发布时间：2024-02-27 16:01:16
绪论：一篇引人入胜的机电一体化发展，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
现代科学技术的不断发展，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、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由机械电气化迈入了以机电一体化为特征的发展阶段。
1 机电一体化概要
机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化。智能化机电一体化是指在机构取得主功能、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。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，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、低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。由此而产生的功能系统，则成为一个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。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术和其它新技术的简单组合、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，其主要功能依然是代替劳动者的劳力。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的原有功能外，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、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手和肢体的延伸，还是人的感官和头脑的眼神。机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别是它具有智能化的特征。
2 机电一体化的发展概况
机电一体化的发展大体可以分为3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，人们自觉或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上看还处于自发状态。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。
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、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中斩露头脚，出现了光机电一体化和微电等新的分支；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，由于人工智能技术、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，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
3 机电一体化的发展趋势
3.1 智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者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。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、生理学和动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，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。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能目前是不可能的，但高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能的。
3.2 环保化
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，生态环境受到严重污染。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。绿色环保产品在其设计、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。设计绿色环保的机电一体化产品，具有远大的发展意义。机电一体化产品的环保化主要是指产品使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
3.3 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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集成减速、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。这样，可利用标准单元迅速 （下接63页）
（上接53页）开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定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，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3.4 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、教育义举人么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是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)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(computer integrated 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将朝着网络化方向发展。
3.5 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1cm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，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
结束语
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是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。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，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
中图分类号：TB486+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0059-01
1、机电一体化技术发展
机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。
