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【摘 要】机电一体化是机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉融合, 在数控机床上的应用愈来愈多。本文阐述了机电一体化的应用,探讨了机电一体化的发展趋势。
【关键词】机电一体化技术；应用；发展趋势
机电一体化技术是机械技术和电子技术于一体的结合。随着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,成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术。目前机电一体化技术在数控机床上的应用愈来愈多。
一、机电一体化概述
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。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、机械技术及其他技术相融合而构成的一门独立的交叉学科。机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称，涉及机械制造技术、电子技术、信息处理技术、测试和传感器技术、控制技术、接口技术、计算机技术、伺服驱动等多种技术，是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。机电一体化技术对现代工业的发展有巨大的推动力，因此世界各国都在大力推广机电一体化技术。
二、机电一体化技术的主要应用领域
（一）数控机床领域。数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，表现在：①总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构；②开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益；③WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制；④大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，也加强了CNC系统的控制功能；⑤能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去；⑥系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力；⑦以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
（二）计算机集成制造系统（CIMS）。CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
（三）柔性制造系统（FMS）。柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
（四）工业机器人。第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第五代计算机关系密切。
三、机电一体化的发展趋势
（1）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，也是21世纪机电一体化的发展方向。近年来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。
（2）微型化。微型化是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，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。目前利用蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
（3）网络化。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、教育等日常生活都带来了巨大的变革。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络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，能使人们在家里就可分享各种高技术带来的便利。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
（4）模块化。模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势。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的事，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。
（5）绿色化。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。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。
（6）系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构，可以灵活组态，寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能和特征显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。
总之，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，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。
参考文献
[1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京：化学工业出版，2003
[2]王静.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].同煤科技.2006.（4）
[3]石美峰.机电一体化技术的发展与思考[J].山西焦煤科技.2007.（3）
【关键词】机电一体化技术；应用；发展趋势
机电一体化技术是机械技术和电子技术于一体的结合。随着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,成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术。目前机电一体化技术在数控机床上的应用愈来愈多。
一、机电一体化概述
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。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、机械技术及其他技术相融合而构成的一门独立的交叉学科。机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称，涉及机械制造技术、电子技术、信息处理技术、测试和传感器技术、控制技术、接口技术、计算机技术、伺服驱动等多种技术，是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。机电一体化技术对现代工业的发展有巨大的推动力，因此世界各国都在大力推广机电一体化技术。
二、机电一体化技术的主要应用领域
（一）数控机床领域。数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，表现在：①总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构；②开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益；③WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制；④大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，也加强了CNC系统的控制功能；⑤能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去；⑥系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力；⑦以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
（二）计算机集成制造系统（CIMS）。CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
（三）柔性制造系统（FMS）。柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
（四）工业机器人。第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第五代计算机关系密切。
三、机电一体化的发展趋势
（1）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，也是21世纪机电一体化的发展方向。近年来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。
（2）微型化。微型化是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，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。目前利用蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
（3）网络化。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、教育等日常生活都带来了巨大的变革。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络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，能使人们在家里就可分享各种高技术带来的便利。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
（4）模块化。模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势。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的事，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。
（5）绿色化。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。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。
（6）系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构，可以灵活组态，寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能和特征显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。
总之，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，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。
参考文献
[1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京：化学工业出版，2003
[2]王静.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].同煤科技.2006.（4）
[3]石美峰.机电一体化技术的发展与思考[J].山西焦煤科技.2007.（3）