機電一體化概念
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機電一體化概念范文第1篇
中圖分類號：TH39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 10-0005-02
一、引言
機電一體化（Mechatronics）這一概念，是日本學者在1971年首次提出來的。至今，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，隨科技的發(fā)展不斷豐富，不斷更新，機電一體化的內(nèi)涵也發(fā)生了根本性的變化。尤其是進入21世紀以來，人們的消費觀念不斷變化，圍繞消費者之間的市場競爭日趨激烈和白熱化，重點是針對機電一體化產(chǎn)品的輸出柔性、工作性能及可靠性等方面，在這些方面的，人們的要求越來越高。
新時代背景下，機電一體化技術在計算機技術、人工智能技術、網(wǎng)絡技術、信息技術、傳感器技術等相關學科的快速發(fā)展下得到了飛躍發(fā)展，面臨著更加廣闊的應用前景和發(fā)展空間。電子產(chǎn)品結(jié)構也在集成技術、新材料、微電子的快速發(fā)展背景下發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品向智能化、小型化、網(wǎng)絡化、模塊化、自動化、柔性化、機電一體化邁進，已經(jīng)步入了一個新的發(fā)展階段。再就是隨著傳感、信息技術和傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的融合，機電一體化技術已成為一個新興的跨學科的技術，它涉及到的信息處理技術、制造技術、驅(qū)動技術、傳感技術、自動控制技術、接口技術等關鍵技術。
總之，科學技術越是向更新更高層次發(fā)展，就越能給人們帶來更多的驚喜和生活空間，也能給人們更加豐富物質(zhì)、文化和精神享受。可以說，機電一體化技術在21世紀的機械產(chǎn)品的設計和發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，重點研究機電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念原理及設計方法具有重要的理論意義及現(xiàn)實意義。
二、機電一體化系統(tǒng)及其組成原理
機電一體化系統(tǒng)是一個各種技術之間相互協(xié)調(diào)和整合的有機的、完整的體系，不是一個簡單的各種技術拼湊和堆積。機電一體化系統(tǒng)從技術層面來說綜合保函和運用了控制系統(tǒng)、機械工程、計算機技術、電子技術、電子技術和其他技術。尤其是機電一體化系統(tǒng)的中的驅(qū)動元件和執(zhí)行器子系統(tǒng)是核心的執(zhí)行機構，是實現(xiàn)可控電動機行為的終極目標，充分利用計算機信息處理和控制功能，利用現(xiàn)代控制驅(qū)動元件特性的機械系統(tǒng)。
（一）機電一體化系統(tǒng)概述
1.由計算機進行信息處理和控制的現(xiàn)代機械系統(tǒng)最終目的就是要實現(xiàn)機械運動和動作協(xié)調(diào)，這個也是機電一體化系統(tǒng)功能設計的根本出發(fā)點。
2.機電一體化系統(tǒng)從完成工藝動作過程這一總功能的角度來看，可劃分為：信息處理及控制子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)、廣義執(zhí)行機構子系統(tǒng)（如圖1），它們分別完成信息處理及控制、信息檢測、機械運動和動作。
3.由驅(qū)動元件和執(zhí)行件（或執(zhí)行機構）融為一體的廣義執(zhí)行機構執(zhí)行子系統(tǒng)，具有它的特殊性、可控性。
（二）機電一體化系統(tǒng)的組成原理
1.廣義執(zhí)行機構子系統(tǒng)。由剛性物件組成的形形機構組合而成的傳統(tǒng)，他們的缺乏可控性是傳動和執(zhí)行機構系統(tǒng)上最大的問題。而驅(qū)動元件與執(zhí)行件（或執(zhí)行機構）融為一體是廣義執(zhí)行機構的一個特點（如圖2），從而實現(xiàn)可控運動。
電機、氣動馬達和動作缸是驅(qū)動元件中的一兩種，同時還有液壓、電磁鐵、彈性元件、形狀記憶合金、光能馬達等，這足以說明驅(qū)動元件種類繁多。機電一體化系統(tǒng)得到更加有效工作就必須依靠驅(qū)動元件的多樣性。傳統(tǒng)機構中的輸出件可以為執(zhí)行件，單一構件也可以是執(zhí)行件。同時，驅(qū)動元件與執(zhí)行件（或執(zhí)行機構）的集成應用使機電一體化系統(tǒng)更加有效地工作。
2.信息處理及控制子系統(tǒng)。信息處理和控制子系統(tǒng)檢測傳感器所提供的信息，技術和控制策略和執(zhí)行的廣義執(zhí)行機構控制的基礎上采取行動的過程中。應執(zhí)行的控制來實現(xiàn)，廣義的運動學模型是由一臺計算機和軟件實現(xiàn)。信息處理和控制子系統(tǒng)是實現(xiàn)智能化的現(xiàn)代機械系統(tǒng)，自動化的關鍵。
3.檢測傳感子系統(tǒng)。檢測傳感器是實現(xiàn)物理量的檢測和信號采集的功能載體，也是連接廣義執(zhí)行子系統(tǒng)的中間紐帶。
三、機電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念設計過程
總體而言，要從功能需求出發(fā)建立機電一體化產(chǎn)品控制系統(tǒng)概念設計圖3所示：
（一）用戶需求模型
1.用戶需求調(diào)查與分解。用戶需求表達的是用戶自己的意愿，要想獲得這些意愿與想法，需要通過市場調(diào)查，但是這樣的可操作性不強，很難使設計者完全把握用戶的需求，對此可以將用戶需求進行細分。機電一體化系統(tǒng)用戶需求可分為控制域、機械域和其他域，控制域又可分為硬件域和軟件域。將最初的用戶需求（父需求）對應于所設計的產(chǎn)品向各個領域進行分解（圖4：用戶需求調(diào)查與分解），獲得最終的用戶需求（葉需求）.分解后的需求可以更具體的體現(xiàn)設計目標。
圖4 用戶需求調(diào)查與分解
用戶需求分解后，要進一步對客戶需求進行評估，尤其是重點對每一個葉需求進行重審核，以此進一步用衡量的方法進行分析.
