機電一體化概念模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇機電一體化概念，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

機電一體化產品的概念設計有著極其豐富的內容，同時也是產品在整個生產過程內最具創造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關產品研發者起到關鍵的引導效用。因此，對機電一體化產品創新性概念設計進行探索，具有十分重要的現實意義。

1機電一體化產品概念設計的概述

1.1機電一體化產品概念設計的內容

機電一體化產品是在機電一體化基礎上建立起的包含系統與構件、基本元內容的集合，而機電一體化產品概念設計的含義則是依據產品使用周期中各個環節所需要求對產品實施功能改造、分析和子功能開發，進而實現其滿足功能結構要求的系統化設計活動。這種設計工作的過程包括前期規劃、設計概念以及對計劃進行詳細化和豐富化，并加以改進補充。機電一體化產品概念設計過程中的程式化內容可以通過計算機技術代為實現，但除此之外難以被程式化的方面還需產品設計人員通過人工設計逐步完成。通過構建人機協同的概念設計理念，對其功能與組織開發的過程按照模塊化思想進行劃分，以此實現這一設計工作的層次性、協調性。目前，發達國家對機電一體化概念設計的深入研究大體集中于其調控系統的設計。機電一體化的理念自1971年被提出以來，經過幾十年的發展，內容也在逐步豐富，尤其在科技快速發展的今天，廣闊的市場空間與消費需求的升級，更加迫使機電一體化產品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計算機技術、互聯網信息技術、傳感技術、AI技術、微電子技術、新材料技術、集成技術以及其他相關技術的進步，都為機電一體化產品的革新打下了技術根基，使得機電一體化產品朝著更優質、更高效的方向邁進。

1.2機電一體化產品創新概念設計的意義

機電一體化產品的創新型概念設計本身有著重要作用，其既是產品品質的深層內容，又是其功能屬性得以發揮的保障，對其本身質量的影響也約占60%～70%。因此，建成機電一體化產品創新的概念設計具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內容。第一，創新機電一體化產品的概念設計是保障機電一體化產品品質的必要性要求。機電一體化體系具有多種學科互相交叉、集成融合的特點，本身具有著復雜內涵。因此，現今許多的機械產品的設計并不適應機電一體化技術本身的特色，難以做到根據機電一體化技術特征隨之作出應對。第二，機電一體化產品概念設計的創新促使其理論體系得到發展。要創新這一概念設計，必將建立新的方式、理論基礎。只有在合理、可靠的概念設計基礎上，才能使之收獲具有優異性能的機電一化體產品。再加之如今概念設計的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關注與認同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設計理論的建立，對于推動創新機電一體化產的概念設計發展起到了不可忽略的效用，進一步促進了機電一體化技術體系的建立和機電一體化技術的完善。第三，機電一體化產品創新概念設計對于生產能力與工作質量的提高起到切實的幫助作用。許多機電一體化產品都帶有自動處理、調節的功效，通過這些能力的實現，能夠保證工作質量與效率的穩步提升。例如，在數控機床的使用過程中，其生產效率要高出普通基礎5～6倍，并能夠實現機床數量減少50%，節省50%操作人員的效能，生產周期也能縮短40%，進而使得生產成本降低50%左右。

2機電一體化產品創新概念設計理論

2.1機電一體化產品應用到的系統原理

機電一體化系統是該類產品中最為重要的基礎。就其本質來說。它算是一種復雜機械，但與普通的機械相比還有著顯著區分。機電一體化體系是通過在機構的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進的電子技術，并使之與軟件相互聯合形成的一類新型機械系統。就其功能來說，機電一體化系統包含機械力、能量流、運動力等多種動力學有關的特殊機械，以及一些機電部件互相關聯的系統。其中，機電一體化系統的核心又在于集成協調各種技術，通過對機械工程、控制系統、計算機技術、電子技術、電工技術等多項技術的聯合利用，實現其運動行為可控的目標，而不僅簡單對各項技術進行拼湊堆積。這也是利用計算機的調節和處理能力，實現驅動元件可控特征的現代化機械系統。有關機電系統化原理的研究主要包含三方面內容。第一，三環論。研究者認為，機電一體化產品可以劃分為電子、機械、軟件三項功能模塊。第二，五塊論。通常視機電一體化產品是由動力功能、控制功能、構造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統理論。研究人員認為，機電一體化系統是由控制系統和物理系統兩項分支系統共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機械主體加以強調，也并未對處理好機電一體化系統的概念設計中出現的復雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產品的概念設計不能起到重要作用。在概念設計實際工作中，機電一體化系統往往會被劃分為傳感檢測、執行機構、信息控制處理三個子系統。通過這三個子系統的系統分工，各自完成信息檢測、機械運動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實現該系統中各項功能的優化和最佳效果的發揮，并以此獲得機電一體化系統的概念設計合理的相關方案。

