第一篇：機電一體化技術的應用及發展趨勢

機電一體化技術的應用及發展趨勢

摘 要：隨著我國工業生產水平的不斷提高，機電一體化技術的應用也日趨廣泛，成為現代工業技術發展的重要?酥局?一，了解和掌握機電一體化技術的應用和未來發展前景，也是當前機械工程領域關注和研究的重點課題之一。本文從機電一體化技術的發展入手，分析了機電一體化的發展前景趨勢，希望能借此給同行們提供一些有價值的參考。

關鍵詞：機電一體化 技術應用 發展趨勢

1.機電一體化的技術應用

機電一體化技術是面向應用的跨學科技術，是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。

機電一體化技術的應用領域十分廣泛，主要應用在數控機床、計算機集成制造系統、柔性制造系統、工業機器人等方面。它在應用技術方面主要包括軟件和硬件兩個大的方面，其在不同領域中的具體應用的核心技術包括：

1.1在現代機械制造業中的應用

機械制造業的市場競爭局面緊張，而在傳統的機械制造行業中，規模和經濟基礎是決定市場占有率的關鍵，而社會發展到今天，制造業已經打破了單純依靠人力生產的技能傳統，取而代之的是電子計算機技術、敏捷制造、柔性制造、并行工程和計算機數字控制技術等高新技術制造系統占據了信息競爭主導地位，起到了促進生產模式創新和發展的作用。

1.2在鋼鐵行業中的應用

機電一體化技術在鋼鐵企業中的應用主要是計算機集成制造系統，是將人、生產經營、生產管理和整個生產管理過程的全方面有效連接的一種控制系統。從原料進入生產企業，到原料的加工生產和成品的發貨等全方面加以監控的新技術應用。

1.3在飲料食品行業中的應用

機電一體化作為一種應用發展最快的新技術，在飲料食品行業的包裝機械開發、設計和制造等方面也被廣泛引入，大大提高了生產加工的自動化水平，提升了生產能力和管理效率，為企業在行業中的優勢競爭地位奠定了基礎。

此外，機電一體化的技術應用還包括在現場總線技術方面和交流傳動技術方面的應用。現場總線技術其實就是將新型的信號傳輸技術替換成現場總線技術的一種方法，在有效控制的基礎上實現雙向的信息傳送。而交流傳動技術則是將矢量控制技術進行實用化應用的代表，是數字技術發展的產物，在未來，還將取代直流傳動技術。

2.機電一體化技術的未來發展趨勢

當前，光機電一體化技術作為一種新興的學科，在多年的發展后逐步形成了一種新興產業，并逐漸受到人們的重視。同時這也決定了當代機電一體化技術的未來發展趨勢：

2.1 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程，這一重要發展趨勢將給所有機電一體化企業帶來光明的發展前景。使得產品種類和生產廠家繁多、單元復雜的機電一體化產品更好的被整合，對開發研制新產品和進一步擴大生產規模都將有極強的推動作用。而為了更好的避免利益沖突，還應該相應的制定相關必要的國際或國內生產標準。相關標準的制定，對生產標準機電一體化單一的企業和對生產機電一體化產品的企業來說，都會有利無害。

2.2智能化

在21世紀智能化已然成為機電一體化技術發展的一個重要方向。這一時期的人工智能應用在機電一體化技術應用研究中備受關注，其中最為典型的技術應用代表當屬機器人和數控機床的智能化應用。盡管在當前的技術條件下，機器人不可能達到與人完全相同的智能，但是其智能化的擬人應用是完全有可能，并在現實的生產生活中也有必要的，如何在理論控制的基礎上行，達到更高的控制目標，將是機電一體化技術智能化應用的一個重點。

2.3微型化

在20世紀80年代末期，機電一體化技術已經開始朝著微型及其和微觀領域發展，國外更是興起了一種較為微電子機械系統的機電一體化產品，這種體積小、耗能少、而且運動靈活的這款新產品逐漸朝著微米、納米級發展，并彰顯其在生物醫療、軍事和信息等方面應用的巨大優勢，勢必成為未來的一大發展趨勢。但需要注意的是，這一技術的突破發展也存在一定的技術瓶頸。

