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機電一體化的外文名詞是Mechantronics，起源于日本，是取英語Mechanics的前半部和Electronics的后半部拼合而成的，表示機械學與電子學兩種學科的綜合。目前，國內外對機電一體化的涵義有各種各樣的認識，其各自的出發點和著眼點不盡相同，再加上機電一體化本身的涵義還在隨著生產和科學技術的發展不斷被賦予新的內容。機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體，是現代科學技術發展的必然結果。隨著現代科學技術日新月異的發展，不斷地推動不同學科的交叉和滲透，從而導致整個工程領域的技術革命。

1.機電一體化概要

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合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。機電一體化涵蓋技術和產品兩個方面，只是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、微電子技術以及其他新技術的簡單組合、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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械。機電一體化系統由若干具有特定功能的機械和電子要素組成的有機整體，具有滿足人的使用要求的最佳功能。

2.我國機電一體化的現狀

世界范圍內機電一體化的發展大體可以分為3個階段。第一階段也稱為初級階段。20世紀60年代以前由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。第二階段可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。第三階段，20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展時期。

計算機數控機床（CNC）是一種由計算機或專用電子計算裝置控制的高效自動化機床。它綜合應用了計算機技術、自動控制、精密測量和機械設計等方面的最新成就，是典型的機電一體化產品，是機床發展的必然趨勢。

汽車的機電一體化中心內容是以微機為中心通過自動控制來改善汽車的性能，增加汽車的功能，實現汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作方便和舒適性。近幾十年，國際各大汽車公司都加大了對汽車機電一體化的研究，使其發展有了質的飛躍。

工業機器人（IR）一般應由機械系統、驅動系統、控制系統、檢測傳感系統和人工智能系統等組成，是一種能模擬人的手、臂的部分動作，按照預定程序、軌跡及其要求，實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置，是具有發展前途的機電一體化典型產品。

3.機電一體化的發展趨勢

3.1自律分配系統化

未來的機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

3.2系統化

系統化的表現特征之一是系統體系結構進一步采用開放和模塊化的結構。系統可以靈活組套，進行任意裁減和組合，同時要求實現多坐標系列控制功能的NC系統。表現特征之二是通話功能的大大加強，即網絡化趨勢。

3.3人工智能化

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。高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.4全息系統化

機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。其系統的層次結構，也由簡單的“從上到下”的形勢而變為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

3.5綠色化

環境、資源、人口是當今人類社會面臨的三大主題。

3.6微型機電化

微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產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。

3.7面向21世紀的制造模式

一次制造成功，采用成組技術和分組作業方式，按質、按量、按時完成，做到零廢品、零庫存、零設備故障、零環境污染，從以“技術”為中心向以“人”為中心轉變，從“金字塔式多層次管理”向“網絡式管理”、由順序工作方式向并行工作方式、由固定組織

加工向敏捷制造加工轉變。

4.結語

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一、前言

隨著現代科學技術的不斷發展，不同學科的交叉與滲透也越來越廣泛，注定了各個領域的技術革命與發展。在機械工程領域中，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系等發生了翻天覆地的變化，從而將工業生產由"機械電氣化"帶入了"機電一體化"為特征的發展階段。

二、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合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今也已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展，還將會被賦予新的內容。但是它的基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，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、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、可靠性高和低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統處于最優化的系統工程技術。由此產生的功能系統，就組成為一個機電一體化系統或者說機電一體化產品。

因此，"機電一體化"涵蓋"技術"和"產品"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、微電子技術以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本質區別。機械工程技術是由純技術發展到機械電氣化，仍然屬于傳統機械。但是發展到機電一體化階段后，其中的微電子裝置除了可以取代一些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。擁有智能化的特點是機電一體化與機械電氣化在功能上的一個本質的區別。

三、機電一體化的發展過程

"機電一體化"這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。當時即70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。國內早期將"機電一體化技術"與"機械電子學"并用，近年來"機電一體化"更流行使用。

80年代，信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械-電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。

信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產生了"光機電一體化"的新領域。

進入90年代，通信技術進入了機電一體化，機器可像機器人系統那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執行器技術的發展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統集成為特點的機電一體化新分支"微機電一體化"。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入了21世紀。

四、機電一體化的發展趨勢

機電一體化是機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科交叉綜合的一門學科，各個學科互相促進、互補不足、相互發展。專家預測，未來機電一體化技術將向以下幾個方向發展：

