時間：2023-09-21 16:38:30
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關鍵詞：機電一體化技術
前言:隨著現代化工業(yè)生產的發(fā)展，由氣動技術、液壓技術、傳感器技術、PLC技術、網絡及通訊技術等學科的強烈相互滲透而形成的機電一體化技術，已成為當今工業(yè)科技的重要組成部分。
1、機電一體化概述
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。
機電一體化發(fā)展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不斷發(fā)展,還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā),綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術,根據系統(tǒng)功能目標要求,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值, 并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產生的功能系統(tǒng),則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化,仍屬傳統(tǒng)機械,其主要功能依然是代替和放大的體系。但是,發(fā)展到機電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外,還被賦予許多新的功能,如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節(jié)與控制、自動診斷與保護等。也就是說,機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸,還是人的感官與頭腦的延伸,智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區(qū)別。
2、機電一體化技術發(fā)展
機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
2.1.光機電一體化。一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的。因此，引進光學技術，實現光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢。
2.2.自律分配系統(tǒng)化――柔性化。未來的機電一體化產品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成 “自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。如日本福島核電站在遭受地震和海嘯沖擊后，電站的核反應堆冷卻系統(tǒng)陷入癱瘓，堆內氣壓過高而被迫打開閥門減壓；因放出的氣體含有氫氣而造成若干機組爆炸的事故。究其原因就是其反應堆系統(tǒng)的柔性不足，未能完整地考慮其外部環(huán)境可能發(fā)生的狀況。
2.3.全息系統(tǒng)化――智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。
2.4.“生物一軟件”化―仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物――軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點是硬件（肌體）――軟件（大腦）一體，不可分割?？磥恚瑱C電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。
2.5.微型機電化――微型化。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。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件，這樣的元件對發(fā)展軍事工業(yè)、極端環(huán)境下的民用機械、醫(yī)療應用有非常重要的意義。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。
3、我國發(fā)展“機電一體化”面臨的形勢和任務
機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統(tǒng)產業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產品質量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新?lián)Q代。
3.1我國“機電一體化”工作面臨的形勢
(1). 我國用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度.
(2). 我國用機電一體化技術加速產品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。
(3). 我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重。近年來我國的工業(yè)結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產業(yè)，優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。
另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此需花大力氣搞好研究、做反求工程等以掌握核心科技。
3.2 我國“機電一體化”工作的任務
我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產品，促進機電產品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業(yè)的形成、為我國產業(yè)結構和產品結構調整作貢獻。
總之，機電一體化技術既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業(yè)產品結構、產業(yè)結構調整大門的鑰匙。
關鍵詞：機電一體化；農業(yè)機械；電子信息技術
中圖分類號：F323.3 文獻標識碼：A
前言
