机电一体化的研究现状与发展前景

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机电一体化的研究现状与发展前景

随着经济的发展和科技的进步，以及各种学科的相互渗透，机电一体化已经成为一门新兴的边缘学科。机电一体化在未来的研究和开发过程中，主要包括对计算机数控系统、计算机辅助设计和计算机集成制造系统以及机器人的研究和开发除此之外，更应该注重人机对话功能的开发。机电一体化的产品将会广泛的用于人们的日常生活中和各种工业工厂、医学以及无人码头等领域。



标签：机电一体化；现状；发展

1 机电一体化技术概述

机电一体化是以机械为主、将计算机技术和电子技术等多门学科逐渐引用到工程机械中并相互结合、互相渗透的一门新兴技术学科。早期的机电一体化技术是把电子技术和计算机技术简单的融入到机械技术后形成的一种操作相对方便的技术产品。随着科学技术和机电一体化的进步和发展以及人们对机电一体化的深刻认识和广泛应用，机电一体化在工程机械产品中的动力功能以及信息处理功能上引进电子技术和计算机技术，并把计算机软件与机械装置相结合起来，增加了机电一体化产品的功能，提高了工作效率和效益。扩展了机电一体化的领域以及适用范围。随着科学技术的进一步发展，机电一体化技术出现在航空，医学等各个领域，是因为它建立在机械技术上，用微电子技术、计算机和信息处理技术、电力电子技术、自动控制技术以及伺服驱动技术来服务的一种高新技术。我们的日常生活越来越离不开机电一体化的产品，如自动洗衣机、自动门、空调等等。在机械制造领域、农业工程领域和医学领域，机电一体化技术也有一定程度的应用。另外，机电一体化还在不断的更新和改进，人们的思维模式不仅仅停留在数控机床、机器人等某一具体产品上，还把目光转移到控制系统和被控制系统相结合的产品上。例如，计算机辅助设计制造系统，计算机集成制造系统以及各种工业过程控制系统。



2 机电一体化的发展状况

机电一体化技术的发展大体可以分为四个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，即萌芽阶段。早在电子计算机问世不久，科学技术界就已经在酝酿，将机械技术和电子技术结合起来的思想和实践由来已久，由于电子技术的发展，人们自然地利用电子技术的成果来完善机械产品的性能。在二战期间以及战后，由于战争的需求以及人们对电子技术的认识，相继高性能的军事产品得以发明以及广泛应用。随后，美国在1952年成功研制世界上了第一台数控机床、可编程机器人的发明，实践证明机械技术和电子技术的结合不是随着人们的主观意识凭空想象的，是可以实现的。由于机电一体化对电子技术等其他学科的要求比较高，当时的电子技术水平还没发展到一定程度，机电一体化的产品不能深入研究和大量生产，还不能大范围推广和应用。但给机电一体化的发展奠定了一定的基础。



20世纪70年代至20世纪80年代为第二阶段，即初创阶段。起初，机电一




体化技术先在汽车上应用，然后在工程机械上推广，其主要目的是为了降低排气污染，节约能源，满足日益严格的环保法规要求。随着社会的发展，尤其是电子技术和计算机技术的发展，人们对工程机械提出了越来越高的要求，不仅仅只是耗能低、环保，还要操纵方便、使用安全性和可靠性提高、生产能力和质量提高，希望实现自动化、节能化。



20世纪80年代至20世纪90年代为第三阶段，即发展时期。在这一时期，机电一体化技术在众多领域中得到重要的应用，其主要应用领域是数控机床，提高了数控机床的技术精度和操控性，极大的提高了工作效率。由于微电子技术的研究和发展，机电一体化的产品也随着不断地更新，以及传感测控技术和信息转换技术的结合运用，在工业机器人的软件设计和编程等关键领域取得了技术上的巨大进步。



20世纪90年代以后为第四阶段，即为智能化阶段。进入20世纪90年代，通信技术开始进入机电一体化领域，通信和计算机网络的发展以及人工智能技术在这一时期取得巨大的进步，以及促进了分布式系统的形成，使不少机器可以遥控操作、智能化操作。现在，“模糊控制”技术的应用已经非常普遍，相应的产品也越来越多，甚至还出现了“混沌控制”的智能化产品，由于科技的不断进步以及人们对机电一体化的产品要求越来越高。因此，机电一体化的学科体系在不断地更新和研究。



3 机电一体化技术的发展趋势

进入21世纪以来，机电一体化技术得到了更大的发展。传感器的性能也进一步得到提高，对传感器信号的处理和判断的智能化程度也达到更高的水平，出现了具有更高柔性和自适应性的机电一体化系统。未来的机电一体化将会朝着下面几个方向发展。



3.1 智能化。智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要方向。例如，在那些易燃、易爆、对人的安全存在着严重威胁的环境中，采用机器人等智能化的机电一体化的产品，对于减轻人的劳动强度，提高自动化程度是十分必要的。所以，智能化的机电一体化产品去替代人的工作是很必要的。但人们对智能化的期望不仅仅是这些，如果使它具有判断推理能力、逻辑思维能力以及自主决策等能力，能够操控更高的控制目标。这样才能实现机电一体化的智能化。比如，在数控机床上增加人机对话功能，使人和机器可以更直接的融合，实现人机一体化的智能产品。机电一体化技术即使不能达到人脑的智能化程度，但是机电一体化产品微处理器的准确和高性能还是可以实现的。因此，智能化是机电一体化的发展方向。



3.2 模块化。国际和国内各方面的标准由于利益的冲突，很难在近期制定，不过一些大型企业的相互组建也会逐渐形成行业标准。由于机电产品的模块化的系统比较复杂、生产厂家繁多，所以研制和开发时应具有标准接口、动力接口、电子接口以及环境接口的机电一体化产品单元研究和分类，使机电一体化产品成为具有视觉功能、识别和图像处理功能的机电一体化的新型产品，以实现机电产

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