机电一体化技术的发展及应用

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随着科学技术的飞速发展，机电一体化技术已经成为当今工业科技的重要组成部分。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，信邑技术，传感栅4控技术，电力电子技术、接口技米、信息变换技束以蔑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．合理配置与面局各功能单元，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。

1 机电—体化概要

机电一体化发展至夸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，还将披赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综台运用机械技来．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，信息变换技术以厦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，高质置，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辑技米。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。只是，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，而不是机械技米，微电子技术以菔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。机械工程技术有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和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的锾电子装置除可取代某学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与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，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—体化的发展现状

机电一体化的发展20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在选一时期，人们自觉不自觉地利用电于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筮状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械拄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70至80年代为第二阶爰，可称为蓬勃发展阶段。达一时期，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迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

20世纪90年代后期，开始了机电一体他技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深人发展时期。一方面。光学，通信技术等进人了机电一体化，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～体化等新分支-另一方面对机电一体他系统的建稹设计，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、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，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐新形成完整的科学体系。

我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。经过十多年的发展取得了重大进展，但从总体上看．离国民经济对先进技术的要求还有相当距离。与发达的工业国家相比．主要存在以下几个问题：一是产品质量不稳定，产品水平低·二是科技基础薄弱．自主开发能力差，发展后劲不足，某些技术领域与国际差距有拉大的趋势-三是技术进步体现不够，高水平产品比重小，技术进步对经济增长的贡献较低。

3 机电—体化的应用

各类科技学科发展爱相互掺透，促使了机电一体化技术和产品在各行业．部门的飞速发展。在机械制造业中的数控机床，工业机器人的应用，轻纺工业．办公机械．以殛通信方面的一体化产品更是层出不穷。自动化主体仓库是机电一体他技术用于仓库管理的典型产品。在位器使表、医疗器皱．工业流程管理与控制等方面机电一体化应用和发展都十分迅速。下面以Li／MnO，扣式电池生产线为例说明机电～体化在制造业方面的应用。

Li／Mn0．扣式电池生产线根据工艺路线一般包含上负极片．加隔膜纸，洼电解维、上正槛片，渗透，上正极壳以及封口等几道工序．Li／MnO，扣式电池自动组装生产线控制系统，在系统中采用PLC毪行控制，触摸系统中使用了大量的传感器．用于检测生产线的工作状态，该系统具有控制系统故障诊断、机械装置故障报警，气动故障自动监测，次品检测与自动剔除，冲床人身安垒自动监羽4等功能。在PLc控制系统中，主要的检耦4元件有对射光电开关、漫反射光电开关、接近开关、磁性开关．压力传感器，行程开关等，执行部件主要有电机，气缸．振动料斗，海霸泵、冲床．声光报警器以及状态显示灯等。软件设计部分应用OMRON编程软件Cx—Programmer进行编程。并在此基础上研发了Li／MnO，扣式电抱负极自动环圈机、负极自动焊网机等一系列产品．对促进Li／Mn0，扣式电池生产线的发展做出了很大的贡献。

4 机电—体化的发展趋势

机电一体他是集机槭，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井促进相关技术的发展和进步。进入2 l世纪，在机电一体化技术的发展方向中，最主要的是：智能化，数字化、网络化，微型化，绿色化，下文对此略加探讨：

4.1智能化

智能化是2l世纪机电一体化技术发展的1一个重要发展方向。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。这里所搅的。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，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维，自主决镶等能力，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、

高速的微处理器使机电一俸化产品赋有低级智能或入的部分智能，则是完全可能而又必要的。

4 2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．如虚拟硷计，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。

4．3网络化

20世纪90年代，计算机技采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、教育义举人幺百常生活都带来了巨大的变革。各种踟络将垒球经济，生产连成一片，企业间的竞争也将垒球化．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，很快就会畅销垒球。由于网络的普厦．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，利用家庭刚络(home 11et)将备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 appliancesysteIll，cIAs)，使人们在家里分享备种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝若网络化方向发展。

4.4微型化

微型化兴起干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lcm，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，耗能步，运动灵瑶．在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微扎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。

4 5绿色化

工业的发达给^们生括带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生话舒适。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。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。

5 结语

综上所述。机电一体化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。特别指出机电一体化技术促使机械工业发生了战略性变革，传统的机械设计方法和设计概念正在发生着革命性的变化，新的方法有待击刨造，去发现。2l世纪，机电一体化技术将扮演机械工业的主角。机电一体化技

术是渗透到所有机械产品之中的普遍技术，几乎没有行业的限制。以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电～体化技术是机械工业发展的必然趋势。

