机电一体化发展范文

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关键词：机电一体化；基本概念；核心技术；发展进程；发展方向

中图分类号：TH-39 文献标识码： A

随着现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。“机电一体化”意思是机械技术和电子技术的有机结合。这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异。

一、机电一体化技术基本概念

机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

二、机电一体化的核心技术

1、机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。

2、计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

3、系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。

4、自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

5、传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。

三、机电一体化的发展进程

1、数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在1999年后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。

2、微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。

3、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。

四、机电一体化的发展方向

20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有：

1、智能化：是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

2、网络化：20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3、自动化：所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。

4、绿色化：机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

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关键词： 机电一体化； 特点； 发展趋势

中图分类号： TH-39 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0113-02

一、机电一体化的基本概念

机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

二、机电一体化的发展概况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

三、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

1．机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础，因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

2．动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

3．传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

4．信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。

5．执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中最重要的组成部分。机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

四、机电一体化的发展趋势

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发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

2.模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

3.网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

4.微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

5.绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

6.系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

综上所述，机电一体化技术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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

参考文献：

[1] 李建勇．机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004．

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[关键字]机电一体化；技术；应用

机电一体化技术发展状况

1、1机电一体化技术的智能化发展

智能化功能是机电一体化技术赋予产品的终极开发目标，人工神经网络、专家系统等智能技术已广泛应用于众多领域并取得了显著成果，丰富了智能化机电一体化产品，其多样性技术主体包括逻辑模糊控制技术、专家系统、智能工程与人工神经网络技术系统等。其中逻辑模糊控制技术属于人工智能范畴，基于对人们思维方式的模仿进行不精确信息的展示。目前，该系统在各个应用服务领域得到了广泛应用，例如列车启停系统中应用该技术便会有效消除惯性作用，令人们在乘车途中始终保持稳定运行状态而不至于产生前仰后合不稳现象。专家系统则是针对不解问题的软件智能系统，其丰富知识经验通过计算机技术形成了可被处理或接受的符号形式，基于专家推理与控制方式策略，在该领域聚集后便可突破仅能由专家解决的系列问题，进而上升至专家水平。诚然，该专家系统具有基于智能化的一定局限性，现行局部领域中去取得了成功应用效果，例如融入专家加工系统于数控机床中便可显著提升其系统智能化水平。人工神经网络技术系统具有较高非线性复杂性、自适应力、高容错能力、自我组织与计算能力，可实现基于模拟或数字形式的并行处理，并较为接近神经网络进行工作。该技术系统广泛适用于需同时对多方条件因素进行模糊不精确的信息处理。当前该技术在聚类、分类语音及音素识别中获得了可喜成绩。例如基于人工神经网络的汉语声调识别、识别手写字符、车牌照识别、指纹认证等。随着科技迅猛发展，人工神经网络系统技术还会在视觉与声觉方面实现突破，制造出机电一体化多功能产品。

1、2机电一体化技术的人格化、集成化与绿色化发展

机电一体化对生命机体的模仿、注重与人们活动相关联的产品令其体现出人格化发展特征，基于产品使用的最终对象为人，因此机电一体化技术应主体考虑如何赋予产品人特有的情感性、智能性与人性化，因此其需要在造型、色彩等层面上下功夫，力求产品艺术性，例如家用机器人的诞生便是人机一体化的体现。机电一体化的集成化包含两层含义，不仅代表电子与机械的融合，而是尽最大可能令他类先进技术领域包含于其中，同时引入工程系统技术对机电一体化进行应用开发系统的指导。现代化机电一体化技术系统应集成电学、光学、机械、声学等生物化学多学科技术，深挖其征参量进而正确进行耦合关系处理，由此可见机电一体化系统具有丰富的集成性。绿色化理念是对资源效率及环境影响的综合考虑，其制造目标主体面向产品的制造、设计、运输、包装、使用及报废处理整体生命发展周期，现代机电一体化技术为实现可持续发展需全面激发资源利用率，切实降低对生态环境的不良影响，进而打造优势绿色制造业全面发展模式。

2、机电一体化技术的科学应用

为有效提升机电产品综合优质性能，充分满足制造零件高精度与高效率、形状复杂性、生产低噪声、少阻力、高强度、长寿命等现实需求，产品设计形状、空间构造、刑面等体现了较为复杂特性，因此进一步令机电一体化技术必须向着高性能、系统化、智能化、微型化与轻量化方向发展。其主体应用领域则包含数控机床、集成计算机制造、工业机器人与柔性制造等。

