机电一体化对传统机械的影响及发展趋势

第一篇：机电一体化对传统机械的影响及发展趋势

机电一体化对传统机械的影响及发展趋势

摘要：随着计算机、微电子技术等技术的不断发展，传统的机械行业也受到了较大的影响，智能化、模块化、网络化的机械逐渐发展并引领经济的发展。本文主要就机电一体化技术对传统

机械的影响及发展趋势展开讨论。

关键词：传统机械 机电一体化 影响 发展趋势

1.机电一体化的基本概念

1.1机电一体化的定义

机电一体化又称机械电子学，日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念[1]。机电一体化结合了机械、电子技术、计算机科学、数控技术、信号处理等多门学科，是一门由多门学科相互渗透与结合而发展起来的新兴科学。随着科学技术的快速发展，机电一体化正被应用在各方各面，影响着每个人的生活。1.2.机电一体化的主要技术 1.2.1机械技术

机械部分主要从从提高精度、减轻质量、提高材料质量等几方面考虑。为了减轻以钢铁材料为主的现代机械产品的质量，可以考虑结构的改进、采用具有同等性能的非金属材料等，以便减小机械惯性，加快响应速度，减少能量损耗。材料质量包括材料自身的强韧性、表面质量等。提高质量可以提高材料的力学性能，降低在高强度负荷下断裂、屈服等的可能性。此外，还可以改善加工工艺或机械结构，降低加工过程中的磨损、温度升高等方面影响，保证产品的精度和正常运行。1.2.2接口技术

接口技术是传输外部信号到计算机的重要部分，是实现系统各部分连接的保证。为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格有利于信息传递和维修，方便交流。目前，接口技术正向着低成本、高速串行接口的方向发展，来解决光电藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。

1.2.3传感技术

传感检测技术是系统的感受部分。其功能越强，系统的自动化程序就越高。机电一体化要求传感器能快速、精确地获取信息并不受外部环境所扰，它是机电一体化系统达到高水平的保证。1.2.4信号处理技术

为进一步发展机电一体化，需要提高信息处理设备的可靠性，包括A/D、D/A转换设备的可靠性、输入输出的可靠性，以及对指令处理的速度、信号处理时的抗干扰问题等。1.2.5驱动技术

驱动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置。伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件，对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元[2]。

2.机电一体化对传统机械的影响

2.1.对传统机床的影响

传统机床虽然解放了劳动生产力，在一定程度上提高了效率，但在很多方面都无法满足现代工业的快速发展。例如CA6140型卧式车床，通过工件的圆周运动以及车刀的进给运动，只能实现简单表面的切削与加工，而这些已远远不能满足现代工业对复杂曲面与形状、高精度的要求。而现代机床（如数控机床）的出现，使得机床工业进入了一个新的阶段。数控机床有以下特点：

（1）高柔性。（2）高精度化。（3）高效率。

2.对传统包装机械的影响

传统的包装机构多采用机械式控制，如凸轮分配轴式，后来又出现了电子控制、光电控制、气动控制等控制形式[3]。但是随着经济的发展，尤其是网上交易平台的出现，包装参数多变，传统包装机械已很难满足需求。随着机电一体化技术的发展，包装机械得到了很大的提升。主要表现在以下几个方面。

（1）提高产品质量。（2）增加功能，提高可靠性。（3）简化机械结构。3.对农业机械的影响

我国是农业大国，农业是国民经济的基础，而农业机械化是现代农业的重要组成部分。农业机械化的应用程度在全国范围内各不相同，一些偏远地区仍以人工为主，或者机械化程度较低，对人工的替代作用仍有很大的限度。而随着机电一体化的发展，农业向着农业机械化、农机设备自动化、农机设备智能化的方向发展。机电一体化技术与传统的农业机械，优势明显：

（1）安全性和低故障性。（2）良好的操作性。（3）便于安装调试和维护。

3.机电一体化的发展趋势

3.1智能化

智能化是未来发展的一个主要趋势。在机械方面，智能化的发展可使机械具有自主判断、推理、决策等能力，减少对机械的人工控制，使其自主完成一些基本任务，使得产品更加人性化。3.2模块化

模块化可以促进各生产厂家产品的标准化，快速开发新的产品，同时采用模块化

也有利于模块之间的更换与替代，方便检测与维修。模块化具有良好的发展前景。3.3网络化

在机电一体化技术发展中，机械工程中涉及到的精密仪器和检测设备可通过网络化的设置，实现对设备的远程监控，以减少人力，提高工作效率。未来这将成为主要的发展趋势。3.4微型化