隨著電子信息技術的快速發(fā)展，其與機械技術的融合形成了一股機電一體化的浪潮。大規(guī)模的集成電路技術的成熟奠定了機電一體化的基礎，數控機床的出現則給機械工業(yè)帶來了飛躍式的發(fā)展，微電子技術賦予了機電一體化更大的潛力。同時，可編程序控制器、激光技術、信息技術以及模糊技術等技術的發(fā)展，都讓機電一體化的技術水平不斷提升。從機電一體化產品的功能與作用來看，可以將其分為2類，即整機與基礎元件。前者包括數控機床、智能化儀表儀器、CAD/CAM系統(tǒng)等；后者包括傳感器、模糊控制器和電力電子器件等。機電一體化技術的飛速發(fā)展為農業(yè)機械的現代化帶來了強勁動力，應該特別關注機電一體化技術在農業(yè)機械中的運用。
1 機電一體化技術在農業(yè)機械現代化中的應用特點
1.1 提升了農業(yè)機械的智能化水平
農業(yè)機械正在融合越來越多的機電一體化技術，尤其是微電子控制技術和計算機處理技術的應用，使得農業(yè)機械的智能化水平不斷提升。這種發(fā)展趨勢不僅優(yōu)化了農業(yè)機械的結構，提升了其工作效率，還使得農業(yè)機械的用途不斷增加，利用率大幅上升。機電一體化技術在增加農業(yè)機械功能的基礎上，使得其智能化水平有了很大提升，與其他各生產領域的智能化生產相呼應。
1.2 增加了農業(yè)機械的功能
機電一體化不是一個單項技術，是一系列技術的有機綜合體，其囊括了微電子技術、機械技術、計算機與信息技術、傳感測控與自動控制技術、信息變換與接口技術、軟件編程技術以及電力電子技術等。這一系列技術賦予了農業(yè)機械豐富而強大的功能，并將這些功能整合在一起，形成了農業(yè)機械功能多、質量高、可靠性強于耗能少的發(fā)展趨勢。
1.3 提高了農業(yè)機械的自動化水平
機電一體化技術的運用能夠提升農業(yè)機械的信息化水平與自動化水平，作業(yè)的規(guī)范性與精確性得到提升。自動化水平的提升能夠有效提高農業(yè)機械的產能，提升農業(yè)生產效率。
1.4 農業(yè)生產過程的人性化
電子監(jiān)控與報警、故障診斷與自我防護等技術在農業(yè)機械上的運用，能夠充分保障操作人員的人身安全，減少機械故障。在數字化和程控技術的幫助下，農業(yè)機械人體學設計更加合理，操作也變得更加靈活高效。同時，農業(yè)機械的技術水平的提升使得其維護更加方便，減少了不必要的人力資源浪費。
2 國內外機電一體化技術在農業(yè)機械運用中的實際情況
2.1 在國外的運用情況
在美國、澳大利亞、加拿大、德國等西方發(fā)達國家，農業(yè)機械的現代化水平非常高，機電一體化技術在農業(yè)機械中運用成熟。其農業(yè)機械設計有4大特點，即作業(yè)速度的提升、作業(yè)寬幅的提高、農機功率的增大和操作更加人性化?，F在部分農機制造巨頭正試圖將一些尖端技術整合到農業(yè)機械上去，從而提升農業(yè)機械的智能化水平，增加其科技含量，提高工作效率。這些尖端技術有遙感技術、激光掃描技術、全球定位系統(tǒng)、信息數據的自動化采集與批量處理技術等。農用激光平地機就是一個很好的例子，其通過激光調平傳感微機處理技術，能夠獲得高度平整的田地。約翰·迪爾公司將精密作業(yè)系統(tǒng)安裝到水稻聯(lián)合收割機中，對水稻的收獲進行實時監(jiān)控、計算與評估，能夠快速獲得產量、谷物濕度等信息；其內置的定位系統(tǒng)與示差定位能夠幫助農場主獲得位置信息，從而能夠對機械實施有效調配。
2.2 在國內的運用情況
由于諸多原因，農機現代化在我國起步較晚，技術水平相對落后，滯后于我國農業(yè)現代化的要求，嚴重制約了我國現代化農業(yè)與生態(tài)農業(yè)體系的建立。隨著我國機械工業(yè)、信息化產業(yè)等的發(fā)展，我國的農業(yè)機械的技術水平正在不斷提升。尤其是我國在微電子處理技術、傳感器技術以及信息化技術上的突破，我國的科技創(chuàng)新能力不斷提升，這也讓機電一體化技術能夠更加嫻熟地運用到農業(yè)機械中來。同時，應該充分借鑒美國、澳大利亞等農業(yè)技術大國的經驗，結合自身特點，探索一條有中國特色的農業(yè)機械現代化道路。目前，一些經濟發(fā)達地區(qū)在農業(yè)機械的機電一體化技術應用上取得一系列進展，施肥播種機、拖拉機和谷物干燥機等的機電一體化技術水平有了明顯提升。雖然，我國農業(yè)機械化水平有了明顯提升，但是其發(fā)展水平遠遠落后于西方國家，應該正視這一問題。
3 農業(yè)機械機電一體化的發(fā)展趨勢
3.1 農業(yè)機械的光機電一體化
在融合傳統(tǒng)的機電一體化技術的基礎上，激光技術與計算機技術將會充分整合與優(yōu)化農業(yè)機械的組成，獲得最佳的工作機制，從傳感系統(tǒng)、動力系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)等多個方面全面提升農業(yè)機械的技術水平。
3.2 農業(yè)機械的柔性化與智能化整合
柔性化即自律分配系統(tǒng)化，建立起既能獨立工作又能為總體服務的系統(tǒng)，能夠充分應對各類突發(fā)事件。在這種情況下，子系統(tǒng)出現故障對于整體工作影響不大，提高了農業(yè)機械的利用率。機電一體化技術的發(fā)展讓農業(yè)機械的智能化不斷提升，在模糊技術與信息技術的推動下，雙向聯(lián)系加強，智能化整合力度不斷上升。
3.3 農業(yè)機械的微型機電化與信息化
隨著技術的進步，尤其是納米技術和蝕刻技術的發(fā)展，機械元件的小型化變得越來越容易，這為其微型機電化提供了技術保障。通過將一些列傳感器、處理器和執(zhí)行元件等整合在一起，形成自律元件。充分利用外界信息，進行信息化改造，通過處理外界最新技術信息，獲得最佳的生產方式。
參考文獻
[1] 趙志強，盧昕，林甦君.機電一體化技術對農業(yè)機械化發(fā)展的影響[J].農民致富之友，2012（20）：132-133.
關鍵詞:機電一體化技術;電驅動系統(tǒng);應用;研究。
Abstract: this paper introduced the concept of the electromechanical integration technology and significance, and summarizes its support to this technology of the electromechanical integration technology development direction. Finally through the electric drive system construction, this paper introduces how to the idea of system, gradually put the electric drive system perfect, so as to realize the mechanical and electrical ¬-body of the application of the technology.
