机电一体化技术的研究现状与发展趋势

第一篇：机电一体化技术的研究现状与发展趋势

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1前言

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。概述

2.1 机电一体化

机电一体化是指在机构的主功能、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。

机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一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、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，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，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一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。机械工程技术由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系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，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。也就是说，机电一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延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

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2.2 机电一体化技术的地位与作用

机电一体化技术在工业现代化的地位与作用十分显著，它对世界各国的国名经济发展和科学技术的进步起巨大的推动作用。在国内外已显示强大的作用。它顺应当代技术的发展使得传统的工业革命发生变革和惊人的经济效益，也对机械产品产生巨大的影响。主要有：性能提高、功能增强、产品结构简化、可靠性能提高、节约能源和材料等等。

机电一体化技术以促使当今的产业结构、产品结构、生产方式和管理体制发生了深刻的变化，引起社会经济结构的巨大变化。机电一体化的发展状况

3.1 机电一体化发展大体的三个阶段：

（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。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到了积极的作用。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一定水平，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。

（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。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。

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（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。

因此，机电一体化产品得以迅猛发展，主要表现在以下4个方面:

(1)机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。在工业发达国家，数控机床占机床总数的30%～40%。

工业机器人正向智能化和智能系统的方向发展，数量在未来十年将以25%～30%的速度增长。智能机器人将逐步进入办公、管理、娱乐、家庭等各个领域。

(2)机电一体化从单机向整个制造业的集成化过渡。计算机集成制造系统(CIMS)是当今世界制造业发展的总趋势,它打破原有部门之间的界线以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。CIMS的实现是全局动态的最优综合。

(3)激光技术进入机电一体化领域。光机电一体化是激光技术与机械、电子技术相结合,不仅大大扩展了机电一体化的应用领域,而且使一些行业出现重大变革，是当今信息业与制造业的最佳结合点。

(4)微细加工技术与设备发展迅猛。微电子技术及其产业的高速发展,带动了大量高新技术的兴起,微细加工技术和装备不仅支持了电子产业的发展,而且对微机械的诞生和发展也起了决定性的作用

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3.2国内机电一体化发展现状

我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863计划”。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一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、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作。虽然目前国内机电一体化技术与日本、欧美等先进国家相比仍有一定差距[6]，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，并取得了一定的成绩。

3.2.1 数控技术方面。

我国数控技术起步于1958年，在“九五”末期,国产数控机床的国内市场占有率达50%,配国产数控系统普及型也达到了10%。纵观我国数控技术近50年的发展历程,特别是经过4个5年计划的攻关,总体来看取得了很好成绩。目前,已具有年产数控系统3000多套、主轴与进给装置5000多套的生产能力。近十年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3～5μm,提高到1～1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级0.01μm[7]。3.2.2 工业机器人方面。

我国1986年将机器人的研究开发列入国家科技计划,现已掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统和软件编程技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人的关键元器件,并进入实用化阶段，开发出弧焊、点焊、喷漆、装配、搬运、注塑、冲压及能前后行走、爬墙、水下作业的多种机器人。目前，国内相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化制造技术，解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术，机器人软件的设计和编程等关键技术，还掌握弧焊、点焊及大型机器人自动生产线（工作站）与周边配套设备的开发和制备技术。现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专门从事机器人产业开发的企业有50家以上，中国市场上总共拥有近万台工业机器人，其中完全国产的贺州学院毕业论文（设计）

工业机器人（行业内规模比较大的前三家工业机器人企业）行业集中度占30%左右。

3.3.3 计算机集成制造系统方面。

我国经过多年的理论和技术准备,CIMS已经有了较快发展。目前,已在清华大学建成国家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心[9]。2000年,全国已有20多个省市、10多个行业、200多家不同规模和类型的企业通过实施CIMS应用示范工程,取得了巨大的经济效益。当前,CIMS的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域,正得到各行各业越来越多的关注和投入。

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。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“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一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、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、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。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面： 4．1 智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。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、覃家源

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新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一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、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要。4．2 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一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、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、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等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突，近期很难制定出国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。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一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业，模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。4．3 网络化