2.2機電一體化產品創新的概念設計方法

對機電一體化產品而言，其概念設計是許多領域內知識、技術之間的交織融合，具有新穎復雜、反復迭代、目標多解、結構不良等特點。滿足機電一體化產品概念設計的創新，關鍵在于發揮設計者的主觀能動性，通過展現設計智慧，滿足創新性的要求。要實現這一目標，主要在于實現人機協調配合。計算機技術的飛速進步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創新產品設計這類任務，主要還得依靠人類的智能實現。機電一體系統也是人機協同系統，通過對設計者與計算機的分工，來達到創新概念設計的目的。機電一體化產品概念設計創新主要方法包括三方面內容。第一，落實人才戰略，培養專業性人才。科技競爭最終都會落實在人才競爭上。要實現機電一體化產品概念設計的創新，人才供應是重要保障。機電一體化技術專業人才在制造行業占據就業滿意度第三位的好名次，就業率更是高達100%。因此，加強專業人才培養更有著多方面的積極意義，國家以及機電行業要在培養、優化道路中貢獻出更多力量，從多方面對學生展開培訓工作，以此實現增強研究者、開發者、設計者以及其他相關從業人員素質的目的。第二，努力拓寬供應市場，嚴守質量關。市場是檢驗產品的試金石，將機電一體化產品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠實現，另一方面通過買方對產品性能體驗所作反饋也對產品研發起到反作用力的效果，使其優點得以保存、延續，缺點得到改良、進化，從而不斷促進機電一體化產品性能的整體提升。第三，將環保技術納入機電一體化的發展策略中。機械技術、計算機技術、電子技術、電力技術等多種技術的應用，往往會伴隨著電子、機械污染的問題。在機電一體化產品的生產過程中，無可避免也會產生一些污染物。因此，設計者在設計研發過程中要考慮到環保問題，讓機電一體化產品朝著節能環保的方向發展，以施行環保、可持續的發展策略為其提供方法指引。通過一些環保設施和環保科技的實行，有效遏制資源浪費、污染物增多的問題。當實際運行過程中出現技術故障時，也可以反復利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關生產負責人還應主動淘汰一些產能落后的設備、產品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實現發展的可持續，使人們擁有健康的生存環境。

2.3機電一體化產品創新的概念設計的發展展望

機電一體化產品創新的概念設計主要發展在于理論的進步。雖然機電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強分析、研究，但其發展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內容：第一，根據被測物理量，建立傳感器特點和類型的知識庫；第二，構建與機電一體化產品的概念設計相關的推理方法庫；第三，將執行機構的實現運動與動作進行分類，構建執行機構庫和驅動元件庫，以促進驅動元件、執行、傳動機構和兩者的集成選擇實行；第四，實現對該類產品概念設計在各個環節評價體系的建立，尤其在概念設計初期中構建對功能原理設計環節的評價體系；第五，構建調節和控制信息的資料庫，以促進挑選硬件和編制軟件中對機構子系統高效管控的實現。隨著機電技術與各項科技的快速進步以及機電一體化研究的逐步深入，促使機電一體化產品概念設計的理論體系更加豐富，并具有更為強大的實用功能和操作功能，從而順利實現對機電一體化產品的創新與研發。

3結束語

機電一體化產品的研究雖然已經取得了較為矚目的成績，但關于機電一體化產品設計的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關從業者不斷加強探索、創新，通過大量細致的實踐研究工作，促進機電一體化產品創新概念設計的完善和成熟，并最終實現其優異的實用價值。

作者:王中元 單位:內蒙古機電職業技術學院

篇2

機電的一體化系統并未形成具體的標準和統一的定義，從機械的角度上認為機電一體化系統的本質特征就是機械，是在機械的系統的主功能和相應的信息以及控制功能的實現上引進了相應的電子技術，使相應的機電系統實現與軟件的有機結合，是一種特殊的機械系統。從機電系統的設計功能上考慮，完成了機械類、運動和信息等多任務的機械和相應部件聯系起來，形成了機電系統的一體化模式以及形成了完整的機電系統，強調各種技術和功能的協調和良好結合，從而形成相應的機電的自動化系統。

一、機電系統的概念設計中的信息一體化

隨著經濟的發展和相應的技術革命，各學科的基礎理論由于研究基礎的發展和技術的相互滲透實現了產品設計的不斷發展和完善，相應的機械設計逐步走向自動化和智能化的發展趨勢從而實現機械設計指導的自動化和科學化、知識化。通過相應的計算公式和模型設計和比對實現了最優化的方案設計模式，機械概念設計的發展也逐步向現代化的設計模式靠近。通過計算設計的分析和綜合，實現了更大范圍內的機電系統的信息流動和管理控制，從而使相應的信息流更好地為機電系統的一體化設計服務。計算機與機電系統設計的相結合實現了信息載體的轉換，通過更為新穎和快捷的設計方式和信息交流實現了信息的極大交流，從而使相應的機電系統設計方案的設計和選擇達到最優狀態。