微型化主要是为了适应分散的、中小型的工业场合。微型化主要向着体积小、功能全、能耗低、性价比高的方向发展，使其具有灵活的组态特性。3.5个性化

市场经济的快速发展，为了满足消费者不断变化的需求，产品须实现个性化的发展。特别是在当前的信息时代，机电一体化产品也必须根据自身的发展目标转向个性化的发展方向，提高产品的质量。3.6绿色化

可持续发展战略与规划将对企业在合理开采和利用自然资源、从源头杜绝污染和破坏生态环境、开创更多就业机会三方面提出更高的要求。

4.结束语

总之，随着电子信息行业的快速发展，以微电子技术为核心的机电一体化系统必将成为未来的发展趋势。同时，机电一体化也将改变传统的机械结构，促进传统机械的经一步发展，使结合了机电一体化的现代机械成为21世纪机械制造工业中的主力军。

参考文献

[1] 张海樵.机电一体化专业发展前景及课程改革[J].时代教育,2013(6).[2] 赵志强,卢昕,林甦君.机电一体化技术对农业机械化发展的影响[J].农业机械,2012(10).[3] 罗志明.机电一体化是包装机械发展的方向[J].沿海企业与科技,2004（06）.

第二篇：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。

第三篇：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。

第四篇：浅谈机电一体化技术发展趋势及机械零部件的创新设计

浅谈机电一体化技术发展趋势及机械零部件的创新设计

【摘 要】机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电一体化技术的发展趋势。文章针对传统机械零部件的设计局限性，提出了现代设计思想和方法。

【关键词】机电一体化； 发展趋势； 现状； 机械制造；零部件设计；现代思想；科学发展； 技术

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。

机电一体化概述

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。

机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(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。(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。

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:

3.1 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、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的。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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。

3.5 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。

3.6 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。

关于机械零部件的创新设计

一、机械零部件传统的设计局限

传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题：零部件容易腐蚀损坏；零部件容易疲劳损坏，断裂、表面剥落等；零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现，都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据，运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高，目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法，但是它有很多局限：在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验，通过计算、类比分析等，以收敛思维方式，过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统，不强调创新，因此很难得到最优方案；在机械零部件设计中，仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算，其他零部件只作类比设计，与实际工况有时相差较远，难免造成失误；传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现，忽略人―机―环境之间关系的重要性；传统设计采用手工计算、绘图，设计的准确性差、工作周期长、效率低。

二、创新思维机械零部件的设计思想

机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。

（一）运用创造思维

设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼，自觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。

（二）运用发散思维

发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。

（三）运用创新思维

创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动，它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成，产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例，追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等，在求异和突破中体现创新。

三、科学的进行机械零部件设计

（一）把握机械零部件设计的主要内容

机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。

（二）严格计算机械零部件的失效形式

机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷（下转第57页）（上接第58页）的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。

（三）正确选择机械零部件表面粗糙度

表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性，才能作出合理的选择。

（四）全面优化机械零部件方法

要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。

【参考文献】

[1]李建勇.机电一体化技术

­­­­­.北京:科学出版社,2004.[2]李运华.机电控制

­­­­­.北京:北京航空航天大学出版社,2003.[3]王启．常用机械零部件可靠性设计

­­．北京：机械工业出版社

[4]隋明阳．机械设计基础

­．北京：机械工业出版社

[5]郭仁生．机械设计基础

­­．北京：清华大学出版社

[6]许尚贤．机械零部件现代设计方法

­­­．北京：高等教育出版社

第五篇：机电一体化技术的应用及发展趋势

机电一体化技术的应用及发展趋势

摘 要：随着我国工业生产水平的不断提高，机电一体化技术的应用也日趋广泛，成为现代工业技术发展的重要?酥局?一，了解和掌握机电一体化技术的应用和未来发展前景，也是当前机械工程领域关注和研究的重点课题之一。本文从机电一体化技术的发展入手，分析了机电一体化的发展前景趋势，希望能借此给同行们提供一些有价值的参考。

关键词：机电一体化 技术应用 发展趋势

1.机电一体化的技术应用

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。

机电一体化技术的应用领域十分广泛，主要应用在数控机床、计算机集成制造系统、柔性制造系统、工业机器人等方面。它在应用技术方面主要包括软件和硬件两个大的方面，其在不同领域中的具体应用的核心技术包括：

1.1在现代机械制造业中的应用

机械制造业的市场竞争局面紧张，而在传统的机械制造行业中，规模和经济基础是决定市场占有率的关键，而社会发展到今天，制造业已经打破了单纯依靠人力生产的技能传统，取而代之的是电子计算机技术、敏捷制造、柔性制造、并行工程和计算机数字控制技术等高新技术制造系统占据了信息竞争主导地位，起到了促进生产模式创新和发展的作用。

