机电一体化发展历程

浅析机电一体化的发展历程

【摘要】机电一体化是机械技术、传感器技术、信息技术相互交叉相互融合为一体的产物。

【关键词】机电一体化；核心技术；发展历程

一、机电一体化的核心技术

机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手。

1、机械本体技术：机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进还应利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

2、传感器技术：传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势，对外部传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

3、信息处理技术：机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备特别是微型计算机的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性、包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，

并解决抗干扰及标准问题。

4、驱动技术：轻驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件—传感器—电机三位一体的伺服驱动单元。

5、接口技术：为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光耦器的大容量化、小型化、标准化等问题。

6、软件技术：软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块的固化、推行软件工程等。

二、机电一体化的发展历程

1、数控机床问世写下了“机电一体化”历史的第一页:自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国的数控机床制造业在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术改造资金,使数控设备制造市场一派繁荣。

2、微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机: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、可编程序控制器（plc）、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础:上世纪60年代后期,美国汽车制造业开发一种modular digitalcontroller(modicon)取代继电控制盘。modicon是世界上第一种投入商业生产的plc，70年代是plc崛起,并首先在汽车工业获得大量应用，80年代是它走向成熟,全面采用微电子及微处理器技术，90年代又开始了plc的第三个发展时期，90年代后期进入了第四阶段。其特征是:在保留plc功能的前提下,采用面向现场总线网络的体系结构,采用开放的通信接口,如以太网、高速串口、采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准，从而使plc和dcs这些原来处于不同硬件平台的系统，正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展,趋向于建立同一硬件平台,运用同一个操作系统、同一个编程系统,执行不同的dcs和plc 功能。这就是真正意义上的eic三电一体化。

4、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上了新台阶: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。

三、机电一体化的发展趋势

1、光机电一体化：一般的机电系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的，因此引进并实现光学技术是有效地促进机电一体化系统改进的重要趋势。

2、自律分配系统柔性化：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的反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

3、全息系统智能化：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、信息技术的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

4、仿生物系统化：机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上处于“静态”时不稳定，但在动态时却是稳定的，未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。一是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。另一层含义是模仿生物机理,研制各种机电一体化产品。

5、微型化：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1立方厘米的机电一体化产品,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。

6、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。

当然,机电一体化的发展不是孤立的,它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。大力发展机电一体化产品，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的必由之路。