2.4網絡化

20世紀90年代，計算機技術應用方面開始出現了網絡技術，其在工業生產和科學技術及各領域的廣泛應用，極大地影響了人們的日常生活，同時也加劇了企業間的全球化競爭趨勢，使得各企業在面臨嚴峻挑戰的同時也帶來了極大的發展機遇。這也就預示著，一旦研制出質量可靠、功能獨特的新的機電一體化產品，其暢銷度將快速覆蓋全球。特別是在網絡日益普及并形成了計算機技能家電系統的今天，家電已經和家庭網絡密切相連，這也就預示著機電一體化產品只有朝著網絡化方向發展，才能在高科技技術的應用中滿足人們的便利需求和使用快樂。

2.5綠色化

工業的發展給人們的生活帶來了巨大的影響，在提高舒適生活和物質滿足的同時，也衍生出了資源短缺和環境污染加劇等系列問題。因此，回歸自然、綠色環保健康的產品概念也開始成為社會需求的主流和時代發展的趨勢。這就要求產品在其設計、制造、使用和銷毀的全過程中，都應以盡量減少對人體健康的損傷和提高產品利用率為前提，不污染、能回收利用的新型機電一體化產品的綠色設計理念，其未來的發展前途將極其遠大。

3.結束語

眾所周知，在市場經濟體制不斷完善和競爭加劇的今天，科學技術不斷朝著整體化、交叉化、數字化和微電子技術信息技術的方向發展，機電一體化技術的應用范圍也不斷增加。只有了解其應用現狀，認清其未來發展趨勢大力推廣和發展，才能讓機電一體化技術在各行業中的應用，來進一步提升產品的質量和工作效率，更好的服務人們的生產生活，從而推動機械工業的發展與振興。

參考文獻

[1]王霞.機電一體化的發展與應用[J].科技資訊，2013（27）.[2]鐘六平.淺議機電一體化之控制系統[J].科技資訊，2013（34）.[3]李建勇.機電一體化技術[M].北京：科學出版社，2004.

第二篇：機電一體化技術的應用與發展趨勢分析

機電一體化技術的應用與發展趨勢分析

摘 要：在科學技術的發展過程中，機電技術也在各關鍵領域取得了普遍應用，為使機電一體化技術能夠在未來得到快速發展，應當對其未來的發展進行推廣，對其中存在的問題和不足展開了解，進一步明確機電一體化發展的整體趨勢。本文主要分析了機電一體化的技術應用與未來發展，并使其能夠在發展中得到更好的技術更新。機電一體化技術在自動生產線、數控機床等領域都有較多的應用意義，因此綠色化、智能化是機電一體化技術未來的發展方向。

關鍵詞：機電一體化技術 應用 發展趨勢

機電一體化技術在經濟發展的過程中，使自動化的發展提升具有良好的技術支持，并在機電一體化技術的應用過程中，有效減少人力物力在生產加工中的多余消耗，并降低了安全問題發生的幾率，因此在煤炭行業、建筑行業中創造了巨大社會效益與經濟效益。機電一體化技術包含信息傳感器技術、電工電子技術、接口技術、機械技術等多項技術的有機結合，并能夠綜合應用在實際操作中。

1.機電一體化的應用范圍

1.1建筑材料

在當前建筑施工的工作中，對建筑材料的要求也越來越高，且建筑材料作為建筑施工中比例較多的內容，對其的質量要求標準也更高。要想保證建筑材料能夠有更高的質量發展特征，就要確保機電一體化的技術能夠在建筑材料中得到科學應用[1]。此外，建筑材料的選擇調配對建筑質量有直接影響，若是材料調配沒有滿足規定要求，將會減少建筑工程中的使用壽命，甚至引發嚴重的安全隱患，從而產生經濟損失。正因如此，應用機電一體化技術到建筑材料中，就能實現建筑材料的正確配比，以免誤差產生，進而推動建筑行業的發展。