2、1机电一体化在数控机床领域的应用

机电一体化在数控技术及机床中的应用发展令其功能、结构、控制精度与操作实现了迅速提升，具体体现为采用多处理器、多总线构建模块化、总线式与紧凑型结构。在设计层面则凸显了开放性，即令硬件功能模块与体系结构包含了兼容性、层次性、适应性结构标准，较大限度提升了用户综合使用效益。该领域还引入了WOP技术令其凸显智能化发展，系统面向车间多维度加工与编程技术过程提供了动态仿真环境，科学引入了模糊控制与在线诊断等高效智能机制。同时基于模块化思想我们可应用大容量存储器及软件进一步丰富数控功能，强化系统控制效能。为实现多通道、多过程控制，我们可令一台机床在同一时间控制多种机床、多台设备并独立完成多个加工任务，集成检测道具破损、搬运物料与机械手控制于系统服务运行中。基于信息化网络时代我们可充分激发系统网络多级功能，强化系统组合及复杂化创建加工系统综合能力。另外我们还可利用单片机与单板构成控制机，引入专业模板或芯片构建紧凑结构数控装置。

2、2柔性制造与集成计算机制造系统的科学应用

柔性制造是系统的计算机化，我们可主体应用数控机床、计算机、料盘、机器人、自动化仓库与搬运小车构建系统，令其可实时、随机、按量依据装配部门要求基于生产能力范畴进行工件加工制造，较为适用于小型、中型批量、多品种、更改设计频繁变化的零散型批量零件生产。集成计算机制造系统应用实现并非就个分散现有系统进行的简单组合，而应基于全局角度进行最优化的动态性组合，令原有部门界限合理打破，并基于制造进行信息流与物流的控制，实现由产品开发、决策、准备生产、实验产品到经营管理的统筹化结合。就企业层面来讲其集成度提升可令各类生产要素优化配置，并最大化激发各自潜力。

2、3基于机电一体化技术的工业机器人开发应用

基于机电一体化技术的一代机器人具有示教再现特征，即只能依据示教重复开展运动，缺乏对作业对象及周围工作环境的灵活适应性。该领域机器人第二代引入了先进性传感元件，可对其操作对象及作业服务环境进行简单信息的获取，并基于处理计算、分析能力展开一定水平的判断，进行针对相关动作的控制反馈，并凸显了低级水平的智能化。第三代该领域机器人则全面现实了智能化特征，通过引入机电一体化技术我们可令其富含多重感知功能，可自主开展复杂思维逻辑运算、决策与判断，进而独立运行服务与作业环境中，体现了现代化、科技化应用服务价值。

3、结语

机电一体化技术在历经多年的探究完善中逐步构建了较为完整的概念体系，并基于集成电路与计算机技术的大规模迅猛发展令其机电结合形式更为灵活、内容丰富多样并广泛应用于各个领域，取得了可喜成绩。基于其优势功能我们只有深入探寻、创新发展、综合利用，才能全面激发其价值化能效，拓宽高新技术领域，研发出真正高端、适应人们丰富需求的机电一体化产品。

[参考文献]

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【关键词】机电一体化；概念；发展历史；发展趋势

一、机电一体化的概念

机电一体化技术，顾名思义，就是将机械设备与电子技术相互整合，使机械设备的动力、信息处理与控制等部分的功能呈现自动化、智能化状态，它是建立在机械技术、电子技术、计算机网络技术、自动化处理技术等一系列现代化技术的基础上的机械系统技术。机电一体化技术其实是包括了技术与产品两个方面，所以，在研究人员研究机电一体化技术应该充分考虑到这两个方面之间的关系，不能脱离产品的生产而单独研究技术，也不能一味地追求技术的创新而忽视产品质量，应该以先进的技术生产出高质量的产品，这才是深化机电一体化技术发展的最终目的。

二、机电一体化的历史发展

20世纪60年代以来，电子技术与机械产品的结合，使机械产品的性能得以大幅度提高，刺激了机械产品与电子技术的进一步融合。计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展更进一步奠定了技术基础。20世纪80年代末期，机电一体化技术和产品得到了极大发展。各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持，20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中展露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用。取得了一定成果，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。