20世纪90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、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，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一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使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)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

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4．4 微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一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1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。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、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一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 环保化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，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健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。机电一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一就是系统体系结构进一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。一般除RS232外，还有RS485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，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一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。

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

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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。结论

机电一体化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。21世纪,机电一体化技术将成为机械工业的主角，在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。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。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，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

科学技术的进步为机电一体化的产生和发展创造了条件，社会之需求则提供动力。反过来机电一体化的发展不断促进科学技术的进步和社会的需求，机电一体化已显示出了强大的生命力，并以空前的速度和力度冲击着传统的技术思想、生产方式和方法即传统的机电产品和产业结构，国名经济的各个领域都将因此而发生深刻的变革。

参考文献：

［1］李建勇．机电一体化技术［M］．北京：科学出版社，2004.［2］李运华．机电控制［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2003.

第二篇：机电一体化的现状和发展趋势

机电一体化的现状和发展趋势

目 录

摘要.......................................................1 关键词.....................................................1 第一章、机电一体化的现状和发展趋势.........................2 第二章、机电一体化的未来发展................................6 第一节、全息系统化..........................................6 第二节、微型机电化..........................................7 第三节、光机电一体化........................................8 第四节、产品网络全球化......................................8 第五节、产品绿色化..........................................8 第六节、机电一体化的人格化.................................9 第三章、我国发展“机电一体化”面临的形势和任务..............10 第一节、我国“机电一体化”工作面临的形势....................10 第二节、我国“机电一体化”工作的任务.......................11 第四章、发展机电一体化的对策...............................12 第一节、加强统筹安排，协调发展计划.........................12 第二节、强化行业管理，发挥“协会”作用........................12 第三节、优化发展环境、增大支持力度.........................13 第四节、突出发展重点，兼顾“两个层次”......................13 结束语....................................................14 参考文献..................................................16

摘 要

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”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶。

关键词：机电一体化发展系统

第一章

机电一体化的现状和发展趋势

机电一体化发展至今已经成为一门自成一体的新型学科, 随着科学技术的不断发展, 必将被赋一予新的内容。但其基本特征可概括为机电一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、汁算机技术、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,并使整个系统最终达到最优化的系统工程技术。

由此而产生的功能系统,就成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是, 机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术, 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。这是机电一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。

机械工程技术由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现。但机电一体化的发展状况机电一体化的发展大体可以分为个阶段。

世纪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, 战争极大地刺激了机械产品与电子技术的结合, 这些机电相结合的军用技术, 战后转为民用, 对战后经济的恢复起到了积极的作用。从当时研制和开发的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一定水平, 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使用。

世纪一年代为第二阶段, 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坚实的技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

世纪年代后期, 开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段, 机电一体化进人深人发展时期。一方面, 光学、通信技术等进人了机电一体化,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, 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, 为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。

这些研究, 将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。使人们有更好的发展，给人类带来 生活的方便。机电一体化的发展趋势机电一体化是集机械、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, 机电一体化的主要发展方向如下智能化智能化是世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设的研究日益获得重视, 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。模块化是一项重要而艰巨的工程。

由于机电一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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元, 具有视觉、图像处理、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, 但可以通过组建一些大企业逐渐形成。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一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业, 规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

网络化世纪年代, 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、日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片, 企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来, 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一体化产品。因此, 机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

微型化微型化兴起于世纪年代末, 指的是机电一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, 泛指几何尺寸不超过的机电一体化产品, 并向微米、纳米级发展。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。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术, 微机电一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。

绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面, 物质丰富, 生活舒适另一方面, 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健康的要求, 对生态环境无害或危害极少, 资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品, 具有远大的发展前途。机电一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。人们大量倡导绿化工业能够给人们带来的美好的生活，良好的生活品质。

系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一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, 一般除外, 还有、人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系, 机电一体化的人格化。