1.2自動生產線與數控機床

作為一個生產大國，我國在產品生產的過程中，對機床的使用量非常大，這也造成國家生產總值的提升。通常情況下，機床建設同數控技術的發展具有密切聯系。在國家機電一體化技術逐步發展完善的過程中，機電技術也更加成熟，但是綜合水平的發展依然處于世界的中級水平，因此對其要逐步改進與完善，進而更好推動數控機床技術的發展。此外，機電一體化在自動化生產線中也有普遍應用，且在國民經濟增長的進程中，更多的生產設備與自動化生產線被用于工業化建設的工作時，使工業化進程進一步加快。就當前階段的發展來說，工業化的發展還具有一定不足，需要在今后的使用過程中完善人機界面系統設計、邊坡調速等任務，從各方面完善機電一體化技術的發展。

1.3鋼鐵行業

機電一體化技術在鋼鐵行業中的應用，能夠使生產效率、生產質量得到提升，促進鋼鐵行業能夠超現代化的發展方向進步，就當前的發展情況來說，鋼鐵行業中的機電一體化技術應用可分成以下幾點：第一，計算機集成系統的應用，使得鋼鐵生產過程中每個工作流程能夠緊密連接。第二，現場的總線技術應用，能夠使設備鏈路實現通信數字化[2]。第三，使用交流傳動技術，能夠替代傳統的電子傳動，使生產效率大幅度提升。

1.4工業機器人

機電一體化在工業機器人中的應用主要為三個階段，第一階段中，機器人對環境的適應力較差，智能依照規定要求進行動作的機械重復。第二階段中機器人已經具備初級的傳感系統，并能夠及時進行信息處理。第三階段的工業機器人發展，已經逐漸進入智能化的發展領域，引出感知能力?^強，能夠在較為復雜的邏輯思維中進行合理準確的科學分析，使工業機器人能夠在使用中發揮更好的社會效益，并具備較好的環境適應力。

2.機電一體化的發展趨勢

2.1綠色化

在人們生活水平逐步提高的同時，對環境發展的關注度也越來越多，因此機電一體化技術在今后的改進工作中，更應注意綠色化的應用發展，最終達到環境保護的最終目標。機電一體化中的綠色發展方向就是實現各類產品的低能耗、低污染發展，并減少人們在使用制造中出現的健康危害，避免造成環境污染。綠色化的發展方向能夠是產品應用效率全面提升，并在推動生態環境的良好發展、人體身心健康等方面都具有良好作用，總之，機電一體化的產品發展趨勢具有十分廣闊的市場前景。

2.2光機電一體化

機電一體化技術具備強大的功能作用，并在實際生活、生產過程中發揮出了自身優勢，人們對機電一體化技術的研究力度、關注力度也在逐步提升。目前機電一體化的應用主要包含了信息處理系統、能源系統、傳感系統等，其中機械機構屬于其最主要的結構組成[3]。為更好掌握金銀光學技術，促使光機電一體化的技術發展，推動機電一體化走向新的發展時期。

2.3智能化

在當前信息化技術飛速發展的進程中，智能化的信息技術水平也有了突飛猛進的發展。因此機電一體化技術中，人工智能的科學應用，也是未來發展的趨勢之一。在充足的理論知識基礎之上，從多方面思維引進，從而達到機電一體化技術的全信息化。智能化作為機電一體化技術的信息重要表現，能夠運用計算機科學、人工智能、模糊定量、運籌學等進行機電一體化技術的整體發展，并且在模擬人類智能技術、混沌動力學等領域有了新的研究進程，隨著今后機電一體化研究的逐步深入，也呈現出了“全息”化發展特征，并在智能化的應用領域增強使用效果。

3.結語

綜上所述，機電一體化技術是在經濟發展進程中十分重要的科學技術，也屬于全球科學技術發展的結果。所以，在以后的發展應用過程中，相關部門應當更加重視機電一體化技術的深入與研究，利用先進的技術設備創新機電一體化發展。促使國家的生產效力能夠提升也能增大企業的發展規模，提升其社會經濟效益，全面推動國家經濟的持續發展。機電一體化技術綜合多種科學技術的應用優勢，在技術發展的提升過程中其應用水平也能夠不斷進步，最終在機電行業中發揮更大作用。

