導語：如何才能寫好一篇機電一體化論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術特征，研究了國內外技術現狀和發(fā)展趨勢，指出了未來發(fā)展前景和一些重要技術熱點。

近些年來，光機電一體化技術得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領域得到廣泛地應用。因此，光機電一體化技術成為當今機械工業(yè)技術發(fā)展的一個主要趨勢。

1.光機電一體化技術特征

光機電一體化系統(tǒng)主要由動力、機構、執(zhí)行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng)。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。

1.1體積小，重量輕，適應性強，操作更方便

光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設的程序一步一步控制實現，甚至實現操作全自動化和智能化。

1.2功能增加，精度大幅提高

光機電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現代技術集成開發(fā)的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統(tǒng)可精確按預設動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

1.3部分硬件實現軟件化，智能化程度提高

傳統(tǒng)機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節(jié)、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。

1.4產品可靠性得到提高，使用壽命增長

傳統(tǒng)的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.5融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品

光機電一體化產品的研究開發(fā)涉及到許多學科和專業(yè)知識，包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統(tǒng)工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創(chuàng)新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優(yōu)勢結合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。

1.6產品系統(tǒng)性增強，各部分系統(tǒng)間協(xié)調性要求提高

光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術揚長避短，提高系統(tǒng)協(xié)調性。

2.研究現狀和發(fā)展趨勢

2.1研究現狀

自從我國實行改革開放以來，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數控產品有了很大的提高，尤其是經濟型靈敏數控裝置發(fā)展很快，是我國特有的經濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業(yè)機械都是如此，我國自行研制和生產的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。

2.2發(fā)展趨勢

光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業(yè)，而這些產業(yè)作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。從世界科學技術的發(fā)展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括：

（1）激光技術

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產品進行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術

1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。

2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環(huán)境中，最常選用的是光纖探測器。

其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。

（3）激光快速成型技術

激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結，由點、線構造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場，極大地提高了汽車生產企業(yè)對市場的適應能力和產品的競爭能力。

（4）光能驅動技術

利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人?，F已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態(tài)目標處于初級階段，如果能發(fā)現具有優(yōu)異光作用特性的動態(tài)物質，則可使光能驅動技術廣泛應用。

3.結語

技術上的改革和與之相配套的技術支持是創(chuàng)新技術的基礎。開發(fā)光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發(fā)生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。

參考文獻

[1]劉志，朱文堅.光機電一體化技術，現代制造工程，2001（12）

[2]梁進秋.微光機電系統(tǒng)國內外研究進展.光機電信息，2000（8）

[3]宋云奪編譯.光機電一體化業(yè)的未來.光機電信息，2003（12）

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【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術特征，研究了國內外技術現狀和發(fā)展趨勢，指出了未來發(fā)展前景和一些重要技術熱點。

近些年來，光機電一體化技術得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領域得到廣泛地應用。因此，光機電一體化技術成為當今機械工業(yè)技術發(fā)展的一個主要趨勢。

1.光機電一體化技術特征

光機電一體化系統(tǒng)主要由動力、機構、執(zhí)行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng)。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。

1.1體積小，重量輕，適應性強，操作更方便

光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設的程序一步一步控制實現，甚至實現操作全自動化和智能化。

1.2功能增加，精度大幅提高

光機電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現代技術集成開發(fā)的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統(tǒng)可精確按預設動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

1.3部分硬件實現軟件化，智能化程度提高

傳統(tǒng)機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節(jié)、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。

1.4產品可靠性得到提高，使用壽命增長

傳統(tǒng)的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.5融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品

光機電一體化產品的研究開發(fā)涉及到許多學科和專業(yè)知識，包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統(tǒng)工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創(chuàng)新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優(yōu)勢結合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。