2.衡量過程。衡量用戶需求的優(yōu)先次序，在關鍵的用戶需求中做出挑選。衡量方法的原理是：如果一個“希望需求”與一定數(shù)量的“必須需求”之間存在相關性，那么這個希望需求也應該“必須”滿足，作為額外的必須需求。衡量過程如下：
（2）標記0表示希望需求與必須需求之間沒有相關性。
（3）標記1表示希望需求與必須需求之間有很強的相關性。
（4）如果希望需求的綜合值在[3，5]之間或更高的作為額外的必須需求。
（二）建立功能模型
功能是系統(tǒng)輸出量和輸入量之間的關系，常被稱為流，通常分為物料流、能量流和信息流。功能結(jié)構是功能模型或功能分析結(jié)果的一種表達形式。產(chǎn)品的總功能分解成若干功能元，將系統(tǒng)的各個功能元用流有機的組合起來就得到功能結(jié)構。
使用功能基建立功能結(jié)構的步驟如下：
1.確定系統(tǒng)的總功能及輸入、輸出流。
2.對于每一個輸入流創(chuàng)建功能鏈。成立為每個輸入的功能鏈。設計者設想成為流，考慮從輸入到輸出，或在每個操作發(fā)生對流的轉(zhuǎn)換操作每個功能組按時間順序排列，并建立功能鏈?？煞譃閮蓚€時間順序，串行和并行的功能鏈。串行函數(shù)鏈對流操作發(fā)生的時間順序，并聯(lián)功能鏈的基礎上發(fā)生的操作一次，串行并行功能鏈的功能鏈，共享一個或多個公共流的數(shù)量。在功能結(jié)構所表達的支流。
3.連接各功能鏈得到功能結(jié)構。信號的檢測，處理和反饋的過程其實就是所控制的過程。創(chuàng)建功能框圖，對所有信號進行分析。通過分析，可以得出不同類型的信號和復雜的控制系統(tǒng)，尤其是進一步的功能的控制系統(tǒng)，然后在此基礎上提出若干控制方案。
四、結(jié)束語
在本文中，對機電一體化系統(tǒng)做出了新的認識，提出了一種在機電一體化產(chǎn)品的概念設計過程中，并促進機電一體化系統(tǒng)的理解，尤其是提出了如何設計一個控制系統(tǒng)的分析方法，使控制系統(tǒng)滿足用戶的需求，并確?？刂葡到y(tǒng)是最合理的。
參考文獻：
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機電一體化概念范文第2篇
關鍵詞：機電一體化；概念；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢
一、機電一體化的概念與由來
人類進入了一個新的世紀──21世紀?；仡欉^去的20世紀，人類的經(jīng)濟和科學技術發(fā)展成果超過了過去所有世紀的總和。傳統(tǒng)的學科正在脫胎換骨，新的學科不斷問世，技術的融合程度比任何一次技術革命都高。機電一體化技術產(chǎn)生于這一背景之下，自然符合科技發(fā)展的規(guī)律，也是機械學科發(fā)展的必然結(jié)果?！皺C電一體化”這一技術術語最初來源于日本學術界，他們根據(jù)英文的Mechanics（機械學）和Electronics（電子學）兩詞，組合出Mechantronics一詞，日文諧音記作“夕力卜口二少又”，其表意漢字為“機電一體化”,Mechantronics一詞從學科角度可以翻譯為“機械電子學”，我國科技界也經(jīng)常直接使用“機電一體化”作為漢語的表達詞匯。
一般認為，機電一體化是以機械學、電子學和信息科學為主的多門技術學科在機電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術學科。這里面包含了三重含義：首先，機電一體化是機械學、電子學與信息科學等學科相互融合而形成的學科。其次，機電一體化是一個發(fā)展中的概念，早期的機電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強調(diào)機械與電子的結(jié)合，即將電子技術“溶入”到機械技術中而形成新的技術與產(chǎn)品。隨著機電一體化技術的發(fā)展，以計算機技術、通信技術和控制技術為特征的信息技術“滲透”到機械技術中，豐富了機電一體化的含義，現(xiàn)代的機電一體化不僅僅指機械、電子與信息技術的結(jié)合，還包括光（光學）機電一體化、機電氣（氣壓）一體化、機電液（液壓）一體化、機電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機電一體化表達了技術之間相互結(jié)合的學術思想，強調(diào)各種技術在機電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說，機電一體化是多種技術學科有機結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。
二、機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
與其它科學技術一樣，機電一體化技術的發(fā)展也經(jīng)歷了一個較長期的過程。有學者將這一過程劃分為萌芽階段、快速發(fā)展階段和智能化階段三個階段，這種劃分方法真實客觀地反映了機電一體化技術的發(fā)展歷程。
“萌芽階段”指20世紀60年代以前的時期。在這一時期，人們在機械產(chǎn)品的設計與制造過程中總是自覺或不自覺地應用電子技術的初步成果來改善機械產(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)品與電子技術的結(jié)合，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的軍事用途的機電產(chǎn)品。這些機電結(jié)合的軍用技術在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復和技術的進步起到了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結(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。
20世紀70年代到80年代為第二階段，稱之為“快速發(fā)展階段”。在這一時期，人們自覺地、主動地利用3C技術的成果創(chuàng)造新的機電一體化產(chǎn)品，3C技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。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，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎。這個時期的特點是：①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認；②機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；③各國均開始對機電一體化技術和產(chǎn)品給以很大的關注和支持。