參考文獻

[1]李鵬.機電一體化技術在機械工程上的應用及發展趨勢[J].科技創新與應用，2016（8）： 148-148.[2]韓海云.煤礦機電一體化技術的應用、管理及發展趨勢[J].中國高新技術企業，2015（33）： 153-154.[3]倪飛.機電一體化在工程機械中的應用分析[J].科技致富向導，2015（11）：277-277.

第三篇：機電一體化技術及應用.doc

第1章緒論

第一節機電一體化的定義

1、機電一體化是機電一體化技術及其產品的統稱，并把柔性制造系統（FMS）和計算機集成制造系統（CIMS）等先進制造技術的生產線和制造過程也包括在內，發展了機電一體化的含義。

2、機電一體化包括六大共性關鍵技術：精密機械技術、伺服驅動技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術和系統總體技術。

3、名詞解釋：機電一體化產品

在機械產品的基礎上應用微電子技術和計算機技術產生出來的新一代的機電產品。

第二節機電一體化系統的基本功能要素及相應功能

1.機械本體機械本體包括機械傳動裝置和機械結構裝置。其主要功能是使構造系統的各子系統、零部件按照一定的空間和時間關系安置在一定的位置上，并保持特定的關系。

2.動力部分功能是按照機電一體化系統的控制要求，為系統提供能量和動力以保證系統的正常運行。機電一體化的顯著特征之一，是用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。

3.傳感檢測部分 功能是對系統運行過程中所需要的本身和外界環境的各種參數及狀態進行檢測，并裝換成可識別信號，傳輸到信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。其功能通常由專門的傳感器和儀器儀表完成。

4.執行部分功能是根據控制和指令完成所要求的動作。執行部分是運動部件，一般采用機械、電磁、電液等機構。它將輸入的各種形式的能量轉換為機械能。

5.驅動部分功能是在控制信息作用下，驅動各種執行機構完成各種動作和功能。

6.控制與信息處理部分功能是將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、加工，根據信息處理結果，按照一定的程序發出相應的控制信號，通過輸出接口送往執行部分，控制整個系統有目的地運行，并達到預期的性能。控制與信息處理單元一般由計算機、可編程控制器（PLC）、數控裝置以及邏輯電路A/D與的、D/A轉換、I/O接口和計算機外部設備等組成。

7.接口一是交換；二是放大；三是傳遞。機電一體化系統的組成及工作原理

第三節機電一體化的相關技術（六大方面）

1．機械技術：是機電一體化的基礎

2．傳感檢測技術：是機電一體化系統的感覺器官

3．信息處理技術：包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策。機電一體化主要采用工業

4．自動控制5.伺服傳動技術6.系統總體技術

第2章機械傳動與支承技術機械系統是機電一體化系統的基本要素，主要用于執行機構、傳動機構、支承部件。

第一節機械系統數學模型的建立

1．機械移動系統

機械移動系統的基本元件是質量、阻尼器和彈簧。

第二節機械傳動系統的特性、影響機電一體化系統中傳動鏈的動力學性能的因素：（1）負載的變化（2）傳動鏈慣性（3）傳動鏈固有頻率（4）間隙、摩擦、潤滑和溫升

2．機械傳動系統的特性（公式—選擇）P22-23

(1)阻尼線性阻尼下的振動為實模態，非線性阻尼下的振動為復模態阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系數m—系統的質量 k—系統的剛度（2）剛度對于伺服系統的失動

