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第1篇

關鍵詞：機械一體化；技術；現狀；產品；制造技術；發展趨勢

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機械一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機械一體化”為特征的發展階段。

一、概要

機械一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

機械一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機械一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機械一體化系統或機械一體化產品。

二、發展狀況

20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機械結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀90年代后期，開始了機械一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機械一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機械一體化，微細加工技術也在機械一體化中嶄露頭腳，出現了光機械一體化和微機械一體化等新分支；另一方面對機械一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機械一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機械一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機械一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

三、發展趨勢

1、智能化、模塊化

智能化是21世紀機械一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機械一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機械一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機械一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機械一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機械一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。

2、網絡化、系統化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機械一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機械一體化產品。

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機械一體化更加注重產品與人的關系，機械一體化的人格化有兩層含義。一層是，機械一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機械一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機械一體花產品。事實上，許多機械一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

綜上所述，機械一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機械一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機械一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

參考文獻

[1]李建勇.機械一體化技術.北京：科學出版社，2004.

第2篇

關鍵詞：機電一體化；自動控制技術；發展趨勢

機電一體化的外文名詞是Mechantronics，起源于日本，是取英語Mechanics的前半部和Electronics的后半部拼合而成的，表示機械學與電子學兩種學科的綜合。目前，國內外對機電一體化的涵義有各種各樣的認識，其各自的出發點和著眼點不盡相同，再加上機電一體化本身的涵義還在隨著生產和科學技術的發展不斷被賦予新的內容。機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體，是現代科學技術發展的必然結果。隨著現代科學技術日新月異的發展，不斷地推動不同學科的交叉和滲透，從而導致整個工程領域的技術革命。

1.機電一體化概要

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。機電一體化涵蓋技術和產品兩個方面，只是機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其他新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械。機電一體化系統由若干具有特定功能的機械和電子要素組成的有機整體，具有滿足人的使用要求的最佳功能。

2.我國機電一體化的現狀

世界范圍內機電一體化的發展大體可以分為3個階段。第一階段也稱為初級階段。20世紀60年代以前由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。第二階段可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。第三階段，20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。

計算機數控機床（CNC）是一種由計算機或專用電子計算裝置控制的高效自動化機床。它綜合應用了計算機技術、自動控制、精密測量和機械設計等方面的最新成就，是典型的機電一體化產品，是機床發展的必然趨勢。

汽車的機電一體化中心內容是以微機為中心通過自動控制來改善汽車的性能，增加汽車的功能，實現汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作方便和舒適性。近幾十年，國際各大汽車公司都加大了對汽車機電一體化的研究，使其發展有了質的飛躍。

工業機器人（IR）一般應由機械系統、驅動系統、控制系統、檢測傳感系統和人工智能系統等組成，是一種能模擬人的手、臂的部分動作，按照預定程序、軌跡及其要求，實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置，是具有發展前途的機電一體化典型產品。

3.機電一體化的發展趨勢

3.1自律分配系統化

未來的機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

3.2系統化

系統化的表現特征之一是系統體系結構進一步采用開放和模塊化的結構。系統可以靈活組套，進行任意裁減和組合，同時要求實現多坐標系列控制功能的NC系統。表現特征之二是通話功能的大大加強，即網絡化趨勢。

3.3人工智能化

這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.4全息系統化

機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。其系統的層次結構，也由簡單的“從上到下”的形勢而變為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

3.5綠色化

環境、資源、人口是當今人類社會面臨的三大主題。

3.6微型機電化

微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

3.7面向21世紀的制造模式

一次制造成功，采用成組技術和分組作業方式，按質、按量、按時完成，做到零廢品、零庫存、零設備故障、零環境污染，從以“技術”為中心向以“人”為中心轉變，從“金字塔式多層次管理”向“網絡式管理”、由順序工作方式向并行工作方式、由固定組織

加工向敏捷制造加工轉變。

4.結語

機電一體化的出現并不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，傳統的機械設計方法和設計概念正在發生著革命性的變化。21世紀，機電一體化技術將扮演機械工業的主角，與機電一體化相關的技術還有很多。隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯。我國可以利用后發的成本優勢和廣闊的市場潛力，用全新的方式和更短的時間研發更多具有知識產權的機電一體化產品。隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

第3篇

[關鍵詞] 現代制造業 先進制造技術 機電一體化技術 緊密聯系

制造業是現代國民經濟和綜合國力的重要支柱，尤其是現代制造業更是在一個國家的企業生產能力構成中占首要地位，要發展和壯大現代制造業就要大力研究、發展和掌握先進制造技術。所謂先進制造技術，其實就是一種綜合技術，是在傳統制造技術的基礎上加上信息技術和科學的管理，再加上與之相關的科學技術交融而形成的群體技術。

一、先進制造技術簡介

制造技術是使原材料成為產品所應用的一系列技術的總稱?，F代制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料及現代管理技術的最新成果，并將其綜合應用于制造業的全過程。

