机电一体化是现代科学技术的必然结果

摘 要：机电一体化是随着当前各种科学技术的不断应用而出现的,其在现代科学技术发展的必然结果.在机电一体化发展的过程中,是随着社会技术不断应用而形成的各种学科交叉的过程.本文同股沟对当前国内外机电一体化技术现状进行分析,就其发展背景和发展趋势进行分析和探讨.

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现代科学技术的不断发展,是当前各种学科相互交叉渗透的结果,是随着技术革命的不断发展和变革不断提高的过程.由于微电子技术和计算机技术的迅速发展使得机械制造过程中各种制造手段和制造方式不断的提高和变化,使得其在工作的过程中结合当前电子技术手段形成了当前的机电一体化体系.使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及其管理手段都发生了翻天覆地的变化,使得从传统的机械电气化模式逐步的转向为当前的机电一体化模式,成为当前智能化技术手段和自动控制措施在工业生产中应用的主要方式和手段.

1.机电一体化概述

自上个世纪六十年代以来,随着计算机技术和电子技术的不断发展与完善,各种机械制造工具和手段的不断充实与完善是当前机电一体化出现和发展的前提和基础.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,采用当前先进的能技术手段和管理措施进行电子设计与管理的主要模式,是利用计算机技术、信息技术和自动化控制技术为一体的发展模式和发展流程,是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.随着改革开放以来,我国对国外各种先进技术的大力吸尽和总结,结合我国相应的实际情况形成了一套系统化的方式和工艺.

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.

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：（1）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到了积极的作用.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.（2）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出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础.

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、动力接口和环境接口等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情.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等.有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模.为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配.

3.3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.

4.结束语

机电一体化是当前各种科学技术手段综合发展的结果,是社会发展的过程中,利用各种相应的技术手段进行分析与综合发展的过程.机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是当前社会生产过程中各种相应的发展模式和发展手段进行综合发展和渗透的产物.随着当前社会发展中科学技术的不断发展,其在发展过程中其发展前景也不断扩大,为当前机械制造提供了理论基础和坚实的依据.