量來說，系統的剛度越大，失動量越小。對于伺服系統的穩定性來說，剛度對開環系統的穩定性沒有影響，而對閉環系統的穩定性有很大影響，提高剛度可增加閉環系統的穩定性。

（3）諧振頻率（4）間隙（1）齒輪傳動的齒側間隙的消除 1)剛性消隙法2）柔性消隙法 3）絲杠螺母間隙的調整墊片式調隙機構、螺紋式調隙機構、齒差式調隙機構

第三節機械傳動裝置齒輪傳動使用最多的原因是：瞬時傳動比為常數、傳動精確、強度大、能承受重載、結構緊湊、摩擦力小、效率高。

諧波齒輪減速器原理若將鋼輪固定，外裝柔性軸承4的波發生器凸輪3裝入柔輪2中，是原形為圓環形的柔輪產生彈性變形，柔輪兩端的齒與鋼輪的齒完全脫開，長袖與短袖間的齒測逐漸齒入齒出。與一般齒輪傳動相比有下列特點(1)傳動比大單級50~500多級可達3000以上（2）承載能力大（3）傳動精度高（4）齒側間隙小（5）結構簡單、體積小、重量輕

第四節回轉運動支承主要由滾動軸承、動壓軸承、靜壓軸承、磁軸承等承擔。直線運動軸承主要是指直線運動導軌副起作用是保證各零件之間的相對位置和相對運動精度。機電一體化系統常用的直線運動支承有滑動導軌滾動導軌液體和氣體靜壓導軌

第三章檢測技術

第一節 傳感器的性能（1）靜態特性指標：線性度、靈敏度、遲滯、重復性。（2）動態特性傳感器的使用原則1）足夠容量2）與測量或控制系統的匹配性好，裝換靈敏度高3）精度適當且穩定性高4）反應速度快，工作可靠性好5）適用性和適應性強6）使用經濟

第二節光柵 由標尺光柵和指標光柵組成。是位移監測器，特點精確高、響應速度快、和量程范圍大。P=0.001mm把摩爾條紋調大10mm則放大倍數相當于1000倍

感應同步器是一種應用電磁傳感器原理制造的高精度檢測元件，直線式和圓盤式。分別檢測位移和轉角。

第三節光電式速度傳感器是由裝在被測軸上的帶縫隙圓盤、光電器件、和指示縫隙盤組成。

第四節接觸式位置傳感器1）由微動開關制成的位置傳感器2）二維矩陣是配置的位置傳感器。接近式位置傳感器按其工作原理主要分電磁式、光電式、靜電容式、氣壓式、超聲波式。

第五節 測量放大器需要電路具有橫高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。程控增益放大器經過處理的模擬型號，在送入計算機處理前，必須進行量化，及進行模擬數字變換，變換后的數字信號才能為計算機接受處理。在計算機自動測控系統中往往不希望、有時也不能利用手動辦法來實現增益而希望利用計算機采用軟件控制來實現增益的自動變化。隔離放大器在有強電或電磁干擾的環境中為了防止電網電壓等對測量回路的損壞，其信號輸入通道采用隔離技術。能完成這種任務、具有這種功能的放大器。

第七節用軟件線性化處理的方法有：計算法、查表法、插值法。

第四章伺服傳動技術伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指揮下，控制驅動元件，是機械系統的運動部件按照指令要求進行運動。伺服系統的結構組成：控制器、功率放大器、執行機構、和檢測裝置。通常伺服電動機應符合以下基本要求：具有寬廣而和平的調速范圍、具有較硬的機械特性和良好的調節特性、具有快速響應特性、空載使動電壓小。步進電動機是一種將脈沖信號裝換成位移角的執行元件。對這種電動機施加一個脈沖后，其轉軸就裝過一個角度，稱第一步。脈沖數增加位移角隨之增加，脈沖頻率高裝速快，相序改變，電動機反轉。

第二節直流伺服系統結構：相敏放大器、位置調節器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服電動機、減速器、位置檢測

