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摘要： 机电一体化技术促使机械工业发生战略性的变革， 使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化 。大力发展新一代机电一体化产品， 不仅是改造传统机械设备的要求， 而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域， 发展与振兴机械工业的必由之路。本文探讨了机电一体化技术的应用与发展。
关键词：机电一体化；技术；应用；发展
Abstract: the mechanical and electrical integration technology to make strategic changes happened machinery industry, the traditional mechanical design method and design concept of the revolutionary changes happening. To develop a new generation of mechanical and electrical products, not only is transforming traditional mechanical equipment requirement, and is to promote mechanical products renewal and open up new areas, development and the only way of mechanical industry. This paper discusses the application of the electromechanical integration technology and development.
Keywords: mechanical and electrical integration; Technology; Application; development
中图分类号： TH-39 文献标识码：A 文章编号：
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,加速了工程领域的技术革命与改造。在机械工程这一领域中，机电一体化随着微电子技术和计算机技术的迅速发展以及向机械工业的渗透开始逐渐形成并不断完善，其对机械工业的产品机构、技术结构、功能与构成、生产方式及管理体系产生了巨大的变化，我国工业生产已经迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、 机电一体化技术的涵义
机电一体化指的是在机构的动力功能、 主功能 、控制功能及信息处理功能上引进电子技术，将电子化设计及软件与机械装置结合起来所组成的系统的总称。 其特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用微电子技术 、机械技术、 计算机技术 、自动控制技术 、信息变换技术、 接口技术及软件编程技术等多种技术的有机融合，根据系统优化组织目标与功能目标，合理布局与布置各功能单元，在高质量 、多功能、 低能耗 、高可靠性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。
“机电一体化 ”包涵了“ 技术 ”与 “产品 ”2个方面。“ 机电一体化技术” 不是微电子技术、 机械技术与其他新技术的简单拼凑、 组合，而是这些技术有机融合的一种综合技术。这也是机电一体化与电气与机械所形成的机械电气化在概念上的本质区别 。机械工程技术在发展到机电一体化后，其微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还可以赋予许多新的功能，如自动处理信息 、自动检测 、自动调节与控制 、自动显示记录 、自动诊断与保护等 。机电一体化产品不仅代替了人的肢体功能，还能起到感官与大脑的作用，具有智能化的特征是机电一体化产品与机械电气化产品在功能上的根本区别。
二、机电一体化技术的应用
1、数控机床
(1)高速化。
由于受到高速加工技术不断普及的影响,机床各项功能的速度得到了大幅增加,其中,车床的主轴转速由以往的3000～4000r/min提高到现在的8000～10000r/min;加工中心和铣床的主轴转速由以往的4000～8000r /min提高到现在的12000～40000r/min;机床的移动速度由过去的10～20m/min提高到现在的48～120m/min。在速度速度不断提高的同时,运动部件启动的加速度也由过去的0.5g提高到现在的1.5g～15g。
(2)高精度化。
随着技术的不断进步,我国生产的普通数控机床的定位精度逐渐由过去的0.01～0.02mm提高到现在的0.008mm;亚微米级数控机床的定位精度提高到了0.0005mm左右;纳米级数控机床的定位精度提高到了0.005～0.01μm。 由我国自主研发的,最小分辨率达到0.000001mm的数控机床也已经问世。
另外,数控机床中两轴以上的插补技术也日渐成熟,纳米级插补技术的出现更使得两轴联动出的圆弧可以达到1u的圆度,并且在插补前还会进行程序预读,不仅能够大幅提升插补质量,还衍生出了自动进行拐角处理的功能。
(3)复合加工。
各类具有复合加工功能的机床大量出现,例如通过5轴5联动的方式加工各类异型零件的机床,通过5轴5面进行复合加工的机床。 另外,也出现了一些结构新颖、 功能独特的机床,例如串并联绞链机床和6轴虚拟轴机床等,它们通过采用特殊的机械结构和计算公式的方式来加工各类非常规性零件。
(4)联网管理。
联网功能已经成为现代化生产对于数控机床的基本要求,它不仅有利于提高数控机床的生产效率,也能方便企业对其进行合理化、 最佳化运用,是目前数控机床发展的一个潮流。
2、DCS
分布式控制系统简称DCS,它不仅能够控制生产过程,还能在线完成生产计划的统计管理、 生产过程的实时调度以及生产过程的优化,是一种管、 控、 测一体化的综合型系统。 由于其采用了集中监视、 分散控制的工作方式,因此系统的局部故障不会对其他部分造成影响,具有极高的安全性和稳定性,是目前大型机电一体化系统的主要潮流。
3、 交流互动技术
数字技术的不断发展使得对于生产的矢量控制成为了可能,而交流调速系统的性能通过近些年来不断的发展和完善已经远远超过了直流调速的水平,所以交流传动系统在钢铁工业中一经应用就受到了用户的广泛好评,它也因此开始取代直流传动成为电气传动技术中的最重要的组成部分。
三、机电一体化技术的发展
1、智能化
智能化是機电一体化与传统机械自动化的主要区别之一， 也是21世纪机电一体化的发展方向。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。 智能机电一体化产品可以模拟人类智能 ，具有某种程度的判断推理 ，逻辑思维和自主决策能力， 从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。