從20世紀90年代開始的第三階段，稱之為“智能化階段”。在這一階段，機電一體化技術向智能化方向邁進，其主要標志是光學、通信技術等領域進入機電一體化，同時，由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
三、機電一體化的發(fā)展趨勢
隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統(tǒng)技術，目前正向光機電一體化技術（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應用范圍愈來愈廣。
機電一體化技術具體包括以下內(nèi)容：
（1）機械技術機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術。
（2）計算機與信息技術
其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術均屬于計算機信息處理技術。
（3）系統(tǒng)技術
系統(tǒng)技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。
（4）自動控制技術
其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。
（5）傳感檢測技術
傳感檢測技術是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。
（6）伺服傳動技術包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
四、結(jié)語
綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學技術發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻：
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機電一體化概念范文第3篇
關鍵詞：機電一體化技術；醫(yī)療儀器；醫(yī)療科學技術；醫(yī)學工程；機械工程
機電一體化技術為一種由多種學科交織發(fā)展所形成的產(chǎn)物，為一類維持社會生產(chǎn)力不斷發(fā)展與提升的必然產(chǎn)物，在提高工程技術手段以及工作效率方面扮演著重要的角色。機電一體化技術通過將微電子、機械工程、信息技術等方面相互滲透于融合，促進提高了對信息的處理與控制。目前國內(nèi)外機電一體化技術得到了廣泛的發(fā)展，同時也在一定程度上改變了其原本的功能及生產(chǎn)方式，而這一改變在醫(yī)療器械方面得到了明顯的體現(xiàn)?，F(xiàn)我院對此展開分析，結(jié)果總結(jié)報告如下：
1機電一體化的概念
機電一體化為一個綜合的概念，主要是指通過利用軟件系統(tǒng)將電子裝置與機械裝置相結(jié)合，將微電子技術應用于機械各項功能中的一個系統(tǒng)。有研究報道指出，機電一體化技術通過將自動保護、自動診斷及自動控制等功能與機械系統(tǒng)相互結(jié)合起來，明顯提高了信息的處理及控制能力。另外，機電一體化技術反映出了現(xiàn)代機電發(fā)展的最前沿最高新的技術，在現(xiàn)代醫(yī)療儀器使用中可發(fā)揮重要的作用。
2機電一體化在我國的發(fā)展現(xiàn)狀
機電一體化的應用對我國發(fā)展承擔著重要的意義，標志著一個國際的工業(yè)發(fā)展水平。早在20世紀80年代，我國就開始了與機電一體化技術的相關研究，并經(jīng)過30多年的研發(fā)與努力，我國的機電一體化技術取得了較大的進展，明顯提高了工作效率。近年來，機電一體化技術雖然已經(jīng)在醫(yī)療儀器中得到了應用，但有專家指出，由于此項技術仍較為新穎，部分醫(yī)療工作人員缺乏正確認知以及相關操作方法，在使用期間導致了醫(yī)療儀器應用不當。因此，醫(yī)療工作人員需不斷完善自身的知識結(jié)構，提高專業(yè)素養(yǎng)，掌握有關于醫(yī)療儀器的正確使用方法。例如，應用了機電一體化技術的多功能監(jiān)護儀器相比于以往臨床工作中使用的監(jiān)護儀器，將相應的開關與案件顯示到了內(nèi)部菜單中，通過手動按鍵在菜單中選擇設置的參數(shù)與功能，且通常發(fā)展為了一鍵多用，甚至有部分操作采用的英文、字符等情況。
3機電一體化在醫(yī)療儀器中的應用
3.1機電一體化技術在診斷儀器中的應用
醫(yī)療診斷儀器作為醫(yī)學診斷工作中不可缺少的工具，較為常用的包括心電圖儀器、核磁共振診斷儀、超聲診斷儀、腦電圖儀、血管造影設備儀器等。其中血管造影設備在診斷心腦血管疾病中得到了廣泛的應用，通過為患者注射血管造影劑，利用計算機記錄造影劑達到病灶前后的圖像，在采用軟件系統(tǒng)對兩組圖像的變化情況給予分析，即可得到血管的模擬分布信息，以幫助醫(yī)生完成對患者病情的診斷。
3.2機電一體化技術在檢驗儀器中的應用
隨著醫(yī)療技術的不斷革新，基因與分子生物學得到了廣泛的發(fā)展，為了科學地對患者進行臨床檢驗，現(xiàn)醫(yī)療人員開始將信息技術、機械技術、生物技術及微電子技術等緊密地結(jié)合到一起，并相繼研究出了電解質(zhì)分析儀器、血細胞分析儀器、血氣分析儀等。大量臨床經(jīng)驗證實，上述較為常用的醫(yī)療機器通過幫助臨床醫(yī)生從血液學以及免疫學等方向?qū)熘募膊∵M行的檢驗與診斷，極大程度地降低了傳統(tǒng)檢驗效率低、準確率較低等問題，提高了診斷的敏感性及準確性。
3.3機電一體化技術在治療儀器中的應用
近年來，機電一體化技術在治療儀器中也得到了準確與高效的應用，并引起了相關臨床工作者的足夠重視。通過采用機電一體化技術，我國相繼研究出了手術機器人、伽馬刀等儀器，并在微創(chuàng)手術中發(fā)揮了重要的作用。結(jié)合以往操作經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)這些治療儀器可通過準確捕捉醫(yī)生的操作動作，利用軟件系統(tǒng)將指令向機械臂進行傳遞，以幫助完成相應的各類手術操作，獲得更好的效果。另外，這些應用了機電一體化技術的儀器不僅改善了傳統(tǒng)手術操作方法，縮短了手術時間，減少了術中出血量，還在一定程度上降低了醫(yī)療人員的壓力，極大程度地提高了手術的工作效率及成功率。