脈寬調制型pwm功率放大器基本原理：利用開關功率器件作用，將直流電壓換成一定頻率的方波電壓，通過方波脈沖寬度調制，改變輸出電壓的平均值。

Pwm控制電路脈沖調制器、邏輯延時環節、晶體管基極驅動器。

第三節異步電動機變頻調速器 6個功率開關、12個晶體管。

Spwm變頻調速系統：絕對值運算器、函數發生器、邏輯控制器。

環節分配器：三相三拍、三相六拍、雙三拍

電液伺服系統是由電信號處理部分和液壓的功率輸出部分組成的控制系統，系統的輸入是電信號。電液位置伺服控制系統常用于機床工作臺的位置控制、機械手的定位、穩定平臺水平位置控制等。電液速度伺服控制系統：若系統的輸出量為速度，將此速度反饋到輸入端，并與輸入量比較，就可以實現對系統的速度控制。

第五章計算機控制技

1.直接數字控制系統（DDC）

這類系統中計算機的運算和處理結果直接輸出作用于被控制對象，故稱為直接數字控制系統 2分布控制系統式

分布式綜合了計算機技術 通信技術和控制技術，采用多層分級結構的構成，從下而上的分為控制級，控制管理級和經營管理級

3傳送的方式

無條件傳送 查詢式傳送 中斷式傳送D/A轉換器是指將數字量轉換位模擬量的電路DAC0883主要是有兩個8位寄存器和一個8位D/A轉換器組成的。使用兩個寄存器的優點是可以進行兩次緩沖操作，使該器件的應用有更大的靈活性。A/D模數轉換器是將模擬電壓轉換為數值量的器件。實現的方法a逼近法b雙積分法。7 STD總線的技術特點a小板結構b嚴格的標準化c面向I/O設計d高可靠性STD總線工業控制計算機

a Z80系列STD總線工業是最早開發的一種機型，特點可靠性高 價格便宜 普及面 等優點，目前占有很大市場

b 單片機系列本身就是工業控制機，集成密度較高，作為控制應用其功能比較齊全，可靠性和抗干擾能力強數值PID調節器的設計

PID能夠較好的兼顧動態控制系能和穩態控制系能

第六章簡單的機電一體化

1全自動洗衣機

工作時單面片機通過檢測待洗衣物的渾濁度 布質 布量和水溫等作為模糊推理的輸入條件。

第七章工業機器人

1.工業機器人的組成 操作機 驅動系統 控制系統 人工智能系統

2.工業機器人的分類 a按操作機坐標形式分為 直角坐標型工業機器人 圓柱型 球坐 多

關節型平面關節型機器人b按控制方式分類 點位控制 連續軌道控制c 按驅動方式分類 氣動式 液壓式 電動式

3.手腕是由彎曲式關節和轉動式關節組成。兩自由度腕關節來說有RR和BR兩個結構，對于三個自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五種表示p表示俯仰Y表示擺動R表轉動

4.手部很據其結構和用途不同可以分為機械夾持器 專用工具和萬能手三類

5.機械夾持器分為 回轉式 移動式 內撐式

6.研究工業機器人的目的是建立工業機器人個運動構建與手部在空間位置之間的關系，建

立機器人的手臂運動的數學模型，為控制工業機器人的運動提供分析的方法和手段，為仿真研究手臂的運動特性和設計控制器實現預定功能提供依據。

7.工業機器人的力學分析分為靜態力學分析和動態力學分析。靜態力學是研究操作機在靜

態條件下，手臂受力情況；動力學分析是研究操作機各主動關節驅動力與手臂的關系，從而得出工業機器人的動力學方程。

第八章柔性制造系統和計算機集成制造系統

1．柔性制造系統的定義和適用范圍

FMS是指可變的 制動的化程度較高的制造系統，主要包括若干數控機床加工中心，用一套自動物料搬運系統連接起來，由布級多級計算機系統進行綜合管理與控制。

適用范圍：能解決單件 小批量生產的自動化問題，也能適應大批量 多種產品的自動化問題，它把高柔性 高質量 高效率結合起來，在當前具有較強的生命力

2柔性制造系統的組成和結構

組成：加工系統 物料系統 能量系統 信息系統。

第四篇：淺談機電一體化技術的發展趨勢

淺談機電一體化技術的發展趨勢

機電一體化技術是面向應用的跨學科的技術,它是機械技術、微電子技術、信息技術和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發展飛速,機電一體化產品更新日新月異。