第二章 机电一体化的未来发展

第一节 全息系统化

全息系统化也即智能化，是对机器的行为描述，即在控制理论的基础上，吸收计算机科学、模糊数学、运筹学、混沌动力学、人工智能、心理学和生理学等新的学科方法、新的设计思想，从而模拟人类的思维能力，使它如同人一样具有思维、意识等能力，以便达到更高水平的控制目标。随着机电一体化 技术的发展，机电一体化产品智能特征也越来越明显，智能化水平也是日趋上升，新世纪机电一体化技术中的智能化的快速发展，人工智能在机电一体化的研究中也日益得到重视，其中机器人与数控机床的智能结合就是一项重要应用。当然，要使机电一体化产品具有与人完全相同的智能永远是不可能的，也没有这个必要，但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品具有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

第二节 微型机电化

微型机电化在实验室中，目前，通过半导体蚀刻技术，已经制造出亚微米级的机械元件，如果这一成果应用于实际产品时，那么就没有必要再区分什么是控制器、什么是机械部分了，这时就完全的实现机械和电子的“融合”，这样CPU、机体、传感器、执行机构就可以集成在一起，而且体积小，同时组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的一个重要的前进方向，更是机电一体化向微观领域和微型机器的发展趋势，在国外，人们称其为微电子机械系统，也指外观尺寸不超过1cm3 的机电一体化产品，一并向微米级、纳米级发展，正因为微机电一体化产品耗能少、体积小、运动灵活，在军事、生物医疗、信息等方面占有很高的地位和很大的优势。

第三节 光机电一体化

光机电一体化是机电产品发展的重要趋势，因为机电一体化系统是由机械系统、能源系统、传感系统和信息处理系统等部件构成的，因此，在机电一体化技术中引进光学技术，充分利用光学技术的先天优点，有效地改进机电一体化系统的能源系统、传感系统和信息处理系统。

第四节 产品网络全球化

计算机网络技术的兴起和飞速发展带动了科学技术的巨大发展，同时给日常生活都带来了全新的面貌，全球生产、经济被各种网络连成一片，企业间的竞争也将出现网络全球化，一旦研制出机电一体化新产品，只要其质量有保证，功能可靠，必然会畅销全球。因为有了网络的普及，那么只要是关于网络的各种远程监视和控制技术也就方兴未艾，然而远程控制的终端设备就是机电一体化产品，因此，机电一体化产品也必然会朝着网络全球化发展。

第五节 产品绿色化

随着工业的发达，人们的生活也发生了巨大的变化 物质需求丰富，生活舒适可用资源减少，生态环境受到严重破坏。因为这些现象的出现，人们开始呼吁保护环境资源，回归自然，那么此时，绿色产品的概念也就应运而生，这是一个时代的绿色化趋势，在这里，机电一体化产品的绿色化主要是指：使用时不破坏生态环境，报废后还能回收利用。因此，机电一体化绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的过程中，应完全符合生存环境和人类健康的要求，对生态环境尽可能的无害或危害极少，资源利用率要极高。由于这种客观的存在性，设计绿色的机电一体化产品所需要的技术成本很高，但其具有远大的发展空间。

第六节 机电一体化的人格化

机电一体化的人格化，其有两层含义：①机电一体化产品的使用对象是人，怎样将人的智能、情感、人性赋予机电一体化产品显得越来越重要，尤其是家用机器人，其最高境界就是人机一体化;②模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。随着科技的发展，机电一体化装置对信息的依赖性越来越大，很多时候类似于活的生物:当大脑停止工作时，生物便死亡，而大脑工作时，生物就充满活力，即信息决定系统的工作与否。目前，在仿生学研究领域中已经发现的一些生物体优良的机构，可为机电一体化产品提供新型的机体，但是如何使这些新型机体具有生命力还是研究中的一大难题，这一研究领域被称 之为“生物———软件”或者说“生物系统”，而生物的特点正是“肌体(硬件)———大脑(软件)”一体，不可分割。机电一体化产品向生物系统化发展是好，但是目前的技术与理论还是有很大的差距，因此，还需要更加倍的努力。

第三章 我国发展“机电一体化”面临的形势和任务

机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其目的是节能、节材，提高工效，提高产品质量，把传统工业的技术进步提高一步；二是开发自动化、数字化、智能化机电产品，促进产品的更新换代。

