论文部分内容阅读
【摘 要】本文阐述的机电一体化技术的定义，特点以及发展历程，并针对机电一体化技术所需的共性关键技术进行了分析，基于此分析，探索了未来机电一体化发展的方向，对机电一体化的研究有参考指导意义。
【关键词】机电一体化 发展历程 关键技术 发展趋势
机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，现在的机电一体化技术，是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、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。它不是上述技术的简单拼凑，而是从系统的观点出发，合理配置各功能单元，使得整个系统具有高质量，高可靠性的特点。
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，还能赋扑许多新的功能，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仲，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。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
1.机电一体化的发展过程
机电一体化经历了长期的产生于发展过程，大致分为三个阶段：
萌芽阶段：20世纪60年代以前为萌芽阶段。由于电子技术发展迅速，人们逐步使用电子技术的初步成果完善机械产品的性能。特别是第二次世界大战后，机械产品与电子技术的结合使得许多性能优良的产品出现，对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。
蓬勃发展阶段：20世纪70年代至20世纪80年代是蓬勃发展阶段。在这一阶段，人们主动地利用新技术的巨大成果创造新的机电一体化产品。应该特别指出的是，日本在推动机电一体化技术的发展方面起了主导作用。日本政府于1971年3月颁布了《特定电子工业与特定机械工业振兴临时措施法》，要求企业界“应特别注意促进为机械配备电子计算机和其他电子设备，从而实现控制的自动化和机械产品的其他功能”。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为基点一体化的发展奠定了技术基础。
智能化阶段：从20世纪90年代开始至今称为智能化阶段。机电一体化技术向智能化新阶段迈进。人工智能技术及网络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新天地。大量的智能化机械产品不断涌现。出现了“模糊控制”和“混沌控制”等新概念。
机电一体化的目的是使系统高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻薄短小巧化方向发展，不断满足人们的生活多样化需求和生产的省力化、自动化需求。因此，机电一体化的研究方法并不是拼拼凑凑的“混合”设计法，应该从系统的角度出发，采用现代设计分析方法，充分发挥边缘学科技术的优势。
2.机电一体化发展的共性关键技术
机电一体化发展所采用微电子技术必须解决一些共性关键技术。这些技术包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、精密机械技术及系统总体技术等。各部分所包括的内容如下：
检测传感技术：检测传感器的检测对象有位移、压力、温度、速度、加速度、流量等物理量，其检测精度的高低直接影响机电一体化产品的性能好坏。检测传感技术的主要难点在于提高可靠性、精度和灵敏度。
信息处理技术：信息处理技术包括信息的输入、变换、运算、次数和输出技术。信息处理是否及时正确，直接影响机电一体化产品的质量和效率，因而成为机电一体化产品的关键技术。在信息处理技术方面存在的问题有减轻重量、提高处理速度、提高可靠性和抗干扰能力以及标准化、提高操作性及便于维修保养等。
自动控制技术：自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等技术。其技术难点是现代控制理论的工程化与实用化，以及优化控制模型的建立等。
伺服驱动技术：伺服驱动技术主要是指执行元件中的一些技术问题。伺服驱动包括电动、气动、液动等各种类型。希望之星元件满足小型、重量轻和输出功率大等三个方面的要求，以及提高对环境的适应性和可靠性。
精密机械技术：机电一体化产品对精密机械提出的新要求有：减轻重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善动态性能等。
系统总体技术：系统总体技术是以中国从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。机电一体化产品要求系统的协调性很好，否则即使各个部分的性能、可靠性都很好，性能和产品也很难保证正常运行。
3.机电一体化发展趋势
随着科技的发展和经济的进步，对机电一体化技术提出了许多新的和更高的要求，出现了新的概念。如数控技术、CNC、FMS、CIMS及机器人等都被一致认为是典型的机电一体化技术、产品及系统。机电一体化的发展趋势有以下几点：
高性能化：高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。新一代CNC系统就是以此“四高”为满足生产急需和人诞生的。可实现告诉数据传递，在相当高的分辨率情况下，系统仍有高速度，此外其效率也非常高。
智能化：人工智能的研究日益得到重视，其中机器人与数控机床的智能化就是重要应用。智能机器人通过视觉，触觉和听觉等各类传感器检测工作状态，根据实际变化过程反馈信息并作出判断与决定。数控机床智能化，使用各类传感器对切削加工前后和加工过程中的各种参数进行监测，并通过计算机系统做出判断，自动对异常现象进行调整和补偿。
此外，机电一体化发展趋势还有系统化，轻量化及微型化等
参考文献：
[1]机电一体化技术的发展及应用，梁俊彦
[2]机电一体化系统设计 张建民 北京理工大学出版社 2006.2