一、機電一體化技術的發展歷程

“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。直到70年代,人們一直把機電一體化看做是機械與電子的結合。

80年代,信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高,為更高級的機電一體化產品所采用,典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后,使機械一電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。

進入90年代,通信技術進入了機電一體化,機器可像機器人系統那樣避控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用,有的在性能上更是多用途的,尤其是微傳感器和執行器技術的發展,和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的緯合,開創了以精密工程和系統集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”雖然微加工方法尚未成熟,但將逐漸成為集成控制系統的一個組成部分。之后,機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展,穩步進入了21世紀。

二,典型機電一體化產品的發展趨勢

(一)數控機床。目前我國是全世界機床擁有量最多的國家(近320萬臺),但數控機床只占約5%且大多數是普通數控(發達國家數控機床占10%)。近些年來數控機床為適應加工技術的發展,在以下幾個技術領域都有巨大進步。

1.高速化。由于高速加工技術普及,機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉速有3 000~4 000r/min提高到8 000~10 000r/min快速移動速度由過去的10~20m/min提高到48m/min,60m/min,80m/rain,120m/min:在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度,由過去一般機床的0.5G(重力加速度)提高到1.5G~2G,最高可達15G:直線電機在機床上開始使用,主軸上大量采用內裝式主軸電機。

2.高精度化。數控機床的定位精度已由一般的0.01~0.02mm提高到0.008左右;亞微米級機床達到0.0005mm左右:納米級機床達到0.005~O.Olum最小分辨率為1nm(O.000001mm)的數控系統和機床已問世。

3.復合加工,新結構機床大量出現。如5軸5面體復合加工機床,5軸5聯動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結構,包括6軸虛擬機床,串并聯絞鏈機床等,采用特殊機械結構,數控的特殊運算方式,特殊編程要求。

4.使用各種高效特殊功能的刀具使數控機床“如虎天翼”。如內冷轉頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉頭切削刃和排除切屑,在轉深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達1 000m/min,加工鋁件能達5 000m/min。

因此,計算機集成制造、網絡制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各和新技術都在數控機床基礎上發展起來,這必然成為21世紀制造業發展的一個主要潮流。

(二)自動機與自動生產線。在國民經濟生產和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產線及各種自動化設備,是當前機電一體化技術應用的又一具體體現。如:各種高速香煙生產線;易拉罐自動生產線:FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產線等等,這些自動機或生產線中廣泛應用了現代電子技術與傳感技術。使用這些自動機和生產線的企業越來越多,對維護和管理這些設備的相關人員的需求也越來越多。

三、機電一體化技術的發展趨勢

以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發的數字化、網絡化、綜合化、個性化信息技術革命,不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展,而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。專家預測,機電一體化技術將向以下幾個方向發展:

(一)光機電一體化方向。一般機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成。引進光學技術,利用光學技術的先天特點,就能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源系統和信息處理系統。

(二)柔性化方向。未來機電一體化產品,控制和執行系統育足夠的“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”。在這系統中,各子系統是相互獨立工作的,子系統為總系統服務,同時具有本身的“自律性”,可根據不同環境條件做出不同反應。

(三)智能化方向。今后的機電一體化化產品“全息”特征越來越明顯,智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。

四、仿生物系統化方向

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大,并且往往在結構上處于“靜態”時不穩定,但在動態(工作)時卻是穩定的。就目前情況看,機電一體化產品雖然有仿生物系統化七方向發展的趨勢,但還有―段很漫長的道路要走。

五、微型化方向

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。當這一成果用于實際產品時,就沒有必要再區分機械部分和控制器部分了。那時,機械和電子完全可以“融合”機體,執行結構、傳感器、CPU等可集成在一起,體積很小,并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發展方向。□

(編輯/丹桔)

