機(jī)電一體化畢業(yè)論文淺談機(jī)電一體化發(fā)展走向

1、淺談機(jī)電一體化發(fā)展走向摘 要：在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè) 的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式 及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了 “機(jī)電一體化”為特征 的發(fā)展階。關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；發(fā)展趨勢；系統(tǒng)發(fā)展1機(jī)電一體化概要機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)得主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技 術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā) 展，還將被賦予新的容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的

2、觀點(diǎn)出發(fā)，綜合 運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電 力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo) 和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的 意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)， 則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn) 品”兩個(gè)方面。1.1機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展 和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、

3、模塊化、網(wǎng)絡(luò) 化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。(1)數(shù)字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控 機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、 計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù) 性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。(2)智能化 即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推 理、自主決策等能力。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人 工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。WORD版本.(

4、3)模塊化 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械 接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研 制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測距等 功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅 速開發(fā)出新的產(chǎn)品。(4)網(wǎng)絡(luò)化 由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而 遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化 成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系 統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高

5、技術(shù)帶來的好欠，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng) 絡(luò)化方向發(fā)展。給人們帶來無窮的知識(shí)和方便。(5)人性化 機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人 的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、 造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的 最高境界就是人機(jī)一體化。(6)微型化 微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系 統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems »簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、 微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控

6、制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微 型器件或系統(tǒng)。(7)集成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的 優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)欠理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實(shí) 現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。(8)帶源化 是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容 量電池。由于在許多場合無法使用電能。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。(9)綠色化 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶 來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā) 展，綠色產(chǎn)品概念在

7、這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、 協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求， 機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可 分解和再生利用。1.2機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)（整機(jī)）和基礎(chǔ)元、部件兩大類。典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)有：數(shù) 控機(jī)床、機(jī)器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)' CAD/CAM系統(tǒng) 等。典型的機(jī)電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、 微型電機(jī)、傳感器、專用集成電路、伺服機(jī)構(gòu)等。這些典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀、

8、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。2機(jī)電一體化的未來發(fā)展全息系統(tǒng)化全息系統(tǒng)化也即智能化，是對機(jī)器的行為描述，即在控制理論的基礎(chǔ)上， 吸收計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、混沌動(dòng)力學(xué)、人工智能、心理學(xué)和生理學(xué)等新的學(xué) 科方法、新的設(shè)計(jì)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(shí)等能 力，以便達(dá)到更高水平的控制目標(biāo)。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)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(jì)機(jī)電一體化技術(shù)中的智能化的快速發(fā) 展，人工智能在機(jī)電一體化的研究中也日益得到重視，其中機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能結(jié)合 就是一項(xiàng)重要應(yīng)用。當(dāng)然，要使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能永遠(yuǎn)是不可

9、能的， 也沒有這個(gè)必要，但是，高性能、高速的微火理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有低級(jí)智能或者人 的部分智能，則是完全可能而又必要的。微型機(jī)電化在實(shí)驗(yàn)室中，目前，通過半導(dǎo)體蝕刻技術(shù)，已經(jīng)制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元 件，如果這一成果應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，那么就沒有必要再區(qū)分什么是控制器、什么是機(jī)械 部分了，這時(shí)就完全的實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電子的“融合”，這樣CPU、機(jī)體、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)就 可以集成在一起，而且體積小，同時(shí)組成一種自律元件。這種微型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的 一個(gè)重要的前進(jìn)方向，更是機(jī)電一體化向微觀領(lǐng)域和微型機(jī)器的發(fā)展趨勢，在國外，人們 稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)，也指外觀尺寸不超過lcm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，一并向微米

10、級(jí)、 納米級(jí)發(fā)展，正因?yàn)槲C(jī)電一體化產(chǎn)品耗能少、體積小、運(yùn)動(dòng)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。光機(jī)電一體化光機(jī)電一體化是機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢，因?yàn)闄C(jī)電一體化系統(tǒng)是由機(jī) 械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息父理系統(tǒng)等部件構(gòu)成的，因此，在機(jī)電一體化技術(shù)中 引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，充分利用光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn)，有效地改進(jìn)機(jī)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)。產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)全球化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的巨大發(fā)展，同時(shí) 給日常生活都帶來了全新的面貌，全球生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)被各種網(wǎng)絡(luò)連成一片，企業(yè)間的競爭也 將出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全球化，一旦研制出機(jī)電一體化新產(chǎn)品，只要其質(zhì)量有保

11、證，功能可靠，必然 WORD版本.會(huì)暢銷全球。因?yàn)橛辛司W(wǎng)絡(luò)的普及，那么只要是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制技術(shù)也就 方興未艾，然而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品也必然 會(huì)朝著網(wǎng)絡(luò)全球化發(fā)展。產(chǎn)品綠色化隨著工業(yè)的發(fā)達(dá)，人們的生活也發(fā)生了巨大的變化，物質(zhì)需求豐富，生活 舒適可用資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。因?yàn)檫@些現(xiàn)象的出現(xiàn)，人們開始呼吁保護(hù)環(huán) 境資源，回歸自然，那么此時(shí)，綠色產(chǎn)品的概念也就應(yīng)運(yùn)而生，這是一個(gè)時(shí)代的綠色化趨 勢，在這里，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指：使用時(shí)不破壞生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后還能回 收利用。因此，機(jī)電一體化綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的過程中，

12、應(yīng)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(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品所需要的技術(shù)成本很高，但其具有遠(yuǎn) 大的發(fā)展空間。機(jī)電一體化的人格化，其有兩層含義：機(jī)電一體化產(chǎn)品的使用對象是人，怎樣將人 的智能、情感、人性賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品顯得越來越重要，尤其是家用機(jī)器人，其最高境 界就是人機(jī)一體化；模仿生物機(jī)理，研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，機(jī) 電一體化裝置對信息的依賴性越來越大，很多時(shí)候類似于活的生物：當(dāng)大腦停止工作時(shí)， 生物便死亡，而大腦工作時(shí)，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(xué)研究領(lǐng)域中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)

13、的一些生物體優(yōu)良的機(jī)構(gòu)，可為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供新型的機(jī) 體，但是如何使這些新型機(jī)體具有生命力還是研究中的一大難題，這一研究領(lǐng)域被稱之為 “生物軟件”或者說“生物系統(tǒng)”，而生物的特點(diǎn)正是“肌體（硬件）大腦（軟件）” 一體，不可分割。機(jī)電一體化產(chǎn)品向生物系統(tǒng)化發(fā)展是好，但是目前的技術(shù)與理論 還是有很大的差距，因此，還需要更加倍的努力。WORD版本.結(jié)論綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生 產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景 也將越來越光明。參考文獻(xiàn)I自厚-人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用J 冶金自動(dòng)化，1994 (5)2唐懷斌-工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢J 自動(dòng)化與儀器儀