2、数字化
微控制器的发展奠定了机电产品数字化基础，如不断发展的数控加工机床和机器人，而计算机网络的迅速发展，为数字化的设计与制造铺平了道路。数字化机电一体化产品软件具有高可靠性、易操作性、可维护性及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。
3、模块化
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情，可利用标准单元迅速开发出新产品，也可以扩大生产规模，制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。
4、网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响 ，使其朝着网络化方向发展。 机电一体化产品的种类很多， 面向网络的方式也不同 。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。
5、微型化
微型化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1cm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，具有不可比拟的优势，如各种微型传感器、各种微型构件等。
6、集成化
集成化是指既包含技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与组合，又包含生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。首先将系统分为若干层次，再通过软、硬件将各层次有机联系起来，使其性能最优，功能最强。
7、带源化
指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而运动的机电一体化产品自带动力源具有独特的好处，带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
8、绿色化
当今时代的一大主题就是绿色环保。发达的工业在提高我们生活舒适度的同时，资源却在不断地减少，生态环境污染也越来越严重。保护生态环境、节约社会资源和回归自然得到了人们强烈的呼吁，绿色环保化自然就成为机电一体化技术的发展趋势。在设计、制造、使用和销毁的整个生命过程中，环保化产品必须符合人类健康和特定的环境保护要求，对资源利用率要求极高，而且要无害或极少危害到生态环境。使用时对生态环境不造成污染，报废后回收利用率很高，这是机电一体化产品绿色环保化的主要体现。机电一体化技术的绿色环保化发展通过以资源、能源的高效利用为特色的集约型发展模式，尋求可持续发展的根本道路。
机电一体化的出现不是孤立的， 它是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。大力发展新一代机电一体化产品， 不仅是改造传统机械设备的要求， 而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、 发展与振兴机械工业的必由之路。
参考文献：
[1] 张延波. 光机电一体化技术的现状和发展趋势[J]. 化学工程与装备, 2009,(01) .
[2] 肖盛聪. 简析机电一体化技术[J]. 硅谷, 2009,(21) .
[3] 袁中凡.机电一体化技术[M] .北京:电子工业出版社,2010.5
[4] 魏伟. 机电一体化技术及其应用研究[J]. 装备制造技术, 2009,(05) .
关键词：机电一体化；技术；应用；发展
Abstract: the mechanical and electrical integration technology to make strategic changes happened machinery industry, the traditional mechanical design method and design concept of the revolutionary changes happening. To develop a new generation of mechanical and electrical products, not only is transforming traditional mechanical equipment requirement, and is to promote mechanical products renewal and open up new areas, development and the only way of mechanical industry. This paper discusses the application of the electromechanical integration technology and development.
Keywords: mechanical and electrical integration; Technology; Application; development
中图分类号： TH-39 文献标识码：A 文章编号：
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,加速了工程领域的技术革命与改造。在机械工程这一领域中，机电一体化随着微电子技术和计算机技术的迅速发展以及向机械工业的渗透开始逐渐形成并不断完善，其对机械工业的产品机构、技术结构、功能与构成、生产方式及管理体系产生了巨大的变化，我国工业生产已经迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、 机电一体化技术的涵义
机电一体化指的是在机构的动力功能、 主功能 、控制功能及信息处理功能上引进电子技术，将电子化设计及软件与机械装置结合起来所组成的系统的总称。 其特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用微电子技术 、机械技术、 计算机技术 、自动控制技术 、信息变换技术、 接口技术及软件编程技术等多种技术的有机融合，根据系统优化组织目标与功能目标，合理布局与布置各功能单元，在高质量 、多功能、 低能耗 、高可靠性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。