第五篇：機電一體化技術的現狀及發展趨勢

機電一體化技術的現狀及發展趨勢

摘要：機電一體化技術是由微電子技術、計算機技術、信息技術、機械技術及其它技術相融合構成的一門獨立的交叉學科。機電一體化產品迅猛發展，幾乎遍及所有制造業領域。機電一體化技術在數控技術、工業機器人、計算機集成制造系統方面都取得了一定的成果。隨著科學技術的發展，國內外機電一體化將朝著綠色化、智能化、網絡化、微型化、模塊化方向發展，各種技術相互融合的趨勢也將越來越明顯。

關鍵詞：機電一體化；發展現狀；發展趨勢

機電一體化是一個新興的邊緣學科，正處于發展階段，代表著機械工業技術革命的發展方向。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、機械技術及其它技術相融合而構成的一門獨立的交叉學科。

1國內機電一體化發展現狀

1.1數控技術方面

我國的數控技術起步于1958 年，在“九五”末期，國產數控機床的國內市場占有率達到50%，配置國產數控系統（普及型）也達到了10%。縱觀我國數控技術近50 年的發展歷程，特別是經過四個五年計劃的攻關，總體來看取得了很好的成績。目前，國內已具有年產數控系統3000 多套、主軸與進給裝置5000 多套的生產能力。近十年來，普通級數控機床的加工精度已由10 μm 提高到5 μm，精密級加工中心則從3～5 μm 提高到1～1.5 μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.01 μm）。

1.2工業機器人方面

目前，國內相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化制造技術，解決了工業

機器人控制、驅動系統的設計技術，機器人軟件的設計和編程等關鍵技術，還掌握弧焊、點焊及大型機器人自動生產線（工作站）與周邊配套設備的開發和制備技術。現在，我國從事機器人研發的單位有200 多家，專門從事機器人產業開發的企業有50家以上，中國市場上總共擁有近萬臺工業機器人，其中完全國產的工業機器人（行業內規模比較大的前三家工業機器人企業）行業集中度占30%左右。

1.3計算機集成制造系統方面

我國經過多年的理論和技術準備，CIMS 已經有了較快發展。目前，已在清華大學建成國家CIMS工程研究中心，在著名高校和研究單位建立了七個CIMS 單元技術實驗室和八個CIMS 培訓中心。2000 年，全國已有20 多個省市、10 多個行業、200多家不同規模和類型的企業通過實施CIMS 應用示范工程，取得了巨大的經濟效益。當前CIMS 的進一步試點推廣應用已經擴展到機械、電子、航空、航天、輕工、紡織、冶金、石油化工等諸多領域，正得到各行各業越來越多的關注和投入。

2機電一體化的發展趨勢

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，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，未來機電一體化將朝著綠色化、智能化、網絡化、微型化、模塊化等多方向發展。

2.1綠色化

若將機械產品和制造機械產品的機械裝置統稱為機械系統，則機電一體化技術的功能可歸結為：提高機械系統的性能，完成傳統機械系統不能完成的功能；提高機械系統的智能化程度，使人在更舒適的環境中工作；提高機械系統的可回收性；降低機械系統的原材料消耗；降低機械系統的能耗；降低機械系統對環境的污染，可以看出其中至少有3 條是和環境保護有關的。因此，進入21 世紀，機電一體化技術的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環境舒適和可回收的智能化機械產品，即提供一種能滿足可持續性發展的綠色產品。

2.2智能化

人工智能系統是一個知識處理系統，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，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。“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、模糊系統、神經網絡以及遺傳算法是機電一體化產品（系統）實現智能化的四種主要技術，它們各自獨立發展又彼此相互滲透。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現的問題進

2.3網絡化

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電一體化產品。現場總線和局域網技術使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡（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（CIAS），使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

2.4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展的趨勢。近十余年來，微機電系統（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 cm3 的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，發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都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間，并易于進行精細操作，因此在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。因此在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，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。

2.5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和生產成本，提高不同產品間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展方向，具有高度自主性、良好協調性和自組織性的特點。總之，模塊化設計與制造是機電一體化系統的基本方法和發展趨勢。隨著微處理器性能價格比的迅速提高和微機械電子（MEMS）技術的飛速發展，各種機電一體化模塊將越來越多地出現在市場上。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。

3結束語

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，以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

參考文獻：

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