机电一体化技术的应用及发展趋势

第一篇：机电一体化技术的应用及发展趋势

机电一体化技术的应用及发展趋势

摘 要：随着我国工业生产水平的不断提高，机电一体化技术的应用也日趋广泛，成为现代工业技术发展的重要?酥局?一，了解和掌握机电一体化技术的应用和未来发展前景，也是当前机械工程领域关注和研究的重点课题之一。本文从机电一体化技术的发展入手，分析了机电一体化的发展前景趋势，希望能借此给同行们提供一些有价值的参考。

关键词：机电一体化 技术应用 发展趋势

1.机电一体化的技术应用

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。

机电一体化技术的应用领域十分广泛，主要应用在数控机床、计算机集成制造系统、柔性制造系统、工业机器人等方面。它在应用技术方面主要包括软件和硬件两个大的方面，其在不同领域中的具体应用的核心技术包括：

1.1在现代机械制造业中的应用

机械制造业的市场竞争局面紧张，而在传统的机械制造行业中，规模和经济基础是决定市场占有率的关键，而社会发展到今天，制造业已经打破了单纯依靠人力生产的技能传统，取而代之的是电子计算机技术、敏捷制造、柔性制造、并行工程和计算机数字控制技术等高新技术制造系统占据了信息竞争主导地位，起到了促进生产模式创新和发展的作用。

1.2在钢铁行业中的应用

机电一体化技术在钢铁企业中的应用主要是计算机集成制造系统，是将人、生产经营、生产管理和整个生产管理过程的全方面有效连接的一种控制系统。从原料进入生产企业，到原料的加工生产和成品的发货等全方面加以监控的新技术应用。

1.3在饮料食品行业中的应用

机电一体化作为一种应用发展最快的新技术，在饮料食品行业的包装机械开发、设计和制造等方面也被广泛引入，大大提高了生产加工的自动化水平，提升了生产能力和管理效率，为企业在行业中的优势竞争地位奠定了基础。

此外，机电一体化的技术应用还包括在现场总线技术方面和交流传动技术方面的应用。现场总线技术其实就是将新型的信号传输技术替换成现场总线技术的一种方法，在有效控制的基础上实现双向的信息传送。而交流传动技术则是将矢量控制技术进行实用化应用的代表，是数字技术发展的产物，在未来，还将取代直流传动技术。

2.机电一体化技术的未来发展趋势

当前，光机电一体化技术作为一种新兴的学科，在多年的发展后逐步形成了一种新兴产业，并逐渐受到人们的重视。同时这也决定了当代机电一体化技术的未来发展趋势：

2.1 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程，这一重要发展趋势将给所有机电一体化企业带来光明的发展前景。使得产品种类和生产厂家繁多、单元复杂的机电一体化产品更好的被整合，对开发研制新产品和进一步扩大生产规模都将有极强的推动作用。而为了更好的避免利益冲突，还应该相应的制定相关必要的国际或国内生产标准。相关标准的制定，对生产标准机电一体化单一的企业和对生产机电一体化产品的企业来说，都会有利无害。

2.2智能化

在21世纪智能化已然成为机电一体化技术发展的一个重要方向。这一时期的人工智能应用在机电一体化技术应用研究中备受关注，其中最为典型的技术应用代表当属机器人和数控机床的智能化应用。尽管在当前的技术条件下，机器人不可能达到与人完全相同的智能，但是其智能化的拟人应用是完全有可能，并在现实的生产生活中也有必要的，如何在理论控制的基础上行，达到更高的控制目标，将是机电一体化技术智能化应用的一个重点。

2.3微型化

在20世纪80年代末期，机电一体化技术已经开始朝着微型及其和微观领域发展，国外更是兴起了一种较为微电子机械系统的机电一体化产品，这种体积小、耗能少、而且运动灵活的这款新产品逐渐朝着微米、纳米级发展，并彰显其在生物医疗、军事和信息等方面应用的巨大优势，势必成为未来的一大发展趋势。但需要注意的是，这一技术的突破发展也存在一定的技术瓶颈。