Keywords: mechanical and electrical integration technology; Electric drive system; Application; Research.
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A 文章編號：
1 機電一體化技術的概念
現代科學技術的飛速發(fā)展,推動了不同科學的相互交叉與滲透,并引發(fā)了幾乎所有工程領域的技術革命與改造。而以機械技術和電子技術為主體,多學科技術交融滲透、相互結合的新興學科――機電一體化,正逐漸變成了當今學界研究的重點之一。
2 機電一體化技術的意義
2.1功能增強
機電一體化產品具有多種復合功能,如加工中心可以將多臺普通機床的多道工序在一次裝夾中完成,并自動檢測工件和刀具精度,顯示刀具運動軌跡。
2.2精度提高
機電一體化技術簡化了機構鏈,使機械磨損、配合間隙及受力變形等引起的誤差大大減少。由于采用計算機檢測與控制技術補償和校正因各種干擾造成的動態(tài)誤差,從而達到純機械技術手段所無法實現的工作精度。
2.3結構簡化
由于機電一體化技術采用微處理器、大規(guī)模集成電路、電力電子器件代替了原來的電器控制柜和傳動裝置,使機電一體化產品零部件數量減少、體積變小,結構得到簡化。
2.4可靠性提高
隨著集成電路的集成度越來越高,材料性能越趨穩(wěn)定,機電一體化產品可靠性不斷增強,同時由于具備了安全連鎖控制、過載及失控保護、斷電保護的功能,進一步提高了機電一體化產品的安全可靠性。
2.5改善操作
由于機電一體化產品采用了計算機技術,從而提升了產品的自動化程度,減少了操作按鈕及手柄,改善了設備的操作性能,構建了良好的人機界面。
2.6提高柔性
由于軟件技術的引入,從而實現了機器工作程序的可修改性,能夠通過軟件的修改來滿足工作情況改變的需要。
3 機電一體化技術的構成
3.1機械技術
機電產品的功能和作用大部分都是由機械本體來體現的。本體材料的優(yōu)良、結構的新穎、精密的加工技術,能夠使機械結構重量減輕、體積變小,改善其快速響應特性,提高零部件的精度、剛度和可靠性。
3.2傳感技術
傳感技術是機電一體化技術的關鍵技術,它將所測得的各種參數量如位移、速度、加速度、力等信號轉換為統(tǒng)一格式的電信號輸入到信息處理系統(tǒng)中,并由此產生出相應的控制信號以決定執(zhí)行機構的運動形式。
3.3信息處理技術
信息處理技術包括信息的輸入、識別、變換、運算、存儲及輸出技術。機電一體化產品的工作是受控于信息處理裝置的,因此信息處理是否正確及時,將直接影響到產品工作的質量和效率。
3.4自動控制技術
自動控制技術就是通過控制器使被控對象或過程自動地按照預定的規(guī)律運行。自動控制技術范圍很廣,包括自動控制理論、控制系統(tǒng)設計、系統(tǒng)仿真、現場調試、可靠運行等從理論到實踐的整個過程。而機電一體化系統(tǒng)中自動控制技術包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、模糊控制和自適應控制等。
3.5接口技術
機電一體化系統(tǒng)通常由許多要素和子系統(tǒng)構成,為了確保各個要素與系統(tǒng)之間能夠順利地進行信息、物質能量的傳輸和交換,必須在它們之間建立一定的聯(lián)系條件,而這些條件統(tǒng)稱為接口。這些接口既可能是硬件,也可能是軟件,或者是兩者的結合。
3.6驅動技術
驅動技術的主要研究對象是執(zhí)行元件及其驅動裝置。執(zhí)行元件分為電動、氣動、液壓等, 機電一體化產品中多采用電動式執(zhí)行元件,驅動裝置主要指各種電動機的驅動電源電路,其主要以采用電力電子器件及集成化的功能電路構成。
3.7系統(tǒng)總體技術
系統(tǒng)總體技術是一種從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā),用系統(tǒng)的觀點和方法,將系統(tǒng)分解成若干相互聯(lián)系的功能單元,找到能完成各個功能的技術方案,并將其進行分析、評價和優(yōu)化的綜合應用技術。
4 機電一體化技術的應用
在人們的日常生活當中,自動機械、信息處理設備、辦公室設備、車輛電子設備、醫(yī)療器械、光學裝置、智能家電、樓宇安全系統(tǒng)等機電一體化系統(tǒng)都離不開執(zhí)行元件為其提供動力。而執(zhí)行元件和電子控制裝置之間是無法直接連接的,因此需要一個驅動部件。該驅動部件在電子控制裝置的控制下,接收指令,進行能量轉換,從而得到目標輸出。電子控制驅動系統(tǒng)框架。
對于精密傳動來說,需要在執(zhí)行元件輸出終端進行傳動測量,如測量其位置、速度、加速度,同時將所測得的數據反饋給電子控制裝置,讓其進行比較,進行誤差修正控制,最終實現精密傳動。電子閉環(huán)控制驅動系統(tǒng)框架。
當有多個執(zhí)行元件,其輸出動作規(guī)律各不相同時,一方面要根據各執(zhí)行元件工作情況來考慮其控制的形式,另一方面需要確定它們之間是否存在輸出的聯(lián)系。如果它們之間沒有聯(lián)系,可以讓它們單獨來工作, 也可以通過構建PC機上位控制來統(tǒng)一管理。圖1為PC機二級管理的多驅動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結構框圖。若工作聯(lián)動內容經常變化,就應該構建一個可以直接識別聯(lián)動輸出的軟件,將聯(lián)動輸出寫入軟件當中,讓其直接轉化為控制程序,這樣就能靈活地應對動作輸出的需求。圖2為裝載了位置控制模塊的PC機二級管理多驅動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結構框圖。
圖1PC 機二級管理的多驅動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結構框圖
圖2帶位置控制模塊的PC 機二級管理多驅動電子閉環(huán)控制系統(tǒng)結構框圖