三、机电一体化的发展趋势

（1）智能化。人工智能在机电一体化建设中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。智能化是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。（2）模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的标准繁多，研制和开发具有统一标准接口的的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。利用标准单元可迅速开发出新产品，降低研制和开发费用，同时也可以扩大生产规模。（3）网络化。20世纪90年代，计算机与网络技术突飞猛进。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活都带来了巨大的变化与实惠。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。（4）微型化。微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。（5）绿色化。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。（6）系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

参 考 文 献

[1]刘庆民.机电一体化技术的现状和发展趋势[J].科技致富向导.2011（12）

[2]胡家华.机电一体化技术的应用及其发展趋势[J].中国高新技术企业.2011（21）

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关键词 机电一体化技术 相关技术 组成要素 原则 发展方向

一、机电一体化技术的相关技术

1.机械技术

机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。

2. 计算机与信息技术

计算机技术与信息技术密切相关，其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。在机电一体化系统中，计算机与信息处理部分指挥整个系统的运行，信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率。

3. 系统技术

系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

4. 自动控制技术

自动控制技术范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

5. 传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

6. 伺服传动技术

伺服传动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

二、 机电一体化系统五大组成要素一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。

机械本体是系统的所有功能要素的机械支持结构;动力驱动部分依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。

测试传感部分对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。

控制及信息处理部分将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。

执行机构根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。

三、机电一体化四大原则：构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。

两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。

运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。

在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。

两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。

四、机电一体化的发展方向

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发展方向。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

2.系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。

3.模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程，也是机电一体化产品的一个发展趋势。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。

4.微型化

微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势，都有广阔的应用前景。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

5.绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适;另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

6.网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育、日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。

综上所述，机电一体化技术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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。

参考文献

[1]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社.2004.

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【关键词】机电一体化；进展；发展趋势

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：

前言

我们所处的知识经济时代是一种全新的经济形态，它最突出的特点在于知识和信息的传播网络化和无形化交易的迅猛发展，内外环境的动态性越来越强，这也不断催生信息技术和工程技术的变革。随着科技的进步，机电技术的发展必然走向电子化，是现代科学技术发展的必然结果。机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合的新的技术，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。

二、机电一体化技术概要

机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。一般来说，机电一体化技术是机械工业实现自动化控制的一个重要的标志。随着机电一体化技术的不断发展，目前，机电一体化技术已经发展为具有自身特色的新兴学科。基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及程序编写技术等群体技术，根据各个板块的功能和优化组织的目标，将各单元的功能尽量设计合理化，在功能多、质量高、可靠性好、能耗低的基础上展现特定功能价值，并最大限度优化整个系统的工作任务。因此，我们所说的“机电一体化”包括了“产品”和“技术”两个部分。将上述的各项群体技术进行综合的融合也就是机电一体化的主要任务。

三、国内外机电一体化技术发展历程与现状

1、国外发展历程与现状

国外的机电一体化技术于20世纪40年代代开始发展，经过萌芽阶段之后，于20世纪60年代向通信、控制、计算机技术发展，正式进入发展阶段，这个阶段是机电一体化技术的飞跃与转型的关键时期，这个时期内的机电一体化技术呈现多元化的迅猛发展态势，机电一体化产品层出不穷。20世纪80年代之后，以美国为主的西方国家为机电一体化技术的发展制定了一系列的发展策略，并大力推动机电一体化技术朝着智能化、网络化的方向迈进，智能化的机械工业产品不断涌现，今后，机电一体化技术仍会以智能化作为发展和改革的核心，智能化的机电一体化产品会为机械工业领域的发展奠定坚实的基础。

当前，全球机电一体化技术的发展除以智能化为核心和主要标志之外，还与激光技术、微细加工技术得到了很好的融合，其中，激光技术的加人，产生了“光机电一体化”的先进技术类型，大大拓宽了机电一体化技术领域范围；微细加工技术及相关设备的融合为电子技术的发展和革新提供了有力的支持。