2.4网络化

20世纪90年代，计算机技术应用方面开始出现了网络技术，其在工业生产和科学技术及各领域的广泛应用，极大地影响了人们的日常生活，同时也加剧了企业间的全球化竞争趋势，使得各企业在面临严峻挑战的同时也带来了极大的发展机遇。这也就预示着，一旦研制出质量可靠、功能独特的新的机电一体化产品，其畅销度将快速覆盖全球。特别是在网络日益普及并形成了计算机技能家电系统的今天，家电已经和家庭网络密切相连，这也就预示着机电一体化产品只有朝着网络化方向发展，才能在高科技技术的应用中满足人们的便利需求和使用快乐。

2.5绿色化

工业的发展给人们的生活带来了巨大的影响，在提高舒适生活和物质满足的同时，也衍生出了资源短缺和环境污染加剧等系列问题。因此，回归自然、绿色环保健康的产品概念也开始成为社会需求的主流和时代发展的趋势。这就要求产品在其设计、制造、使用和销毁的全过程中，都应以尽量减少对人体健康的损伤和提高产品利用率为前提，不污染、能回收利用的新型机电一体化产品的绿色设计理念，其未来的发展前途将极其远大。

3.结束语

众所周知，在市场经济体制不断完善和竞争加剧的今天，科学技术不断朝着整体化、交叉化、数字化和微电子技术信息技术的方向发展，机电一体化技术的应用范围也不断增加。只有了解其应用现状，认清其未来发展趋势大力推广和发展，才能让机电一体化技术在各行业中的应用，来进一步提升产品的质量和工作效率，更好的服务人们的生产生活，从而推动机械工业的发展与振兴。

参考文献

[1]王霞.机电一体化的发展与应用[J].科技资讯，2013（27）.[2]钟六平.浅议机电一体化之控制系统[J].科技资讯，2013（34）.[3]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004.

第二篇：机电一体化技术的应用与发展趋势分析

机电一体化技术的应用与发展趋势分析

摘 要：在科学技术的发展过程中，机电技术也在各关键领域取得了普遍应用，为使机电一体化技术能够在未来得到快速发展，应当对其未来的发展进行推广，对其中存在的问题和不足展开了解，进一步明确机电一体化发展的整体趋势。本文主要分析了机电一体化的技术应用与未来发展，并使其能够在发展中得到更好的技术更新。机电一体化技术在自动生产线、数控机床等领域都有较多的应用意义，因此绿色化、智能化是机电一体化技术未来的发展方向。

关键词：机电一体化技术 应用 发展趋势

机电一体化技术在经济发展的过程中，使自动化的发展提升具有良好的技术支持，并在机电一体化技术的应用过程中，有效减少人力物力在生产加工中的多余消耗，并降低了安全问题发生的几率，因此在煤炭行业、建筑行业中创造了巨大社会效益与经济效益。机电一体化技术包含信息传感器技术、电工电子技术、接口技术、机械技术等多项技术的有机结合，并能够综合应用在实际操作中。

1.机电一体化的应用范围

1.1建筑材料

在当前建筑施工的工作中，对建筑材料的要求也越来越高，且建筑材料作为建筑施工中比例较多的内容，对其的质量要求标准也更高。要想保证建筑材料能够有更高的质量发展特征，就要确保机电一体化的技术能够在建筑材料中得到科学应用[1]。此外，建筑材料的选择调配对建筑质量有直接影响，若是材料调配没有满足规定要求，将会减少建筑工程中的使用寿命，甚至引发严重的安全隐患，从而产生经济损失。正因如此，应用机电一体化技术到建筑材料中，就能实现建筑材料的正确配比，以免误差产生，进而推动建筑行业的发展。