上述機電一體化技術的應用,僅論述了如何將傳感技術、信息處理技術和驅動技術等技術簡單的融合,各部件都是以模塊形式搭建的,而模塊間的信號傳輸及所涉及到的接口技術和信息處理技術是其中的重點。所以,在機電一體化技術應用中,以全局最優(yōu)的觀念去設計機電一體化產品,并且解決好每個功能模塊信息處理和傳輸的問題,是能夠迅速地利用好機電一體化技術的方法。
5 機電一體化技術的發(fā)展方向
由于機電一體化技術是多學科技術交融的技術,因此其發(fā)展的程度必然受制于其相應支撐技術的發(fā)展, 同時其相關技術的發(fā)展也必然促進機電一體化技術的發(fā)展。
5.1智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發(fā)展方向,而機器人與數控機床的智能化就是其重要應用。這里所說的“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、心理學、生理學和混沌動力學等新方法,模擬人類智能,使它具有自學習、自組織、自適應、思維和決策等能力,以求得到更高的控制目標。
5.2模塊化
機電一體化產品種類繁多,讓它們自由地交換信息是一項十分復雜的事,因此有必要研制具有標準機械接口或電氣動力接口等的機電一體化產品。如果機電產品能夠象“搭積木”那樣讓需求者根據要求自由組合,那么無論是對資源的節(jié)約,還是服務于各行各界,都有著其巨大的作用。
5.3網絡一體化
由于網絡的普及,推進了全球化的進程。而基于網絡的各種遠程監(jiān)控技術,讓家用電器網絡化成為可能。把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)(Compu ter Integrated App liance
System,CIAS),使人們無論在家里還是在外面,都能隨時享受各種機電產品帶來的好處。因此,機電一體化產品無疑會朝著網絡化的方向發(fā)展。
5.4微機電化
微機電化指的是機電系統(tǒng)主要裝置的特征尺寸在亞微米至亞毫米范圍。微機電系統(tǒng)產品由于體積小、 耗能少、運動靈活,在軍事、生物醫(yī)療、航空、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
5.5綠色化
綠色化主要是指產品在其設計、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,而且是低能耗、低材耗、協(xié)調而可再生的產品。
6 結束語
“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(yè)注冊時最先創(chuàng)用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。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。
上世紀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(yè)機器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統(tǒng)后，使機械-電子系統(tǒng)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。
關于“機電一體化”這個名詞的起源，說法很多。早在1971年，日本“機械設計”雜志副刊就提出了“Electronics”這一名詞，從圖47.6-1可見它是融合機械技術、電子技術、信息技術等多種技術為一體的新興的技術。采用機電一體化技術設計和制造出的產品，稱之為機電一體化產品。
從系統(tǒng)科學的觀點來看，機電一體化產品又可稱之為機電一體化系統(tǒng)，它是集機械元件和電子元件于一體的復合系統(tǒng)。
信息技術驅使機械系統(tǒng)在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統(tǒng)。這樣，對機電一體化的系統(tǒng)設計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產生了“光機電一體化”的新領域。
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(tǒng)那樣，遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯(lián)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(zhí)行器技術的發(fā)展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)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(tǒng)的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進入了21世紀。
一、光機電一體化
一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的。因此，引進光學技術，實現光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢。
二、自律分配系統(tǒng)化――柔性化
未來的機電一體化產品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。
三、全息系統(tǒng)化――智能化
今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要受益于模糊技術、信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。
四、“生物一軟件”化―仿生物系統(tǒng)化
