【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編 程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，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(shí)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(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 第 2 章 機(jī)電一體化基本情況介紹 機(jī)電一體化的來源 機(jī)電一體化是日本企業(yè)界在 20 世紀(jì)末被提出的一種新的技術(shù)概念，它的主要組成板塊是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)這兩大板塊。它們的有機(jī)結(jié)合得到了我國乃至世界各國的認(rèn)可和高度贊揚(yáng)和 承認(rèn)，在現(xiàn)在的工程技術(shù)領(lǐng)域中，我們習(xí)慣了把它叫著機(jī)電一體化技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用的領(lǐng)域也十分廣闊，它涵蓋了技術(shù)和產(chǎn)品這兩個大的方面。它的概念提出預(yù)示著現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的新的設(shè)計思想和創(chuàng)新方法。 機(jī)電一體化的概念 機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，它最早出現(xiàn)在日本雜志《機(jī)械設(shè)計》的副刊上。機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域十分寬廣，主要是在信息技術(shù)、微電子技術(shù)向我們現(xiàn)在很需要發(fā)展的機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中的滲透和高速發(fā)展。它是想在機(jī)構(gòu)的主要功能和動力功能等技術(shù)上引進(jìn)電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子技術(shù)的深度結(jié)合運(yùn)用。 它發(fā)展的主要領(lǐng)域是系統(tǒng)的自動化和智能化兩大方面，它是基于自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等有機(jī)的融合和處理后的一種綜合型的技術(shù)。主要截取那些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)將其綜合在一個技術(shù)上，形成的一種高端技術(shù)，同時還被賦予了很多心的功能。這意味著將來在機(jī)械方面的發(fā)展將會成為最有價值的工程技術(shù)。 機(jī)電一體化的發(fā)展歷程 機(jī)電一體化機(jī)”這一名詞是日本安川電機(jī)公司在上世紀(jì) 60 年代末最先創(chuàng)用的。當(dāng)時，人們一直把它看著是機(jī)械和電子的結(jié)合體。根據(jù)它的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化大致可以分為以下幾個階段來作簡單的介紹其發(fā)展。 第 一階段為 20 世紀(jì) 60 年代以前。這一階段也稱為初級階段，由于當(dāng)時電子技術(shù)發(fā)展尚未達(dá)到一定的水平，機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合還不可能達(dá)到廣泛和深入的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。這一時期主要的產(chǎn)品還是數(shù)控機(jī)床，由于技術(shù)和價格的原因，供給使用的領(lǐng)域也很狹窄，僅限于航天領(lǐng)域。 第二階段是在 20 世紀(jì) 70 到 80 年代。這個時期稱為蓬勃發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)。通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路以及微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，為機(jī)電一體化的將來發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前 ，日本和美國在機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位，他們都將江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 智能傳感器、計算機(jī)芯片制造技術(shù)、具有觸覺和人機(jī)對話功能的人工智能工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)等列為高技術(shù)領(lǐng)域的重大研究課題，并投入大量資金支持發(fā)展相關(guān)技術(shù)。 這一時期的特點(diǎn)是機(jī)電一體化的產(chǎn)品得到極大發(fā)展，各國都已經(jīng)開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品有了極大的關(guān)注和支持。 第三階段是 20 世紀(jì) 90 年代后期。一開始就有了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向發(fā)展的新階段，機(jī)電一體化變得呈現(xiàn)深入發(fā)展。一方面，光學(xué)的、通信技術(shù)的進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在這一方面得 到了相應(yīng)的發(fā)展，出現(xiàn)了光電一體化和微電一體化等新的大分支；另一方面對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入的研究。同時，由于人工機(jī)能的技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得巨大進(jìn)步，這些研究將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完善的基礎(chǔ)和逐步形成完整的科學(xué)體系。所以機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展道路顯得更加廣闊了。 早在 1958 年我國就開始研究數(shù)控機(jī)床，于 1966 年研制成功晶體管數(shù)控系統(tǒng)，并生產(chǎn)出了數(shù)控切割機(jī)、數(shù)控銑床等產(chǎn)品，但是受當(dāng)時國內(nèi)條件的限制，機(jī)電一體化在國內(nèi)并沒有發(fā)展 起來。 