电一体化技术方向迈进，应用范围十分广泛，已经显著改善了人们的日常生活及生产方式，影响较为深远。

一、机电一体化技术应用现状

机电一体化技术，是运用系统综合利用微电子、计算机网络、自动化处理、传感测控、信息变换、自动控制等方面的群体技术，通过把机械设备以及电子技术相结合，使得机械设备的信息处理方面、动力方面以及控制方面的功能进入智能化和自动化状态的工程技术。虽然机电一体化在我国的研究和应用起步较晚，但我国自起步开始就不断加大投入，以期弥补与他国的差距，目前已经在一些方面取得较大成就，诸如工业机器人制造、数控方面以及计算机系统集成制造等方面。

（一）工业机器人制造

目前，我国已将工业方面机器人的操作技术进行了优化，机器人的软件及编程等设计技术和控制技术等关键技术得以解决，机器人的规模和应用范围逐渐扩大化，相应的配套设备得以开发。

（二）数控技术

在数控技术方面，我国多年来一直借鉴外国先进经验，同时坚持自主研发，目前产业形式已经成形。关键技术都已具有自我研发能力，生产能力已经形成，极大促进工业众领域的发展，已为我国综合实力的增强发挥巨大作用

（三）计算机现代集成制造

当前，我国已经从CIMS转变为“现代集成制造和现代集成制造系统”。这一系统已经对原来CIM/CIMS的内涵进行了从广度和深度上的扩展，是将人、管理和技术进行综合集成后的结果。国内对该系统的应用已经较为广泛，具有良好的经济效益。

在计算机技术与集成电路等不断发展的基础上，机电一体化已经随之向更高方面发展。机电一体化产品的应用已经十分广泛，除日常生活之外，也应用到生产和其他各个方面。还有一些人聚焦到电子智能方面的深入研究上，使其向更加智能化这一目标迈进。可以想见，科技不断进步的今天，机电一体化技术必将达到更为先进的层次，取得的成果也会更多。

二、机电一体化技术的智能化趋势

现代社会对科技的要求已逐渐向着智能化、模块化、网络化、微型化、环保化等发展，这些方向都是未来的主流发展方向，机电一体化技术要作为机械工程领域的未来，势必将无法避免与这些方向接轨。而作为引领未来科技主要求的智能化，是机电一体化的发展必须追随的方向。

（一）微处理器的发展与人工智能

自上世纪九十年代后期，人工智能这一模块已经引起人们的广泛重视，各国纷纷将重点转移至如何实现更高层次的人工智能化上来。所谓智能化描述的是机器的行为，它是将来自各学科的新思想和新知识充分整合，以控制理论作为基础，使得机器具有能够自主决策、简单逻辑思维和判断推理等能力。尽管机器不能够具有和人等同的逻辑思维和判断能力，但是在一些具有较高性能，运转速度更快的微处理器的发展基础上，令机器智能化实现略微低级的地步是可以实现的。

（二）计算机科技崛起与人工智能

现今社会计算机科技迅速崛起，并且日渐普及，数字化产品设计和生产具有良好的基础，虚拟设计和超级计算机等技术已经十分先进。数字化结合到机电一体化当中时就需要其操作软件达到更高条件，如：操作性强、可靠性高、具自我诊断维护能力等等。实现人工智能化之后，机电产品可具备一定智能，也就能够实现远程操作，自我诊断和自我修复这些功能也都是可以实现的。在这一方面，数控机床有异于传统机床就在于实现机电一体化，例如智能I/O接口的设置、添加的人机之间对话功能以及智能更新的数据库，其操作和使用等十分便利。

（三）人工智能理论的加入与人工智能

人工智能的进步和发展继续进行过程中，以模糊控制理论、小波理论和神经网络理论、灰色理论以及混沌与分岔等为代表的人工智能理论也已经糅合进机电一体化的进程中。光纤技术以及通讯技术的加入，微细加工的拓展，丰富了人工智能理论的内容，为机电一体化的人工智能增加了筹码，开拓了更为广阔的领域。