1.6產品系統(tǒng)性增強，各部分系統(tǒng)間協(xié)調性要求提高

光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術揚長避短，提高系統(tǒng)協(xié)調性。

2.研究現狀和發(fā)展趨勢

2.1研究現狀

自從我國實行改革開放以來，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數控產品有了很大的提高，尤其是經濟型靈敏數控裝置發(fā)展很快，是我國特有的經濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業(yè)機械都是如此，我國自行研制和生產的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。

2.2發(fā)展趨勢

光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業(yè)，而這些產業(yè)作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。從世界科學技術的發(fā)展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括：

（1）激光技術

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產品進行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術

1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。

2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環(huán)境中，最常選用的是光纖探測器。

其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。

（3）激光快速成型技術

激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結，由點、線構造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場，極大地提高了汽車生產企業(yè)對市場的適應能力和產品的競爭能力。

（4）光能驅動技術

利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態(tài)目標處于初級階段，如果能發(fā)現具有優(yōu)異光作用特性的動態(tài)物質，則可使光能驅動技術廣泛應用。

3.結語

技術上的改革和與之相配套的技術支持是創(chuàng)新技術的基礎。開發(fā)光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發(fā)生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。

參考文獻

[1]劉志，朱文堅.光機電一體化技術，現代制造工程，2001（12）

[2]梁進秋.微光機電系統(tǒng)國內外研究進展.光機電信息，2000（8）

[3]宋云奪編譯.光機電一體化業(yè)的未來.光機電信息，2003（12）

篇3

因為要對植被進行處理，所以，園林設計機電一體化技術在實際應用中面臨的問題，與農業(yè)生產類似。因此，園林設計機電一體化機械在很大程度上與農業(yè)機械相似?，F在，園林設計機電一體化機械在實際應用中還存在許多缺陷，具體來說，包括以下幾點。

1.1種類比較少

現在市場上常見的有各種修剪機、灑水機等，這些比較單一，還有許多機電一體化機械并不常見，如移植機等。在許多發(fā)達國家，其園林設計機電一體化設備更加多樣化，在美國、歐洲等國家，其園林設計設備種類就更多，用途也更廣泛。國內也有許多知名品牌的銷售，如綠友、東方園林等，在國內還有許多生產園林機械的著名廠家，在淮安、揚州等地就有許多知名廠家。

1.2普及率低

與數十年前相比，園林設計中采用機電一體化機械的頻率雖然有所升高，但就目前來講，機械的使用率還是偏低，還不夠普及。與發(fā)達地區(qū)相比，我國大部分地方還在用半自動化機械工作，距離全自動機械工作還有一定距離。

1.3利用率較低

部分園林機電設備會投入使用，但機電設備的使用效率不高，其原因有二，一是存在人為操作的問題，錯誤的操作規(guī)程對機電設備造成很嚴重的破壞，導致維修費用升高，使成本不降反增；二是沒有將機電設備的利用效率最大化，導致資源浪費，增加了管理與維護的成本，阻礙了機電設備在園林設計方面的投入和使用。

1.4保管和維護不到位

機械是易損耗的，使用過程中難免會出現故障，但有些企業(yè)由于缺乏技術人員維修不到位，有的根本不進行定期維修，故障的機器多數被棄置倉庫，卻利用人力完成作業(yè)，這成為園林設計中機電一體化的缺點。不懂得機械結構和原理，不熟悉機械的操作，不知道如何保養(yǎng)機械，導致機械使用壽命降低。對上述問題，企業(yè)必須制定相關的操作規(guī)程，讓員工認真學習操作規(guī)范以及正確的使用方法。另外，在大規(guī)模使用園林機電一體化機械時引起的噪音、環(huán)境污染等問題也有待解決。機電一體化的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，專業(yè)化是必不可少的。由于各類科技學科發(fā)展及相互滲透，促使了機電一體化技術和產品在各行業(yè)、部門的飛速發(fā)展。其中機電一體化在園林設計中也得到了應用。