3.4機電一體化技術在監(jiān)護儀器中的應用
除了上述醫(yī)療儀器外，包括腦電圖儀以及心電圖儀器在內(nèi)的監(jiān)護儀器也在醫(yī)療工作中占有重要的地位，上述兩類常用的儀器通過準確收集與處理與患者相關的生命體征信息，能夠準確地對患者心率、血壓等指標進行監(jiān)測，有利于對疾病的觀察。另外，隨著計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的不斷發(fā)展與應用，機電一體化技術在綜合監(jiān)護系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，保證醫(yī)生對患者的生命體征進行了更好的監(jiān)控與分析，不僅可應用于醫(yī)療場所，同時也可在患者日常生活中得到更加廣泛的應用，有利于對疾病的監(jiān)護，一旦發(fā)展異常立即給予治療。
4結(jié)語
近年來，隨著科學技術的不斷快速發(fā)展為機電一體化技術提供了更加可靠的技術支持，且該項技術也不斷成熟，發(fā)展機電一體化技術不僅在改變?nèi)藗兩a(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)機構以及生活理念方面具有重要的意義，還可應用于醫(yī)療儀器中更好地對疾病進行診斷與治療，并得到了廣泛的應用。綜上所述，將機電一體化技術應用于醫(yī)療儀器中可有效促進醫(yī)療儀器的發(fā)展，期間需根據(jù)院內(nèi)實際需求并結(jié)合現(xiàn)有的科學技術，對機電一體化技術進行合理的應用。
參考文獻
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機電一體化概念范文第4篇
關鍵字：機電一體化 核心技術 發(fā)展趨勢
前言
機電一體化是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然結(jié)果,是跨學科技術。從機電一體化技術的基本概要和發(fā)展歷程,可看出機電一體化技術的發(fā)展趨勢。機電一體化技術是面向應用的跨學科技術，是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結(jié)果。現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。
1機電一體化的基本概要
機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產(chǎn)品是在機械產(chǎn)品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產(chǎn)出來的新一代產(chǎn)品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅(qū)動技術以及系統(tǒng)總體技術基礎之上的一種高新技術。近年來，隨著微電子技術和計算機應用技術的快速發(fā)展，機電一體化技術領域在不斷地擴大和完善。
2機電一體化的發(fā)展背景
隨著機電一體化技術的快速發(fā)展， 機電一體化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的趨勢，這完全取決于機電一體化技術所存在的優(yōu)越性和潛在的應用性能。
2.1 使用安全性和可靠性提高
機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中， 遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。機電一體化產(chǎn)品由于采用電子元器件，減少了機械產(chǎn)品中的可動構件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性，產(chǎn)品的故障率低，壽命得到了提高。 2.2生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高
機電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時，由于機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作的自動化，使得生產(chǎn)能力大大提高。
2.3 使用性能改善
機電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預設的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體化產(chǎn)品可通過被控對象的數(shù)學模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作。
3 機電一體化的核心技術
3.1機械技術：是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
3.2 信息處理技術。信息處理技術是指在機電一體化產(chǎn)品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關的信息的交換、存取、運算、判斷和決策分析等。在機電一體化產(chǎn)品中，實現(xiàn)信息處理技術的主要工具是計算機。計算機技術包括硬件和軟件技術、網(wǎng)絡與通信技術、數(shù)據(jù)處理技術和數(shù)據(jù)庫技術等。在機電一體化產(chǎn)品中，計算機信息處理裝置是產(chǎn)品的核心，它控制和指揮整個機電一體化產(chǎn)品的運行，因此，計算機應用及其信息處理技術是機電一體化技術中最關鍵的技術，它包括目前廣泛研究并得到實際應用的人工智能技術、專家系統(tǒng)技術以及神經(jīng)網(wǎng)絡技術等。
3.3系統(tǒng)技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。
