机电一体化技术及其发展趋势分析

续亚强

（重庆工贸职业技术学院，重庆 408000）

1 机电一体化概述

机电一体化（英文名Mechantronics），这是一个由日本某专业协会组装的新造词，它是英文的机械学与电子学的拼接组合，现在国际上已经通用，汉语则译为机电一体化或机械电子学。

机电一体化技术发展到现在已是较为成熟的概念，具备了自身的专业内涵，可以简单地定义为：机电一体化技术是从系统工程出发，应用机械电子信息等有关技术，对它们进行有机组织与综合，从而实现整体最佳化。其基本特征可表述为：机电一体化是综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，以系统的观点为基础，根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,，并使整个系统达到最优化的系统工程技术。很明显，机电一体化技术是多种技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单叠加。机电一体化的实体部分是机械技术和电子技术，又通过信息技术把两者有机结合在一起，从而创造出功能更为先进的技术产品。因此，从某种意义上说，机电一体化技术是系统工程学在机械电子领域中的应用，而机电一体化产品则是这种技术的应用效果。

2 机电一体化的发展历程

机电一体化的发展，目前国际上主要把他划分为3个阶段。第一阶段：20世纪60年代以前，或称为初级阶段。在这期间，人们已开始有意识地将电子技术应用在机械产品的加工生产方面，特别是在二战期间，因为战争的需要，加速了各种现代技术的融合应用，获得了大的进展，战后转为民用，也对世界经济的恢复和发展起了催化作用。在初级阶段，机电一体化技术的开发应用从总体上看还处于分散零碎自发的状态；第二阶段：20世纪70～80年代，这期间为系统化发展阶段。其间计算机技术、控制技术、通信技术以及大规模、超大规模集成电路和微型计算机的发展，为机电一体化的快速发展提供了保障。这个时期，日本首先对机电一体化的概念进行了命名（mechatronics），在随后的几年时间内，世界很多国家逐渐采用了该命名。同时，各国已开始系统化地研究机电一体化技术和产品，并在人力财力上进行了大量的投入；第三阶段：20世纪90年代后期，属于机电一体化技术跨入智能化发展阶段。这期间，机电一体化吸纳了光学、通信等技术，同时机电一体化系统的集成方法及学科体系建设都获得了大的突破。人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等高科技领域的重大突破，也极大地拓展了机电一体化技术的发展空间。时至今日，机电一体化已经形成了较为完整的科学体系。

3 机电一体化的发展方向

（1）网络化。计算机技术的飞速发展，给世界经济带来了革命性的变革，各种网络将全球的各种信息拉到了同一个供世界分享的平台，经济的飞速发展以及技术的竞争也变得短兵相接，而作为网络远程控制的终端设备，实际就是机电一体化产品。机电一体化产品通过网络的控制更深入到了工业生产和平民生活的各个方面，目前正在探索的物联网就是例证。因此，机电一体化技术的网络化发展必将是未来发展的重要方向。

（2）环保化 。低碳环保是时下世界范围内关注的话题，也是有利于世界经济可持续发展的大事，世界各国对此在各个方面都倾注了大量的人力和财力，节约能源，降低能耗，减少污染，已是各行各业生存竞争甚至发展壮大的的硬性支撑。所以，机电一体化技术也不例外，其产品的开发和应用符合绿色环保的要求，才会有良性发展的巨大空间和市场动力。

（3）模块化 。模块化是指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。由于机电一体化涉及的应用领域十分广泛，产品繁多，各种功能单元的组合又能创造出全新功能的机电一体化产品，这就给研发生产各种功能模块提供了广阔的市场空间，也会极大地推动电气产品的标准化、系列化发展，因此，模块化发展方向不论是对生产标准机电一体化单元的企业还是完整产品的企业，都将是其获得良性发展的最好路径。

（4）智能化 。所谓的智能化，是指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，而不是简单控制的一种高层次控制模型。智能化是21世纪各种科学技术发展的一个重要特征，机器人与数控机床的智能化就是机电一体化技术智能化趋势的重要体现。

（5）微型化 。微型化是机电产品很自然的发展方向。近几十年的微电子技术的发展，带动了多学科相关技术的跨越式发展，机电技术也不例外。机电一体化各功能块产品在几何尺寸上已经走向了微米级、纳米级，必将会使机电设备和产品更进一步微型化和低耗能化，并在更显微的领域得到应用，从而推动机电一体化技术及其他相关技术的高速发展。

（6）有源化。有源化有的也称带源化，它是指在一些无法使用常规电能的场合，机电产品能自带电力能源。这种电力能源可以是太阳能电池、燃料电池和其他电池等，以满足如航天、野外、深海等特殊场合应用的需要。这种需要事关国家战略，意义十分重大和深远。

4 我国机电一体化发展分析

4.1 我国机电一体化技术发展状况

我国机电一体化技术和世界发达国家相比，有相当大的差距，但其发展势头十分可喜。我国是在20世纪80年代初才开始涉入机电一体化领域，随后国家成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”，开始纳入了国家发展规划之中，一些大专院校、研究机构等也相继开设了相应的学科专业，并随之进行了大量的引入和研究，获得了快速的跟进。

（1）数控技术发展迅速。我国数控技术在1958年开始起步，经过半个多世纪的发展，国产数控机床的国内市场占有率达70%，普通级数控机床的加工精度已由10 μm提高到5 μm,精密级加工中心则从3～5 μm提高到1～1.5 μm，并且超精密加工精度已经进入纳米级，在数控技术的一些分支领域还取得了一些世界前沿的研究应用成果。

（2）机器人研究成效显著。国家在1986年将机器人的研究开发列入国家科技计划,现已掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统和软件编程技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人的关键元器件，开发出了弧焊、点焊、注塑、冲压及能前后行走、爬墙、水下作业的多种机器人，并已投入到了相关的实用领域。目前，国内相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化制造技术，解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术及机器人软件的设计和编程等。我国从事机器人研发的单位现在已有200多家，专门从事机器人产业开发的企业有50家以上，中国市场上总共拥有近万台工业机器人。有些领域的机器人研发还达到国际领先水平。

（3）计算机集成制造系统（CIMS）前景广阔。随着我国机电一体化技术的快速发展，CIMS技术也发展较快。清华大学已经建成国家CIMS工程研究中心，在国家一些著名工科院校相继建立了CIMS单元技术实验室和CIMS培训中心，在全国范围内，绝大部分省市和一些行业、企业均不同程度地实施了CIMS应用示范工程，产生了巨大的经济效益和社会效益。随着国家经济的快速推进，CIMS已受到了更深层次的重视，投入力度越来越大，应用领域和发展前景也越来越广阔。

4.2 我国机电一体化技术发展策略

立足于我国的基本国情和发展现状，机电一体化技术未来发展应以国家的战略需求和国民经济的发展为中心，制定能够主导21世纪国家机电一体化关键技术以及相关的配套技术的攻关方向，以满足国家战略的和市场经济发展的需要。同时，还应重视两个方面的工作，一是继续加大利用电子信息技术对传统产业的改造，提升传统产业的科技含量，二是新型装备和产品的开发，应大胆采用机电一体化的研发思想和技术，把机械和电子进行深层次的渗透和融合，以使后继研发成果具备世界前沿技术水平。

5 结语

综上所述，机电一体化技术的产生和发展是社会生产力发展到一定阶段的必然产物，是历史的选择。我们必须正视它对一个国家乃至世界经济构成的重大影响，利用好我们的后发优势，有所为有所不为，突出重点，兼顾左右，快速缩短与发达国家的差距，并争取后来居上，创新发展我国机电一体化产业。

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