浅析机电一体化技术的现状和发展趋势

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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，导致了工程领域的技术革命与改造。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-体化，使机械工业的技术结构、产品机构、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”迈人了机电-体化”为特征的发展阶段。

2 机电-体化概要机电-体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称 。

机电-体化发展至今也已成为-门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电-体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能 目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为-个机电-体化系统或机电-体化产品。

因此 ，机电-体化”涵盖技术”和产品”两个方面。只是 ，机电-体化技术是基于上述群体技术有机融合的-种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电-体化与机械加 电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别 。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电-体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电-体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电-体化与机械电气化在功能上的本质区别。

3 机电-体化的发展状况机电-体化的发展大体可以分为 3个阶段。20世纪 6O年代以前为第-阶段，这-阶段2 浅析机电-体化技术的现状和发展趋势 电讯工程称为初级阶段。在这-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。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济，的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于 自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到-定水平，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 。

2O世纪7080年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这-时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展 ，为机电-体化的发展奠定 了技术基矗大规模 、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电-体化的发展提供了充分的物质基矗这个时期的特点是：①mechatronics词首先在 日本被普遍接受 ，大约到 20世纪 8O年代末期在世界范 围内得到比较广泛的承认；②机电-体化技术和产品得到了极大发展；③各国均开始对机电-体化技术和产品给以很大的关注和支持 。

20世纪 9O年代后期，开始了机电-体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电-体化进入深入发展时期。-方面，光学、通信技术等进入了机电-体化，微细加工技术也在机电-体化中崭露头脚，出现了光机电-体化和微机电-体化等新分支；另-方面对机电-体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电-体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电-体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电-体化进-步建立完整的基赐逐渐形成完整的科学体系。

我 国是从 20世纪 8O年代初才开始在这方面研究 和应用 。国务院成立 了机 电-体化领导小组并将该技术列为863计划”中。在制定九五”规划和 2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电-体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及-些大中型企业对这-技术的发展及应用做了大量的工作，不取得了-定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

4 机电-体化的发展趋势机电-体化是集机械、电子 、光学 、控制、计算机 、信息等多学科的交叉综合 ，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此 ，机电-体化的主要发展方向如下：4.1 智能化智能化是 21世纪机电-体化技术发展的-个重要发展方 向。人工智能在机 电-体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电-体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电-体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

4.2 拈化拈化是-项重要而艰巨的工程。由于机电-体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电-体化产品单元是-项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于-体的动力单元，具有视觉、图像处电讯工程 浅析机 电-体化技术的现状和发展趋势 3理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建-些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电-体化单元的企业还是对生产机电-体化产品的企业，规模化将给机电-体化企业带来美好的前程。

4.3 网络化20世纪 9O年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济 、生产连成-片 ，企业间的竞争也将全球化。机 电-体化新产 品-旦研制 出来 ，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。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-体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电-体化产品无疑朝着网络化方向发展。

4.4 微型化微型化兴起于 20世纪 8O年代末，指的是机电-体化向微型机器和微观领域发展的趋势。

国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过 1 cm。的机电-体化产 品，并向微米、纳米级发展。微机电-体化产品体积孝耗能少、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。微机电-体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电-体化产品的加工采用精细加工技术 ，即超精密技术 ，它包括光刻技术和蚀刻技术两类 。

4.5 绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。-方面，物质丰富，生活舒适；另-方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类降的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电-体化产品，具有远大的发展前途。机电-体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境 ，报废后能回收利用 。

4.6 系统化系统化的表现特征之-就是系统体系结构进-步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，-般除 RS232外 ，还有 RS485、DCS人格化 。未来的机电-体化更加注重产品与人的关系，机电-体化的人格化有两层含义。-层是，机电-体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电-体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机-体化。另-层是模仿生物机理，研制各种机电-体花产品。事实上，许多机电-体化产品都是受动物的启发研制出来的。

(下转第 15页)电讯工程 浅谈企业 PDM 实施要点 15结构树 。对于企业中的-种产品，采用-个集 中式层次结构树 ♂构树上的根节点为产成品，叶节点为零部件 ，它 由产品装配图及产品零部件明细表(包括通用件、标准件、自制件 、材料、外购件)等部分组成，产品结构树反映了产品、零部件之间的层次关系，为我们提供了良好的数据组织机制。产品结构树对产品生命周期内的产品结构及相关数据进行分类、显示及管理并维护其-致性，同时采用表示其全局的层次 目录结构并通过可视化的树型结构为用户提供基于产品全局结构的图形化浏览功能 。

5 PDM 用户权限的管理产品数据管理系统是沟通公司内各种信息的桥梁。它管理所有与产品相关的信息和过程的大量数据，对于这宗大型数据库系统，正确的用户权限管理是保证这些数据的安全性、准确性、完整性和-致性的基矗因此，用户访问权限管理-直是人们关注的问题。PDM 的实施过程中对产 品对象的访 问总是围绕用户 、项 目组 、角色来完成 的。首先要建立人员的管理模型，给出各处室的人员结构表、各型号产品的开发队伍、各类人员的角色及其相应权限表，并说明设计、校对、审核、工艺、标准等的读/写权限。当-个用户需要访问某-文件时，PDM 系统首先提取该用户的读写权限，然后与他要访问的文件当前所处的阶段的读写权限进行比较，符合条件的才能进行读/写。第二由于人员的权利和工程技术文档的保密要求，要建立多重多级权限管理机制。第三要有固有权限的等级规定又要有动态权限分配，还要有严格的归档管理制度 。正确的掌握权限分配方案和完善的管理机制是 PDM 系统实施的前提。

6 结束语随着公司信息化建设的发展，公司所使用的应用软件越来越多，从用于工程设计的 CAD、CAPP、CAM等软件到公司经营管理系统和生产管理系统，这些软件的应用极大地提高了公司各部门工作效率同时也给公司带来了新的问题，如孤岛问题、安全问题等。因此如何方便、安全、有效的管理电子化产品数据 ，PDM 正是在这-背景下产生的-种新的管理思想和技术 。

随着各种软件的不断普及，公司对于PDM 系统的需求 日益迫切，因此实施和研究 PDM 系统具有现实意义和理论价值。