二、機電系統概念設計中的功能結構一體化

功能結構的設計是機電系統設計的重點和關鍵，一般說來機電系統的功能結構設計分為功能設計和功能映射兩個模塊，然而這樣分塊的設計模式使機電系統的設計過程建立在抽象的概念基礎之上，難以實現形象化和具體化的特點，設計過程中易出現信息的模糊和殘缺，致使這樣的設計模式難以形成形象而直觀的感受，并從相應的機械制造的理論層面進行推理控制，這樣的設計方式不利于機電系統概念設計的一體化模式的形成和協調。在相應的機電系統概念設計過程中應在建立了信息交流模式的基礎之上增強概念系統設計的可行性和可操作性。在建立相應的信息交流模式基礎之上實現機電系統的一體化優化設計。

三、機電系統概念設計的機電技術一體化

傳統的機電系統的概念設計將機械與電子技術結合起來，從而通過機械、電子技術的系統結合實現相應的機械系統的功能特點，同時改變了人工的操作和判斷，形成機電系統的自動化模式，并通過相應的程序協調機電系統的任務模式。然而傳統的機電系統的設計難以滿足現代機電系統設計的創新性要求，從而要實現一體化和自動化、智能化的發展模式。實現機械系統和電子技術的良好結合，從整體的系統功能上進行協調，從而實現機械技術和電子技術的協調組合，共同構成機電系統的功能結構。

四、機電系統概念設計的人機交互系統一體化

機電系統的一體化和信息化設計的最終目的是形成人機一體化的交互模式，形成智能化和科學化的機電系統的設計方式，隨著計算機技術和相應技術的發展和創新，機械設計和應用的智能化模式逐步成為機械設計和應用的發展模式，人機交互系統的設計實際上實現了更為方便快捷的系統操作和應用模式，同時也提高了相應的生產的效率，提高了設計的科學化程度。在機電系統概念設計過程中，應以人為本建立機電系統的協同發展決策，從而使相應的機電系統充分使用于相應的設計人員。

篇3

引言

機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。

機電一體化專業是我校的主要專業之一，伴隨著經濟全球化，我國的制造業成為國民經濟的核心，而機電一體化成為制造業發展的“發動機”，機電一體化人才的需求大幅度提高，機電一體化專業人才被國家列為二十一世紀社會發展最急需的十大專業人才之一，是就業領域最寬的專業。我校的機電一體化專業的課程，應不斷適應對人才需求的這種變化，在課程的時間安排上有必要進行一些調整，而且對于我校機電一體化專業應涵蓋哪些學科領域,課程設置方面更應該進行大膽的改革。

一、在教學中增加介紹微電子技術相關知識的課程

在我校五年制機電一體化專業的教學過程中，我對此專業第二學年第二學期的學生做過一個調查統計，調查學生人數為79名，發現兩個09級機電一體化班級中，見過晶體管的同學在一個班中只有一名，而另一個班因有選修課的原因，有一部分同學對晶體管稍微有一點了解。這個調查結果說明，我校機電一體化專業的學生，在前兩年的學習過程中，基本上沒有接觸到微電子技術的知識，而機電一體化實際上是微電子技術、計算機技術等向機電技術不斷滲透的產物，在我校的五年制高職機電一體化專業教學計劃中，沒有微電子技術相關知識的課程設置。

從五年制高職學生的學習基礎看，學生的起點是比較低的，學生本身在初中階段的物理基礎也比較薄弱，到五年制高職的前三年，除了學習物理基礎知識，很有必要讓學生了解元器件知識以及微電子技術的基礎知識，比如什么是集成電路？什么是敏感元器件、光電管和繼電器？這些知識能為學生后續的學習打下基礎，是大有裨益的。可以嘗試在五年制教學的第二學年中增加一門微電子技術理論學習與實訓相結合的課程，如果學生不具備一點熱敏電阻、溫敏二極管、溫敏三極管的知識，對于溫度傳感器的理解也就無從談起。當學生具備了一些元器件的知識，那么學生在三年級學習“傳感器應用技術”課程就會輕松許多。

從機電技術發展的情況看，不論是生產制造系統還是試驗和研究裝置及各類終端產品，電子技術取代了許多機械本身的主要功能，電子元件代替了許多機械式的信息處理機構和控制機構，同時采用微電子技術增加了許多控制功能，如采用可編程序控制器代替原來的繼電器――接觸器控制電路等。所以我們在教學過程中，應該適應時展的需要，增加介紹微電子技術知識的課程，如果還停留在原有的單一的學科領域內，必然會導致知識結構的狹窄，從而不能滿足技術進步帶來的對人才的需求。