（一）智能化方向

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設的研究中得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要的應用。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，以求達到更好的控制效果。

今后的機電一體化產品"全息"特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的飛速發展。

（二）光機電一體化方向

一般機電一體化系統是由傳感系統、能源、（動力）系統、信息處理系統、機械結構等部件組成。引進光學技術，利用光學技術的先天特點，就能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源系統和信息處理系統。

（三）模塊化方向

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜而又非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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出新產品，同時也可以擴大生產規模。

這需要制定各項標準，以便各個部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，短時間內很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

（四）柔性化方向

未來機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的"冗余度"，有較強的"柔性"，能較好地應付突發事件，被設計成"自律分配系統"。在這系統中，各子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的"自律性"，可根據不同環境條件做出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有"行動"是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的能力（柔性），又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

（五）網絡化方向

上個世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡（homenet）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（computerintegratedappliancesystem，CIAS），使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

（六）微型化方向

微型化興起于上世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產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。

（七）仿生物系統化方向

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上處于"靜態"時不穩定，但在動態（工作）時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統（大腦）停止工作時，生物便"死亡"，而當控制系統（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產品雖然有仿生物系統化方向發展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。

（八）綠色化方向

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；而另一方面，資源減少，生態環境受到了嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

（九）系統化方向

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、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。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

五、結束語

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發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，相信隨著科學技術的發展，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展前景也將越來越光明。

參考文獻

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中圖分類號：TH-39 文獻標識碼： A

隨著現代科學技術的不斷發展，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。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。“機電一體化”意思是機械技術和電子技術的有機結合。這一名稱已得到包括我國在內的世界各國的承認，我國的工程技術人員習慣上把它譯為機電一體化技術。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、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發展飛速，機電一體化產品更日新月異。

一、機電一體化技術基本概念

機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發展，向機械工業領域迅猛滲透，機械電子技術深度結合的現代工業的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統理論出發，根據系統功能目標和優化組織結構目標，以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質運動，能量變換進行研究，使得整個系統有機結合與綜合集成，并在系統程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質的和能量的有規則運動，在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現多種技術功能復合的最佳功能價值系統工程技術。

二、機電一體化的核心技術

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，實現結構上、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。

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、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3、系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統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，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，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、檢索等。

5、傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。

三、機電一體化的發展進程

1、數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。

2、微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。

3、激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。

四、機電一體化的發展方向

20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網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展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有：

1、智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，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。

2、網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3、自動化：所謂自動化技術，是指人類利用各種技術手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現實預期的目標、功能。一個自動化系統通常由多個環節要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉換、信息的處理及信息的執行等功能，最后實現自動運行目標。

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機電一體化又稱機械電子學，亦可稱為機電整合，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成，它是在機構功能、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合起來所構成的系統的總稱。

2 機電一體化的發展概況

機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，它的發展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。

但在20世紀60年代以前，機電一體化就已經開始發展了。在這一時期，人們在不知覺中就已經在利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合。20世紀70～80年代，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎，也就是在這一時期出現了機電一體化這一名詞。20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，機電一體化進入了深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網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展的廣闊天地。據了解，我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。

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，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下：

（一）智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。它是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一。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，吸收計算機科學、人工智能、心理學、生理學等新思想、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。故智能機電一體化產品也具有這種能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動

（二）數字化

微控制器和接口技術的發展奠定了機電產品數字化的基礎，而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，數字化的實現將便于遠程控制操作、診斷和修復。

（三）模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。但機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。

（四）網絡化

20世紀90年代，計算機技術飛速發展后的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、教育以及日常生活都帶來了巨大的變革。而各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術正在興盛，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

（五）微型化

微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，微機電系統產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、信息等方面具有不可比擬的優勢。

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現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。

一、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合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今已經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展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，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，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。

二、機械制造技術的發展

在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體。機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。

三、機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為三個階段：(1)20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品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。

由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

(2)20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。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得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。

(3)20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腳，出現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”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發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對這一技術的發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。

四、機電一體化的發展趨勢

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，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。

2.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。

3、網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術的興起，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。

5.環保化

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

綜上所述，機電一體化和機械制造的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化和機械制造業相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，他們的發展前景也將越來越光明。

篇（6）

1.緒論

現代科學技術的不斷發展，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。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式，以及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了以“機電一體化”為特征的發展階段。