1.2在钢铁行业中的应用

机电一体化技术在钢铁企业中的应用主要是计算机集成制造系统，是将人、生产经营、生产管理和整个生产管理过程的全方面有效连接的一种控制系统。从原料进入生产企业，到原料的加工生产和成品的发货等全方面加以监控的新技术应用。

1.3在饮料食品行业中的应用

机电一体化作为一种应用发展最快的新技术，在饮料食品行业的包装机械开发、设计和制造等方面也被广泛引入，大大提高了生产加工的自动化水平，提升了生产能力和管理效率，为企业在行业中的优势竞争地位奠定了基础。

此外，机电一体化的技术应用还包括在现场总线技术方面和交流传动技术方面的应用。现场总线技术其实就是将新型的信号传输技术替换成现场总线技术的一种方法，在有效控制的基础上实现双向的信息传送。而交流传动技术则是将矢量控制技术进行实用化应用的代表，是数字技术发展的产物，在未来，还将取代直流传动技术。

2.机电一体化技术的未来发展趋势

当前，光机电一体化技术作为一种新兴的学科，在多年的发展后逐步形成了一种新兴产业，并逐渐受到人们的重视。同时这也决定了当代机电一体化技术的未来发展趋势：

2.1 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程，这一重要发展趋势将给所有机电一体化企业带来光明的发展前景。使得产品种类和生产厂家繁多、单元复杂的机电一体化产品更好的被整合，对开发研制新产品和进一步扩大生产规模都将有极强的推动作用。而为了更好的避免利益冲突，还应该相应的制定相关必要的国际或国内生产标准。相关标准的制定，对生产标准机电一体化单一的企业和对生产机电一体化产品的企业来说，都会有利无害。

2.2智能化

在21世纪智能化已然成为机电一体化技术发展的一个重要方向。这一时期的人工智能应用在机电一体化技术应用研究中备受关注，其中最为典型的技术应用代表当属机器人和数控机床的智能化应用。尽管在当前的技术条件下，机器人不可能达到与人完全相同的智能，但是其智能化的拟人应用是完全有可能，并在现实的生产生活中也有必要的，如何在理论控制的基础上行，达到更高的控制目标，将是机电一体化技术智能化应用的一个重点。

2.3微型化

在20世纪80年代末期，机电一体化技术已经开始朝着微型及其和微观领域发展，国外更是兴起了一种较为微电子机械系统的机电一体化产品，这种体积小、耗能少、而且运动灵活的这款新产品逐渐朝着微米、纳米级发展，并彰显其在生物医疗、军事和信息等方面应用的巨大优势，势必成为未来的一大发展趋势。但需要注意的是，这一技术的突破发展也存在一定的技术瓶颈。

2.4网络化

20世纪90年代，计算机技术应用方面开始出现了网络技术，其在工业生产和科学技术及各领域的广泛应用，极大地影响了人们的日常生活，同时也加剧了企业间的全球化竞争趋势，使得各企业在面临严峻挑战的同时也带来了极大的发展机遇。这也就预示着，一旦研制出质量可靠、功能独特的新的机电一体化产品，其畅销度将快速覆盖全球。特别是在网络日益普及并形成了计算机技能家电系统的今天，家电已经和家庭网络密切相连，这也就预示着机电一体化产品只有朝着网络化方向发展，才能在高科技技术的应用中满足人们的便利需求和使用快乐。

2.5绿色化

工业的发展给人们的生活带来了巨大的影响，在提高舒适生活和物质满足的同时，也衍生出了资源短缺和环境污染加剧等系列问题。因此，回归自然、绿色环保健康的产品概念也开始成为社会需求的主流和时代发展的趋势。这就要求产品在其设计、制造、使用和销毁的全过程中，都应以尽量减少对人体健康的损伤和提高产品利用率为前提，不污染、能回收利用的新型机电一体化产品的绿色设计理念，其未来的发展前途将极其远大。

3.结束语

众所周知，在市场经济体制不断完善和竞争加剧的今天，科学技术不断朝着整体化、交叉化、数字化和微电子技术信息技术的方向发展，机电一体化技术的应用范围也不断增加。只有了解其应用现状，认清其未来发展趋势大力推广和发展，才能让机电一体化技术在各行业中的应用，来进一步提升产品的质量和工作效率，更好的服务人们的生产生活，从而推动机械工业的发展与振兴。

参考文献

[1]王霞.机电一体化的发展与应用[J].科技资讯，2013（27）.[2]钟六平.浅议机电一体化之控制系统[J].科技资讯，2013（34）.[3]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004.