先進制造技術是制造技術的最新發展階段，是由傳統的制造技術發展起來的，是與現代高新技術相結合而產生的一個完整技術群。它是具有明確范疇的新技術領域，是面向工業應用的技術，是駕馭生產過程的系統過程。它不僅涉及產品的設計、制造工藝、加工和裝配、而且覆蓋了市場分析、銷售使用、維修服務，乃至回收再生的全過程；先進制造技術還涉及企業產品與管理創新、企業生產過程綜合自動化、制造單元與系統的集成、制造企業與流通領域的集成、企業間集成與協作等方面。

目前機電一體化技術在現代制造業中應用廣泛，在先進制造技術中占相當重要地位。

二、機電一體化技術概要

機電一體化技術是面向應用的跨學科技術，是從系統工程出發，綜合運用機械技術、微電子技術、光學技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術有機融合、相互滲透的結果。它涉及了許多新概念、基礎學科和邊緣學科，是從系統的觀點出發，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

機電一體化不是機械加電氣簡單組合、拼湊而成的機械電氣化，而是賦予了自動化、虛擬化、柔性化、智能化等特征。其主要由：機械裝置；檢測裝置和傳感器、變送器；信息處理部分；驅動器和執行器； 接口部分等5個部分組成。

三、現代制造業的基本內涵及特點

1.基本內涵

按照國際通例，工業中所有將原材料轉化為可供使用的物品的行業都可成為制造業，可分為裝備制造業和生產消費資料制造業?，F代制造業就是用高新技術改造、升級優化傳統制造業，是先進制造技術或先進管理手段與制造業相結合的產物。

現代制造業有下面幾個方面是必須具備的：1、采用了新技術、新工藝、新裝備，實現了制造過程的現代化。2、應用信息化的手段。對生產、管理、銷售的全過程采用了信息化的管理手段和信息化的管理工具。3、采用了現代化的生產組織方式。4、現代制造強調以知識和技術投入為因素，以現代集成制造為特征，以高新技產業為先導的高附加值、高科技、產業鏈長的產業體系。

2.主要特征

通常來說，現代制造業主要有以下特征：

（1）充分消化吸收吸和應用世界先進制造技術與現代高新技術，更加強調以知識和技術為投入因素，企業的工藝、裝備、材料高技術化，產品的科技含量和附加值較高。

（2）建立起與現代技術相適應的生產方式和企業組織形式，推廣和實施先進的制造模式。發展對國民經濟帶動作用大，產業鏈和的產業集群。

（3）符合現代社會可持續發展理念，具有資源節約、無污染綠色等特征，具有與全球化相適應的資源配置方式。

（4）利用現代信息技術，改造和集成業務流程，形成以價值鏈為基礎的分工協作模式，并呈現出制造業與服務業既分工又融合的特點。

四、機電一體化技術與現代制造業緊密聯系、密不可分

隨著現代制造業向精密化、自動化、信息化、柔性化、清潔化、集成化和智能化的快速發展，機電一體化技術和產品與現代制造業聯系緊密。

1.機電一體化技術和產品

機電一體化技術和產品的廣泛應用于工業生產過程的名個領域，特別在現代制造業方面應用較廣。其主要有機電一體化系統和典型元、部件兩大類。

機電一體化典型系統有：數控機床系統、智能化儀器儀表、印刷機械系統、發動機控制系統及虛擬加工CAD／CAM等系統。

典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器（PLC）、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化技術和產品是現代制造業所不可或缺的。

2.機電一體化產品在現代制造業的優勢

（1）設備安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有主動監視、報警、主動診斷、主動保護等功效，從而使其具有較高的自動保護措施和可靠性及較低的產品故障率，明顯提高了設備安全性和可靠性，使用壽命也得到相應提高。

（2）生產能力和工作質量、效率大幅提升。機電一體化產品大都具有信息主動處理和主動把持功效，能保證最佳的工作質量和產品的合格率，同時也使得生產能力大大提高。

（3）具有智能化功能，操作簡便。機電一體化產品操作按鈕和手柄數量明顯減少，使得操作大大簡化、簡便。先進的機電一體化產品是一個完整的系統，可通過模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）對外界參數的改變隨機自尋最佳工作程序，實現主動最優化操作。

（4）具有復合功能及適用性。機電一體化產品突出了復合技巧和復合功效，使產品的功效程度和主動化程度大大進步，能適用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。

（5）具有參數化特性，調試和維護方便。機電一體化產品可通過改變控制和執行系統的程序來實現工作方法的轉變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變更的需要。機電一體化產品的主動檢驗和主動監視功效可對工作過程中出現的故障主動采用措施，使工作恢復正常。

總之，現代制造業是科學技術與生產力發展的必然結果，是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。兩者的緊密結合深刻影響著現代制造業及現代制造技術，隨著科學技術的發展，各種技術相互融合、相互滲透的趨勢越來越明顯，將大大地推進現代制造業的發展步伐。

參考文獻

[1]章浩，張西良，周士沖.機電一體化技術的發展與應用[J].農機化研究，2006（7）