今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物――軟件”或“生物――系統(tǒng)”，而生物的特點是硬件（肌體）――軟件（大腦）一體，不可分割?？磥恚瑱C電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨勢，但有一段漫長的道路要走。
五、微型機電化――微型化
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。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。
參考文獻
[1]黃勇 陳子辰 《機床數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢》.浙江大學出版社，2010。
【關鍵詞】機電一體化技術；應用；發(fā)展
0.引言
機電一體化技術是機械工業(yè)技術、微電子技術和信息技術相互交叉融合的新產物，在電子技術的推動下，已被廣泛應用于各個技術領域，逐步提高各行業(yè)領域的智能控制水平。機電一體化技術在我國機械制造、飲料生產和鋼鐵生產中應用更為廣泛，具有良好發(fā)展前景。
1.機電一體化技術的應用
1.1應用于現代機械制造工業(yè)
傳統(tǒng)機械制造工業(yè)是基于市場規(guī)模經濟建立的，主要依靠企業(yè)生產規(guī)模、生產批量和產品結構來增強自身競爭優(yōu)勢，其根本目的是真正實現資源的有效利用，以生產機器取代人力，通過低成本獲取高質量、高效率。現代機械制造工業(yè)以信息技術為先導，其生產模式、制造系統(tǒng)、制造技術和組織管理形式得到全面改革，是具有全球化、網絡化、智能化特性的綠色環(huán)保制造業(yè)。機電一體化技術應用于現代機械制造工業(yè)，能讓企業(yè)的制造技術得到良好發(fā)展[1]。
1.2應用于飲料行業(yè)
事實上，機電一體化技術是現今應用最廣泛的、發(fā)展前景最好的應用技術，它廣泛應用于食品飲料包裝機械的開發(fā)、設計和制造中。這不僅可以有效提高單機自動化程度，還能全面增強整條包裝生產線的自動化控制能力和生產能力，讓其競爭能力遠遠優(yōu)勝于其他傳統(tǒng)的機械控制同類設備，從根本上改善食品飲料包裝工作質量。
1.3應用于鋼鐵企業(yè)
1.3.1現代集成制造系統(tǒng)
在鋼鐵企業(yè)中，現代集成制造系統(tǒng)（CIMS）能實現人與生產經營、生產管理和生產過程的一體化控制，對生產原料進廠、生產加工到產品發(fā)貨的全過程都真正實現全過程一體化控制。
1.3.2現場總線技術
現場總線技術（FBI）主要用于連接設置在現場的儀表與控制室內的控制設備，真正實現數字化雙向多站通信連接。[2]用現場總線技術取代當前常用的信號傳輸技術可以讓大量信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)進行雙向傳輸，保證數據傳輸的有效性。
1.3.3交流調速技術
交流調速技術是電力電子技術和微電子技術飛速發(fā)展的衍生物，由于交流傳動性質優(yōu)越，已廣泛應用于生產實際中。隨著科學技術的飛速發(fā)展，不僅能讓復雜的矢量控制技術實用化變成現實，還大大改善交流調速系統(tǒng)的調整性能，甚至遠遠超過直流調素水平。
1.3.4開放式控制系統(tǒng)
開放式控制系統(tǒng)能對一種標準的信息交換規(guī)程進行識別是支持，能實現不同廠家生產產品的兼容和互換。通過工業(yè)通信網絡，開放式控制系統(tǒng)能使各種控制機械設備、管理計算機互聯(lián)，實現測量與控制的一體化管理。
2.機電一體化技術的發(fā)展
2.1信息智能化
信息智能化是基于控制理論基礎，對計算機科學、數學理論、運籌學、動力學和人工智能進行吸收強化的新學科思想，它能模擬人類思維能力，實現高水平的控制目的。隨著科學技術的不斷發(fā)展，機電一體化技術必然日趨智能化，機電一體化產品智能化會成為明顯特征，目前我國的機器人與數控機床的智能結合就是機電一體化技術智能化體現。
2.2微型機電化
目前，借助半導體蝕刻技術已經成功制造出亞微米級的機械元件，若將該成果應用于實際產品中，就能完全實現機械和電子的相互融合，將CPU、機體、傳感器、執(zhí)行機構有效集成，不僅體積小，還能組成一種自律元件[3]。這表明了機電一體化朝著微型機械學發(fā)展的重要趨勢，一旦研究成功，必然會給軍事、生物醫(yī)療、信息科技領域帶來重大影響。
2.3光機電一體化
事實上，機電一體化系統(tǒng)包括機械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等部件，若在機電一體化技術中積極引進光學技術，就能充分利用光學技術的優(yōu)點，全面改進機電一體化系統(tǒng)的各個處理系統(tǒng)，提高機電一體化工作效率。
2.4產品網絡全球化
在全球互聯(lián)網的影響下，全球生產、經濟被連成一體，企業(yè)間競爭也將上升到網絡全球化的競爭，只要研制出具有質量保證、功能可靠、性質穩(wěn)定的機電一體化新產品，必然會在短期內暢銷全球。由此可見，機電一體化產品必然會朝著網絡全球化的趨勢發(fā)展。
2.5產品綠色化
機電一體化產品綠色化主要是指產品在使用過程中不會對生產環(huán)節(jié)造成破壞，即使報廢后也能回收利用。由此可見，機電一體化綠色產品在其設計、生產、使用和銷毀的過程中，是完全符合自然環(huán)境和人類健康的要求，盡可能對生態(tài)環(huán)境不造成危害或僅有極小危害，其資源利用率高。雖然機電一體化綠色產品制作成本和技術成本較高，但其具有可觀的發(fā)展前景，值得深入研究。
隨著社會的不斷進步，機電一體化技術已滲透到我們生活的方方面面，給我們的生活帶來重大影響?？茖W技術的飛速發(fā)展，使機電一體化技術的發(fā)展前景更為廣闊。機電一體化技術的完善發(fā)展，必然會給新世界新形勢下的生產活動帶來更多的技術支持。
【參考文獻】
[1]姜新嘉.淺析機電一體化技術的應用及發(fā)展趨勢[J].電子制作，2013（08）：231.