第一节 我国“机电一体化”工作面临的形势

1、我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度。

2、我国用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。

3、我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调 整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。

另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。

第二节 我国“机电一体化”工作的任务

我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。

第四章 发展机电一体化的对策 第一节 加强统筹安排，协调发展计划

目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车!以后会发展顺利和正确的发展机电一体化。

第二节 强化行业管理，发挥“协会”作用

目前，我国“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难哆的。因此，我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构。国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。“协会”要进一步扩大领导机构——理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制； 指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关项目的发展。

第三节 优化发展环境、增大支持力度

增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。

在经济政策上，要多给机电一体化科研攻关课题、开发应用项目利用科技专项基金和科技三项费用的机会；银行发设贷款要多向机电一体化技术改进、生产合资和机电一体化产业规模化建设项目上倾斜；成立“机电一体化”发展基金，支持机电一体化生产发展等。优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。搞好绿色化发展，促使人们提供更好的发展。第四节 突出发展重点，兼顾“两个层次” 机电一体化产业复盖面非常广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍，有所为，有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品起码正做到机电一体化。结束语

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。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，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

结束语

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。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，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献

[1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京：化学工业出版，2003.[2]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版，2004.[3]万遇良.二十一世纪的机电一体化技术[J].机电信息，2005，（10）.[4]李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.[5]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.[6]王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).[7]章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).[8]梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).[9]尔桂花.运动控制系统 清华大学出版社

2002 [10]张宏建，蒙建波.自动检测技术与装置

化学工业出版社

第三篇：二氧化碳驱油技术研究现状与发展趋势

油藏工程新进展论文

班级：油工08-4 学号：080201140407 姓名：丁艳雪

二氧化碳驱油技术研究现状与发展趋势

随着世界经济的飞速发展，能源的生产与供求矛盾越发突出，石油作为工业 发展的命脉，由于其储量的有限性，使得人们对它的研究和关注程度远胜于其它能源。寻找有效而 廉价的采油新技术一直是专家们不断探索的问题。

针对目前世界上大部分油田采用注水开发面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题国外近年来大力开展了二氧化碳驱油提高采收率(EOR)技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率

（一）二氧化碳驱油技术机理

1、降粘作用

二氧化碳与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可降低到原粘度的1/10左右。原油初始粘度越高，降低后的粘度差越大，粘度降低后原油流动能力增大，提高原油产量。

2、改善原油与水的流度比

二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，同时也降低了水的流度，改善了油与水流度比，扩大了波及体积。

3、膨胀作用

二氧化碳注入油藏后，使原油体积大幅度膨胀，便可以增加地层的弹性能量，还有利于膨胀后的剩余油脱离地层水以及岩石表面的束缚，变成可动油，是驱油效率升高，提高原油采收率。

4、萃取和汽化原油中的轻烃

在一定压力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油中不同组分的轻质烃，降低原油相对密度，从而提高采收率。二氧化碳首先萃取和汽化原油中的轻质烃，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。

5、混相效应

混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面张力。二氧化碳与原油混合后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成二氧化碳和轻质烃混合的油带。油带移动是最有效的驱油过程，可使采收率达到90%以上。

6、分子扩散作用

多数情况下，二氧化碳是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油。分子的扩散过程很缓慢，特别是水相将油相与二氧化碳气相隔开时，水相阻碍了二氧化碳分子向油相中的扩散并且完全抑制了轻质烃从油相释放到二氧化碳中，因此，必须有足够的时间，使二氧化碳分子充分扩散到油相中。

7、降低界面张力

二氧化碳混相驱中，二氧化碳抽提原油中的轻质组分或使其汽化，从而降低界面张力。

8、溶解气驱作用

大量的二氧化碳溶于原油中具有溶解气驱的作用。降压采油机理与溶解气驱相似，随着压力下降，二氧化碳从液体中逸出，液体内产生气体驱动力，提高了驱油效果。另外，一些二氧化碳驱油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。