（四）人工智能化与绿色化

科技发展日新月异，带给人的不是只有便利，产生的巨大变化当中也包含着对环境等的影响。机电一体化的受益对象是人，人的智能和情感等人性化体验相对来说也极为重要，因此也要关注到人机关系，在色彩以及造型方面进行改进使人感觉到协调一致，满足人的各类需求，达到更加舒适自然的目的。享受物质的同时，不可避免会对环境造成一些破坏性的效果，如：环境恶化，资源浪费。因此可持续发展策略应运而生。绿色产品的观念要深入人心，机电一体化在达到智能化的过程当中，必须兼顾绿色化。

三、结语

机电一体化不可能单独发展，它是多门科学技术多种学科交叉发展的整合和结晶。它是社会生产力达到一定水平之后必然出现的一种技术体系，目前已对人们的生产和生活的水平等的提高起到了极为重要的作用。有许多与其相关的科学技术也都得到了更多的发展，由此可见技术融合已经成为一种趋势，随着越来越多的研究深入，一定会出现更多的融合技术，使得技术领域更为便利和有效。在走向更高智能化的道路上，机电一体化的前景必然十分广阔，带来更高层次的社会进步。

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中图分类号：TH-39 文献标识码：A

机电一体化又称机械电子学，是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科，发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，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。

1机电一体化技术特点

1.1综合性

机电一体化技术是由机械技术、电子技术、微电子技术和计算机技术等有机结合形成的一门跨学科的边缘科学。各种相关技术被综合成一个完整的系统，在这一系统中，它们相互苛刻要求，彼此又取长补短，从而不断地向着理想化的技术发展。因此机电一体化技术是具有综合性的高水平技术。

1.2应用性

机电一体化技术是以机械为母体，以实践机电产品开发和几点过程控制为基础的技术，是可以渗透到机械系统和产品的普遍应用性技术，几乎不受行业限制。机电一体化技术应用计算机技术，以信息化为内涵智能化为核心，开发和生产了性能更好的功能更强的机电一体化系统和产品。

1.3系统性

机电一体化是将工业产品和过程利用各种技术综合成一个完整的系统，强调各种技术的协同和集成，强调层次化和系统化。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柔性及自动化生产线，直到整个系统工程设计，机电一体化技术都体现在系统各个层次的开发和应用中。

1.4可靠性

机电一体化系统几乎没有机械磨损，因此系统的寿命提高，故障率降低，可靠性和稳定性增强。有些机电一体化系统甚至可以做到不需要维修，具有自动诊断、自动修复的功能。

2机电一体化的发展趋势

2.1智能化

随着科学技术发展，机电一体化技术“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的发展。智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是未来机电一体化的发展方向。机电产品应具有一定的智能，使它与具有类似人的逻辑思考、判断处理、自主决策能力。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。

2.2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繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口等接口的机电一体化产品单元变得至关重要，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。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。

2.3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。所以开发和研制出绿色环保的产品变得至关重要。绿色产品是指低能耗、低耗材、低污染、可再生利用的产品。在研制、使用过程中复合环保的要求，销毁处理时对环境污染小，机电一体化产品绿色化主要也是要满足环境保护要求，在整个使用周期内不污染环境，可持续利用。

2.4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，机械部分和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器等器件可以集成在一起，减小体积，这种微型的机电一体化产品也是重要的发展方向。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器和微构件等。

2.5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，并使各部分协调又安全运转，然后再通过执行部分将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

2.6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，同时计算机网络的发展，为数字化设计与制造奠定了基础，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、自诊断能力以及人机交互界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

机电一体化技术是一个多种学科技术相互融合影响的技术，是科技发展的见证和结晶，随着科学技术水平的不断发展和进步，机电一体化技术的发展前景也变得更加广阔。

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随着社会不断进步，机电一体化技术不断发展完善，极大的提高了社会生产力。机电一体化技术是一门具有自身体系的学科，在科技迅速发展的前提下，不断赋予一体化技术新的内涵。机电一体化系统的实体部分，主要是机械部分与电子部分，又通过信息技术把这些部分有机结合在一起，从而构成更为先进的产品，具体包括成型和设计、系统集成、执行器和传感器、智能控制、机器人、制造、运动控制、振动和噪声控制、微器件和光电子系统、汽车系统、其他应用等方面内容。因此，本文首先分析了机电一体化产品的优越性，接着论述机电一体化技术的发展方向，同时提出合理化意见和建议。

