【正文】 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)，模塊化將給機電一體化企業(yè)帶來更大的收益。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。 2. 模塊化 模塊化是一項重要而又艱巨的工程。因此，機電一體化的主要發(fā)展方向如下： 1．智能化 智能化是 21 世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。 為了開發(fā)出具有較強競爭能力的機電一體化產(chǎn)品，系統(tǒng)總體設(shè)計除考慮優(yōu)化設(shè)計外，還包括可靠性設(shè)計、標準化設(shè)計、系列化設(shè)計以及造型設(shè)計 。 在機電一體化產(chǎn)品中，機械、電氣和電子是性能、規(guī)律截然不同的物理模型，因而存在匹配上的困難；電氣、電子又有強電與弱電、模擬與數(shù)字之分，必然遇到相互干擾與耦合的問題；系統(tǒng)的復(fù)雜性帶來的可靠性問題；產(chǎn)品的小型化增加了狀態(tài)監(jiān)測與維修的困難；多功能化造成診斷技術(shù)的多樣性等等。 ㈦ 系統(tǒng)總體技術(shù) 系統(tǒng)總體技術(shù)就是從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法，將 22 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(shù)方案，再把功能與技術(shù)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(shù)方案。這里原有的機械技術(shù)以知識 和技能的形式存在，是任何其他技術(shù)代替不了的。特別是關(guān)鍵零部件，如導軌、滾珠絲杠、軸承、傳動部件等的材料、精度對機電一體化產(chǎn)品的性能、控制精度影響極大。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是單一地完成系統(tǒng)間的連接，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用性方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要的影響。 ㈥ 精密機械技術(shù) 精密機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，因為機電一體化產(chǎn)品的主功能和構(gòu)造功能大都以機械技術(shù)為主來得以實現(xiàn)。因此，各要素及各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。 ㈤ 接口 技術(shù) 機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。執(zhí)行元件一方面通過接口電路與計算機相聯(lián)，接受控制系統(tǒng)的指令，另一方面通過機械接口與機械傳動和執(zhí)行機構(gòu)相聯(lián)，以實現(xiàn)規(guī)定的動作。 ㈣ 伺服驅(qū)動技術(shù) 伺服驅(qū)動技術(shù)主要是指機電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行 元件和驅(qū)動裝置設(shè)計中的技術(shù)問題，它涉及設(shè)備執(zhí)行操作的技術(shù)，對所加工產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響。自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅大大提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善了勞動條件，而且在人類征服大自然、探索新能源、發(fā)展空間技術(shù)與改善人類物質(zhì)生活等方面起著極為重要的作用。 人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)。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。信息處理得是否及時、準確，直接影響機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，因而也是機電一體化的關(guān)鍵技術(shù)。大力開展傳感器研究，對于機電一體化技術(shù)的發(fā)展具有十分重要 的意義。 傳感器技術(shù)的發(fā)展正進入集成化、智能化研究階段。 ㈠傳感器檢測技術(shù) 在機電一體化產(chǎn)品中，工作過程的各種參數(shù)、工作狀態(tài)以及與工作過 程有關(guān)的相應(yīng)信息都要通過傳感器進行接收，并通過相應(yīng)的 19 信號檢測裝置進行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動控制。因此，精密機械加工技術(shù)促進了微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)的不斷發(fā)展又推動了精密機械技術(shù)中加工設(shè)備的不斷更新。就連微電子技術(shù)本身的發(fā)展 也離不開精密機械技術(shù)。微電子技術(shù)的進步，尤其是微型計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，為機電一體化技術(shù)的進步與發(fā)展創(chuàng)造了前提 。考察所有機電一體化產(chǎn)品，就會看到準確的信息獲取、處理、利用在系統(tǒng)中所起的實質(zhì)性作用 。機電一體化工程就是這種技術(shù)和方法的統(tǒng)一 。 機電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程 觀點出發(fā)，應(yīng)用機械、微電子等有關(guān)技術(shù)，使機械、電子有機結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。系統(tǒng)論、信息論、控制論無疑是機電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機電一體化技術(shù)的方法論。經(jīng)過 20 多年的努力，在航天、國防以及經(jīng)濟建設(shè)的一些重大工程帶動下，我國已在機電一體化許多領(lǐng)域躋身于世界先進行列。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導小組 并將該技術(shù)列為“ 863 計劃”中。 20 世紀 90 年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，一方面光學、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技 17 術(shù)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；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行著深入研究。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、 通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在這一時期，人們自覺或不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。 機電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個階段。 此外，機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。 5．信息控制類 信息控制類主要產(chǎn)品為電報機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機以及復(fù)印機、傳真機等辦公自動化設(shè)備。 