3.4 自動控制技術。機電一體化產(chǎn)品中的自動控制技術包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、校正、補償?shù)?。機電一體化產(chǎn)品中自動控制功能的不斷擴大，使產(chǎn)品的精度和效率都在迅速提高。通過自動控制，機電一體化產(chǎn)品在工作過程中能及時發(fā)現(xiàn)故障，并自動實施切換，減少了停機時間，使設備的有效利用率提高。
3.5 傳感檢測技術：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。
3.6 系統(tǒng)總體技術。系統(tǒng)總體技術是從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法， 將機電一體化產(chǎn)品的總體功能分解成若干功能單元， 找出能夠完成各個功能的可能技術方案，再把功能與技術方案組合成方案組進行分析、評價，綜合優(yōu)選出適宜的功能技術方案。系統(tǒng)總體技術的主要目的是在機電一體化產(chǎn)品各組成部分的技術成熟、組件的性能和可靠性良好的基礎上，通過協(xié)調(diào)各組件的相互關系和所用技術的一致性來保證產(chǎn)品實現(xiàn)經(jīng)濟、可靠、高效率和操作方便等。
4 機電一體化的發(fā)展趨勢
4.1智能化趨勢
智能化作為一個多個專業(yè)的邊緣科學，是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。 例如：冷凍機組，通過測量各類物理量與微機內(nèi)部已經(jīng)設定的對應的參數(shù)比較，自動實現(xiàn)機械設備的啟停、報警、故障自修復等事宜。
4.2模塊化趨勢
由于機電一體化產(chǎn)品涉及各行各業(yè)，種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、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雜但又是非常重要的事。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，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準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)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。 例如在OA產(chǎn)品中的電腦與打印機等各類外設之間，各個廠家通過標準接口（UBS）實現(xiàn)機電一體。
4.3網(wǎng)絡化趨勢
20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。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)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。 這些技術已經(jīng)成熟，并且在OA中司空見慣，經(jīng)過權限級別，可以實現(xiàn)遙控、遙信、遙測。
4.4 微型化趨勢
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(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，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
4.5綠色化趨勢
工業(yè)的發(fā)達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，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設計、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，資源利用率極高。設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。 隨著材料科學的發(fā)展，新型材料不斷涌現(xiàn)，和現(xiàn)實對綠色材料的需要的催生下，綠色化在幾點一體工業(yè)中將會發(fā)生日新月異的發(fā)展。
4.6系統(tǒng)化趨勢
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系。機電一體化的人格化有兩層含義。一是機電一體化產(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。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。
4.7大眾化趨勢
產(chǎn)品只有成為普羅大眾都能理解、需要，才能具有強有力的經(jīng)濟性，生命才會長盛不衰。成為建筑以及日常生活中不可缺少的商品。機電一體化技術通過產(chǎn)品來展示的，經(jīng)過網(wǎng)路化、模塊化等技術的攻關，成為生產(chǎn)、生活中的消費品將屬于必然。建筑中的空調(diào)系統(tǒng)可以通過溫度、壓力、流量等各類非電物理參數(shù)，通過傳感器、變送器傳輸?shù)街醒胩幚砥?，電流、電壓、頻率等電氣參數(shù)通過采樣傳輸?shù)街醒胩幚砥?；中央處理器的芯片當前已?jīng)可以進行編程處理；這樣各類用戶根據(jù)自己的需要，選用模塊、處理器等硬件，通過網(wǎng)絡或者售后服務獲取軟件資料和程序，通過協(xié)議等進行簡短的鏈接與安裝調(diào)試即可實現(xiàn)用戶的目的。
5結(jié)語
隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發(fā)展與應用也將更加廣闊。
參考文獻
機電一體化概念范文第5篇
【關鍵詞】電子 機械 工業(yè) 一體化
Primary understanding to the incorporate machinery and electron
Lu Mingchun