一、机电一体化技术发展现状

机电一体化发展至今已经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。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、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，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。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。机械工程技术由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系。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，还被赋予许多新的功能，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。也就是说，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延伸，智能化特征是C电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

二、机电一体化技术发展趋势

机电一体化在发展过程中，涉及很多行业和学科，比如计算机、光学、电子以及机械等。但是就目前的发展而言，我国的机电一体化技术与发达国家存在较大的差距。当前机电一体化技术发展方向主要体现以下几个方面：

1.智能化。智能化成为机电一体化发展的重要方向，尤其是人工智能越来越得到广泛的应用，比如机器人与数控机床的应用。同时计算机科学、模糊书序额以及生理学等学科的发展，给当前机电一体化的智能化发展提供了更多的新方法和方向。同时随着微处理器的性能越来越完善，为机电一体化产品智能化创造良好的外部条件。

2.模块化。在实际生产过程中，由于机电一体化种类很多，相应的机械、电气、动力以及动力借口也十分的复杂。因此，要研制智能调速和机电一体化的动力单元，提高视觉和图像等功能的控制单元，最大限度的提高机械装置的操作的效率。通过标准单元，可以有效提高新产品开发的效率，促进生产规模的扩大。另外，为了保证产品质量，还要不断完善相应的标准，做好机电产品的匹配。

3.网络化。网络技术的发展促进了当前生产力的变革，对促进全球经济一体化起到了重要的推动作用，为机电一体化产品提供广阔的市场。比如各种远程控制和监视技术的终端设备就是机电一体化产品。同时随着局域网技术的发展和应用，给社会发展带来了极大的便利。因此，机电一体化技术也会朝着网络化方向发展。

4.微型化。在实际生产过程中，机电一体化朝着微观方向发展。微型化就是要朝着微米和纳米的方向发展。微型的机电一体化产品，占有空间较小，耗能很低，很有很强的量活性，被广泛的应用在社会的各个方面，具有无法比拟的优势。作为机电一体化技术的新尖端分支而倍受重视，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并且向微米、纳米级发展，让机电耗能更少，运动更加的灵活。微型机电一体化发展的技术关键点就是微机械技术，因此，为促进机电一体化技术的良性发展，可以采用超精密技术。

5.环保化。随着工业技术的迅速发展，给人们的生产生活带来了翻天覆地的变化，在享受丰富的物质生活同时，也面临着资源不断减少和环境污染问题，成为制约社会发展的主要因素。因此，在机电一体化产品生产过程中，要进行绿色环保设计，提高机械系统的可回收性，降低原材料消耗，降低机械系统对环境的污染，最大限度的保护环境，避免对环境和人类身体健康造成危害，提高资源的利用率，做好资源的循环利用。因此，节能、环保也是机电一体化技术发展的重要方向。

6.系统化。系统化的主要特点就是结构的开放式和模式化，要求整个系统能够进行灵活的组合和裁剪。同时不断加强通信功能。就目前而言，机电一体化发展趋势更加重视人与产品之间的关系，赋予产品更多的智能和情感。另外，还要要求产品能够模仿生物激励。

综上所述，机电一体化技术是许多科学技术发展的结晶，，是社会生产力客观要求。随着制造自动化程度的不断提高，将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动，并会对制造中出现的问题进行分析、判断、推理、构思和决策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。因此，我国要不断总结经验教训，引进国外先进的技术，促进我国机电一体化技术又好又快的发展。

参考文献：

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机电一体化是将多种技术有机融合的一种综合技术，发展至今已独立门户，成为有自身体系的新型学科，随着时代进步和技术的发展，还将被赋予新的内涵。机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其功能性结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要其具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。机电一体化产品应用范围非常广泛，可以延伸至生产中的各个领域，其相对于传统的机电产品，具有更高的可靠性与安全性，更佳的性能以及强大的复合能力与适应能力。