在南校區學生的座談會上，有些學生也提出了他們對電子元器件知識的需求，他們認為自己連一些基本的元器件知識都沒有，根本就不知道元器件的作用和各種功能，這使對一些現有課程的學習感到困難。有些學生表示他們學習非常努力，但是還是聽不懂老師所講的內容，實際上就是基礎知識的薄弱造成的，所以我們應不斷研究：究竟學生哪方面是薄弱環節？最主要的需求是什么？只有這樣才能更好地改革現有的課程設置。

二、對學生的基礎能力進行分析，對課程的時間安排進行必要調整

對于五年制高職學生來說課程的設置應反映人才培養目標和培養規格需要，還要反映教育對象狀況，在確保基本教育水準的提前下，體現因材施教。與三年制高職所不同的是，五年制高職學生的主體是初中畢業生，大部分學生進入五年制高職院校學習并非本人意愿，而是教育制度強制性分流的結果，所以很多學生學習基礎很薄弱、學習動力也不足，因此在進行課程設置時，要加強對學生的研究，充分考慮學生的學習水平和學習能力。

近年來，一些發達國家在分析職業能力時，特別注意分析職業的“基礎能力”，對于學生所學的課程來說，同樣應注意分析他們的現有知識是否有能力達到。對于我校機電一體化專業來說，從現有的教學計劃中可以看出“電氣控制技術”課安排在第五學期，而在整個教學計劃的前四個學期沒有一門電類的相關課程，我們知道電氣控制技術是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統為對象，以實現生產過程自動化的控制技術。現代電氣控制技術綜合應用了計算機技術、微電子技術、檢測技術、自動控制技術、智能技術、通信技術、網絡技術等先進的科學技術成果。而根據學生此前學習的相關課程，連最基本的電路基礎的知識還沒有具備，更不用說這樣一門綜合知識很強的一門學科的學習了，顯然學生的基礎能力沒有達到此門課的學習要求，因此，有必要將“工業控制電路分析與制作”課提前到第四、五學期學習，而可以將“機械工程應用技術”課程錯后一學期學習，這樣使學生能夠具備相應的基礎能力，以利于他們對知識的掌握，不至于感到課程難度太大，亦能提高學生自信心。

三、加強學生的電工電子技能實訓，提高學生的實踐操作能力

高職的人才培養目標是“高技能人才”，高職畢業生比本科生應具備更強的技能，比中職生具備更多的理論知識。那么，如何加強技能型人才的培養呢？根據我校的辦學條件，我們有能力為學生創設一個更好的實習實訓條件，以學生的職業素質和應用能力培養為主線，更合理的進行課程的設置。

“工業控制電路分析與制作”課程為我院高職機電一體化技術專業核心課程，這門課在必要的理論知識基礎上，側重于電子控制技術在機電設備中的應用分析等內容，并且有一些實際操作技能訓練。但是僅僅通過此門課程的學習，對學生的實際操作能力的訓練我認為還是遠遠不夠的，可以單獨開設一學期的“電工電子技能實訓”課程，安排學生多樣化的電工電子實習訓練。教學內容可以有很多，既可以增加一些理論教學內容，又主要側重學生操作技能的訓練，其形式比如可以從萬用表的正確使用、元器件識別與檢測、元器件安裝技術、焊接技術、調試技術、維修技術、基本電路分析和故障分析等中選擇一部分內容進行重點訓練，并在教學中同時加強學生的素質教育等。

在五年制高職的學生中，大部分對于電子小制作也非常感興趣，他們熱愛動手，當制作出自己親手制作的電子產品時，他們的自信心得到了極大的滿足，這能促進他們對知識的渴望和對實踐的探索。而在實際的教學計劃的安排中，學生接受技能訓練的機會很少，那么，如何擴大學生的知識面，如何通過五年的學習使我們培養的學生成為社會需要的通用型人才是我們面臨的主要課題。我們應努力給學生創造條件使他們有更多的實踐機會，提高學生的實踐操作能力，從而使他們的頭腦更加靈活，手腳更加麻利，成為企業真正需求的實用型人才。

結論：

五年制高職學習起點較低，我們在安排課程時應多考慮學生學習基礎和接受能力，有必要在學習一些核心課程之前增加一定的鋪墊，讓學生能一步一個腳印的往前走，讓他們感到前面的臺階通過努力能夠順利的邁過去，而不是遙不可及，我們應綜合考慮學生的學習基礎和現代技術的發展，不斷改革課程設置，使課程的安排真正適合學生的學習和發展。

參考文獻

[1]鮑加農.試論機電一體化及專業課程設置.中國自動化教育論文集,2003.

