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| 微特電機論文：機電一體化系統(tǒng)的分類和發(fā)展 |
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1 .機電一體化系統(tǒng)的分類
機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域，因此，機電一體化產(chǎn)品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產(chǎn)品的功能，可以將其分成下述幾類：
(1)數(shù)控機械類數(shù)控機械類主要產(chǎn)品為數(shù)控機床、工業(yè)機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)和自動洗衣機等。其特點為執(zhí)行機構(gòu)是機械裝置。
(2)電子設(shè)備類 電子設(shè)備類主要產(chǎn)品為電火花加工機床、線切割加工機床和激光測量儀等。其特點為執(zhí)行機構(gòu)是電子裝置。
(3)機電結(jié)合類機電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動探傷機、形狀識別裝置和cT掃描儀、自動售貨機等。其特點為執(zhí)行機構(gòu)是機械和電子裝置的有機結(jié)合。
(4)電液伺服類 電液伺服類主要產(chǎn)品為機電一體化的伺服裝置。其特點為執(zhí)行機構(gòu)是液壓驅(qū)動的機械裝置，控制機構(gòu)是接受電信號的液壓伺服閥。
(5)信息控制類信息控制類主要產(chǎn)品為電報機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機以及復(fù)印機、傳真機等辦公自動化設(shè)備。其主要特點為執(zhí)行機構(gòu)的動作完全由所接收的信息控制。
除此以外，機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。按產(chǎn)品的服務(wù)對象領(lǐng)域和對象，可將機電一體化產(chǎn)品分成工業(yè)生產(chǎn)類、運輸包裝類、儲存銷售類、社會服務(wù)類、家庭日常類、科研儀器類、國防武器類以及其他用途類等不同的種類。
2 機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展
2.1．機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r機電一體化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r大體上可分為3個階段：
1)20世紀(jì)60年代以前為第1階段，這一階段稱為初期階段。在這一時期，人們自覺或不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)擠的恢復(fù)起到了積極的作用。那時的研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
2)20世紀(jì)70～80年代為第2階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是：①“機電一體化”一詞首先在日本被普遍接受，大約到了20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的認同；②機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到極大發(fā)展；③各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持，爭相搶占該技術(shù)的制高點。
3)20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新(第3)階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行著深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展天地。這些研究將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀(jì)80年代初才開始這方面研究和應(yīng)用的。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入為“863計劃”中；在制定“九五”、“十五”、“十一五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時都充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得一定成果，但與日本、美國、歐盟等發(fā)達國家相比仍存在有相當(dāng)大的差距。
任何一門學(xué)科都是由基礎(chǔ)理論、技術(shù)和工程系統(tǒng)組成的完整體系。機電一體化在技術(shù)和工程系統(tǒng)方面已有了很大發(fā)展，但在基礎(chǔ)理論方面目前尚處在不斷發(fā)展之中，還很不完善。
2.2．機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進步也依賴于并促進了這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。因此，機電一體化的主要發(fā)展方向如下：
(1)智能化智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它真有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度微處理器使機電一體化產(chǎn)晶具有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
(2)模塊化模塊化是一項重要而又艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)晶，同時也可擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突、競爭激烈，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)來逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
(3)網(wǎng)絡(luò)化20世紀(jì)90年代，計算機技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏铩８鞣N網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(CIAS)，可使人們在家里充分享受各種高技術(shù)帶來的便利和快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
(4)微型化微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外將其稱為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)，或微機電一體化系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過lcm的3次方的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
(5)數(shù)字化嵌入式控制系統(tǒng)和嵌入式軟件的發(fā)展，為機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的數(shù)字 化、智能化奠定了基礎(chǔ)。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件，具有高可靠性、可維護性以及自診斷能力，人機界面對用戶友好、易于使用，并且可根據(jù)用戶實際需要進行制定。數(shù)字化的實現(xiàn)有利于遠程操作、診斷和修復(fù)。
(6)集成化集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)。然后，再通過硬、軟件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能****，功能最強。
(7)綠色化工業(yè)的發(fā)展給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼喚保護環(huán)境資源，回歸自然。
綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代發(fā)展的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率****。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
(8)人格化未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受人或動物的啟發(fā)而研制出來的。
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