2機電一體化在園林設計中的應用

隨著現代化技術的廣泛應用，機電一體化技術也逐漸滲透進了園林設計。經過兩千多年的發(fā)展，中國古典傳統(tǒng)園林所講究的意境已經到了爐火純青的地步，雖然可能會有更好的園林出現，但是機電化已經成了一個重要的發(fā)展趨勢，這是大勢所趨。園林設計中會融入更多的機電一體化等元素。沿著這個思路走，創(chuàng)造園林的科技文明和傳統(tǒng)意境對園林現代化的普遍需求相結合，是成就上流園林的必要條件之一。

3結語

篇4

1.1機電一體化技術在發(fā)泡機中的應用發(fā)泡機是冰柜（箱）生產中最為重要的設備，同時也是自動化程度較高的設備。發(fā)泡機設備用于冰柜（箱）內發(fā)泡料的注射，設備需要精準地控制發(fā)泡料料溫、注射壓力、注料重量，同時與發(fā)泡線聯(lián)機，實現自動注料。設備采用PLC控制，并與發(fā)泡線聯(lián)機運行，實現信號交換，內部PID閉環(huán)控制實現對料溫、料位、注料重量的精準控制，特別是注料重量，注料過程中由計量泵反饋信號，PLC系統(tǒng)將模擬量信號轉換為數字信號后進行計算，對發(fā)泡注料重量進行正或負補償，確保注料重量保持在較小的偏差范圍內。該設備可由觸摸屏進行參數調整，觸摸屏與PLC相連接，料位、溫度差、料溫等均可實現可視、可更改，并可對設備輸入、輸出點進行觀察，操作簡便，維修方便。發(fā)泡機作為冰柜（箱）生產中的關鍵環(huán)節(jié)設備，由于對控制精準性、運行穩(wěn)定性的高要求，原先我國多數企業(yè)多采用進口設備，如德國亨內基、意大利康隆等較為領先的設備，但隨著我國冰柜（箱）生產的快速發(fā)展，國內聚氨酯發(fā)泡機的生產也經歷了從無到有，從落后到先進的巨大變化，該類設備得到了不斷的提升，設備穩(wěn)定性、精準性大幅度提高，但與世界先進發(fā)泡機設備相比仍有較大差距，當然發(fā)泡機設備的技術進步，也為我國冰柜（箱）產業(yè)的制造發(fā)展起到了極大的推動作用。

1.2機電一體化技術在發(fā)泡線中的應用發(fā)泡線設備為冰柜（箱）箱體、門體的生產設備，設備結構較為復雜。原先大多數企業(yè)采用環(huán)形發(fā)泡結構，由烘道控制發(fā)泡溫度，采用液壓系統(tǒng)控制線體前進，并使用人工裝箱、取箱等，現多數企業(yè)采用立式發(fā)泡結構，水循環(huán)加溫系統(tǒng)、箱殼進模、產品出模、注射等實現整合與自動化，全線采用PLC與觸摸屏進行控制，立式發(fā)泡的優(yōu)越性明顯高于環(huán)形發(fā)泡，主要表現在：（1）自動化程度高：環(huán)形發(fā)泡人工進模、出模、注料，操作人員勞動強度大，立式發(fā)泡實現自動進模、產品自動出模、自動注料、自動控制發(fā)泡時間，同時自動控制發(fā)泡溫度等，保證了產品質量；（2）節(jié)約能源：環(huán)形發(fā)泡溫度由烘道控制，面積大、升溫慢、散熱快；立式發(fā)泡自動控制、調節(jié)溫度，實現單?？煽刂?，整體調控；（3）發(fā)泡時間、質量可控：環(huán)形發(fā)泡由液壓系統(tǒng)控制前進速度，一個工位停止則全線停止，發(fā)泡時間不準確；立式發(fā)泡單獨控制，每模發(fā)泡時間可自由控制與調整；（4）效率高、產量高：環(huán)形發(fā)泡按圈輪轉，箱殼與工位配套裝箱發(fā)泡，順序要求高，且人工出箱慢；立式發(fā)泡可隨機進箱，機器自動出箱快，效率更高。