9、提高渗透率作用

二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。碳酸水与油藏的碳酸盐反应，生成碳酸氢盐。碳酸氢盐易溶于水，导致碳酸盐尤其是井筒周围的大量水和二氧化碳通过的碳酸岩渗透率提高，使地层渗透率得以改善，上述作用可使砂岩渗透率提高5%-15%，同时二氧化碳还有利于抑制粘土膨胀。另外，二氧化碳-水混合物由于酸化作用可以在一定程度上解出无机垢堵塞、疏通油流通道、恢复单井产能。

（二）二氧化碳驱油技术的几种方式

1、连续注二氧化碳气体

2、注碳酸水(ORCO)

2、二氧化碳气体或液体段塞后紧跟着注水

4、二氧化碳气体或液体段塞后交替注水和二氧化碳气体(WAG)

5、同时注入二氧化碳气体和水。

（三）二氧化碳驱油技术优点

1、在能源紧缺和节能减排的背景下，二氧化碳驱油有着非常广阔的推广利用前景，有关部门应适时出台相应的政策扶持措施，加快这一技术的推广应用。

2、二氧化碳驱油不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。根据油田地质情况的不同，每增产1 t原油约需1～4.2t二氧化碳，可增产油田总

储量约l0％的原油。

3、适合二氧化碳驱油的油藏储量就非常可观

4、二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采油率提高显著等优点

5、能满足油田开发需求，还能解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。

（四）二氧化碳驱油的油藏条件

根据大量的矿场试验，总结出适应二氧化碳驱油油藏的基本条件是：油层的岩性可以是灰岩、白云岩或砂岩等，二氧化碳溶于水后形成的碳酸可以溶蚀钙盐等，提高底层渗透率；二氧化碳你驱油油藏一般埋深在600-3500米，油层温度一般低于120℃，油层厚度大于3米；油层的破裂压力大于要求的注入压力，防止地层的压裂，影响驱油效果；油层具有大的空隙体积以便与二氧化碳接触，渗透率一般大于5个毫达西.（五）二氧化碳驱油效果

大庆油田从1985年开始，为改善厚油层开发效果，提高采收率，在三个区块开展了小规模矿场试验。注气采取水气交替的注入方式进行，明显改善了开发效果，根据对采出气采集气样分析结果及生产井反映动态变化，试验区内80%～90% 左右的生产井已见到了注入的二氧化碳气体。室内试验结果表明，在油层条件下，二氧化碳可使萨南原油粘度下降35%，使原油体积膨胀3.2%。

1、CO2注入后，原油粘度下降，原油轻质组份增加．分子量减小。原油这一性质的变化，反映了CO2对原油轻组份的萃取及使原油粘度下降的机理。

2、试验区内含水稳中有降，产油量增加，延长了油田的开采期，较大幅度地提高了原油采收率。试验区日产油量由注气前12t上升到26t，水油比由40降到17，日产原油为注气前的2.2倍，日增原油l4t。中心井注气前含水92.2%，注气后(1994年7月)最低降到84.4％，下降7.4个百分点。产液量由每天的55t上升到63t，日产原油由4.3t上升到9.6t，水油比由11.5降到5.6。日产原油为注气前的2.2倍。

3、调整了生产井的产出剖面。注气前(1994年4月)，全井有效厚度7.1m，只有底部2.8m有效厚度产液69t，含水92.5%。注气后(1 994年1月)较注气前产液韶面发生了很大变化，注气前上部有4.3m油层不产液．注气后产液量66．2t．占垒井产液量的85.3%，可见注气后产液剖面得到显著改善。

4、CO2突破后，产出债由弱碱性变为弱酸性，钙镁离子明显增加。钙离子增加到6～lO倍，镁离子增加到5～9倍，钙、镁离子增加，说明二氧化碳驱有垢质产生。

5、生产井产出液中氯离子和矿化度增加。注气后较注气前氯离子增加到39％，矿化度增加到82%。这说明二氧化碳对水驱剩余油具有驱替作用，井可增加新的出油部位，提高了采收率。