1.2自动生产线与数控机床

作为一个生产大国，我国在产品生产的过程中，对机床的使用量非常大，这也造成国家生产总值的提升。通常情况下，机床建设同数控技术的发展具有密切联系。在国家机电一体化技术逐步发展完善的过程中，机电技术也更加成熟，但是综合水平的发展依然处于世界的中级水平，因此对其要逐步改进与完善，进而更好推动数控机床技术的发展。此外，机电一体化在自动化生产线中也有普遍应用，且在国民经济增长的进程中，更多的生产设备与自动化生产线被用于工业化建设的工作时，使工业化进程进一步加快。就当前阶段的发展来说，工业化的发展还具有一定不足，需要在今后的使用过程中完善人机界面系统设计、边坡调速等任务，从各方面完善机电一体化技术的发展。

1.3钢铁行业

机电一体化技术在钢铁行业中的应用，能够使生产效率、生产质量得到提升，促进钢铁行业能够超现代化的发展方向进步，就当前的发展情况来说，钢铁行业中的机电一体化技术应用可分成以下几点：第一，计算机集成系统的应用，使得钢铁生产过程中每个工作流程能够紧密连接。第二，现场的总线技术应用，能够使设备链路实现通信数字化[2]。第三，使用交流传动技术，能够替代传统的电子传动，使生产效率大幅度提升。

1.4工业机器人

机电一体化在工业机器人中的应用主要为三个阶段，第一阶段中，机器人对环境的适应力较差，智能依照规定要求进行动作的机械重复。第二阶段中机器人已经具备初级的传感系统，并能够及时进行信息处理。第三阶段的工业机器人发展，已经逐渐进入智能化的发展领域，引出感知能力?^强，能够在较为复杂的逻辑思维中进行合理准确的科学分析，使工业机器人能够在使用中发挥更好的社会效益，并具备较好的环境适应力。

2.机电一体化的发展趋势

2.1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。

2.2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[3]。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。

2.3智能化

在当前信息化技术飞速发展的进程中，智能化的信息技术水平也有了突飞猛进的发展。因此机电一体化技术中，人工智能的科学应用，也是未来发展的趋势之一。在充足的理论知识基础之上，从多方面思维引进，从而达到机电一体化技术的全信息化。智能化作为机电一体化技术的信息重要表现，能够运用计算机科学、人工智能、模糊定量、运筹学等进行机电一体化技术的整体发展，并且在模拟人类智能技术、混沌动力学等领域有了新的研究进程，随着今后机电一体化研究的逐步深入，也呈现出了“全息”化发展特征，并在智能化的应用领域增强使用效果。

3.结语

综上所述，机电一体化技术是在经济发展进程中十分重要的科学技术，也属于全球科学技术发展的结果。所以，在以后的发展应用过程中，相关部门应当更加重视机电一体化技术的深入与研究，利用先进的技术设备创新机电一体化发展。促使国家的生产效力能够提升也能增大企业的发展规模，提升其社会经济效益，全面推动国家经济的持续发展。机电一体化技术综合多种科学技术的应用优势，在技术发展的提升过程中其应用水平也能够不断进步，最终在机电行业中发挥更大作用。

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.[3]倪飞.机电一体化在工程机械中的应用分析[J].科技致富向导，2015（11）：277-277.

第三篇：机电一体化技术及应用.doc

第1章绪论

第一节机电一体化的定义

1、机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，并把柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等先进制造技术的生产线和制造过程也包括在内，发展了机电一体化的含义。

2、机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术。

3、名词解释：机电一体化产品

在机械产品的基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品。

第二节机电一体化系统的基本功能要素及相应功能

1.机械本体机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。其主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。

2.动力部分功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统的正常运行。机电一体化的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。

3.传感检测部分 功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并装换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能通常由专门的传感器和仪器仪表完成。

4.执行部分功能是根据控制和指令完成所要求的动作。执行部分是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。它将输入的各种形式的能量转换为机械能。

5.驱动部分功能是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。

6.控制与信息处理部分功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行部分，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。控制与信息处理单元一般由计算机、可编程控制器（PLC）、数控装置以及逻辑电路A/D与的、D/A转换、I/O接口和计算机外部设备等组成。