2.機電一體化概要

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合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今也已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展，其還將被賦予新的內容。但它的基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，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、電力電子技術、接口技術、信息變換技術，以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，就稱為機電一體化系統或機電一體化產品。

因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，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，以及其他新技術的簡單組合、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別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護，等等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，而且是人的感官與頭腦的延伸，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

3.機電一體化的發展趨勢

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，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下。

3.1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數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。誠然，使機電一體化產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、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但我們可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3.3網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育，以及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡（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（Computer Integrated Appliance System，CIAS），使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產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綠色化

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富、生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

3.6系統化

篇（7）

教育作為知識、智力、技術、的主要產業，在計劃經濟向市場經濟轉軌的重要時期要得到蓬勃發展，也必須轉變觀念、建立有效機制、迎接挑戰。現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。

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合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今已經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展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，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，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是。發展到機電一體化后。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、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產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區別。

一、機電一體化的發展大體可以分為三個階段

(一)20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品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

(二)20世紀70－80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期。計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics－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得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展：各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。

(三)20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腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支：另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術、神經網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展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。

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”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發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對這一技術的發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。

二、發展機電一體化

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，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：

1.智能化：是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。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。

2.模塊化：模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產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出新產品，同時也可以擴大生產規模。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。由于利益沖突，近期很難制定出國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業，還是對生產機電一體化產品的企業，模塊化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3.網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等日常 生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到、質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(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(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，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產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。

篇（8）

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合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今已經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展,還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統的觀點出發,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,根據系統功能目標要求,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值, 并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統,則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”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。

2 機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為三個階段。第一階段（又稱初級階段）是20世紀60年代以前，這一時期人們不自覺地利用電子技術并使之得到比較廣泛的承認。第二階段，機電一體化技術和產品得到了極大發展。第三階段，各國均開始極大關注和支持機電一體化技術和產品。

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”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發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對這一技術的發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,它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發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 綠色化。

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面,物質豐富,生活舒適;另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用［6］。工業的發展使得資源減少，生態環境受到嚴重污染。綠色化成了時代的趨勢，產品的綠色化更成了適應未來發展的一大特色。

如果我們把機械產品和制造機械產品的機械裝置統稱為機械系統，則機電一體化技術的功能可歸結為：提高機械系統的性能，完成傳統機械系統不能完成的功能；提高機械系統的智能化程度，使人在更舒適的環境中工作；提高機械系統的可回收性；降低機械系統的原材料消耗；降低機械系統的能耗；降低機械系統對環境的污染，可以看出其中至少有3條是和環境保護有關的。因而，進入21世紀，機電一體化技術的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環境舒適和可回收的智能化機械產品，即提供一種能滿足可持續性發展的綠色產品。

3.3 網絡化。

20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片,企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到、質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡(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(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,機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小,耗能少,運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產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。

篇（9）

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、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3.系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統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，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，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、檢索等。

5.傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。

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，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

二、機電一體化的發展進程

1.數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。

2.微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。

3.可編程序控制器（PLC）的應用于工業：上世紀60年代后期，美國汽車制造業開發一種ModularDigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業獲得大量應用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口；采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統、同一個編程系統，執行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。

三、機電一體化向智能化邁進

20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網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展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有：

1.智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，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。

2.網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3.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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

4.綠色化：機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。

5.系統化：其表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產品人的智能、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品。

結束語：

當然，機電一體化的發展不是孤立的，與機電一體化相關的技術還有很多，并隨著科學技術的發展，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展與應用也將更加廣闊。

參考文獻：

[1]王靜。淺析機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J].同煤科技。2006.（4）

篇（10）

現代科學技術的發展，使得單純的單一學科應用已遠遠無法滿足人類社會的生產生活需要。各學科相互滲透，相互促進，為新的技術改革，知識創新提供契機。機電一體化技術就是在這樣的背景下發展而成的。

一、機電一體化技術簡介

機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成的。最早提出這一概念的是1971年日本雜志《機械設計》一書的副刊。時至今日，機電一體化這一概念已經廣泛的被接受和應用。

機電一體化技術并不是單純的機械學與電氣或電子學的結合，而是在上述兩種技術的基礎上融合了信息技術，傳感器技術，自動控制技術，計算機技術，接口技術，信號變換技術以及軟件工程技術等多種科學技術，并不斷發展，廣泛應用的一門新興科學技術。