（六）二氧化碳驱油国内外研究现状

1、国外研究现状

前苏联最早从1953年开始对注二氧化碳提高采收率技术进行研究。1967年前苏联石油科学研究院在图依马津油田的亚历山德罗夫区块进行了工业性基础试验。尽管这些油藏的地质条件不同，但都取得了好的应用效果。

而美国是二氧化碳驱发展最快的国家，自20世纪80年代以来，美国的二氧化碳驱项目不断增加，已成为继蒸气驱之后的第二大提高采收率技术。美国目前 正在实施的混二氧化碳相驱项目有64个。大部分油田驱替方案中，注入的体积二氧化碳约占烃类孔隙体积的30%，提高采收率的幅度为7%-12%。

近年来，加拿大和土耳其对二氧化碳驱开采重油进行了大量的实验研究。土耳其大规模的采用驱替二氧化碳重油，并获得了很大的成功。加拿大也从实验上证实二氧化碳一旦溶解在原油中就可使原油粘度降低，并且可以把粘度降低到用蒸气驱替的水平。

2、国内研究现状

我国东部主要产油区二氧化碳气源较少，但注二氧化碳提高采收率技术的研究和现场先导试验却一直没有停止。注二氧化碳技术在油田的应用越来越多，已在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了现场试验。

我国对二氧化碳驱油技术也进行了大量的前期研究，例如,大庆油田利用炼油厂加氢车间的副产品——高纯度二氧化碳 96% 进行二氧化碳非混相驱矿场试验。虽然该矿场试验由于油藏的非均质性导致的气窜影响了波及效率, 但总体上还是取得了降低含水率、提高原油采收率的效果。针对胜利油田特超稠油油藏黏度大、埋藏深 , 从 2005 年起胜利采油院与胜利石油开发中心合作 , 在郑

411、T826等特超稠油区开始二氧化碳辅助蒸汽吞吐的试验 , 首次把二氧化碳和水蒸气结合起来应用于热力采油 ,并据此展开更深入的理论研究 ,不断提高热采配套工艺技术水平。

2009年5月22日，在大庆油田公司榆树林油田树101二氧化碳驱油区块和勘探开发研究院开发研究二室获悉，二氧化碳驱油技术攻关试验在这个油田外围呈现良好发展态势。今年，这个油田已将二氧化碳驱油技术纳入战略储备技术，扩大二氧化碳产能建设和驱油试验区规模，并逐步将试验区从外围油田向老区油田延伸。截至5月26日，大庆油田二氧化碳驱油技术攻关试验累计增油已超过4000吨。

（七）二氧化碳驱油过程中容易遇到的一些问题

1、温度与压力条件的变化导致CO2浓度降低，使蜡和沥青质从原油中沉淀析出

2、油井CO，气窜

3、油井与油田设备的腐蚀

4、CO2的有效输送

5、工艺成本高

6、油田附近没有CO2气源或者供应量不足

（八）二氧化碳驱油技术的发展前景 二氧化碳驱油是一项成熟的采油技术。据不完全统计，目前全世界正在实施的二氧化碳驱油项目有近80个。美国是二氧化碳驱油项目开展最多的国家，每年注入油藏的二氧化碳量约为2000万～3000万吨，其中300万吨来自煤气化厂和化肥厂的废气。

据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”结果，二氧化碳在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。我国现已探明的63.2亿吨低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，运用二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。

可以预测，随着技术的发展完善和应用范围的不断扩大，二氧化碳将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。

（九）结论与建议

从大庆油田几年的现场试验研究情况看，二氧化碳驱油的工艺技术是可行的，见到了一定的驱油效果。但要将二氧化碳驱大面积应用于油田生产，除了要解决大型压缩机等地面设备和井下管柱工具防腐问题外，还要考虑当地是否有天然的二氧化碳气源。在抽田开发过程中，结合油田实际，综合评价二氧化碳驱、聚合物驱、三元混相驱、天然气驱、蒸汽吞吐等三采措施，选择最适宜本油田开发生产的驱油技术。