7.接口一是交换；二是放大；三是传递。机电一体化系统的组成及工作原理

第三节机电一体化的相关技术（六大方面）

1．机械技术：是机电一体化的基础

2．传感检测技术：是机电一体化系统的感觉器官

3．信息处理技术：包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。机电一体化主要采用工业

4．自动控制5.伺服传动技术6.系统总体技术

第2章机械传动与支承技术机械系统是机电一体化系统的基本要素，主要用于执行机构、传动机构、支承部件。

第一节机械系统数学模型的建立

1．机械移动系统

机械移动系统的基本元件是质量、阻尼器和弹簧。

第二节机械传动系统的特性、影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素：（1）负载的变化（2）传动链惯性（3）传动链固有频率（4）间隙、摩擦、润滑和温升

2．机械传动系统的特性（公式—选择）P22-23

(1)阻尼线性阻尼下的振动为实模态，非线性阻尼下的振动为复模态阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系数m—系统的质量 k—系统的刚度（2）刚度对于伺服系统的失动

量来说，系统的刚度越大，失动量越小。对于伺服系统的稳定性来说，刚度对开环系统的稳定性没有影响，而对闭环系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。

（3）谐振频率（4）间隙（1）齿轮传动的齿侧间隙的消除 1)刚性消隙法2）柔性消隙法 3）丝杠螺母间隙的调整垫片式调隙机构、螺纹式调隙机构、齿差式调隙机构

第三节机械传动装置齿轮传动使用最多的原因是：瞬时传动比为常数、传动精确、强度大、能承受重载、结构紧凑、摩擦力小、效率高。

谐波齿轮减速器原理若将钢轮固定，外装柔性轴承4的波发生器凸轮3装入柔轮2中，是原形为圆环形的柔轮产生弹性变形，柔轮两端的齿与钢轮的齿完全脱开，长袖与短袖间的齿测逐渐齿入齿出。与一般齿轮传动相比有下列特点(1)传动比大单级50~500多级可达3000以上（2）承载能力大（3）传动精度高（4）齿侧间隙小（5）结构简单、体积小、重量轻

第四节回转运动支承主要由滚动轴承、动压轴承、静压轴承、磁轴承等承担。直线运动轴承主要是指直线运动导轨副起作用是保证各零件之间的相对位置和相对运动精度。机电一体化系统常用的直线运动支承有滑动导轨滚动导轨液体和气体静压导轨

第三章检测技术

第一节 传感器的性能（1）静态特性指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性。（2）动态特性传感器的使用原则1）足够容量2）与测量或控制系统的匹配性好，装换灵敏度高3）精度适当且稳定性高4）反应速度快，工作可靠性好5）适用性和适应性强6）使用经济

第二节光栅 由标尺光栅和指标光栅组成。是位移监测器，特点精确高、响应速度快、和量程范围大。P=0.001mm把摩尔条纹调大10mm则放大倍数相当于1000倍

感应同步器是一种应用电磁传感器原理制造的高精度检测元件，直线式和圆盘式。分别检测位移和转角。

第三节光电式速度传感器是由装在被测轴上的带缝隙圆盘、光电器件、和指示缝隙盘组成。

第四节接触式位置传感器1）由微动开关制成的位置传感器2）二维矩阵是配置的位置传感器。接近式位置传感器按其工作原理主要分电磁式、光电式、静电容式、气压式、超声波式。

第五节 测量放大器需要电路具有横高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。程控增益放大器经过处理的模拟型号，在送入计算机处理前，必须进行量化，及进行模拟数字变换，变换后的数字信号才能为计算机接受处理。在计算机自动测控系统中往往不希望、有时也不能利用手动办法来实现增益而希望利用计算机采用软件控制来实现增益的自动变化。隔离放大器在有强电或电磁干扰的环境中为了防止电网电压等对测量回路的损坏，其信号输入通道采用隔离技术。能完成这种任务、具有这种功能的放大器。

