浅论机电一体化技术应用与发展
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摘 要：机电一体化技术是现代科学发展的必然结果。它是电子与机械、信息处理、计算机控制等多学科的综合交汇的技术。机电一体化技术的发展对相关产业未来的发展有很大的促进作用，是由于机电与信息技术对相关产业相结合所产生的必然结果。
中图分类号： TH-39 文献标识码： A
引言：随着时代的发展科学技术不断创新，促进了各学科的交汇与相互覆盖，并大力推动了工程领域的技术革新。机电一体化指的是在机械的主功能、动力功能、控制功能和信息功能的基础上引进微电子技术，并且将机械设备和电子设备用软件有机结合而构成的系统的总称，因此“机电一体化技术”是机械、电气与电子信息三项技术相互融合、交叉的产物，是机械技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和系统技术等多学科学技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。随着电子技术的迅速发展，微处理器、微型机在各个技术领域已经得到广泛应用，对各个领域的发展起了很大的推动作用，正因电子技术的快速发展，进而带动了机电一体化技术的发展。科技的进步更是依赖于其发展，因此其未来的发展对科技的进步起着至关重要的作用。 一、机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面相结合的技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此为加速机电一体化的进程，必须从以下几方面考虑：（一） 机械本体技术 ：机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑，实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。（二） 传感技术：传感器集中在提高可靠性、灵敏度和精确度等技术方面，提高可靠性与防干扰技术是一个关键点。
（三） 计算机与信息处理技术：电子与信息交换、计算机应用技术是发展机电一体化和信息处理的必要保证。模/数转换与分时处理的输入输出的可靠性与提高处理速度、解决抗干扰及标准化是一重要因素。
（四） 驱动技术：电机作为驱动机构在快速响应和效率等方面是一个关键。在电机附带编码器以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元是解决的主要方法之一。（五） 接口技术：数据是计算机通信的语言其格式必须标准化与规格化并且简单化。高速串行的接口可以解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
（六） 软件技术：软件与硬件必须协调一致。软件的标准化、程序标准化、程序模块化、软件程序的固化以及软件工程都是及其关键的因素。
（七 ） 计算机集成制造系统（CIMS）技术：CIMS的实现打破原有单元之间的界线，以基干来控制“物流”和“信息流”，实现各个信息环节的有机结合。集成度的提高可以使各种要素之间的配置得到更好的优化，各种环节要素的潜力可以得到更大的发挥。 二、机电一体化技术的应用
在企业生产中，机电一体化技术是计算机为核心，把计算机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在生产企业中主要应用于以下几个方面：
（一） 智能化控制技术(IC) ：由于生产企业具有大型化、高速化和连续化的特点。采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制网络等。智能控制技术广泛应用于企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面。
（二） 分布式控制系统(ＤCS)： 分布式控制系统采用中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是多级控制方式。利用计算机对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。ＤCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。ＤCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性非常高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是大型机电一体化技术系统的主要模式。 （三） 开放式控制系统(OCS) ：开放控制系统(Open Control System)是计算机技术发展过程中所所带来新的结构体系概念。“开放”是对一种标准的信息交换规程的共享，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 （四） 计算机集成制造系统(CIMS) ：即企业的CIMS。是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前先进企业已基本实现了过程自动化，但企业中存在的一种单体自动化式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代企业生产的要求。