[3]机电一体化技术与系统 梁景凯 机械工业出版社 2006.11
[4]机电一体化原理及应用 吕强 国防工业出版社 2010.11
【关键词】机电一体化 发展历程 关键技术 发展趋势
机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，现在的机电一体化技术，是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、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。它不是上述技术的简单拼凑，而是从系统的观点出发，合理配置各功能单元，使得整个系统具有高质量，高可靠性的特点。
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，还能赋扑许多新的功能，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仲，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。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
1.机电一体化的发展过程
机电一体化经历了长期的产生于发展过程，大致分为三个阶段：
萌芽阶段：20世纪60年代以前为萌芽阶段。由于电子技术发展迅速，人们逐步使用电子技术的初步成果完善机械产品的性能。特别是第二次世界大战后，机械产品与电子技术的结合使得许多性能优良的产品出现，对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。
蓬勃发展阶段：20世纪70年代至20世纪80年代是蓬勃发展阶段。在这一阶段，人们主动地利用新技术的巨大成果创造新的机电一体化产品。应该特别指出的是，日本在推动机电一体化技术的发展方面起了主导作用。日本政府于1971年3月颁布了《特定电子工业与特定机械工业振兴临时措施法》，要求企业界“应特别注意促进为机械配备电子计算机和其他电子设备，从而实现控制的自动化和机械产品的其他功能”。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为基点一体化的发展奠定了技术基础。
智能化阶段：从20世纪90年代开始至今称为智能化阶段。机电一体化技术向智能化新阶段迈进。人工智能技术及网络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新天地。大量的智能化机械产品不断涌现。出现了“模糊控制”和“混沌控制”等新概念。
机电一体化的目的是使系统高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻薄短小巧化方向发展，不断满足人们的生活多样化需求和生产的省力化、自动化需求。因此，机电一体化的研究方法并不是拼拼凑凑的“混合”设计法，应该从系统的角度出发，采用现代设计分析方法，充分发挥边缘学科技术的优势。
2.机电一体化发展的共性关键技术
机电一体化发展所采用微电子技术必须解决一些共性关键技术。这些技术包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、精密机械技术及系统总体技术等。各部分所包括的内容如下：
检测传感技术：检测传感器的检测对象有位移、压力、温度、速度、加速度、流量等物理量，其检测精度的高低直接影响机电一体化产品的性能好坏。检测传感技术的主要难点在于提高可靠性、精度和灵敏度。
信息处理技术：信息处理技术包括信息的输入、变换、运算、次数和输出技术。信息处理是否及时正确，直接影响机电一体化产品的质量和效率，因而成为机电一体化产品的关键技术。在信息处理技术方面存在的问题有减轻重量、提高处理速度、提高可靠性和抗干扰能力以及标准化、提高操作性及便于维修保养等。
自动控制技术：自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等技术。其技术难点是现代控制理论的工程化与实用化，以及优化控制模型的建立等。
伺服驱动技术：伺服驱动技术主要是指执行元件中的一些技术问题。伺服驱动包括电动、气动、液动等各种类型。希望之星元件满足小型、重量轻和输出功率大等三个方面的要求，以及提高对环境的适应性和可靠性。
精密机械技术：机电一体化产品对精密机械提出的新要求有：减轻重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善动态性能等。
系统总体技术：系统总体技术是以中国从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。机电一体化产品要求系统的协调性很好，否则即使各个部分的性能、可靠性都很好，性能和产品也很难保证正常运行。
3.机电一体化发展趋势
随着科技的发展和经济的进步，对机电一体化技术提出了许多新的和更高的要求，出现了新的概念。如数控技术、CNC、FMS、CIMS及机器人等都被一致认为是典型的机电一体化技术、产品及系统。机电一体化的发展趋势有以下几点：
高性能化：高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。新一代CNC系统就是以此“四高”为满足生产急需和人诞生的。可实现告诉数据传递，在相当高的分辨率情况下，系统仍有高速度，此外其效率也非常高。
智能化：人工智能的研究日益得到重视，其中机器人与数控机床的智能化就是重要应用。智能机器人通过视觉，触觉和听觉等各类传感器检测工作状态，根据实际变化过程反馈信息并作出判断与决定。数控机床智能化，使用各类传感器对切削加工前后和加工过程中的各种参数进行监测，并通过计算机系统做出判断，自动对异常现象进行调整和补偿。
此外，机电一体化发展趋势还有系统化，轻量化及微型化等
参考文献：
[1]机电一体化技术的发展及应用，梁俊彦
[2]机电一体化系统设计 张建民 北京理工大学出版社 2006.2
[3]机电一体化技术与系统 梁景凯 机械工业出版社 2006.11
[4]机电一体化原理及应用 吕强 国防工业出版社 2010.11