广东省汕尾市特种设备检验所 516600
摘要：机电技术的不断发展，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、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产有“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。自从电子技术一问世，电子技术与机械技术的结合就开始了，只是出现了半导体集成器，尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后，“机电一体化“技术之后有了明显进展，引起了人民的广泛注意。
关键词：机电一体化；技术；现状；发展；趋势
1、机电一体化的概要
机电一体化是指在机构得主动能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化大众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。但其基本特征可概括为：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、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、底能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能机电一体化系统或机电一体化产品。
因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一钟综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其他新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2、机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。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，人民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。（2）20世纪70—80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。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出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；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予很大的关注和支持。（3）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，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，使机电一体化进一步建立了坚实的基础，并且逐渐形成完整的学科体系。我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“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。
3、机电一体化的发展趋势
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，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
3．1 智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。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，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，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、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。
3．2 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、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。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等。有了这些标 准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突，近期很难制定出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，模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3.3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、教育等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，企业间的的竞争也将全球化。机电一体化的新产品一旦研制出来，只要其功能独特、质量可靠，很快就会畅销全球。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于网络的普及，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与成大势，利用家庭网络（home net）将各个家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（computertegrated appliance system，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。
3.4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，为机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密加工技术，它包括光刻技术和是蚀核技术两类。
3.5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。
3.6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等智能化通信接口。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：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，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，研制出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而研制出来的。
4、我国机电一体化的发展前景
用信息化带动工业化是我国21世纪的一项重大战略举措。信息化是由计算机与互联网生产工具的革命所引起的工业经济转向信息经济的一种社会经济过程。它包括信息技术的产业化、传统产业的信息化、基础设施的信息化、生活方式的信息化等内容。我国要把发达国家近200年内完成的实现工业化进入信息化的过程，压缩到今后几十年内完成，必须发挥优势，实现跨越式发展。在用信息化带动工业化的过程中，要处理好新兴产业与传统产业的关系，坚持以信息技术对传统产业的应用为主导；处理好教育与经济的关系、坚持教育先行，用“头脑”信息化带动社会经济的信息化；处理好现代化的大都市与落后的广大农村的关系，坚持局部突破，都是跨越，整体追赶，率先把大都市建成信息化的发动机。我们把这一战略概括为“应用主导、教育先行、局部突破、都是跨越”。
“坚守传统产业，慢步或停步信息产业”的观点是不可取的。一方面，我们要看到，我国同发达国际的差异。全球信息技术产业2000年度生产总值约为1.2万亿美元，美国信息技术产业2000年产值达到8220亿美元。我国信息产业2000年销售收入5800亿元人民币（按现行汇率约合700亿美元）。我国软件产业销售额占世界软件市场的份额不到1%，而印度的同一比例超过了16%。经济学家胡鞍钢计算我国与发达国家之间的发展差距，突出表现在两个方面：一是经济发展的差距。目前，按实际购买力评价计算，我国与西方7国相差5.6-8.12倍，到2015年可能缩小为3-5倍。二是知识与信息的差距。我国与西方7国相比，1997年计算机人均拥有量相差32-90倍，互联网普及率相差143-1761倍。另一方面，看到差距的同时，我们要正确认识我国的发展优势，探讨实现信息领域的跨越发展的可能性。我国实现信息发展具有以下条件：
（1）后发成本优势。我国能够通过贸易、投资和技术转让，超越一些历史发展阶段，直接学习和利用发达国家已有经验和技术，享受“后发优势”。作为后来者，我们不需要花费巨资来从事研究与开发，大大减少开发过程的风险成本，可以把节约下来的大量资源用于其他经济活动，促进经济更快的发展。网络技术作为后来者开辟了“新大陆”并大大降低了后续者的进入成本。可以利用先行者的知识和经验，这些知识和经验对后来者来说，重要性不亚于对科学技术的引进和利用。此外，国际贸易不仅使后来者扩大了销售市场，促进了国内生产规模的扩大和生产效率的提高，而且还能引进国外的先进技术、资金和科学的管理方法。后发者在劳动力成本上具有比较优势，可以吸引先行者的资本和技术，从而有利于客服要素“瓶颈”。
（2）信息产业容易跨越。信息产业历史不长，具有技术密集和劳动力密集的双重属性。互联网的历史更短，我国与西方国家在此领域的差距不大，至多落后10-15年。近些年来，世界经济的年均增长率在3%左右，而信息技术及相关产业的增长速度是经济增长速度的2至3倍。“九五”期间，我国信息产业增长速度是宗的国民经济增长速度的3倍。
（3）信息市场潜力大。我国消费信息产品和服务市场增长迅速，潜力巨大。到了2000年，全国信息产业市场规模超过1.4万亿元，比90年代初扩大了8倍。我国彩电、微型计算机、移动手机、集成电路等主要电子产品的产业规模日渐壮大。我国的有线电视用户达1亿用户，电视网络已成为世界第一，固定电话网络规模已居世界第二，这也会有利于吸引跨国公司和国家资本进入，从根本上提示相关产业的素质。
（4）信息设施有较好的基础。在过去的5年中，全国通讯投资累计达到8000亿元。目前，我国通讯网已拥有光纤、数字微波、卫星、程控交换、移动通信、互联网等多种技术手段，长途传输、电话交换，正向新一代宽带多媒体信息网络推进。全国性信息应用系统现已达到100多个，遍及金融、海关、财税、外贸等各个部门与行业，区域信息化水平也不断提高，各种类型的电子商务发展加快，上网企业迅速增加，网上交易额逐步增长，远程教育、远程医疗、网络媒体等各种信息产业形态已经起步。公用信息网已覆盖全国230多个城市，全国互联网已有近1万个站点，网上信息源及应用数据库达到440多个。
（5）有市场体制支撑。随着改革的不断深化，我国的社会主义市场经济体制日臻完善，国民经济的市场化程度明显提高。通过改革，特别是一系列有利于发挥知识、技术和人力资本作用的制度创新，人的积极性、创造性将会被进一步调动和激发出来，所有这些都是为激励和促进信息产业的发展提供强大的动力。要把上述跨越式发展的潜在因素变成现实，必须进行制度创新。没有制度创新，技术跨越式不可能的。
5、结语
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许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和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
论文作者:陈宪辉
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/3/30
标签：机电一体化论文; 技术论文; 产品论文; 我国论文; 机械论文; 功能论文; 信息论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;