淺談機電一體化技術發(fā)展趨勢

王中杭

摘要：機電一體化是一個新興的邊緣學科，正處于發(fā)展階段，代表著機械工業(yè)技術革命的發(fā)展方向。國內早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。筆者結合自身工作研究，闡述了機電一體化技術的外部環(huán)境、發(fā)展淵源以及機電一體化技術的現(xiàn)狀，對新時期機電一體化技術發(fā)展趨勢進行了展望。

關鍵詞：機電一體化技術；發(fā)展趨勢

一般認為，機電一體化技術是一門跨學科的綜合性高技術，是由微電子技術、計算機技術、信息技術、機械技術及其他技術相融合而構成的一門獨立的交叉學科。目前，國際上普遍采用日本機械振興協(xié)會的定義：“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統(tǒng)的總稱”，涉及機械制造技術、電子技術、信息處理技術、測試和傳感器技術、控制技術、接口技術、計算機技術、伺服驅動等多種技術。機電一體化技術對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有巨大的推動力，因此世界各國都在大力推廣機電一體化技術。

一、綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化：一方面物質豐富，生活舒適；另一方面資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用 。工業(yè)的發(fā)展使得資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。綠色化成了時代的趨勢，產品的綠色化更成了適應未來發(fā)展的一大特色。

二、智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能系統(tǒng)是一個知識處理系統(tǒng)，它包括知識表示、知識利用和知識獲取三個基本問題，其最終目標是模擬人的問題求解、推理、學習。人工智能在機電一體化建設中的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用?！爸悄芑笔菍C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(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類的智能，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。目前，專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經網(wǎng)絡以及遺傳算法是機電一體化產品（系統(tǒng)）實現(xiàn)智能化的四種主要技術，它們各自獨立發(fā)展又彼此相互滲透。

三、網(wǎng)絡化

20世紀90年代，汁算機技術的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革，同樣也給機電一體化技術帶來了重大影響，例如通過網(wǎng)絡對機電一體化設備進行遠程控制。各種剛絡將全球經濟、生產連成一片，企業(yè) 的競爭也將全球化。機電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(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡（Homenet）將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)（Computer integrated appliancesystem，CIAS） ，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。 此機電一體化產品無疑朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

四、微型化

微型化興起于20世紀80年代末，是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。近十余年來，微機電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanic System，MEMS），作為機電一體化技術的新尖端分支而倍受重視，它泛指幾何尺寸不超過1 cm 的機電一體化產品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電系統(tǒng)高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，發(fā)展難點在于微機械并不是簡單地將大尺寸的機械按比例縮小，由于結構的微型化，在材料、機構設計、摩擦特性、加工方法、測試與定位及驅動方式等方面部產生了一些特殊問題。

微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，可進入一般機械無法進入的空問，并易于進行精細操作，因此在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。因此在生物醫(yī)學、航空航天、信息技術、工農業(yè)乃至 防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。

五、模塊化

機電一體化產品和技術可分為機械、電子和軟件三大部分。模塊化技術是這三者的共同技術。模塊化技術可以減少產品的開發(fā)和生產成本，提高不同產品問的零部件通用化程度，提高產品的可裝配性、可維修性和可擴展性等。融合機械、電子和軟件三大部分的機電一體化模塊代表了未來產品的發(fā)展方向，具有高度自主性、良好協(xié)調性和自組織性的特點?？傊?，模塊化設計與制造是機電一體化系統(tǒng)的基本方法和發(fā)展趨勢。隨著微處理器性能價格比的迅速提高和微機械電子（MEMS）技術的飛速發(fā)展，各種機電一體化模塊將越來越多地出現(xiàn)在市場上。利用這些模塊，可以迅速方便地設計和制造出各種新的機電一體化產品。

六、結語

綜上所述，機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。縱觀國內外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術的發(fā)展動向，未來機電一體化將朝著綠色化、智能化、網(wǎng)絡化、微型化、模塊化等多方向發(fā)展。

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