一、机电一体化的优越性

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。

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。

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。

4.具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。

5.调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。机电一体化产品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。

二、机电一体化产品的构成及特点

1.机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和连接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础， 因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

2.动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

3.传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。

4.信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。

5.执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。

三、机电一体化的发展趋势

1.智能化趋势。智能化是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。具体而言，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。

2. 模块化趋势。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、圈像处理、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。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。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。

3. 网络化趋势。20 世纪 90 年代，计算机技术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、教育等日常生活都带来了巨大的变革。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。而且由于网络的普及，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的应用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，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

4. 环保趋势。工业的发达给人们生活带来巨大变化。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，这是时代的趋势。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，具有远大的发展前景。

结语：机电一体化的发展推动了我国制造技术的迅速更新换代，使冰冷冷的机器有了人性化并且更加智能，机电一体化的出现不是偶然的，是社会进步的体现，是生产力发展到一定阶段的必然要求，是科学技术的结晶。随着我国数字化的信息技术革命以及多元信息化步伐的加快，机电一体化技术必将朝着智能化、网络化、绿色化等方向迈进，创造更大的经济效益与社会效益，给我们的生活带来巨大的变革。

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我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。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，取得了一定成果，但与先进国家相比仍有相当差距,科学技术的快速发展和进步,也推动着机电一体化的进步和发展,它是集机械、电子、控制、计算机、信息等多学科于一体的科学, 计算机技术、控制技术、通信技术的发展,是机电一体化快速发展的技术基础,其今后的主要发展方向如下:

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。人工智能在机电一体化建设者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体现。现代工厂中已经很少见过去那种人山人海堆在一起工作的场面了,机电一体技术的运用,使得许多的工作都可以远程控制,而不需要重多的人手,更多的人员集中在了技术的研发与应用上,由机器人去做那些比较危险 ,人工操作又比较困难的工作,使机电一体化的产品具有部分人的智能,这将是未来机电一体化发展的首要方向. DCS系统的应用 ,是黄化集团机电一体化应用最好的实例,它大大的节约了人工,降低了劳动强度.

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。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。现场总线和局域网技术是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。海尔的智能化家电不是已经问世了嘛,因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

3、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。如今,人们早已认识到破坏环境所带来的危害,现在的企业,都要把保护环境做为一项重要的工作来做,我们不能再以破坏环境为代价来换取经济的增长.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,也符合环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高的绿色机电产品,是人们的首选。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

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中图分类号：TH-39　文献标识码：A　文章编号：1672-3198(2009)04-0286-01

1　机电一体化概要

“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。

2　机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。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，人们自觉不自觉地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，对战后经济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70～80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。这个时期的特点是：①mechatronics一词首先在日本被普遍接受。大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；②机电一体化技术和产品得到了极大发展；③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崭露头脚，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。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。这些研究，将促使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。

我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“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，不取得了一定成果难；但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

3　机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下。

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。人工智能在机电一体化建设者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。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。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。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，则是完全可能而又必要的。

3.2　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。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。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。

3.3　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。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、教育义举人民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。现场总线和局域网技术是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。机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。3，4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。国外称其为微电子机械系统，泛指几何尺寸不超过1cms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。

3.5　绿色化

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。

3.6　系统化

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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。

机电一体化发展至今已经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。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、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,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。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、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。

2 机电一体化的发展状况

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。

我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“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,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。

3 机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:

3.1 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。人工智能在机电一体化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之一。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,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。

3.2 绿色化。

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。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］。工业的发展使得资源减少，生态环境受到严重污染。绿色化成了时代的趋势，产品的绿色化更成了适应未来发展的一大特色。

如果我们把机械产品和制造机械产品的机械装置统称为机械系统，则机电一体化技术的功能可归结为：提高机械系统的性能，完成传统机械系统不能完成的功能；提高机械系统的智能化程度，使人在更舒适的环境中工作；提高机械系统的可回收性；降低机械系统的原材料消耗；降低机械系统的能耗；降低机械系统对环境的污染，可以看出其中至少有3条是和环境保护有关的。因而，进入21世纪，机电一体化技术的使命是要能提供一种高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、环境舒适和可回收的智能化机械产品，即提供一种能满足可持续性发展的绿色产品。