“机电一体化 ”包涵了“ 技术 ”与 “产品 ”2个方面。“ 机电一体化技术” 不是微电子技术、 机械技术与其他新技术的简单拼凑、 组合，而是这些技术有机融合的一种综合技术。这也是机电一体化与电气与机械所形成的机械电气化在概念上的本质区别 。机械工程技术在发展到机电一体化后，其微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还可以赋予许多新的功能，如自动处理信息 、自动检测 、自动调节与控制 、自动显示记录 、自动诊断与保护等 。机电一体化产品不仅代替了人的肢体功能，还能起到感官与大脑的作用，具有智能化的特征是机电一体化产品与机械电气化产品在功能上的根本区别。
二、机电一体化技术的应用
1、数控机床
(1)高速化。
由于受到高速加工技术不断普及的影响,机床各项功能的速度得到了大幅增加,其中,车床的主轴转速由以往的3000～4000r/min提高到现在的8000～10000r/min;加工中心和铣床的主轴转速由以往的4000～8000r /min提高到现在的12000～40000r/min;机床的移动速度由过去的10～20m/min提高到现在的48～120m/min。在速度速度不断提高的同时,运动部件启动的加速度也由过去的0.5g提高到现在的1.5g～15g。
(2)高精度化。
随着技术的不断进步,我国生产的普通数控机床的定位精度逐渐由过去的0.01～0.02mm提高到现在的0.008mm;亚微米级数控机床的定位精度提高到了0.0005mm左右;纳米级数控机床的定位精度提高到了0.005～0.01μm。 由我国自主研发的,最小分辨率达到0.000001mm的数控机床也已经问世。
另外,数控机床中两轴以上的插补技术也日渐成熟,纳米级插补技术的出现更使得两轴联动出的圆弧可以达到1u的圆度,并且在插补前还会进行程序预读,不仅能够大幅提升插补质量,还衍生出了自动进行拐角处理的功能。
(3)复合加工。
各类具有复合加工功能的机床大量出现,例如通过5轴5联动的方式加工各类异型零件的机床,通过5轴5面进行复合加工的机床。 另外,也出现了一些结构新颖、 功能独特的机床,例如串并联绞链机床和6轴虚拟轴机床等,它们通过采用特殊的机械结构和计算公式的方式来加工各类非常规性零件。
(4)联网管理。
联网功能已经成为现代化生产对于数控机床的基本要求,它不仅有利于提高数控机床的生产效率,也能方便企业对其进行合理化、 最佳化运用,是目前数控机床发展的一个潮流。
2、DCS
分布式控制系统简称DCS,它不仅能够控制生产过程,还能在线完成生产计划的统计管理、 生产过程的实时调度以及生产过程的优化,是一种管、 控、 测一体化的综合型系统。 由于其采用了集中监视、 分散控制的工作方式,因此系统的局部故障不会对其他部分造成影响,具有极高的安全性和稳定性,是目前大型机电一体化系统的主要潮流。
3、 交流互动技术
数字技术的不断发展使得对于生产的矢量控制成为了可能,而交流调速系统的性能通过近些年来不断的发展和完善已经远远超过了直流调速的水平,所以交流传动系统在钢铁工业中一经应用就受到了用户的广泛好评,它也因此开始取代直流传动成为电气传动技术中的最重要的组成部分。
三、机电一体化技术的发展
1、智能化
智能化是機电一体化与传统机械自动化的主要区别之一， 也是21世纪机电一体化的发展方向。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。 智能机电一体化产品可以模拟人类智能 ，具有某种程度的判断推理 ，逻辑思维和自主决策能力， 从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。
2、数字化
微控制器的发展奠定了机电产品数字化基础，如不断发展的数控加工机床和机器人，而计算机网络的迅速发展，为数字化的设计与制造铺平了道路。数字化机电一体化产品软件具有高可靠性、易操作性、可维护性及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。
3、模块化
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情，可利用标准单元迅速开发出新产品，也可以扩大生产规模，制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。
4、网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响 ，使其朝着网络化方向发展。 机电一体化产品的种类很多， 面向网络的方式也不同 。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。
5、微型化
微型化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1cm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，具有不可比拟的优势，如各种微型传感器、各种微型构件等。
6、集成化
集成化是指既包含技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与组合，又包含生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。首先将系统分为若干层次，再通过软、硬件将各层次有机联系起来，使其性能最优，功能最强。
7、带源化
指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而运动的机电一体化产品自带动力源具有独特的好处，带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
8、绿色化
当今时代的一大主题就是绿色环保。发达的工业在提高我们生活舒适度的同时，资源却在不断地减少，生态环境污染也越来越严重。保护生态环境、节约社会资源和回归自然得到了人们强烈的呼吁，绿色环保化自然就成为机电一体化技术的发展趋势。在设计、制造、使用和销毁的整个生命过程中，环保化产品必须符合人类健康和特定的环境保护要求，对资源利用率要求极高，而且要无害或极少危害到生态环境。使用时对生态环境不造成污染，报废后回收利用率很高，这是机电一体化产品绿色环保化的主要体现。机电一体化技术的绿色环保化发展通过以资源、能源的高效利用为特色的集约型发展模式，尋求可持续发展的根本道路。
机电一体化的出现不是孤立的， 它是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。大力发展新一代机电一体化产品， 不仅是改造传统机械设备的要求， 而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、 发展与振兴机械工业的必由之路。
参考文献：
[1] 张延波. 光机电一体化技术的现状和发展趋势[J]. 化学工程与装备, 2009,(01) .
[2] 肖盛聪. 简析机电一体化技术[J]. 硅谷, 2009,(21) .
[3] 袁中凡.机电一体化技术[M] .北京:电子工业出版社,2010.5
[4] 魏伟. 机电一体化技术及其应用研究[J]. 装备制造技术, 2009,(05) .