机电一体化技术发展现状和趋势.doc

机电一体化技术发展现状和趋势摘要：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，综述国内外机屯一体化技术的现状，分析机电i体化技术 的发展趋势关键字：机电一体化 发展现状 趋势Abstract：Mechatronics is the result of moder n scie nee and tech no logy development. This thesis analyzes the basic things and developing background, the current condition of home and abroad, and the trend of machine incorporation mechatronics. Key words：mechatronics current condition trend1＞机电一体化技术概述目前，关于机电一休化化的定义，国际上普遍采用日本机械振兴协会的定义:“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子 技术，并将机械装置与电了装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。

机 屯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、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，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为 基础，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 化的系统工程技术机电一体化技术的发展是建立在其他学科发展的基础之上的，是其他相关技 术的融合和最优化与机电一体化技术密切相关的核心技术有如下儿项：(1)机械技术机械技术是机电一体化技术的基础机械技术在不断发展更 新的同时，也要与计算机技术和电了技术相适应和组合，从而最大限度发挥机械 技术的优点，实现结构上、材料上、性能上的最优化，满足减小重量、缩小体积、 提高精度、提高刚度及改善性能等要求⑵ 计算机与电子技术计算机与电子技术主要负责机电一体化技术中的信 息交换、存取、运算、判断与决策，起着类似于人类大脑的作用人工智能技术、 专家系统技术、神经网络技术也被纳入了计算机与电了技术的范畴3）系统技术系统技术是以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度 和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术 中一个重要方面，是实现系统各部分冇机连接的保证。

自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术、信息变换技术以及软件编程 技术等群体技术对机电一体化技术也起着至关重要的作用，正是由于这些技术的 共同发展和推动，才使得机电一体化技术不断前进和走向成熟2、机电一体化国内外发展现状机电一体化的发展大体可以分为三个阶段第一阶段是20世纪60年代以前, 人们口觉不口觉地利用电了技术的初步成果來完善机械产品的性能，并使Z得到 比较广泛的承认第二阶段，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机电-•体化技术和产品得到了极大发 展第三阶段，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各国均开始极大关注和支持机电一体 化技术和产品⑴国外机电一体化发展现状1989年在日本东京召开的第一届国际先进机电一•体化学术会议，是机电一 体化向纵深发展的标志，各国政府也开始有计划地推动和发展机电一体化技术和 产品目前，日本和美国在机电一体化产品开发和应用方而处于世界领先地位 美国商务部曾发表过一份关于日木机电一体化的研究报告，对口美两国机电一体 化技术的基础研究、超前开发与形成产品等三方面进行了比较，结论是除机器视 觉与软件外，日木的基础研究与美国是可以比拟的。

当前，他们都将智能传感器、 计算机芯片制造技术、具有触觉和人机对话功能的人工智能工业机器人、柔性制 造系统等列为高技术领域的重大研究课题，并投入大量资金支持发展相关技术 20世纪90年代后期，机电一体化进入了深入发展时期光学、通信技术、微细 加工技术等进入了机电一体化，出现了光机电一体化和微机电一体化的新分支 同吋对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，以及学科体系和发展趋势 都进行了深入研究人工智能技术、神经网络技术及光纤技术也为机电一体化技 术开辟了广阔的发展天地⑵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年发展纲耍 时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和曲此可能带來的影响，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⑹, 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。

主耍有 以下的几个方面：%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 机床的国内市场占冇率达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，已具冇年产数控系统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10^m提高到5pm, 精密级加工中心则从3〜5旳，提高到1〜1.5pm,并且超精密加工精度己开始进 入纳米级（O.Olpm）o%1 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力台工业机器人， 其中完全国产的工业机器人（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1 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已经冇 了较快发展口前，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，全国己 冇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机电一体化技术起步较晚，相关人才短缺，传统工业系统落后，所以我国 机电一体化技术现状国外发达国家相比述冇一定差距主要体现在以下几个方而:%1 起步较晚，发展时间较短，所以技术木身还不够成熟；%1 传统工业系统庞大，改造任务量大，由于经济、技术等条件的限制，大部 分企业和单位的机电一体化改造任务无法完成，己经完成的改造任务量还未到需 要量的1/2；%1 传统设备多，普通机床、工业炉窑j风机电泵等利用电了信息技术进行改 造的任务繁重；%1 工业系统CAD应用。

口前，美、日等国的工业设计CAD应用率已超过85% , 我国工业系统CAD应用率和世界发达国家相比差距较大，CAD应用的覆盖率也 不及发达国家3、机电一体化发展趋势机电一体化技术是整合机械技术、电子技术、计算机技术、自动处理技术等 发展起来的新型技术，所以，以上技术的发展，也必将影响到机电一体化技术的 发展研究人员积极探索、研究其他技术的发展，并合理地将这些技术与机电一 体化技术相整合，使机电i体化技术向着更先进的方向发展纵观这些年机电一体 化技术的发展，其主要趋势有以下几个方面：(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 体化的研究中曰益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用Z-o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、逻辑思维及口主决策等能力，以求得到更高的控制 目标诚然，使机电一体化产品具冇与人完全相同的智能，是不可能的，也是不 必耍的但是，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，则是完全可能而月•必要的。

⑵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乂非常重要的事情如研制集减速、智能调速、电机 丁一体的动力单元，具冇视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及 齐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，述是对生产机电一 体化产品的企业，模块化将给机电一体化企业带來美好的丽程⑶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來，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 端设备木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來的便利与快乐因此，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了机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过lcm3 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-•体化 发展的瓶颈在于微机械技术微机电一休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⑸绿色化工业的发达给人们生活带來巨大变化一方面，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，冋归 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屯一体化产品的绿色。