参考文献：

[1] CO2驱提高采收率国内外发展应用情况/陈志超，李刚，尚小东，尹艳梅

[2] CO2驱油技术在大庆油田的应用/王雅如，高树生，赵玉昆

[3] CO2驱油提高采收率技术/文乔

[4] 大港油田开展二氧化碳驱油的前景分析/王天明,王春艳，樊万鹏

[5] 大庆油田二氧化碳驱油技术取得进展/王志田，陈庆

[6] 二氧化碳驱/金佩强摘译自 《SPE 23564》

[7] 二氧化碳驱油/中外石油科技

[8] 科技动态/第10期 第109页

[9] 石油工程科技/第33页

[10] 考虑传质扩散作用的CO2驱油数学模型及其影响因素研究/安杰 中国石油大学

第四篇：机电一体化发展趋势

机电一体化的发展历程和发展趋向系别：

专业：

学生姓名：

指导老师：

日期：2012年6月2日

1.机电一体化技术发展历程

1数控机床的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页。

2微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生气。

3可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础。4激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。

2.机电一体化发展趋向

1.数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

2.智能化

即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

3.模块化

由于机电一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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

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，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

5.人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

6.微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

7.集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

8.带源化

是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

9.绿色化

科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

10.光机电一体化

一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋向.11.自律分配系统化——柔性化

未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特征是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

12.全息系统化——智能化

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

13.“生物一软件”化—仿生物系统化

今后的机电一体化装置对信息的依靠性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物摘要：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统(大脑)工作时，生物就很有活力。仿生学探究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产

品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入探究。这一探究领域称为“生物——软件”或“生物系统”，而生物的特征是硬 件(肌体)——软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。

14.微型机电化——微型化

目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。

在机电一体化控制中，该执行机构集微机技术和执行器技术于一体，是一种新型的终端控制单元，其电机是通过内部集成的一体化变频器来控制，因此，同一台智能执行机构可以在一定范围内具有不同的运行速度和关断力矩。该智能执行机构采用了液晶显示技术，它利用内置的液晶显示板，不仅可以显示阀门的开、关状态和正常运行时阀门的开度，还可以通过菜单选择运行参数设定，当系统出现故障时，能显示出故障信息。总之，该执行机构集测量、决断、执行3种功能于一体，顺应了电动执行机构的发展趋势，它的研制成功给电动执行机构的研究开发提供了新的思路。建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。

第五篇：机电一体化的发展趋势

机电一体化技术的发展趋势

20世纪90年代后期，各发达国家开始了向智能化方向发展机电一体化技术这方面迈进。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化行业，微细加工技术也在其中有了更深层次的发展，于是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。从现在来看未来的机电一体化技术的发展方向大致有以下几个方面：

一、智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一, 也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。目前, 专家系统、模糊系统、神经网络以及遗传算法, 是机电一体化产品（系统）实现智能化的4种主要技术，它们各自独立发展又彼此相互渗透。随着制造自动化程度的不断提高, 将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动, 并会对制造中出现的问题进行分析、判断、推理、构思和决策。例如，在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

二、集成模块化

集成模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势, 也是一项重要而又艰巨的任务。简单的来说就是将各种接口或单元标准化，有点像机械咀的标准件，由于机电一体化产品种类和生产厂家都比较多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。机电一体化产品生产企业可利

用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模，这样更利于制定标准，以便各部件、单元的匹配和接口。

三、微型化

微型化是指机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。它是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，面临许多课题，涉及许多关键技术。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。微型机械加工技术作为微型机械的最关键技术，也必将有一个大的发展。硅加工、LIGA加工和准LIGA加工正向着更复杂、更高深度适合各种要求的材料特性和表面特性的微结构以及制作不同材料特别是功能材料微结构，更易于与电路集成的方向发展，多种加工技术结合也是其重要方向。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

四、系统化

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。它的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除R S232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要以及模仿生物机理等方面的产品。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。

五、自源化

自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。

六、环保化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，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健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。

机电一体化的发展前景

以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：

1、光机电一体化方向

一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

2、柔性化方向

未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

3、仿生物系统化方向

今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上处于“静态”时不稳定，但在动态时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。