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中圖分類號：TH-39 文獻標識碼： A

隨著現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。“機電一體化”意思是機械技術和電子技術的有機結合。這一名稱已得到包括我國在內的世界各國的承認，我國的工程技術人員習慣上把它譯為機電一體化技術。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。今天機電一體化技術發展飛速，機電一體化產品更日新月異。

一、機電一體化技術基本概念

機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發展，向機械工業領域迅猛滲透，機械電子技術深度結合的現代工業的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統理論出發，根據系統功能目標和優化組織結構目標，以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質運動，能量變換進行研究，使得整個系統有機結合與綜合集成，并在系統程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質的和能量的有規則運動，在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現多種技術功能復合的最佳功能價值系統工程技術。

二、機電一體化的核心技術

1、機械技術：是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

2、計算機與信息技術：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3、系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。

4、自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

5、傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。

三、機電一體化的發展進程

1、數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。

2、微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。

3、激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。

四、機電一體化的發展方向

20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有：

1、智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，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。

2、網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。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。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3、自動化：所謂自動化技術，是指人類利用各種技術手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現實預期的目標、功能。一個自動化系統通常由多個環節要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉換、信息的處理及信息的執行等功能，最后實現自動運行目標。

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中圖分類號：TP　文獻標識碼：A　文章編號：1672-3198(2010)11-0330-01

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的總稱。“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面，是一種綜合技術，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別。

2　機電一體化的核心技術

2.1　機械技術

是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

2.2　計算機與信息技術

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

2.3　系統技術

即以整體概念組織應用各種相關技術。從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。

2.4　自動控制技術

其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

2.5　傳感檢測技術

傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。

3　機電一體化的發展過程

機電一體化的發展過程大體可以分為三個階段：

3.1　初級階段

20世紀60年代以前為第一階段，也稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

3.2　高速發展階段

20世紀70-80年代為第二階段，也稱為高速發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。

3.3　智能化階段

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。

4　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。因此，機電一體化的主要發展方向如下。

4.1　智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設研究中得到日益重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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、模糊數學、心理學、生理學等新思想新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求達到更高的控制目標。誠然，要使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能的和必要的。

4.2　模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品的種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜和非常重要的事。例如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。若能利用標準單元迅速開發出新產品，也可擴大生產規模。但這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內的標準，但可通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

4.3　網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育、人們日常生活，都帶來了巨大變革。各種網絡將全球經濟和生產連成一片，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，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，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利和快樂。因此，機電一體化產品無疑應朝著網絡化方向發展。

4.4　微型化

微型化興起于20世紀80年代末。機電一體化有向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統，泛指幾何尺寸不超過lcm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有顯著優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術(即超精密技術)，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

4.5　綠色化

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，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、銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化，主要是指使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

4.6　系統化

篇6

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一、前言

隨著時代的進步，科技的發展，各個工業領域的技術開始融合起來，從而大大提高了技術的水平，提高了我國的工業生產能力。機電一體化就是這樣一個在科技發展的浪潮中衍生的科技發展新方向。

二十世紀九十年代后期發展至今，機電一體化技術開始逐漸地邁向了新階段[3]。以微電子技術作為核心的高科技技術逐漸被應用于工程機械制造領域中，進而改變了我國工程機械長期落后的困境，同時也促進了相關工業制成品的性能的進步，從整體上將我國的工程機械推進了一個全新的臺階。尤其是在一些樓宇建設中電子監控和自動報警的應用中，如果相關的設備和工程機械出現了故障，電子監控設備以及自動報警系統能夠及時準確地為工作人員提供相關信號，以方便工作人員及時地維護和更新。

二、機電一體化技術

機電一體化技術．顧名思義．結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術，應用范圍愈來愈廣。

機電一體化技術具體包括以下內容：

1、機械技術

機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。

2、計算機與信息技術

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3、自動控制技術

其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

4、傳感檢測技術

傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

5、伺服傳動技術

包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

三、機電一體化的發展階段

機電一體化的發展大體可以分為三個階段。上世紀60年代以前為第一階段（亦可稱為初級階段）。在這一時期，人們不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。

上世紀70～80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化發展提供了充分的物質基礎。

第三階段，上世紀90年代后，機電一體化技術開始向智能化方向邁進，進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。

四、機電一體化技術的現狀

機電一體化技術與其他技術的發展狀況類似，也經歷了長期的產生發展和成熟的過程。在機電一體化概念還未出現時，世界各國的相關科技工作者就已在原有的機械設計基礎之上設計和研發出了機電一體化的產品。但隨著機電一體化產品的不斷前進和發展，20世紀70年代初，相關的科技工作者才在長期實踐過程中系統地總結和提出了機電一體化的概念，并在實踐中使其不斷發展完善。

隨著集成電路、計算機技術等的發展和普遍應用，機電一體化也得到了新的全面發展由于具備了形式靈活內容豐富應用廣泛的特點，機電一體化技術在機械行業中引發了深層的技術改革，而這種改革又反過來推動了機電一體化技術向全新的方向發展。現在，隨著技術進步時展，機電一體化技術的應用已深入到社會生活的各個領域，為人類帶來了更為高效的生產和生活方式。

