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机电一体化技术的发展概况机电一体化概述现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段，它打破了传统的机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等旧模块的划分，形成了融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的一门新兴的交叉学科。界内对机电一体化的定义也各不相同，而这个概念最早是由日本机械振兴协会经济研究所在1981年3月提出来的：“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系统的总称”。机电一体化技术发展历程机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。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。(2)20世纪70—80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。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出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。(3)20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，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，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，使机电一体化进一步建立了坚实的基础，并且逐渐形成完整的学科体系。我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。我国机电一体化技术在不少领域已跻身于世界最先进行列，但总体水平与发达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。机电一体化的发展特点及其核心技术现代机电一体化技术已经全面超越了其最初的发展动机和应用领域,所采用的技术手段也呈多样化。综观国内外发展动向,大致有以下几方面技术特征。1)智能化这是机电一体化技术最显著的特点，使机电一体化产品具有某种智能行为是最基本的目标。以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合。2)微型化微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。3)集成化这是当今机电一体化产品发展的一个特点。例如，计算机集成制造系统(CIMS)、快速成型制造系统(RPM)、智能制造系统(IMS)等就是例证。4)网络化由于网络的普及，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。5)模块化机电—体化产品模块化的发展促进了产品开发，缩短了开发周期，增多了花色品种。例如，以驱动为核心的驱动模块，以伺服为中心的运动控制模块等皆已形成了标准化产品。6)环保化考虑到对于环境的保护，机电一体化产品也逐步在向清洁型、环保型、节能型等方向发展。能最有效地利用资源、最高限度地利用废弃物来设计环保化的机电一体化产品不仅是适应未来发展的一大特色。机电一体化的核心技术可以归纳为以下六个方面:1)自动控制及信息处理技术自动控制及信息处理技术是机电一体化系统的智能组成要素，将来自测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。2)精密机械技术精密机械技术是机电一体化体系结构组成要素，包括机身、机架、支撑、联接装置等，是系统的所有功能要素的机械支持结构。3)检测传感技术检测传感技术是机电一体化系统的感知组成要素，对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。主要由检测、转换、指示、信息处理、记录等部分组成。4)现场总线技术现场总线技术是当前自动化领域内技术发展的热点之一，受到各国产业界的普遍重视。推广现场总线技术可带动仪表行业(传感器、执行器和控制装置等)的发展，有利于形成或实现工业过程自动化产业体系核心产品群及其相关关键技术群的发展。5)伺服传动技术伺服传动技术是机电一体化系统的动力组成要素，依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。包括交直流电动、气动、液压等各种类型的传动装置。由微机通过接口与这些传动装置相联接，控制它们的运动，带动机械机构作各种需要的运动。6)接口技术接口技术是机电一体化系统能否完整、自如、灵活、富于生命性的关键要素，是各要素相互连接的优化匹配和有机溶合的粘合剂，为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。机电一体化技术的应用近几十年来机电技术的发展取得了显著的进步，尤其是在以下几个方面：1)计算机数控机床计算机数控机床是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化机床。它综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等方面的最新成就，是典型的机电一体化产品，是机床发展的必然趋。数控机床发展至今，已经经历了从电子管数控、晶体管数控、集成电路数控、计算机数控、微型计算机数控等五代演变。当前计算机数控机床已经成为促进国民经济发展的重要产品。近10多年来，随着微电子技术的飞跃发展，能自动更换刀具的高度自动化的计算机数控机床——机械加工中心发展更为迅速。2)工业机器人工业机器人一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置，是具有发展前途的机电一体化典型产品，将在实现柔性自动化生产，提高产品质量，代替人在恶劣环境条件下工作中发挥重大作用。机器人技术的发展，要求提高机器人机构实用效果，扩大其应用范围，使虚拟轴机器有进一步发展。3)先进制造系统目前，先进制造系统有柔性制造单元柔性制造系统、柔性生产线等几种形式。柔性制造单元是由加工中心与自动交换工件的装置组成的，同时，数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。柔性制造单元可以作为组成柔性制造系统的基础，也可用作独立的自动化加工设备。4)汽车的机电一体化汽车的机电一体化的中心内容是以微机为中心的自动控制改善汽车的性能，增加汽车的功能，实现汽车降低油耗，减少排气污染，提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作方便和舒适性。汽车行驶控制的重点是发动机的正时点火、燃油喷射、空燃比和废气再循环，使燃烧充分，减少污染，节省能源；汽车行驶中的自动变速和排气净化控制，以使其行驶状态最佳化；汽车的防滑制动、防碰撞，以提高行驶的安全性；汽车的自动空调，自动高速车控制，以提高其舒适性。近几十年，国际各大汽车公司都加大了对汽车一体化的研究，使汽车发展有了质的飞跃。5)智能控制系统智能控制是由人工智能与自动控制两部分组成，目标就是使计算机去做那些只有人才能做具有智能的工作。由于科技发展，人工智能按照两条不同途径探索电脑对人脑智能的模拟：仿学脑模型，即从结构和功能模拟人脑；不考虑脑结构，直接通过启发式程序模拟人脑。智能控制系统有多级递阶智能控制系统、专家控制系统、仿人智能控制系统、自寻优模糊智能控制系统、自学习控制系统、学习控制系统、基于神经元网络的控制系统几种类型。近年来，智能控制技术在工程上的应用有了很大突破，各种机电设备和建设工程的智能化控制广泛普及。综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它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和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且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前景也将越来越光明。