直到 20 世紀(jì) 80 年代初我國才開始系統(tǒng)的從事機(jī)電一體化的研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列入“ 863 計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和 2021 年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)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(jī)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 , 取得了一定成果 , 但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)差距。 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 第 3 章 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢 隨著機(jī)電一體化技術(shù)的更深層次的革新與發(fā)展，它現(xiàn)在已經(jīng)到達(dá)了跨學(xué)科的技術(shù) 水平上了，它是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)等多方面技術(shù)的有機(jī)整理和融合、相互滲透的效果，就其發(fā)展形式而言，已經(jīng)是很迅猛了。 機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)今世界工業(yè)國家數(shù)控機(jī)床擁有量就直接反映了這個國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。就目前我國而言，我們是擁有機(jī)床最多的國家，大約有 300 萬臺，但是我國的機(jī)床數(shù)控化的占有率就只有 %左右，然而西方工業(yè)國家一般的都能達(dá)到 20%,這就可以知道我們國家和別個國家在智能化上的差距是多么的巨大的。對于這樣的問題，我國已經(jīng)采取了相應(yīng)的措施來改善現(xiàn)有的問題，希望能夠重點(diǎn)支持?jǐn)?shù) 控系統(tǒng)、設(shè)備和技術(shù)方面的一系列問題的解決，使其能夠有更多種類產(chǎn)品出現(xiàn)的繁榮景象。但是在信息化和工業(yè)化的關(guān)系上，我國對于機(jī)電一體化技術(shù)有兩種極端的觀點(diǎn) ： 一種觀點(diǎn)認(rèn)為：我國的工業(yè)化水平相對其他國家來說不是很高，離開了工業(yè)基礎(chǔ)談這種問題只能是空中樓閣，信息化這種新經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象是發(fā)達(dá)國家的事。由于我國工業(yè)化的完成率很低，所以我們必須堅守傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，把注意力放在工業(yè)化上。 另一種觀點(diǎn)認(rèn)為：信息化與工業(yè)化沒有必然聯(lián)系。我們必須緊跟時代步伐，放棄夕陽工業(yè)，大力發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)這種朝陽產(chǎn)業(yè)。這種觀點(diǎn)是“放棄 —— 跨 越論”，即放棄傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全方位的跨越。 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢 20 世紀(jì) 90 年代后期，各發(fā)達(dá)國家開始了向智能化方向發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)這方面邁進(jìn)。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化行業(yè)，微細(xì)加工技術(shù)也在其中有了更深層次的發(fā)展，于是出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。從現(xiàn)在來看未來的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向大致有以下幾個方面： 智能化：智能化是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動化的主要區(qū)別 之一 , 也是 21 世紀(jì)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。近幾年 ,處理器速度的提高和微機(jī)的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件 ,有力地推動著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機(jī)電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能 ,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力 ,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。目前 , 專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法 , 是機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)） 實(shí)現(xiàn)智能化的 4 種主要技術(shù)，江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 它們各自獨(dú)立發(fā)展又彼此相互滲透。隨著制造自動化程度的不斷提高 , 將會出現(xiàn)智能制造系統(tǒng)控制器來模擬人類專家 的智能制造活動 , 并會對制造中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策 。例如，在 CNC 數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對話功能，設(shè)置智能 I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。 集成模塊化：集成模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢 , 也是一項(xiàng)重要而又艱巨的任務(wù)。簡單的來說就是將各種接口或單元標(biāo)準(zhǔn)化，有點(diǎn)像機(jī)械咀的標(biāo)準(zhǔn)件，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家都比較多，研制 和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