[關鍵詞]智能 機電一體化 綠色
中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）24-0325-01
本論文主要從機電一體化技術未來的發(fā)展等進行講述。主要包括了全息系統(tǒng)化、微型機電化、光機電一體化、產品網絡全球化、產品綠色化、“生物――軟件”化、全息系統(tǒng)化也即智能化、光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢、未來的機電一體化技術發(fā)展注重產品與人的關系等。具體材料請詳見：
1 概述
機電一體化指的是在機械的主功能、動力功能、控制功能和信息功能的基礎上引進微電子技術，并且將機械設備和電子設備用軟件有機結合而構成的系統(tǒng)的總稱，因此，“機電一體化技術”是機械、微電子和信息三項技術相互融合、交叉的產物，是機械技術、計算機與信息處理技術、自動控制技術、檢測傳感技術、伺服傳動技術和系統(tǒng)技術等多學科技術領域綜合交叉的技術密集型系統(tǒng)工程。隨著電子技術的迅速發(fā)展，微處理器、微型機在各個技術領域已經得到廣泛應用，對各個領域的發(fā)展起了很大的推動作用，正因電子技術的快速發(fā)展，進而帶動了機電一體化技術的發(fā)展，科技的進步更是依賴于其發(fā)展，因此其未來的發(fā)展對科技的進步起著至關重要的作用。
2 機電一體化技術未來的發(fā)展
2.1 全息系統(tǒng)化
全息系統(tǒng)化也即智能化，是對機器的行為描述，即在控制理論的基礎上，吸收計算機科學、模糊數學、運籌學、混沌動力學、人工智能、心理學和生理學等新的學科方法、新的設計思想，從而模擬人類的思維能力，使它如同人一樣具有思維、意識等能力，以便達到更高水平的控制目標。隨著機電一體化技術的發(fā)展，機電一體化產品智能特征也越來越明顯，智能化水平也是日趨上升，新世紀機電一體化技術中的智能化的快速發(fā)展，人工智能在機電一體化的研究中也日益得到重視，其中機器人與數控機床的智能結合就是一項重要應用。當然，要使機電一體化產品具有與人完全相同的智能永遠是不可能的，也沒有這個必要，但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品具有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
2.2 微型機電化
在實驗室中，目前，通過半導體蝕刻技術，已經制造出亞微米級的機械元件，如果這一成果應用于實際產品時，那么就沒有必要再區(qū)分什么是控制器、什么是機械部分了，這時就完全的實現機械和電子的“融合”，這樣CPU、機體、傳感器、執(zhí)行機構就可以集成在一起，而且體積小，同時組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的一個重要的前進方向，更是機電一體化向微觀領域和微型機器的發(fā)展趨勢，在國外，人們稱其為微電子機械系統(tǒng)，也指外觀尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，一并向微米級、納米級發(fā)展，正因為微機電一體化產品耗能少、體積小、運動靈活，在軍事、生物醫(yī)療、信息等方面占有很高的地位和很大的優(yōu)勢。
2.3 光機電一體化
光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢，因為機電一體化系統(tǒng)是由機械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等部件構成的，因此，在機電一體化技術中引進光學技術，充分利用光學技術的先天優(yōu)點，有效地改進機電一體化系統(tǒng)的能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。
2.4 產品網絡全球化
計算機網絡技術的興起和飛速發(fā)展帶動了科學技術的巨大發(fā)展，同時給日常生活都帶來了全新的面貌，全球生產、經濟被各種網絡連成一片，企業(yè)間的競爭也將出現網絡全球化，一旦研制出機電一體化新產品，只要其質量有保證，功能可靠，必然會暢銷全球。因為有了網絡的普及，那么只要是關于網絡的各種遠程監(jiān)視和控制技術也就方興未艾，然而遠程控制的終端設備就是機電一體化產品，因此，機電一體化產品也必然會朝著網絡全球化發(fā)展。
2.5 產品綠色化