3.3 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。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、教育等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。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(home net)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(computer integrated appliance system,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3.4 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。国外称其为微电子机械系统(MEMS),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,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。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。

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机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。笔者结合自身的学习心得浅谈如下几点看法：

一、机电一体化技术的特点

1、在当前科学技术日新月异的时代，各种新技术、新工艺、新材料、新设备的出现，已不再是单纯某一门学科的发展，而是各门相关学科，多种先进技术的互相渗透和相辅相成的结果。机电一体化技术就是一种这样的新技术，它是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的综合技术。其实质是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机地组合，实现整体最佳化。具体地讲，它是将微机技术引入到包装机械中。

2、机电一体化从根本上改变了包装机械的面貌。在这种包装机械中，微机作为它的大脑，取代了常规的控制系统。机械结构是其主体和躯干，各种仪器、仪表、传感器是其感官，它们感受各种包装参数的变化，并反馈到大脑（微机）中，各种执行机构则是它的手足，用以完成包装操作所必需的动作。

3、一个完整的机电一体化系统，一般包括微机、传感器、动力源、传动系统、执行机构等部分。它摒弃了常规包装机械中的繁琐和不合理部分，而将机械、微机、微电子、传感器等多种学科的先进技术融为一体，给包装机械在设计、制造和控制方面都带来了深刻的变化，从根本上变了包装机械的面貌。

二、机电一体化技术的发展趋势

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。人工智能在机电一体化建设者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。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。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。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，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，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。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，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。

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。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。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（home net）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（computer integrated appliance system， CIAS），使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

4、系统化

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，研制各种机电一体化产品。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。

5、微型化

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随着计算机技术，特别是大规模集成电路制造技术的不断发展，计算机日益小型化，功能增强，抗干扰能力提高，而且价格日益便宜，这就为计算机应用于工业生产创造了条件。20世纪80年代中期以来，计算机特别是微型计算机已日益广泛应用于机械产品和生产过程的控制，使机、电、液有机地结合，发展成机电一体化技术。机电一体化技术的应用，给机械行业带来了显著的效益，提高了生产率，提高了产品的性能和质量，降低了原材料消耗，节约了能源，减轻了操作工人的劳动强度，增强了企业在市场中的竞争力。

机电一体化是从系统工程观点出发，应用机械、电子等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术，主要包括技术原理和使用机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称。

机电一体化产品具有记忆、运算、控制、信息处理等优异功能，从而达到产品的高性能、多功能化和智能化；机电一体化产品结构简化，使产品向着轻、薄、细、巧的方向迅速发展。几点一体化产品可以根据负荷及运行情况而进行调整与控制，节能是他最为突出的特点；机电一体化产品具有自动监视、诊断功能及某些智能，打打提高了安全可靠的性能。

典型的机电一体化产品产品机与电有机地融为一体，具有较完整的结构。如数控加工中心、工业机器人、彩色复印机、自动绘图机等。这些产品属于机电一体化的高级形式。它们单靠机械或电子是无法或很难实现的，机械与电子一旦分离，整机就无法运行工作。

机械产品中的一部分控制功能和机构用电子装置代替，这类产品如打印机、机电一体化照相机、带微机控制或数字显示的各种机械设备等。

以微电子装置代替原设备的信息处理机构这类产品如指针式石英电子表、全电子式电话交换机、带微处理器的各种仪表、电机调速装置等。

国外在这方面研究比较早，但是在初步阶段，因为当时的电子技术发展还没有达到一定的水平，机械技术与电子技术的结合还没有广泛发展。随着计算机技术、控制技术、通信技术等相关技术的发展，从而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。机电一体化技术和产品得到了极大发展；到20世纪90年代后期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崭露头脚，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。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。这些研究，将会使机电一体化更加快速的建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为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，并且取得了一定技术研究成果，但是总体跟日本等先进国家相比仍然有相当大的一段差距。

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下：

一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的，因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统，光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。

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。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。这主要受益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。机器人与数控机床的智能化就是重要应用。