2、我国机电一体化技术发展历程与现状

我国20世纪8O年代开始发展和革新机电一体化技术，并在技术与环境上给予了很大的支持。机电一体化技术在我国机械工业领域发展的这3O年来，国内社会经济及人民生活水平得到了很大的提升，人们对产品品质及种类的需求量越来越大、要求越来越高，传统机械制造业发生了很大的变革，机械制造业积极引进了国外先进的机电一体化技术和理念，将机电一体化列为国家高技术重点研究领域，研发了一系列拥有我国独立知识产权的产品和技术，使机电一体化领域取得了很大的进展。目前，我国机电一体化技术的发展主要体现在数控应用技术、流水线工业机器人及计算机集成制造系统等方面。

尽管我国机电一体化技术相比国外一些国家起步晚、技术发展程度低，但从近年来的发展态势和发展速度上看来，国内机电一体化技术领域前景广阔。目前，我国机电一体化技术发展中存在的主要问题有：技术研发与发展基础薄弱，支持力度不足；技术发展与产品研发不成正比，未能在产品上得到充分体现；技术对国民经济贡献不够。

四、机电一体化的发展趋势

机电一体化的发展是向智能化方向迈进。二十世纪9O年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有以下几个方面：

1、智能化。智能化就是要求机电产品有一定的智能，具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。人工智能技术在糊数学、灰色理论、神经网络、生理学、心理学和混沌动力学等领域得到不断与进步和发展，为机电一体化技术在智能化发展奠定了良好的基础和开辟了新的出路。

2、数字化。接口技术和微控制器的发展奠定了机电产品数字化的基础，数字化要求机电一体化产品的软件具有可靠性高、容易操作，普遍性，自诊断能力，可维护性及优质的人机界面。

3、模块化。模块在整个系统中是一个相对重要的工作。目前，生产机电一体化的厂家繁多，种类不能统一。在环境接口、动力接口、机械接口的研制开发过程中要逐步统一到标准化的接口道路上来。例如研制具有变频调速、集减速电机一体的动力驱动单元；具有图像处理、视觉、测距和识别等功能的电机一体控制单元等。此时，在研发设计产品时，可利用标准模块化单元相对比较快速研发出新的产品。从而避免各种相互冲突的关系，并能使之系列化、标准化。

4、网络化。信息网络应用技术的快速兴起和发展给各个领域都带来了变革。基于计算机网络普及的基础，各种远程控制和监视技术也不断发展。远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，人们足不出户可充分享受各种个科技带来的便利和好处，因此 机电一体化产品朝网络化方向发展是必然的趋势。

5、自源化。机电一体化产品自身带有能源是自源化最好的诠释，比如燃料电池、大容量电池和太阳能电池。因为很多场合由于电源的缺少使得很多产品不能使用，所以，自带动力源是非常有必要的。

6、人性化。任何产品必然会向人性化的方向发展，机电一体化产品也不例外，不但要完善产品性能，还要在造型、色彩等方面与环境相协调，使产品更加自然，更加接近人们生活习惯。

7、微型化。微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统指的是可以批量制作的，集微型机构、微型传感器、和信号处理，直至接口，通信和电源等于一体的微型器件和系统。微机电系统产品具有体积小、耗能少、运动灵活的显著特点，在生物医疗、信息等方面具有非常明显的优势。

8、绿色化。绿色产品指的是低能耗、低材耗、低污染、可再生利用的产品。机电一体化产品的绿色化主要是指在产品使用过程中不污染生态环境，产品寿命结束的时候，还可分解和再生利用。

五、结束语

机电一体化技术是振兴机械制造行业与国民经济的不可或缺的部分，是机械工业技术、电子计算机技术及信息科学技术的融合与交叉的产物。机电一体化发展至今，还处于发展阶段，并朝着智能化、网络化的方向不断发展，必将具有更加广阔的发展前景。

参考文献：

【1】杨保群．机电一体化技术发展及应用简介[j]．微电机，2009

【2】高德成．机电一体化技术发展问题分析与技术探索[j]．自动化与仪器仪表，2011

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关键词：机电一体化；发展趋势；应用分析；

1 机电一体化概述

日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念，它是将英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分结合在一起构成的一个新词，取名为“Mechatronics”，意思是机械技术和电子技术的有机结合，机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广泛。