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第二篇：机电一体化技术发展历程及其趋势(毕业论文)

机电一体化技术发展历程及其趋势

XX

摘要：机电一体化是融了机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术的一门新兴的交叉学科，它涉及机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等多种模块。随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展，以机械为主体的工业产品和民用产品不断采用诸学科的新技术，在机械化的基础上，正向自动化和智能化方向发展，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。

关键词：机电一体化 发展趋势 智能化

一、绪论

机电一体化是微电子技术向传统机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念。Mechantronics(机电一体化) 一词是取Mechanics(机械学)的前半部和Electronics(电子工业)的后半部拼合而成的，起源于日本，表示机械学与电子学两种学科的综合。日本机械振兴协会经济研究所19xx年x月提出了对机电一体化的定义：“机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进了微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机融合而构成的系统的总称。”（这是到目前为止，较为人们所接受的涵义）。

随着机电一体化的发展，美国IEEE/ASME 于19xx年对与机电一体化又给出了一个较为全面的定义：“对机电一体化初步定义为‘在工业产品和过程的设计和制造中，机械工程和电子与智能计算机控制的协同集成’，包括11 个方面：成型和设计；系统集成；执行器和传感器；智能控制；机器人；制造；运动控制；振动和噪声控制；微器件和光电子系统；汽车系统；其它应用”。可见，机电一体化是融了机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术的一门新兴的交叉学科，它涉及机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等多种模块。

随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展，以机械为主体的工业产品和民用产品不断采用诸学科的新技术，在机械化的基础上，正向自动化和智能化方向发展，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。

二、机电一体化的发展历程及概况

(—)、机电一体化的发展

1、世界范围内，机电一体化发展的三个阶段

（1）、第一阶段为20 世纪xx年代以前

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。这一时期主要的产品是数控机床，由于技术上和价格上的原因，仅供给航空航天等尖端科技领域的使用，其加工精度也算不高（在当时算很高了）；

（2）、第二阶段为20 世纪70~xx年代

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迅猛发展, 为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

（3）、第三阶段为20 世纪xx年代后期

这个时期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段, 机电一体化呈现深入发展时期。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, 由于人工智能技术、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。

2、我国的机电一体化的发展

早在19xx年我国就开始研究数控机床，于19xx年研制成功晶体管数控系统，并生产出了数控切割机、数控铣床等产品，但是受当时国内条件的限制，机电一体化在国内并没有发展起来。

直到20 世纪xx年代初我国才开始系统的从事机电一体化的研究和应用。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”。在制定“九五”规划和20xx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。

（二）、机电一体化技术与产品的应用范围

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。

1、 数控机械类

主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。

2、 电子设备类

主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。

3、 机电结合类

主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。

4、 电液伺服类

主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机等。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。

5、信息控制类

主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。

（三）、机电一体化产品的主要优点

1、具有记忆、运算、控制、信息处理等功能。从而达到产品的高性能、多功能化和智能化。

2、 结构简化。使产品向着轻、薄、细、巧的方向迅速发展, 易采用标准化、模块化的方法进行设计、制造。

3、可以根据负荷及运行情况进行调整与控制。具有节能的特点。

4、具有自动监视、诊断功能及某些智能, 使安全可靠性大幅度提高。

三、 机电一体化技术的发展方向

（一）、光机电一体化

一般的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的。因此, 引进光学技术, 实现光学技术的先天优点能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。

（二）、数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，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。

（三）、智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。

（四）、绿色化

环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主题。特别是环境问题，其恶化程度与日俱增，正在对人类社会的生存与发展造成严重的威胁；而资源问题不仅仅涉及人类世界有限的资源如何利用，也是产生环境问题的主要根源。于是近年来一个新的概念已经提出：最有效地利用资源和最高限度地利用废弃物，是当前世界上环境问题的治本之道。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，报废时能回收利用。工业的发展使得资源减少，生态环境受到严重污染。绿色化成了时代的趋势，产品的绿色化更成了适应未来发展的一大特色。

（五）、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、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的工作，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产

企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。

（六）、微型化

国外微型机电一体化系统的几何尺寸一般不超过1cm，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、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。

四、 结束语

机电一体化是工业革命的一次大的革新，它大大提高了社会生产力，推动了社会的发展。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。机电一体化是一门应用性很强的技术学科, 必将有力促进机电产品的创新和开发, 在高科技和经济发展中起重要作用。可以这样说，机电一体化技术将成为二十一世纪机械工业的主要生产力。

参考文献：

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