（五） 现场总线技术(ＦBT) ：现场总线技术(Ｆieｄ Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代过去的信号传输技术，就能使更多的信息在智能化现场与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。
（六） 交流传动技术： 传动技术在企业中起着至关重要的作用。随着电力电子技术和计算机技术的发展，交流调速技术的也实现了非常大的跨越。由于交流传动的优越性，电气传动技术可在将来由交流传动作为主要的传动方式。数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现。交流调速系统的调速性能已达到非常高的水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。因此，交流传动系统在企业生产中得到非常广泛的应用。
三、机电一体化技术的未来与发展
（一）全息系统化： 全息系统化即智能化，是对系统行为的描述。即在控制理论的基础上，以计算机科学、模糊数学、运筹学、动力学、人工智能、心理学等新的学科方法以及设计思想模拟人类的思维能力，使它具有思维和意识等能力，以便达到更高水平的控制目标。随着机电一体化技术的发展，机电一体化产品智能特征也越来越明显，智能化水平也是日趋上升。在科学技术发展的时代，机电一体化技术中的智能化也在快速发展。人工智能在机电一体化的研究中也日益得到重视，信息与智能结合就是一项重要的应用。高性能、高速的信息处理使机电一体化系统具有部分智能，是完全可以达到的，它的必要性和实用性在未来的系统中会得以实现。
（二）计算机系统的机电化：目前已有亚微米级的机械元件，这一技术如果应用于实际系统产品中，这时就完全可实现机械和电子的“融合”，这样CPU、机体、传感器、执行机构就可以集成在一起，而且体积小，同时组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的一个重要的前进方向，更是机电一体化向微观领域和微型机器的发展趋势，在国外，人们称其为微电子机械系统，也指外观尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，一并向微米级、纳米级发展。正因为微机电一体化产品耗能少、体积小、运动灵活，在军事、生物医疗、信息等方面占有很高的地位和很大的优势。
（三）光机电一体化 ：光机电一体化是机电产品发展的重要趋势，因为机电一体化系统是由机械系统、能源系统、传感系统和信息处理系统等环节构成，因此，在机电一体化技术中引进光学技术，充分利用光学技术的优点，有效地改进机电一体化系统的能源系统、传感系统和信息处理系统。
（四） 产品网络全球化： 计算机网络技术的兴起和飞速发展带动了科学技术的巨大发展，同时给日常生活都带来了全新的面貌，全球经济被各种网络连结在一起，企业间的竞争也将出现网络全球化。一旦研制出机电一体化新产品，只要其质量有保证，功能可靠，必然会畅销全球。因为有了网络的普及，那么只要是关于网络的各种远程监视和控制技术也就方兴未艾，然而远程控制的终端设备就是机电一体化产品。因此，机电一体化技术和产品也必然会朝着网络全球化发展。
（五） 产品绿色化： 随着工业的发达，人们的生活也发生了巨大的变化。物质需求丰富，生活舒适;可用资源减少，生态环境受到严重破坏。因为这些现象的出现，人们开始呼吁保护环境资源，回归自然，因此，绿色产品的概念也就应运而生，这是一个时代的绿色化趋势，在这里，机电一体化产品的绿色化主要是体现在使用时不破坏生态环境，且能回收利用。因此，机电一体化绿色产品在其设计、制造、使用和处理的过程中，应完全符合生存环境和人类健康的要求。对生态环境尽可能的减少危害，资源利用率要非常高。由于这种客观因素的存在，设计绿色的机电一体化产品所需要的技术成本非常高，但它所具有的发展空间非常巨大，前瞻性具有很大的意义。
（六）“生物——软件”化：未来的机电一体化技术发展注重产品与人的关系，即机电一体化的人格化，它所具有两层含义：1、机电一体化产品的使用对象是人，怎样将人的智能、情感、人性赋予机电一体化产品显得越来越重要，尤其是家用机器人，其最高境界就是人机一体化。2、模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。随着科技的发展，机电一体化系统对信息的依赖性越来越大。目前在仿生学研究领域中已经发现的一些生物体优良的机构，可为机电一体化产品提供新型的机体，但是如何使这些新型机体具有生命力还是研究中的一大难题。这一研究领域被称之为“生物——软件”或称之为“生物系统”，而生物的特点正是“肌体(硬件)——大脑(软件)”一体，不可分割，机电一体化产品向生物系统化发展示好。但是目前的理论与技术还是有非常大的差距，因此在实现上述技术的研究中还有很长的路要走。
四、结论
机电一体化技术的出现是一个时代的产物， 是众多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。它促使计算机、电子信息和机械工业发生战略性的变革，使传统的设计方法和设计理念发生着根本性的变化。大力发展新一代机电一体化技术，不仅是改造传统产业结构，更应对机电一体化技术的规模化、标准化、系列化带来更高的要求。随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势必将越来越明显，其发展前景也将越来越光明，这必然会给产业革命带来更大的推动力。
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