2 机电一体化的发展现状

机电一体化的发展总共经历了3个阶段。上世纪60年代以前是机电一体化发展第一阶段（初级阶段）。这个时期，人们主要利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。第二个阶段是上世纪70-80年代（快速发展阶段）。这一时期计算机技术、控制技术、通信技术都得到了快速发展，为后来的机电一体化发展奠定了技术基础。而大规模、超大规模集成电路与微型计算机的迅猛发展，则为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。第三阶段则是上世纪90年代后期至今，这一阶段机电一体化技术开始向智能化方向迈进，进入深入发展时期。此时光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。我国则是从上世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。

3 机电一体化技术的应用

（一）机床数控领域

机电一体化在数控机床领域的发展已经有40年的历史，在技术领域有了进一步的提高，无论是在结构上功能上还是在操作上都发展的比较完善。类型具有总线式、模块化、紧凑型的结构，在开放性设计中，这种设计硬件体系和功能模块具有层次性和兼容性的，可以大大提高用户的使用效益和智能化的。在机电一体化的系统研究中分出多级的网络，这样能使复杂加工系统的作业能力的运行。

（二）计算机集成制造系统的领域及工业机器人

计算机系统的组合不是分散的子系统的组合，它是由全局的实践总结出最优的系统的组合，它需要各个部门加强沟通，围绕制造展开工作。当产品的集成度越高，就能够使各个生产要素间的配置更加合理和完善。工业机器人首先出现的是不够灵活的半机器人，它根据示范的动作进行重复的运动，在工作中，不会考虑工作环境和作业对象的变化。而现代的机器人，里面装有不同的传感元件，机器人可以作业环境和对象做出简单的信息判断，并能做出简单的分析。这是机电一体化发展的新成果，也是其发展的前景所在。

4 机电一体化技术的发展方向分析

机电一体化是机械工业发展的进步的表现，近年来，机电一体化在国内外都有了全新的发展，并且广泛的被人们用于各个行业，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。进入21世纪机电一体化技术将向以下几个方向发展。

（一）机电一体化发展的智能化、数字化趋势

首先机电一体化发展的智能化趋势。机电一体化的发展打破了传统机械自动化或者半自动化的局面，实现了智能化，这也是今后机电一体化的重要发展方向。嵌入式智能控制的算法运用，使机电一体化的产品发展为智能化，是模拟人脑的人工智能的产品，它可以根据系统的设置来做出判断以及决策，可以取代人们的部分脑力劳动。其次机电一体化发展的数字化趋势。奠定机电产品数字化的基础是微控制器及其发展（如不断发展的数控机床和机器人）；而计算机网络的迅速崛起则为数字化设计与制造铺平了道路（如虚拟设计、计算机集成制造等）；数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

（二）机电一体化发展的网络化趋势

网络技术在20世纪90年代异军突起，其兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片、企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成计算机为中心的计算机集成家电系统（CIAS），使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

（三）机电一体化发展的微型化、模块化趋势

首先机电一体化将向微型化方向发展。机电一体化产品生产的厂家很多，但是如果统一开发标准机械、电气、动力等方面的机电一体化产品并不是一件容易的事情，制定统一的标准，才能使各部件、单元匹配成功。机电一体化的生产商也可以根据自己产品的需要或者国外最新的产品的模型来进行创新，更新换代自己的产品，并不断地扩大生产规模，使机电一体化的发展走向正规化和统一化。其次机电一体化将向微型化方向发展。在20世纪80年代末机电一体化向微型机器和微观领域发展。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物t疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

（四）机电一体化发展的绿色化、系统化趋势

首先机电一体化发展的绿色化趋势。所谓机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。工业经济给人们生活带来了巨大变化。在人民物质丰富、生活舒适的同时资源却在减少，生态环境在不断恶化。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品具有远大的发展前途。其次机电一体化发展的系统化趋势。系统具有随时分解组合的功能，这种功能实现了多子系统互相调和以及整合的需要，机电一体化的系统功能，不但运用在通信系统以外，还运用在远程通讯以及互联网系统，局域网也慢慢的采用。机电一体化在系统方面未来的发展，是会越来越考虑人的因素，模拟人的智能的，甚至可以模拟生物的结构来发展。

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[关键词]智能 机电一体化 绿色

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0325-01

本论文主要从机电一体化技术未来的发展等进行讲述。主要包括了全息系统化、微型机电化、光机电一体化、产品网络全球化、产品绿色化、“生物――软件”化、全息系统化也即智能化、光机电一体化是机电产品发展的重要趋势、未来的机电一体化技术发展注重产品与人的关系等。具体材料请详见：