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和高速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也开始全球化进展。机电一体化新产品如果研制出来，只要产品的功能独特，质量做到安全可靠，必然就会在全国以致全球畅销。因为现在网络的普及，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，机电一体化产品一定会朝着网络化方向发展。

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。

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。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。

未来的机电一体化产品，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”。在自律分配系统中，各个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”，可根据不同的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，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

工业的发展给人们生活带来了巨大的变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到了严重污染。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，资源利用率非常的高。设计绿色的机电一体化产品，将具有远大的发展前途。

结语

综上所述，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。微机电一体化技术发展的瓶颈，是微机械技术（或纳米机械技术），电子和软件技术已满足要求，但机械元件至今很难做到小型化，无法适应微小空间的接口连接，控制协调和机电动作。科学家预言，微机电一体化是今后10年十大关键技术之一。

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1、机电一体化概述

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术。它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。“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。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延伸,具有智能化的特征。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化设备。

2、机电一体化技术的应用领域

2.1 数控机床

我国机床拥有量高居全球之首,2010年产值达1260亿元人民币,超过意大利排名世界第三。数控机床代表了一个国家机床生产的水平。目前,我国生产的数控机床约占国内市场份额的31%,其余从境外进口。时下我国中高端数控机床市场的绝大部分被境外产品占领,其中高端数控机床国内产品的市场占有率仅4%左右。经过多年发展,我国机床生产虽然取得了很大成绩,但就技术水平和整体实力而言,在世界上仅处于第二梯队的中前位置,美欧日排在第一梯队。数控机床具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。

2.2 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又一具体体现。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。

2.3 机器人

机器人是20世纪人类最伟大的发明之一。从某种意义上讲,一个国家机器人技术水平的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。机器人已在工业领域得到了广泛的应用,而且正以惊人的速度不断向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。毋庸质疑,21世纪机器人技术必将得到更大的发展,成为各国必争的知识经济至高点。

在计算机技术和人工智能科学发展的基础上,产生了具有感知、思维和行动功能的智能机器人,是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息,自主地完成较为复杂的操作任务,比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。智能机器人作为新一代生产和服务工具,在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的位置,如核工业、水下、空间、农业、工程机械（地上和地下）、建筑、医用、救灾、排险、军事、服务、娱乐等方面,可代替人完成各种工作。同时,智能机器人作为自动化、信息化的装置与设备,完全可以进入网络世界,发挥更多、更大的作用,这对人类开辟新的产业,提高生产水平与生活水平具有十分现实的意义。

2.4 汽车电子化产品

汽车上比较常用的一般有5种仪表和3种相应的传感器,即电流表、机油压力表、水温表、燃油表、车速里程表等指示仪表和机油压力传感器、水温传感器和油量传感器。

目前,电子化仪表已经取代机械式仪表。这是由于机械式仪表一旦出现故障将很难处理,而电子化仪表则不同。采用电子化仪表不仅可以改进驾驶员的目视性,还有助于汽车仪表的多样化。

3、机电一体化技术的发展方向

3.1 光机电一体化

一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。

3.2 自律分配系统化（柔性化）

未来的机电一体化产品,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”。在自律分配系统中,各个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”,可根据不同的环境条件作出不同反应。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,具体“行动”是可以改变的。这样,既明显地增加了系统的适应能力,即柔性,又不会因某一子系统的故障而影响整个系统。

3.3 全息系统化（智能化）

今后的机电一体化产品“全息”特征将越来越明显,智能化水平也越来越高。这主要得益于模糊技术、信息技术尤其是软件及芯片技术的发展。除此之外,其系统的层次结构也由简单的“从上到下”的形势转而变为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

3.4 “生物--软件”化

今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“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,即当控制系统（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。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物—软件”或“生物—系统”,而生物的特点是硬件（肌体）与软件（大脑）一体,不可分割。由此看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展的趋势,但要达到这一目的还需要有一段漫长的道路去走。

3.5 微型机电化

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。当我们将这一成果用于实际产品时,就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”,机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。

4、结语

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。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,是机械工业发展的必然趋势。是21世纪机械工业的主角,在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益,具有广阔的发展前景。

参考文献