机电一体化技术的应用及发展趋势探讨

时间：2024-09-03

郭广超

【摘要】机电一体化技术是一门不断更新、有着自身体系的新型学科，本文从其基本概念和发展历程、在各行各业的应用现状、未来发展趋势、加快发展需采取的策略四方面展开概述。

【关键词】机电一体化;应用现状;发展趋势

1.机电一体化技术的基本概念及发展历程

机电一体化技术使机械电子设备的微型化、智能化、环保化成为可能，是科研人员的研究热点也与国民经济关系紧密。

1.1 简述机电一体化基本概念

机电一体化技术不是机械技术与微电子技术其某种新技术的简单结合，即与机械电子化具有根本区别，现在比较为人认可的机电一体化定义：机械技术与微电子技术、电工电子技术、信号传感器技术、接口技术、信号变化技术等各种技术的有机结合，并综合应用于实际生活以提高社会效益、经济效益。机械技术应致力于实现机械设备在构造、材料和性能的变更，在提高设备精度、刚度、性能的同时减小体积、降低重量，以适应机电一体化技术的发展需求。信号传感器技术是系统实现智能化控制与调节的核心环节，其功能的强大与系统智能化程度密切相关。

1.2 简述机电一体化发展历程

机电一体化技术主要历经三个发展阶段。分别是20世纪60年代之前、20世纪70到80年代、20世纪90年代三个阶段。

（1）20世纪60年代之前属于初级阶段。在这期间，人们开始尝试将机械技术与电子技术相结合以提高机械设备性能。第二次世界大战更是加剧了该技术的发展，机电结合技术被应用于部分军用设备中并在战后转为民用。虽然当时的技术存在发展不成熟、应用范围不大等特点，仍在促进经济复苏上起到了一定作用。

（2）20世纪70到80年代信息技术的崛起促进了机电一体化技术的发展。微处理器功能变得强大能满足更高级的机电一体化设备，数控机床、工业机器人和电子控制系统就是当时产生的典型产品。

（3）20世纪90年代，通信技术的开始应用于机电一体化、遥控和虚拟多媒体技术的蓬勃发展等因素极大地普及了机电一体化技术。部分机电一体化设备可以实现两种或两种以上用途，微传感器及执行器的发展衍生出“微机电一体化”这一新分支，“微机电一体化”的特点是精密度、集成度高。

2.机电一体化技术在各行各业的发展现状

机电一体化产品具有性能好、安全性高、效率高、适用范围广的突出优势，在各个领域发挥着不可取代的作用。

2.1 数控机床

数控机床性能是一个国家机床生产水准高低的核心指标，我国机床拥有量居全球首位，因此数控机床自主化生产显得尤为重要。目前我国数控机床技术有待提高，近七层机床仍从美国、欧洲、日本进口，中高端数控机床市场几乎都被国外产品占据。

2.2 产品生产流线化、自动化

机械化的流水线生产由于效率高、成本低的特点，几乎完全取代了手工生产，例如，灌装啤酒流水线可以实现2000至80000瓶/小时的生产速度;高速香烟生产线以满足巨大的香烟需求量;生产FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯膜的流水线和各种包装生产线等。

2.3 机器人

机器人无疑是二十世纪最伟大、最大胆的发明之一，机器人不仅能完成很多复杂操作，例如在军事、医学、服务、娱乐行业发挥着重要作用，还将被赋予更多功能，甚至知名电影中出现机器人与常人相恋的情节。

2.4 汽车智能化

汽车上常用的电流测量表、机油压力测量表、水温测量表、燃油测量表、车速里程测量表五种仪表，以及机油压力传感器、水温传感器、油量传感器三种相应的传感器，都是汽车智能化产品。

3.机电一体化技术未来发展方向

为了更适应各行各业需求，机电一体化正朝着微型化、智能化、环保化、网络化的方向改进，在不久的将来其应用也将越来越广泛。

3.1 微型化

随著人们越来越追求高品质的生活，高新科技产品的微型化成为一种发展趋势。微型化技术使产品具有体型袖珍、耗能低、运作灵敏的特质，因而常用于医学、军事、通信等方面完成人类无法或很难完成的艰巨任务。

3.2 智能化

计算机科学特别是微处理器的发展使机电一体化技术正朝着智能化方向飞速前进。智能化就是以计算机为主要平台并结合其他各个学科，通过向计算机输入相应的程序指令，使机械设备按照人的意愿进行相关操作。智能化技术优势明显：安全性高、效率高、减少劳动力。广为人们关注的“机器人”必然也将更加智能化，目前机器人只能做较为复杂的工作，很多人类行为都不能或不能很好地完成，未来将产生具有感知的机器人，使其成为家政服务业、危险行业的主力军极大地造福人类。

3.3 环保化

保护环境是人类不可推卸的责任，环保化是高科技永恒的追求。特别是在我国人均资源少的基本国情下，要做到最大化或回收利用资源，同时最大限度减少环境污染，这就要求在机械设备的设计、生产、包装、使用整个过程均将环保因素考虑其中。向着环保化方向不仅是机电一体化技术的需要，也是社会可持续发展的需求。

3.4 网络化

在各行各业都朝着网络化发展的今天，机电一体化技术也必将更好与网络接轨。网络不仅为人们的工作生活带来巨大便利，还引起了科学技术、教学、工业农业生产、政治军事的各种创新与变革。基于机电一体化技术的设备是远程监控技术的终端设备，而以网络技术为基础的远程监控技术正处于飞速发展的时期。作为一门综合性如此强的学科，要想保持不断的创新力和竞争力就需要网络大平台的信息、资源互享，同时一旦研制出高科技的一体化产品也需借用网络的宣传力度。

4.针对加快机电一体化技术发展的策略

机电一体化技术的发展与各个学科发展密切相关，任意学科的发展滞后都将成为遏制其发展的关卡。

4.1 机械技术自身的改良

机械技术自身的改良要从性能的提升、质量的减小和精确度的增加开始。钢作为当前使用最多的原材料具有质量偏重的不足，可以适当选用最新科技的非金属复合型材料。

4.2 加快传感技术的发展

传感技术最重要的是灵敏度、可靠性和精确度三个指标。为了提高传感器的性能和指标，目前外部信息传感器一般采用非接触性检测技术（该技术正处于发展中）。先进的光纤电联传感器在预防电干扰上效果显著。

4.3 注重信息处理水平的提高

机电一体化技术的发展与微电技术的水准、微型设备的广泛应用息息相关，促进机电一体化进步的核心是：协调信息处理速度要求高与抗外界干扰能力低、标准化程度较不统一的矛盾。

4.4 保证驱动技术相匹配

电机的响应速度尚不能达到理想要求这一不足极大地影响了机械设备的驱动能力，伺服驱动单元的出现为大大提高驱动能力带来曙光，伺服驱动单元包含电机机身、电机内部装备编码和专用控制组件、信号传感器三部分。

5.结束语

机电一体化技术在经济全球化的当今和各行各业的联系越来越紧密并发挥着越来越重要的作用，在促进社会效益、经济效益方面作出了突出贡献，是二十一世纪机械工业的灵魂也是机械工业发展的必然趋势。