机电一体化技术的应用与发展趋势

机电一体化技术的应用与发展趋势

王坤节

宁波钢铁有限公司浙江省宁波市315800

摘要：机电一体化技术是多学科多领域技术的融合，是工业现代化进程中的关键技术，其发展水平的高低标志着一个国家的综合实力强弱。本文重点介绍了机电一体化技术的发展现状与主要应用领域，并对机电一体化技术的未来发展趋势做出了预测。

关键词：机电一体化；应用；发展趋势

机电一体化又称为机械电子学，是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术等多种技术进行有机结合并应用到实际中的综合技术。随着我国工业现代化进程的不断推进与计算机技术的快速发展，机电一体化技术获得了前所未有的发展，时至今日，机电一体化的概念早已被广泛接受并获得了普遍的应用。现代机电一体化技术的发展趋势已经从简单的将机械与电子进行融合转向微型化、智能化以及人性化的设计。

1机电一体化概述

机电一体化是一个新兴的边缘学科，正处于发展阶段，代表着机械工业技术革命的发展方向。机电一体化技术是一门跨学科的综合性高技术，是由微电子技术、计算机技术、信息技术、机械技术及其他技术相融合而构成的一门独立的交叉学科[1]。机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称，涉及机械制造技术、电子技术、信息处理技术、测试和传感器技术、控制技术、接口技术、计算机技术、伺服驱动等多种技术，是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。机电一体化技术对现代工业的发展有巨大的推动力，因此世界各国都在大力推广机电一体化技术。

2机电一体化技术应用

2.1工业机器人领域

机器人技术是典型的机电一体化技术，而随着工业现代化进程的不断推进，工业机器人已经广泛应用于汽车装配、食品加工、计算机设备制造等各个工业领域之中。工业机器人的大量应用，一方面提升了产品质量，另一方面使得工业品成本大幅度降低、产量快速升高，企业的利润得以大幅度提升[2]。

最早的工业机器人为示教再现式机器人，这种机器人只能重复示教动作，不能实施规划运动路线，适应性和灵活性都较差。随着传感器技术的发展，带有各种先进传感器的第二代机器人逐渐进入工业应用，这类机器人可以根据传感器获得的环境信息，进行综合分析和判断，可以按照程序设定选择不同的运动路径带到最终目的，可以实现躲避障碍、跟踪运动物体等简单动作，具有低级智能性。这类机器人灵活性和适应性较强，广泛应用于各种生产线上，成为了实现工业现代化的中坚力量。现在，随着超大规模集成电路技术的快速发展，以及神经网络与模糊控制等先进算法的发展，具有多种感知能力、可实现复杂逻辑判断、思维与决策的智能化第三代机器人已经开始应用，这类机器人可以根据现场环境实现动态的路径规划，有良好的人机交互界面，可以在复杂环境中独立行动。

2.2数控机床领域

数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，表现在：①总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构；②开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益；③WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制；④大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，也加强了CNC系统的控制功能；⑤能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去；⑥系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力；⑦以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置[3]。

2.3计算机集成制造系统（CIMS）

计算机集成制造系统（CIMS）是指由一个多级计算机控制硬件结构，配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的软件系统所构成的全盘自动化制造系统[4]。它是当前世界制造业发展的最新趋势，它的出现，打破了传统的生产部门的划分，而实现了从经营决策、产品开发到生产经营管理的有机结合。计算机集成制造系统将一件产品从下订单到送到客户手中的整个生产销售过程作为管理对象，有助于实现全局动态的最优综合。从2000年起，我国开始在全国20多个省市的200多家企业中开始实施CIMS示范工程，并已经取得了巨大的效益。现在，CIMS正在逐步向机械、电子、冶金、纺织、航空航天等诸多领域不断推进。

3机电一体化技术发展趋势

纵观国内外机电一体化技术的发展现状和发展动向，未来机电一体化将会朝着智能化、网络化、微型化的方向不断发展。

3.1绿色化

在人们生活水平逐步提高的同时，对环境发展的关注度也越来越多，因此机电一体化技术在今后的改进工作中，更应注意绿色化的应用发展，最终达到环境保护的最终目标。机电一体化中的绿色发展方向就是实现各类产品的低能耗、低污染发展，并减少人们在使用制造中出现的健康危害，避免造成环境污染。绿色化的发展方向能够是产品应用效率全面提升，并在推动生态环境的良好发展、人体身心健康等方面都具有良好作用，总之，机电一体化的产品发展趋势具有十分广阔的市场前景。

3.2智能化

智能化是近年来机电一体化技术发展的重要方向，“智能化”是指机器行为的智能化，主要建立在控制理论的基础之上，随着人工智能、模糊控制、神经网络等控制方法研究的不断深入，其必将越来越多的应用于机电一体化设备当中。而运筹学、心理学、混沌动力学等新思想新方法的不断深入研究，也比较推动机电一体化设备的智能化进程，使机电一体化设备成为具有复杂逻辑判断能力，能独立学习、思考，并能自主判断自主决策的智能化设备。

3.3光机电一体化

机电一体化技术具备强大的功能作用，并在实际生活、生产过程中发挥出了自身优势，人们对机电一体化技术的研究力度、关注力度也在逐步提升。目前机电一体化的应用主要包含了信息处理系统、能源系统、传感系统等，其中机械机构属于其最主要的结构组成[5]。为更好掌握金银光学技术，促使光机电一体化的技术发展，推动机电一体化走向新的发展时期。

3.4微型化

微机电系统作为机电一体化技术的一个新兴分支近年来受到越来越多的重视，已经成为机电一体化技术新兴的研究热点。因为其体积小，功耗小、运动灵活，在医学、军事等领域有着巨大的应用前景。而蚀刻技术、光刻技术的发展，也为微米级、甚至亚微米级的机械元件的生产提供了新的工具。虽然对于微机电系统的研究开始的时间不长，但是其表现出的巨大市场潜力和广阔的应用前景必将促使其成为未来机电一体化技术研究的一个新的重点。

4总结

随着相关领域的技术不断发展，机电一体化设备作为相关各种技术的融合体与最终成果之一，也必将表现出越来越强的生命力。机电一体化技术的发展空间也必将越来越广阔。

参考文献

[1]李鹏.机电一体化技术在机械工程上的应用及发展趋势[J].科技创新与应用，2016,（8）：148-148.

[2]韩海云.煤矿机电一体化技术的应用、管理及发展趋势[J].中国高新技术企业，2015，（33）：153-154.