五、機電一體化技術的發展趨勢

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，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。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、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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。

2.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。

3.網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。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的應用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（computer integrated appliance system，CIAS），能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利號快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

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。微機電系統是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件和系統。微機電系統產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

5.綠色化

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，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，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。

六、結束語

綜上所述，機電一體化技術已經成為了當下科技發展的一個新的趨勢，它是眾多學科交叉、共生的結果，對于提高我國的科技水平和人們的生活水平具有很好的推動作用。

篇7

中圖分類號： TH-39 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）06-0113-02

一、機電一體化的基本概念

機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發展，向機械工業領域迅猛滲透，機械電子技術深度結合的現代工業的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統理論出發，根據系統功能目標和優化組織結構目標，以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質運動，能量變換進行研究，使得整個系統有機結合與綜合集成，并在系統程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質的和能量的有規則運動，在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現多種技術功能復合的最佳功能價值系統工程技術。

二、機電一體化的發展概況

機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

三、機電一體化產品的構成及特點

機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能，而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。

1．機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。

2．動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。

3．傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現，對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。

4．信息處理及控制系統。根據機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。

5．執行機構。執行機構在控制信息的作用下完成要求的動作，實現產品的主功能。機電一體化產品的執行機構一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構。執行機構因機電一體化產品的種類和作業對象不同而有較大的差異。執行機構是實現產品目的功能的直接執行者，其性能好壞決定著整個產品的性能，因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協調，共同完成所規定的目的功能。在結構上，各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起，構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。

四、機電一體化的發展趨勢

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者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。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、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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

2.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3.網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育以及人們日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、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。

4.微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

5.綠色化

工業的發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，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，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，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

6.系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。

參考文獻：

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中圖分類號：TE65；TU712文獻標識碼：A文章編號：1009-914X（2017）47-0207-01

引言

由于信息技術的飛速發展，網絡化、信息化概念向自動化領域的滲透，使得自動化系統的體系結構面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對機電一體化發展產生重大影響。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。

一、機電一體化在煤化工生產企業中作用

1、提高勞動效率；機電一體化產品的應用使過去落后的生產方式得到極大的改變，大量新型自動化電子設備的使用徹底轉變了煤化工企業的作業模式，明顯降低了工人的勞動強度，大幅提升了勞動生產率，極大地提高了勞動效率。

2、提高了勞動安全保障；傳統的焦化工作環境非常惡劣，高負荷地工作會嚴重影響到操作工的身體健康和生產安全。采用機電一體化設備進行、運輸、閥門的開啟等，不僅可以使操作工從繁重的體力勞動中解脫出來，而且減少去有毒有害場所的次數故能降低發生事故和危險的幾率，提高安全生產效率。

3、增加了經濟效益和工人的勞動收入；焦化機電一體化技術的運用使得焦炭的產量大幅提高，增加了企業的經濟效益，同樣使工人的勞動收入有所提高，改善工人的生活質量。煤化工企業的快速發展帶動了我市其它相關行業的快速發展，對地方經濟的快速發展起到積極的推動作用。

二、機電一體化技術在我國經濟發展中的作用

1.機電一體化技術在傳統國民經濟中的作用。機電一體化技術在傳統產業中的應用將大大提高企業產品的競爭力，促進產品的更新換代，對國家經濟產生巨大的推動作用。一方面傳統制造業直接拉動著自動化制造裝備的整體需求。另一方面，新興技術發展刺激了新的技術裝備的發展，如信息、材料、生物等。還有戰略性可持續發展所迫切要求的特種高精尖自動化裝備的研究發展，如海洋、空間、地下資源開發，國防工業精密加工，微機電器件制造，等領域。所以，機電一體化技術對傳統國民經濟的影響是長期的、持久的，甚至是決定性的。

2.機電一體化技術與產品的應用。機電一體化在機械和電子行業的應用已相當普遍，如數控機床（ONC系統）工業機器人等，此外，機電一體化技術與產品應用于化工部門，能預先報警，減少停車事故造成的損失。減少電能和化工原料消耗，并提高產品質量：應用于電力部門，能提高發電輸電穩定性，優化電力分配并避免重大事故；應用于生活方面，電子化家用器械減少了人們的家務勞動量；應用于現代管理部門，自動化辦公機械大大提高了管理效率和輔助人們決策實施各種戰略方案。

3.機電一體化與企業的技術進步。企業的技術進步表現在生產、管理等各個方面的現代化，由于機電一體化的出現，使得生產方式向“柔性”轉化，并向綜合（集成）自動化發展，使信息在生產經營管理中的地位顯著增大。機電一體化產品的出現，使得工廠自動化、辦公自動化和社會服務自動化成為現實。