第七节用软件线性化处理的方法有：计算法、查表法、插值法。

第四章伺服传动技术伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，是机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。伺服系统的结构组成：控制器、功率放大器、执行机构、和检测装置。通常伺服电动机应符合以下基本要求：具有宽广而和平的调速范围、具有较硬的机械特性和良好的调节特性、具有快速响应特性、空载使动电压小。步进电动机是一种将脉冲信号装换成位移角的执行元件。对这种电动机施加一个脉冲后，其转轴就装过一个角度，称第一步。脉冲数增加位移角随之增加，脉冲频率高装速快，相序改变，电动机反转。

第二节直流伺服系统结构：相敏放大器、位置调节器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服电动机、减速器、位置检测

脉宽调制型pwm功率放大器基本原理：利用开关功率器件作用，将直流电压换成一定频率的方波电压，通过方波脉冲宽度调制，改变输出电压的平均值。

Pwm控制电路脉冲调制器、逻辑延时环节、晶体管基极驱动器。

第三节异步电动机变频调速器 6个功率开关、12个晶体管。

Spwm变频调速系统：绝对值运算器、函数发生器、逻辑控制器。

环节分配器：三相三拍、三相六拍、双三拍

电液伺服系统是由电信号处理部分和液压的功率输出部分组成的控制系统，系统的输入是电信号。电液位置伺服控制系统常用于机床工作台的位置控制、机械手的定位、稳定平台水平位置控制等。电液速度伺服控制系统：若系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，就可以实现对系统的速度控制。

第五章计算机控制技

1.直接数字控制系统（DDC）

这类系统中计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控制对象，故称为直接数字控制系统 2分布控制系统式

分布式综合了计算机技术 通信技术和控制技术，采用多层分级结构的构成，从下而上的分为控制级，控制管理级和经营管理级

3传送的方式

无条件传送 查询式传送 中断式传送D/A转换器是指将数字量转换位模拟量的电路DAC0883主要是有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成的。使用两个寄存器的优点是可以进行两次缓冲操作，使该器件的应用有更大的灵活性。A/D模数转换器是将模拟电压转换为数值量的器件。实现的方法a逼近法b双积分法。7 STD总线的技术特点a小板结构b严格的标准化c面向I/O设计d高可靠性STD总线工业控制计算机

a Z80系列STD总线工业是最早开发的一种机型，特点可靠性高 价格便宜 普及面 等优点，目前占有很大市场

b 单片机系列本身就是工业控制机，集成密度较高，作为控制应用其功能比较齐全，可靠性和抗干扰能力强数值PID调节器的设计

PID能够较好的兼顾动态控制系能和稳态控制系能

第六章简单的机电一体化

1全自动洗衣机

工作时单面片机通过检测待洗衣物的浑浊度 布质 布量和水温等作为模糊推理的输入条件。

第七章工业机器人

1.工业机器人的组成 操作机 驱动系统 控制系统 人工智能系统

2.工业机器人的分类 a按操作机坐标形式分为 直角坐标型工业机器人 圆柱型 球坐 多

关节型平面关节型机器人b按控制方式分类 点位控制 连续轨道控制c 按驱动方式分类 气动式 液压式 电动式

3.手腕是由弯曲式关节和转动式关节组成。两自由度腕关节来说有RR和BR两个结构，对于三个自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五种表示p表示俯仰Y表示摆动R表转动

4.手部很据其结构和用途不同可以分为机械夹持器 专用工具和万能手三类

5.机械夹持器分为 回转式 移动式 内撑式

6.研究工业机器人的目的是建立工业机器人个运动构建与手部在空间位置之间的关系，建

立机器人的手臂运动的数学模型，为控制工业机器人的运动提供分析的方法和手段，为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定功能提供依据。

7.工业机器人的力学分析分为静态力学分析和动态力学分析。静态力学是研究操作机在静

态条件下，手臂受力情况；动力学分析是研究操作机各主动关节驱动力与手臂的关系，从而得出工业机器人的动力学方程。

第八章柔性制造系统和计算机集成制造系统

1．柔性制造系统的定义和适用范围

FMS是指可变的 制动的化程度较高的制造系统，主要包括若干数控机床加工中心，用一套自动物料搬运系统连接起来，由布级多级计算机系统进行综合管理与控制。

适用范围：能解决单件 小批量生产的自动化问题，也能适应大批量 多种产品的自动化问题，它把高柔性 高质量 高效率结合起来，在当前具有较强的生命力

2柔性制造系统的组成和结构

组成：加工系统 物料系统 能量系统 信息系统。

第四篇：浅谈机电一体化技术的发展趋势

浅谈机电一体化技术的发展趋势

机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术,它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速,机电一体化产品更新日新月异。