隨著工業(yè)的發(fā)達，人們的生活也發(fā)生了巨大的變化：①物質需求豐富，生活舒適；②可用資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞。因為這些現象的出現，人們開始呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然，那么此時，綠色產品的概念也就應運而生，這是一個時代的綠色化趨勢，在這里，機電一體化產品的綠色化主要是指：使用時不破壞生態(tài)環(huán)境，報廢后還能回收利用。因此，機電一體化綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的過程中，應完全符合生存環(huán)境和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境盡可能的無害或危害極少，資源利用率要極高。由于這種客觀的存在性，設計綠色的機電一體化產品所需要的技術成本很高，但其具有遠大的發(fā)展空間。 2.6“生物――軟件”化未來的機電一體化技術發(fā)展注重產品與人的關系，即機電一體化的人格化，其有兩層含義：①機電一體化產品的使用對象是人，怎樣將人的智能、情感、人性賦予機電一體化產品顯得越來越重要，尤其是家用機器人，其最高境界就是人機一體化；②模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。隨著科技的發(fā)展，機電一體化裝置對信息的依賴性越來越大，很多時候類似于活的生物：當大腦停止工作時，生物便死亡，而大腦工作時，生物就充滿活力，即信息決定系統(tǒng)的工作與否。目前，在仿生學研究領域中已經發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構，可為機電一體化產品提供新型的機體，但是如何使這些新型機體具有生命力還是研究中的一大難題，這一研究領域被稱之為“生物――軟件”或者說“生物系統(tǒng)”，而生物的特點正是“肌體（硬件）――大腦（軟件）”一體，不可分割。機電一體化產品向生物系統(tǒng)化發(fā)展是好，但是目前的技術與理論還是有很大的差距，因此，還需要更加倍的努力。
【關鍵詞】機電接口技術；機電一體化發(fā)展；電子機械技術
0 前言
隨著社會經濟的不斷發(fā)展，在科學技術方面，我國取得了較為突出的成就，很多學科之間都實現了有效地滲透與融合。當科學之間實現了滲透與融合之后，新的研究方向就會產生，比如機電一體化技術就是融眾多學科為一體的學科。伺服驅動技術、自動控制技術、機械技術、網絡通訊技術、計算機技術、檢測傳感技術、系統(tǒng)整體技術等都是機電一體化技術中融合的技術內容。因此，在設計機電一體化產品的時候，要對多種學科技術中各相關學科的特性展開研究，其特性參量之間的各種物理關系都要理清楚，各學科特性參量間的關系、要求以及耦合條件都要正確地處理好，并正確分析與研究各學科特性之間的耦合關系及內在聯(lián)系，這樣可以有效地解決好在設計機電一體化產品系統(tǒng)工程中出現的具體問題。在這種狀況下，機電接口技術便應運而生，運用這一項技術，可以很好地將機電及其相關領域技術融為一體過程中出現的具體問題進行有效地解決，并將最好的機電化產品的研究領域設計出來。
1 機電接口技術的內涵
所謂機電接口指的是機電一體化產品中控制微機與機械裝置之間的接口，其產生的基礎為機電一體化發(fā)展[1]。機電接口根據信息傳遞的方向可以分為控制量輸出接口與信息采集接口（傳感器接口）。在機電一體化產品中有很多常用的傳感器，在輸出信號的時候，大多采用的都是模擬量的形式，比如使用熱電偶對溫度進行檢測、使用測速發(fā)電機對轉速進行檢測、使用差動變壓器對位置進行檢測等，但是控制量輸出接口卻是一個特殊的形式，其采用的是數字系統(tǒng)。
所謂機電接口技術指的是對機電系統(tǒng)（集電子、機械、信息等各種功能技術為一體的綜合系統(tǒng)）中各項組成技術與各項組成部分（子系統(tǒng)）的連接問題進行研究，以此對系統(tǒng)中信息能量的融合與交互進行有效地解決，達到機電系統(tǒng)最優(yōu)化設計的目的[2]。
機電接口有硬件與軟件兩大類，機電系統(tǒng)或者子系統(tǒng)之間與環(huán)境或者操作者之間建立一種有效地連接，并給予相應的物理通道輸出或者輸入、轉換、傳遞一定的能量與信息為機電接口的硬件主要表現形式；為系統(tǒng)信息之間的轉換、交互與調整提供相應的方法，并對機電一體化組成技術進行綜合與協(xié)調，從而促成各子系統(tǒng)融合成為一個統(tǒng)一的整體，達到實現其新功能的目的為機電接口軟件的主要表現形式[3]。