在企業管理中，機電一體化就是將市場信息供需變化有機的結合起來，成為指導生產的依據，所以把信息的收集、分析、技術經濟預測和經營決策結合起來，用于指導生產、強化銷售和技術服務是保證企業常勝不衰的重要工作。

在未來的企業里，一流的機電一體化設備、機電一體化產品和機電一體化在管理中的應用，將是企業進步和發展的標志。

三、機電一體化的發展趨勢

1.智能化

智能化是機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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、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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而必要的。

2.系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

3.網絡化

早在20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、軍事、教育以及人們日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、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。

4.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

5.綠色化

工業的發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，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，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。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

結語

機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。其產品具有自動化、智能化和多功能的特性。其發展趨勢是朝智能化、模塊化、網絡化、微型化、綠色化、系統化方面發展。

作者：許文裴

篇9

機電一體化概念始于70年代，是根據英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協會專家組定義為：“由計算機信息網絡協調控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯系的系統”。

機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業，機械技術面臨著挑戰與變革。在機電一體化產品中，它不再是完成單一的系統聯接，而是在系統結構、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統的要求越來越高。

1機電一體化系統的構成與關鍵技術

1.1機電一體化系統的構成

從構成要素上來看，機電一體化系統由機械系統(機構)、電子信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電機)等五個子系統組成。機電一體化系統的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結構、控制軟件水平較高的系統。

從所要實現功能上來看，因為機電一體化系統(或產品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據不同的使用目的，要求系統能對輸入的物質、能量和信息(即工業三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質、能量和信息。因此，系統必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現哪類“目的”功能的系統(或產品)，其系統內部必須具備如下圖所示的五種內部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構造功能。其中“主功能”是實現系統“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統提供動力、讓系統得以運轉的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行控制，使系統正常運轉，實施“目的功能”。而“構造功能”則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(產品)可以分解成一系列要素或子系統構成，那么怎樣使各要素或子系統之間順利地進行物質、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統之間的聯系條件。從系統外部看，機電一體化系統的輸入／輸出是與人、自然及其他系統之間的接口；從系統內部看，機電一體化系統是由許多接口將系統構成要素的輸入／輸出聯系為一體的系統。從這一觀點出發，系統的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統之間的接口性能就成為綜合系統性能好壞的決定性因素。機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統，其構成要素或子系統之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統設計歸根結底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調整的功能。

1.2機電一體化系統的相關關鍵技術

①機械技術：機電一體化的機械產品與傳統的機械產品的區別在于：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。在設計和制造機械系統時除了考慮靜態、動態剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結構及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內容，一是研究如何將各種被測量轉換為與之成比例的電量；二是研究對轉換的電信號的加工處理。機電一體化系統要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術：信息處理的發展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優控制、自適應控制以及模糊控制、神經網絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅動系統主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統總體技術：機電一體化系統是一個技術綜合體，它利用系統總體技術將各有關技術協調配合、綜合運用而達到整體系統的最佳化。

2 機電一體化的設計過程

機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變為控制電動機，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經濟中體現了制造業高科技化，促進了高科技產業和知識經濟的發展。它是一種用于機電產品最優設計的方法學。它包括4個基本學科：電氣、機械、計算機科學和信息技術。如圖1所示。

摘要：本文結合筆者的多年工作經驗，對機電一體化系統的構成及關鍵技術進行了簡要的分析，并就機電一體化系統的幾種可靠性設計進行了探討。

關鍵詞：機電一體化；系統設計；構成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協會專家組定義為：“由計算機信息網絡協調控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯系的系統”。

機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業，機械技術面臨著挑戰與變革。在機電一體化產品中，它不再是完成單一的系統聯接，而是在系統結構、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統的要求越來越高。

1機電一體化系統的構成與關鍵技術

1.1機電一體化系統的構成

從構成要素上來看，機電一體化系統由機械系統(機構)、電子信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電機)等五個子系統組成。機電一體化系統的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結構、控制軟件水平較高的系統。

從所要實現功能上來看，因為機電一體化系統(或產品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據不同的使用目的，要求系統能對輸入的物質、能量和信息(即工業三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質、能量和信息。因此，系統必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現哪類“目的”功能的系統(或產品)，其系統內部必須具備如下圖所示的五種內部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構造功能。其中“主功能”是實現系統“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統提供動力、讓系統得以運轉的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行控制，使系統正常運轉，實施“目的功能”。而“構造功能”則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(產品)可以分解成一系列要素或子系統構成，那么怎樣使各要素或子系統之間順利地進行物質、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統之間的聯系條件。從系統外部看，機電一體化系統的輸入／輸出是與人、自然及其他系統之間的接口；從系統內部看，機電一體化系統是由許多接口將系統構成要素的輸入／輸出聯系為一體的系統。從這一觀點出發，系統的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統之間的接口性能就成為綜合系統性能好壞的決定性因素。機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統，其構成要素或子系統之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統設計歸根結底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調整的功能。