二、機電一體化技術的發展狀況

（一）、世界范圍內的發展

20世紀60年代以前為初級階段。這一時期，人們在生產生活中并沒有刻意的將機械學與電子學技術結合起來，而是不知不覺的利用電子技術的成果來完善機械產品的性能，這便出現了最早期的機電一體化技術。期間發生的第二次世界大戰，促使了機械技術與其他技術的融合。戰后，這些技術由軍用逐漸應用至民用范圍，但并沒有提出機電一體化這一概念，沒有將多技術的結合推廣。

20世紀70到80年代是這一技術蓬勃發展的時期。由于計算機技術的出現和迅速發展，大規模的集成電路和微型計算機開始出現，這位機電一體化技術的發展奠定了堅實的基礎。正是在這一階段，Mechatronics一詞被提出并逐漸被認可，機電產品大量涌現，世界各國逐漸對這項技術給予大力支持。

20世紀90年代開始，機電一體化技術進入新的階段。這一時期，通信技術、光學技術以及微細加工技術與機電一體化技術逐漸結合，出現了微機電一體化和光機電一體化的分支。同時，機電一體化技術本身的研究日益成熟，對機電一體化技術的建模研究、分析和集成方法以及機電一體化的整個科學體系的研究，使機電一體化技術的基礎更加完整，理論體系更加完善。

（二）我國機電一體化技術的發展

[1]我國是從20世紀80年代初才開始這方面技術的研究。國務院成立了由杰出科學家帶領的機電一體化領導小組，并將這項技術列入“863”計劃中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的諸多影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，雖然都取得了一定成果，但與日本、歐美等先進國家相比仍有相當大的差距。

三、機電一體化技術的發展趨勢

在半個世紀左右的發展中，人類生產生活對機電一體化技術不斷提出更高的要求，推動機電一體化技術產品的智能化、模塊化、網絡化、系統化、綠色化和微型化程度快速發展。其中智能化和自動化更是機電一體化技術的重中之重。

智能化是目前形勢下大部分技術所共有的發展方向，也是機電一體化技術與傳統機械技術的重要區別之一。隨著智能控制技術的進一步發展和人工智能技術在生產設計活動中被越來越重視，機電一體化技術的智能化發展迅速。在更高速的微處理器出現以及運籌學、仿生學等技術的輔助下，機電一體化產品更好的擁有人類的部分智能。

機電一體化技術的發展必須標準化、系列化。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。必須制定出一系列標準，將各個單元、接口統一化，以便擴大規模生產。但由于這項技術剛剛興起，做到標準化系列化還很難。

網絡技術迅速發展，為機電一體化技術帶來了新的影響。網絡的普及使得基于網絡的各種機電產品遠程控制得到很大發展。而總線技術和局域網技術的發展，帶動了家用機電產品系統化，集成化的發展。

[2]系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。另一個表現是通信功能的增強。機電產品的發展趨勢是更加注重人格化，機電一體化的人格化有兩層定義，首先，就是模仿生物生理機能，設計各種機電產品。另外，機電一體化產品歸根到底是人在使用，賦予機電產品人的智能、情感、個性愈發重要，其總重目的便是人機一體。

在生態環境問題愈發重要的今天，機電一體化技術的綠色化成為一個新的重要課題。綠色機電產品是指產品在設計、試驗、生產以及回收銷毀等方面對生態環境無害或危害極少，資源利用率高。設計、使用綠色機電產品，是機電一體化技術發展的必然趨勢。

機電一體化技術的微型化指的是機電產品向微型機械及微觀領域發展。這一概念興起于20世紀80年代末，國外稱其為微電子技術。微電子產品體積小、耗能低、靈活性高，可廣泛應用于生物、醫療、軍事等方面。而機電一體化技術微型化的一個挑戰就是必須采用超精加工技術進行生產制造，如果在這一方面有了較大的發展，那么機電一體化技術的微型化將有質的飛躍。

綜上所述，機電一體化技術是社會勞動力發展的產物，也是現代科學技術發展的重要組成部分。機電一體化技術融合多學科種類，使傳統的機械預設方法和預設概念發生著革命性的變化。伴隨著現代科學技術的不斷創新，機電一體化技術的發展前景也將愈發光明。大力發展這一先進技術，不僅是人類文明發展的要求，也是創新理念，振興工業的必經之路。