現階段，機電接口主要可以分為四大類，分別為智能接口、人-機接口、機-電接口與動力接口[4]。智能系統(tǒng)在應用方面較為復雜，不同的技術，其信息形式也要求發(fā)生相應的改變，這樣智能接口在進行各種信息傳遞與轉換的時候，不同的技術與不同的子系統(tǒng)才能有機的結合在一起，成為一個完整、全新的系統(tǒng)；人-機接口是在操作者與機電系統(tǒng)之間存在的一個接口，運用人-機接口，系統(tǒng)運行的狀態(tài)便可以顯示在操作者的眼前，有利于操作者對系統(tǒng)進行監(jiān)控，使系統(tǒng)在運轉的過程中更加人性化；機-電接口可以有效地連接起驅動系統(tǒng)、執(zhí)行機構以及傳感器，將驅動信號成功轉換成為符合執(zhí)行機構要求的信號，也可以將執(zhí)行機構中運行的機械信號成功轉換成為符合傳感器要求的要求；動力接口是有效地將動力源與機電系統(tǒng)連接起來的接口，給予一定的動力給機電系統(tǒng)中的驅動單元[5]。在機電系統(tǒng)中，動力有很多不同的類型，比如交流電、直流電、液壓與氣動等，系統(tǒng)中運用的動力類型不同，與之相適應的動力接口形式也應該是不同的，不過可以通過比較大的功率是所有動力接口共同擁有的一大特點。
2 機電一體化發(fā)展現狀
所謂機電一體化指的是將電子技術與機械技術有機地結合在一起并運用的一種綜合技術，在綜合應用的過程中需要運用到機械、自動監(jiān)控、接口、傳感測試、信息、電力電子以及電力等多項技術。伴隨科學技術的不斷發(fā)展，計算機技術已經逐漸得到普及，并廣泛應用于各個領域與行業(yè)中，在各領域與各行業(yè)中，機電一體化的運用也逐漸增多[6]。比如機床、量具、低壓電器、機器人、量儀、電動傳動裝置、軍事裝備、電站控制系統(tǒng)、焊接設備、急用電器等都對機電化一體技術進行了較為廣泛的應用，在這種狀況下，機電一體化也正朝著網絡化、微型化、智能化、模塊化、綠色化、系統(tǒng)化等方向發(fā)展。
3 機電接口技術對機電一體化發(fā)展的影響
隨著社會經濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到了提高，人們對科學技術的要求也越來越高，傳統(tǒng)的機械技術已經無法滿足人們日益增長的技術需求。在這種狀況下集電子技術、機械技術及信息技術為一體的機電一體化便應運而生了，機電一體化技術的誕生符合時展的需求。剛產生機電一體化技術的時候，只不過是將電子技術與機械技術進行簡單的結合，而且連接它們的接口也是非常簡單的。但是隨著社會經濟以及科學技術的不斷發(fā)展，機電一體化技術也得到了不斷地發(fā)展?，F階段，機電一體化產品已經不再簡單，而是發(fā)展成為了融多項技術為一身的復雜系統(tǒng)，與之相適應的系統(tǒng)內部接口也發(fā)展得愈來愈復雜。
當前，對機電一體化技術的各項組成技術研究已經發(fā)展得較為深入與成熟，而且研究人員也注意到對各項組成技術進行單一的研究與發(fā)展并不能有效的對機電一體化系統(tǒng)的最優(yōu)化進行保障。然而機電一體化系統(tǒng)具有一定的復雜性，單純地研究機電一體化系統(tǒng)設計理論或者單純地研究機電一體化融合與集成理論，都無法實現對機電一體化系統(tǒng)展開具體的研究。在這種情況下，對機電接口技術進行研究可以為研究機電一體化系統(tǒng)提供有利的方式，并在實際設計的過程中對集成與融合理論、系統(tǒng)設計理論進行靈活的運用。
現階段，機電一體化正朝著網絡化、微型化、智能化、模塊化、綠色化、系統(tǒng)化等方向發(fā)展，這一發(fā)展方向也必然對模塊化以及接口提出更高的要求。在保持接口一致性的同時還要對系統(tǒng)技術融合、能量與信息的傳遞進行保障。
4 結語
綜上所述，所謂機電接口技術指的是對機電系統(tǒng)中各項組成技術與各項組成部分的連接問題進行研究，以此對系統(tǒng)中信息能量的融合與交互進行有效地解決，達到機電系統(tǒng)最優(yōu)化設計的目的。所謂機電一體化指的是將電子技術與機械技術有機地結合在一起并運用的一種綜合技術，在綜合應用的過程中需要運用到機械、自動監(jiān)控、接口、傳感測試、信息、電力電子以及電力等多項技術。研究和發(fā)展機電接口技術，可以有效地加速機電一體化技術發(fā)展的進程，有利于推動機電一體化發(fā)展。
【參考文獻】
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