1.2機電一體化系統的相關關鍵技術

①機械技術：機電一體化的機械產品與傳統的機械產品的區別在于：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。在設計和制造機械系統時除了考慮靜態、動態剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結構及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內容，一是研究如何將各種被測量轉換為與之成比例的電量；二是研究對轉換的電信號的加工處理。機電一體化系統要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術：信息處理的發展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優控制、自適應控制以及模糊控制、神經網絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅動系統主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統總體技術：機電一體化系統是一個技術綜合體，它利用系統總體技術將各有關技術協調配合、綜合運用而達到整體系統的最佳化。

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1 機電一體化的基本概念

機電一體化是以機械學、電子學和信息科學為主的多門技術學科在機電產品發展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術學科。這里面包含了三重含義：首先，機電一體化是機械學、電子學與信息科學等學科相互融合而形成的學科；其次，機電一體化是一個發展中的概念，早期的機電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強調機械與電子的結合，即將電子技術“溶入”到機械技術中而形成新的技術與產品。隨著機電一體化技術的發展，以計算機技術、通信技術和控制技術為特征的信息技術（即所謂的“3C”技術：Computer、Communication和 Control Technology）“滲透”到機械技術中，豐富了機電一體化的含義，現代的機電一體化不僅僅指機械、電子與信息技術的結合，還包括光（光學）機電一體化、機電氣（氣壓）一體化、機電液（液壓）一體化、機電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機電一體化表達了技術之間相互結合的學術思想，強調各種技術在機電產品中的相互協調，以達到系統總體最優。換句話說，機電一體化是多種技術學科有機結合的產物，而不是它們的簡單疊加。

2 機電一體化的核心內容

機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，要了解機電一體化，必須從以下幾方面著手：

（一） 機械技術

機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來，來提高其各項性能，滿足更廣的需求。在機電一體化系統制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。

（二） 計算機與信息技術

凡是能擴展人的信息功能的技術，都是信息技術。可以說，這就是信息技術的基本定義。它主要是指利用電子計算機和現代通信手段實現獲取信息、傳遞信息、存儲信息、處理信息、顯示信息、分配信息等的相關技術。

（三） 系統技術

系統技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，它是實現系統各部分有機連接的保證。

（四） 自動控制技術

自動控制技術是20世紀發展最快、影響最大的技術之一，也是21世紀最重要的高技術之一。今天，技術、生產、軍事、管理、生活等各個領域，都離不開自動控制技術。就定義而言，自動控制技術是控制論的技術實現應用，是通過具有一定控制功能的自動控制系統，來完成某種控制任務，保證某個過程按照預想進行，或者實現某個預設的目標。

（五） 傳感檢測技術

傳感技術是把各種量轉變成可物理識別的信號進行輸出，檢測就是指人員對可是別的信號進行處理的過程。傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

3 機電一體化的發展趨勢

（一）綠色化

在人們越來越追求生活質量和生活品質的今天，綠色環保成為了人們生活關注的焦點，隨著社會進步和近年來人們對生態保護意識的重視和加強，綠色產品概念也將成為時展的必然！綠色理念倡導消費者在與自然協調發展的基礎上,從事科學合理的生活消費,提倡健康適度的消費心理,弘揚高尚的消費道德及行為規范,并通過改變消費方式來引導生產模式發生重大變革,進而調整產業經濟結構,促進生態產業發展的消費理念。機電一體化技術也順應了綠色理念，機電一體化產品在人們的生活使用時不會對環境造成污染或者污染遠遠小于傳統的產品，而且在產品報廢后，其零件還能被再利用和再加工，資源利用率得到了大幅度的提高，達到節約資源的目的。

（二）智能化

智能化是21世紀機電一體化發展的一個顯著特點，它由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用的智能集合,隨著信息技術的不斷發展，其技術含量及復雜程度也越來越高，智能化的感念開始逐漸滲透到各行各業以及我們生活中的方方面面，同樣，機電一體化的智能化研究也在各個國家普遍開展。這里所提到的 “智能化”是指機器本身所具有的特性，它是在運用控制理論的基礎上，結合計算機技術、精細化制造、運籌學等新學科、新技術和新方法，通過使機器模仿人類所具有的一些能力，如思維、推理、決策等，可以在一個比較復雜的工作和困難的環境中代替人類去工作。

（三）網絡化

網絡技術的發展是計算機技術發展的里程碑，網絡技術的發展不僅推動了人類的科學技術的發展,同時給人們的學習,工作和生活帶來重大的改變，同時，也深刻的影響著機電一體化技術的發展。其中最重要的影響就是對機電一體化設備的網絡控制，控制的終端設備就是機電一體化產品。

（四）微型化