一、机电一体化技术的发展历程

“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。直到70年代,人们一直把机电一体化看做是机械与电子的结合。

80年代,信息技术崭露头角。微处理机的性能提高,为更高级的机电一体化产品所采用,典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后,使机械一电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。

进入90年代,通信技术进入了机电一体化,机器可像机器人系统那样避控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用,有的在性能上更是多用途的,尤其是微传感器和执行器技术的发展,和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的纬合,开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”虽然微加工方法尚未成熟,但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后,机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展,稳步进入了21世纪。

二,典型机电一体化产品的发展趋势

(一)数控机床。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家(近320万台),但数控机床只占约5%且大多数是普通数控(发达国家数控机床占10%)。近些年来数控机床为适应加工技术的发展,在以下几个技术领域都有巨大进步。

1.高速化。由于高速加工技术普及,机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3 000~4 000r/min提高到8 000~10 000r/min快速移动速度由过去的10~20m/min提高到48m/min,60m/min,80m/rain,120m/min:在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度,由过去一般机床的0.5G(重力加速度)提高到1.5G~2G,最高可达15G:直线电机在机床上开始使用,主轴上大量采用内装式主轴电机。

2.高精度化。数控机床的定位精度已由一般的0.01~0.02mm提高到0.008左右;亚微米级机床达到0.0005mm左右:纳米级机床达到0.005~O.Olum最小分辨率为1nm(O.000001mm)的数控系统和机床已问世。

3.复合加工,新结构机床大量出现。如5轴5面体复合加工机床,5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各种新颖的机床结构,包括6轴虚拟机床,串并联绞链机床等,采用特殊机械结构,数控的特殊运算方式,特殊编程要求。

4.使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎天翼”。如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑,在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1 000m/min,加工铝件能达5 000m/min。

因此,计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各和新技术都在数控机床基础上发展起来,这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。

(二)自动机与自动生产线。在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备,是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如:各种高速香烟生产线;易拉罐自动生产线:FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等,这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。使用这些自动机和生产线的企业越来越多,对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。

三、机电一体化技术的发展趋势

以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命,不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展,而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测,机电一体化技术将向以下几个方向发展:

(一)光机电一体化方向。一般机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术,利用光学技术的先天特点,就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

(二)柔性化方向。未来机电一体化产品,控制和执行系统育足够的“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”。在这系统中,各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”,可根据不同环境条件做出不同反应。

(三)智能化方向。今后的机电一体化化产品“全息”特征越来越明显,智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。

四、仿生物系统化方向

今后的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(工作)时却是稳定的。就目前情况看,机电一体化产品虽然有仿生物系统化七方向发展的趋势,但还有―段很漫长的道路要走。

五、微型化方向

目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时,就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时,机械和电子完全可以“融合”机体,执行结构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。□

(编辑/丹桔)

第五篇：机电一体化技术的现状及发展趋势

机电一体化技术的现状及发展趋势

摘要：机电一体化技术是由微电子技术、计算机技术、信息技术、机械技术及其它技术相融合构成的一门独立的交叉学科。机电一体化产品迅猛发展，几乎遍及所有制造业领域。机电一体化技术在数控技术、工业机器人、计算机集成制造系统方面都取得了一定的成果。随着科学技术的发展，国内外机电一体化将朝着绿色化、智能化、网络化、微型化、模块化方向发展，各种技术相互融合的趋势也将越来越明显。

关键词：机电一体化；发展现状；发展趋势

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。一般认为，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、机械技术及其它技术相融合而构成的一门独立的交叉学科。