1.1 数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
1.2 智能化
即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。
1.3 模块化
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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。
1.4 网络化
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成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。
1.5 人性化
机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。
2、机电一体化技术在钢铁企业中应用
在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：
2.1 智能化控制技术（IC）
由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢―――连铸―――轧钢综合调度系统、冷连轧等。
2.2 分布式控制系统（DCS）
分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。
2.3 开放式控制系统（OCS）
开放控制系统（OpenControlSystem）是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。
2.4 计算机集成制造系统（CIMS）
钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。
2.5 现场总线技术（FBT）
现场总线技术（FiedBusTechnology）是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术（如4～20mA，DC直流传输）就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC（ProgrammableLogicController）和现场就地控制站等的发展。
参考文献
[1]杨自厚.人工智能技术及其在钢铁工业中的应用[J].冶金自动化，1994（5）.
[2]唐立新.钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究[J].冶金自动化，1996（4）.
1机电一体化的内容与核心技术
1.1机电一体化技术的基本内容系统工程是该技术的主要工作方式，此外，该技术的应用还包含了电子、机械等各个领域的技术，并将这些方面的知识、技术进行了有机结合，从而优化了产品制造和系统间的配置。同时，还促进了产品满足现实中的需求。就目前而言，使用一体化技术时一定要将与其有关的建设工作做好，特别是各种技术的创新、原理等，以生产出质量更好的新产品，因此，该技术本质上是相关技术整合后的结果。1.2机电一体化的核心技术1.2.1自动控制技术该技术是所有技术中最为复杂的一项，因为该技术涵盖的面积非常广，内容五花八门，基于控制理论的知识对一体化系统进行设计，再进行模拟检测和现场测试。在其能控制的区域中，该技术所包含的内容非常多，主要有自适应、速度、精度定位等控制技术。1.2.2系统技术系统技术指的是一体化中包含的所有组织、概念等的总称，它是一个基于整体角度的技术，将整体分割成多个互相联系的功能模块，从而将其与接口技术统一起来，并进行有效的管理，达到将系统连接起来的目的。1.2.3计算机、信息技术信息技术、计算机技术这两种技术的结合运用是对信息进行互换、储存、读取、运算以及进行相应判断的过程，该过程包含的内容分极其丰富，主要有专家系统、人工智能、决算等。1.2.4机械技术该技术是实现机电一体化的基本技术，机械技术具有高、新的特点。该项技术应用的关键点在于怎样将其融入到一体化技术中，并利用它自身的特点更新、处理产品，对产品的性能、结构、材料进行改善，进而大大改观产品的准确度、性能。
2机电一体化技术的发展趋势
在20世纪90年代后期，很多发达国家引领一体化技术向着智能化方向发展。形成这种趋势的原因有3个：①通信、光学等技术广泛应用到了一体化技术中。此外，微细加工这一精密技术也逐渐引进其中，形成了微机电、光机电等一体化的分支技术；②相关人员对一体化这一学科的体系、发展方向进行了深入探讨，比如集成方法、建模的设计与分析等；③光纤、神经网络、人工智能等技术的快速发展，为一体化技术、产业化发展起到了巨大的推动作用。未来机电一体化技术的发展趋势分为以下5方面。2.1绿色化随着人们环保意识的逐渐增强、绿色发展概念的普及，机电一体化技术也要向着绿色化方向发展。该技术的绿色发展指的是其应用不会污染环境，可降低材料的使用成本，并能实现回收再利用。比如，通过将废物产生量、材料使用量、产品设计三者之间的关系进行量化，从而分析一体化产品制造过程是否对环境造成了污染；对一体化产品设计、制造中的每一阶段进行改进，争取通过废弃材料来加工生产，产品报废之后还可以回收再利用。2.2模块化随着产品精细程度、成熟程度的提高，产品制造过程中的分工会越来越细化，且所有的细化分工应参考一样的标准。因此，就形成了模块结构。机电一体化也逐渐向着模块化的方向发展。比如，研发集实时测距、动态捕捉、图像采集与校对、数据监测等于一体的电机控制模块，研发集节能、变频、减速于一体的电机驱动模块。在此情况下，便能在产品设计环节直接使用所建立的模块，大大加快了产品研发的速度。2.3微型化机电一体化向着微型化发展是必然趋势，这是因为微型化发展可以对微电子、软件、微机械等技术进行有机融合，并具有使用灵活、消耗能量低、体积小等优点，发展前景良好。2.4系统化系统化的发展趋势主要体现在2个方面：①逐渐引进多系统、远程通信的局域网，大幅提升通信能力；②逐渐使用模块化、开放式的结构，能随意分割和组合，灵活多变，比如，当前正在对智能机器人进行生物系统化的研发。2.5智能化在当前信息时代的大背景下，控制理论的逐渐应用、传感系统的快速发展、计算机运行速度的不断加快均推动着机电一体化技术向着智能化的方向发展。比如，现阶段有的机器人能模仿人类的思维或动作，在工业生产、家庭生活中已经被运用。
3机电一体化技术的发展思考
要想推动机电一体化技术的发展，应做好以下5方面的工作。3.1优化发展环境要想优化该技术的发展环境，应确保人们可以正确认识该技术的发展，并引起高度重视，从而为一体化技术的发展创造一个良好的环境，争取获得政策、技术上的大力支持。同时，应为研发人员提供充分的保障，调动他们的积极性，争取为机电一体化的发展作出更多的努力。3.2做好相关管理工作充分发挥相关协会的作用，做好相应的管理工作。在机电一体化进程中，应按照国家的相关规定，并以国家政策为原则来发展，这有利于机电一体化的突破发展。3.3统筹发展在机电一体化的发展中，一定要对各个环节、各个方面进行统筹，促进它们之间的协调发展。所以，应进行深入调查，对一体化技术进行科学的分析和统筹，为一体化技术的整体发展提供可以参考的依据，从而促进一体化技术的发展。3.4拥有自主知识产权该技术应用中的所有装置设备应有自己的知识产权，以提高一体化产品的供求比例，防止供求关系紊乱。3.5增加产品的通信功能只有确保产品具有通信功能，才能使其更加时适应自动化的需求。
4结束语
随着科技的不断发展，机电一体化技术也将更加成熟，大众视野中的一体化产品也会逐渐增多，其使用会越来越广泛。在今后的发展中，机电一体化技术将向着智能化、微型化、系统化、模块化、绿色化的方向发展，它的作用会越来越大，为进一步提高生产效率、推动社会的发展作出更大的贡献。
参考文献