4．電液伺服類 電液伺服類主要產(chǎn)品為機電一體化的伺服裝置。 3．機電結(jié)合類 機電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動探傷機、形狀識別裝置和 CT 掃描儀、 16 自動售貨機等。 2．電子設(shè)備類 電子設(shè)備類主要產(chǎn)品為電火花 加工機床、線切割加工機床、超聲波縫紉機和激光測量儀等。 1．數(shù)控機械類 數(shù)控機械類主要產(chǎn)品為數(shù)控機床、工業(yè)機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)和自動洗衣機等。 機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域，因此，機電一體化產(chǎn)品的種類很多，而且還在不斷地增加。除了微電子技術(shù)以外，在機電一體化產(chǎn)品中，可根據(jù)需要進行一種或多種技術(shù)相結(jié)合。機電一體化需要多種新技術(shù)的結(jié)合，但首要的是微電子技術(shù)，不和微電子結(jié)合的機電產(chǎn)品不能稱為機電一體化產(chǎn)品。除一般性的機械強度、剛度、精度、體積和重量等指標外，機械系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)的重點是模塊化、標準化和系列化，以便于機械系統(tǒng)的快速組合和更換。如電子計算機、非指針式電子表等，其主要功能已由電子器件和電路等完成，機械已退居次要地位，這類產(chǎn)品應(yīng)歸屬于電子產(chǎn)品，而不是機電一體化產(chǎn)品。 因此，一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包括以下幾個基本要素：機械本體、動力系 統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。通過類比就可發(fā)現(xiàn)，機電一體化系統(tǒng)內(nèi)部的五大功能與人體的上述功能幾乎是一樣的，而實現(xiàn)各功能的相應(yīng)構(gòu)成要素如圖 4（ c）所示。如圖 4（ a）所示， 構(gòu)成人體的五大要素 分別是頭腦、感官（眼、 14 耳、鼻、舌、皮膚）、四肢、內(nèi)臟及軀干。例如汽車的廢氣和噪音對外部環(huán)境影響，從系統(tǒng)設(shè)計開始就應(yīng)予以考慮。從系統(tǒng)的輸入 /輸出來看，除有主功能的輸入 /輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸人 /輸出。動力功能是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能；檢測功能和控制功能的作用是解決各種信息的獲取、傳輸、處理和利用，從而能夠根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制 ，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施目的功能。 機電一體化系統(tǒng)除了具備上述必需的主功能外，還應(yīng)具備圖 3 所 13 示 的 內(nèi)部功能。 以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息，輸出不同能量（或物質(zhì)）的系 統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為動力機，其中輸出機械能的為原動機，如電動機、水輪機、內(nèi)燃機等。主功能是系統(tǒng)的主要特征 部分，是實現(xiàn)系統(tǒng)目的功能直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。如圖 2 所示電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對輸入的物質(zhì)、能量與信息（即所謂工業(yè)三大要素）按照要求進行處理，輸出具有所需特性的物 12 質(zhì)、能量與信息。而且機電一體化產(chǎn)品的概念不再局限在某一具體產(chǎn)品的范圍，如數(shù)控機床、機器人等，現(xiàn)在已擴大到控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)相 結(jié)合的產(chǎn)品制造和過程控制的大系統(tǒng)，例如柔性制造系統(tǒng)（ FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（ CIMS）以及各種工業(yè)過程控制系統(tǒng)。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫娜詣酉匆聶C、空調(diào)及全自動照相機，都是典型的機電一體化產(chǎn)品；在機械制造領(lǐng)域中廣泛使用的各種數(shù)控機床、工業(yè)機器人、三坐標測量儀及全自動倉儲，也是典型的機電一體化產(chǎn)品；而汽車更是機電一體化技術(shù)成功應(yīng)用的典范，目前汽車上成功應(yīng)用和正在開發(fā)的機電一體化系統(tǒng)達數(shù)十種之多，特別是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、汽車 防抱死制動系統(tǒng)、全主動和半主動懸架等機電一體化系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，使得現(xiàn)代汽車的乘坐舒適性、行駛安全性及環(huán)保性能都得到了很大的改善；在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，機電一體化技術(shù)也在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用，如拖拉機自動駕駛系統(tǒng)、懸掛式農(nóng)具的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、聯(lián)合收獲機工作部件（如脫粒清選裝置）的監(jiān)控系統(tǒng)、溫室環(huán)境自動控制系統(tǒng)等。由于在機械本體中“溶入”了電子技術(shù)和信息技術(shù)，與純粹的機械產(chǎn)品相比，機電一體化產(chǎn)品的性能得到了根本的提高，具有滿足人們使 11 用要求的最佳功能 。機電一體化產(chǎn)品有時也稱為機電一體化系統(tǒng)，它們是兩個相近的概念，通常機電一體化產(chǎn)品指獨立存在的機電結(jié)合產(chǎn)品，而機電一體化系統(tǒng)主要指依附于主產(chǎn)品的部件系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)實際上也是機電一體化產(chǎn)品。機電一體化技術(shù)主要包括技術(shù)原理和使機電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。 從概念的外延來看，機電一體化包括機電一體化技術(shù)和機電一體化產(chǎn)品兩個方面。機械工程技術(shù)由純機械發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，主要功能依然是代替和放大人的體力。 因此，機電一體化是多種技術(shù)學科有機結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。圖 1 形 地表達了機電一體化與機械學、電子學和信息科學之間的相互關(guān)系；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(shù)“溶入”到機械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。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(shù)學科在機電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