1国内机电一体化发展现状

1.1数控技术方面

我国的数控技术起步于1958 年，在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达到50%，配置国产数控系统（普及型）也达到了10%。纵观我国数控技术近50 年的发展历程，特别是经过四个五年计划的攻关，总体来看取得了很好的成绩。目前，国内已具有年产数控系统3000 多套、主轴与进给装置5000 多套的生产能力。近十年来，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开始进入纳米级（0.01 μm）。

1.2工业机器人方面

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，机器人软件的设计和编程等关键技术，还掌握弧焊、点焊及大型机器人自动生产线（工作站）与周边配套设备的开发和制备技术。现在，我国从事机器人研发的单位有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，其中完全国产的工业机器人（行业内规模比较大的前三家工业机器人企业）行业集中度占30%左右。

1.3计算机集成制造系统方面

我国经过多年的理论和技术准备，CIMS 已经有了较快发展。目前，已在清华大学建成国家CIMS工程研究中心，在著名高校和研究单位建立了七个CIMS 单元技术实验室和八个CIMS 培训中心。2000 年，全国已有20 多个省市、10 多个行业、200多家不同规模和类型的企业通过实施CIMS 应用示范工程，取得了巨大的经济效益。当前CIMS 的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域，正得到各行各业越来越多的关注和投入。

2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和进步。纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，未来机电一体化将朝着绿色化、智能化、网络化、微型化、模块化等多方向发展。

2.1绿色化

若将机械产品和制造机械产品的机械装置统称为机械系统，则机电一体化技术的功能可归结为：提高机械系统的性能，完成传统机械系统不能完成的功能；提高机械系统的智能化程度，使人在更舒适的环境中工作；提高机械系统的可回收性；降低机械系统的原材料消耗；降低机械系统的能耗；降低机械系统对环境的污染，可以看出其中至少有3 条是和环境保护有关的。因此，进入21 世纪，机电一体化技术的使命是要能提供一种高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、环境舒适和可回收的智能化机械产品，即提供一种能满足可持续性发展的绿色产品。

2.2智能化

人工智能系统是一个知识处理系统，它包括知识表示、知识利用和知识获取三个基本问题，其最终目标是模拟人的问题求解、推理、学习。人工智能在机电一体化建设中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。“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，模拟人类的智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。目前，专家系统、模糊系统、神经网络以及遗传算法是机电一体化产品（系统）实现智能化的四种主要技术，它们各自独立发展又彼此相互渗透。随着制造自动化程度的不断提高，将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动，并会对制造中出现的问题进

2.3网络化

种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到、质量可靠，很快就会畅销全球。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使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（Homenet）将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（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。

2.4微型化

微型化兴起于20 世纪80 年代末，是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。近十余年来，微机电系统（MEMS），作为机电一体化技术的新尖端分支而倍受重视，它泛指几何尺寸不超过1 cm3 的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，发展难点在于微机械并不是简单地将大尺寸的机械按比例缩小，由于结构的微型化，在材料、机构设计、摩擦特性、加工方法、测试与定位及驱动方式等方面都产生了一些特殊问题。

微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，可进入一般机械无法进入的空间，并易于进行精细操作，因此在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。因此在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

2.5模块化

机电一体化产品和技术可分为机械、电子和软件三大部分。模块化技术是这三者的共同技术。模块化技术可以减少产品的开发和生产成本，提高不同产品间的零部件通用化程度，提高产品的可装配性、可维修性和可扩展性等。融合机械、电子和软件三大部分的机电一体化模块代表了未来产品的发展方向，具有高度自主性、良好协调性和自组织性的特点。总之，模块化设计与制造是机电一体化系统的基本方法和发展趋势。随着微处理器性能价格比的迅速提高和微机械电子（MEMS）技术的飞速发展，各种机电一体化模块将越来越多地出现在市场上。利用这些模块，可以迅速方便地设计和制造出各种新的机电一体化产品。

3结束语

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，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献：

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（43）：22-24.[3]杨明，路琴.机电一体化的研究现状与发展趋势[J].农机化研究，2006，（8）：38-40.