【Abstract】Since the electron technology came out, the combination of the electron technology with the machinery technology has started. Now, the technology, the incorporate machinery and electron has got an obvious development, which has aroused people’ wide attention. It makes the industry production step into the developing period with the “incorporate machinery and electron” as the character from the “machinery electrization”.
【Keywords】Electron Machinery Industry Integration
機電一體化是微電子技術向傳統(tǒng)機械工程滲透而形成的，融合機械工程、電氣工程、計算機科學、信息技術等為一體的新興交叉學科。
其中機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術。
1．機電一體化概述。機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結(jié)合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。
機電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據(jù)系統(tǒng)功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產(chǎn)品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2．機電一體化的發(fā)展狀況。機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：①20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術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)品與電子技術的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結(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。②20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的出現(xiàn)，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術和產(chǎn)品給予很大的關注和支持。③20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術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。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。
3．機電一體化的發(fā)展趨勢。機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展。機電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面：
3．1 智能化。智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用之一。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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。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、高速度的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。
3．2 模塊化。模塊化是一項重要而艱巨的工程。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)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環(huán)境接口等的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。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等。有了這些標準單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。
3．3 網(wǎng)絡化。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術的應用使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡（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)（computer integrated appliance system，CIAS），能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
3．4 微型化。微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3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、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3．5 環(huán)?；?。工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來巨大變化。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，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設計、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)境無害或危害極小，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前景。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