1 概述

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、微电子和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。

2 机电一体化技术未来的发展

2.1 全息系统化

全息系统化也即智能化，是对机器的行为描述，即在控制理论的基础上，吸收计算机科学、模糊数学、运筹学、混沌动力学、人工智能、心理学和生理学等新的学科方法、新的设计思想，从而模拟人类的思维能力，使它如同人一样具有思维、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，新世纪机电一体化技术中的智能化的快速发展，人工智能在机电一体化的研究中也日益得到重视，其中机器人与数控机床的智能结合就是一项重要应用。当然，要使机电一体化产品具有与人完全相同的智能永远是不可能的，也没有这个必要，但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品具有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

2.2 微型机电化

在实验室中，目前，通过半导体蚀刻技术，已经制造出亚微米级的机械元件，如果这一成果应用于实际产品时，那么就没有必要再区分什么是控制器、什么是机械部分了，这时就完全的实现机械和电子的“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。

2.3 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部件构成的，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先天优点，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。

2.4 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，全球生产、经济被各种网络连成一片，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，机电一体化产品也必然会朝着网络全球化发展。

2.5 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：①物质需求丰富，生活舒适；②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，那么此时，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指：使用时不破坏生态环境，报废后还能回收利用。因此，机电一体化绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的过程中，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无害或危害极少，资源利用率要极高。由于这种客观的存在性，设计绿色的机电一体化产品所需要的技术成本很高，但其具有远大的发展空间。 2.6“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，其有两层含义：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，机电一体化装置对信息的依赖性越来越大，很多时候类似于活的生物：当大脑停止工作时，生物便死亡，而大脑工作时，生物就充满活力，即信息决定系统的工作与否。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”或者说“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是好，但是目前的技术与理论还是有很大的差距，因此，还需要更加倍的努力。

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1　机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。

20世纪70~80年代为第二阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。

2　机电一体化的发展趋势

2.1　光机电一体化——一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。

2.2　自律分配系统化——柔性化。未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。

2.3　全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。

2.4　“生物——软件”化仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于静态时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。仿生学研究领域中已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机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。

2.5　微型机电化——微型化。目前，利用半导体器件制造过程中的技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。

3　发展机电一体化技术的对策

3.1　加强统筹安排，协调发展计划。目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套发展策略和计划。同时，各地政府各相关单位也有不少相应的发展计划与规划。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益，政府各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的问题，缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，各地政府应责成有关机构在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车。

3.2　强化行业管理，发挥“协会”作用。目前，机电一体化技术较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难免的。因此，各地有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，应该尽快加强机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。

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一、机电一体化的产生及概述

20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入了深入发展时期。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用，取得了一定成果。

机电一体化是一个综合的概念，包含了技术和产品两方面内容，它首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。机电一体化技术是指包含技术基础、技术原理在内的，使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术，机电一体化产品是指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代机电产品。

二、机电一体化发展现状

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：第一阶段（又称初级阶段）是20世纪60年代以前，这一时期人们不自觉地利用电子技术并使之得到比较广泛的承认；第二阶段，机电一体化技术和产品得到了极大发展；第三阶段，各国均开始极大关注和支持机电一体化技术和产品。

我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863 计划”。在制定“九五”规划和2010 年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响，许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作。虽然目前国内机电一体化技术与日本、欧美等先进国家相比仍有一定差距，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了对机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，并取得了一定的成绩。

三、机电一体化发展趋势

1.智能化

这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能。

2.光机电一体化

光机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面：光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品，具有很高功能和附加值；产品具有体积小、重量轻、适应性强、使用寿命长、操作更方便的特点。

3.网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐，因此机电一体化产品朝着网络化方向发展是为大势所趋。

4.微型化

微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势，泛指几何尺寸不超过1cm的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术。

5.绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是人们呼吁保护环境资源。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

6、柔性化

柔性化有两层含义，首先是产品具有自适应性如纺织业中，纺纱设备能方便的适应不同种类的纤维，织机能满足多种织物对织造工艺的要求，在变换品种时能做到方便快捷；其次，机械设备制造商要具备根据用户的要求而为用户定制的能力。实现柔性化的必要条件是产品设计必须贯彻模块化的设计理念。