1.3機電一體化技術在其他冰柜（箱）生產設備中的應用冰柜（箱）生產設備機電一體化、自動化水平的發(fā)展在各種小型配套設備中也得到了充分的體現，各種小型設備通過機電一體化改造，反應更快、更加精簡，以打包機為例，打包機上卷后，設備控制中心PLC根據光電信號確定冰柜（箱）位置，自行送帶、拉緊、割斷、粘連，完成打包動作，一個產品三次打包動作僅需要10s左右，實現快速動作，低故障率，有效地保證了產量。另有創(chuàng)新型的各種機電一體化設備，以蒸發(fā)器自動纏繞機為例，該設備用于冰柜內膽蒸發(fā)器的纏繞，實現了鋁箔膠帶與鋁管的同時粘附，且配有相應的伺服間隙調整，人工設定纏繞參數完畢后，PLC根據伺服脈沖、編碼器反饋信號等自動計算纏繞圈數、高度，有效地解決了冰柜內膽一直由人工貼覆的難題，將冰柜（箱）的自動生產向前推進了一大步。

2冰柜（箱）生產設備機電一體化技術應用的發(fā)展趨勢

我國制造的冰柜（箱）生產用機電一體化設備都具有智能化、程序化、信息化的特點以及設備體積小，操作、維護方便，保護齊全，性能可靠等優(yōu)點。這些設備在冰柜（箱）生產中的廣泛應用，不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高冰柜（箱）生產的生產水平和能力，創(chuàng)造了巨大的經濟效益和社會效益。但是，我國的冰柜（箱）機電一體化技術與發(fā)達國家相比，還有一定的差距，因此還有很多的問題需要解決，技術需要研究，其未來的發(fā)展趨勢是：（1）掌握核心技術且形成產業(yè)，目前我國機電設備采用的控制中心及各種電器、液壓元件，如PLC、觸摸屏、油缸、氣缸等大多為進口元件，增加該方面的研發(fā)與投入，提高國產元器件的穩(wěn)定性與實用性，將對我國的機電一體化進程起到極大的推動作用；（2）市場競爭的加劇，使得降低殘次率、減少人工成本成為冰柜（箱）企業(yè)考慮的關鍵問題，機器人、機械手將被不斷研發(fā)與采用；（3）機電設備將更加人性化，設備的操作舒適性成為操作者選用要求之一；（4）車間機電設備實現整體通信連接，實現數據、信息的實時交流。

3結語

篇5

機電一體化技術主要包括技術原理和使機電一體化產品(或系統(tǒng))得以實現、使用和發(fā)展的技術。機電一體化技術是一個技術群(族)的總稱，包括檢測傳感技術、信息處理技術、伺服驅動技術、自動控制技術、機械技術及系統(tǒng)總體技術等。

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、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。

2)計算機與信息技術。信息交換、存取、運算、判斷與決策，人工智能技術，專家系統(tǒng)技術，神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3)系統(tǒng)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(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，是實現系統(tǒng)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(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)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(tǒng)的感受器官，是實現自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程度就越高。

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

二、機電一體化技術的主要發(fā)展趨勢

縱觀國內外機電一體化的發(fā)展現狀和高新技術的發(fā)展動向，未來機電一體化技術將朝著智能化、高性能化、網絡化、微型化、模塊化、綠色化等多方向發(fā)展。

2.1智能化

人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視。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。即要求機電產品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統(tǒng)控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現的問題進行分析、判斷、推理、構思和決策。例如，在智能化房屋建設上增加人機對話功能，設置智能I／O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。

2.2高性能化

高性能化一般包含高速、高精度、高效率和高可靠性。它采用多CPU結構，以多總線連接，進行高速數據傳遞，采有精簡指令集機，實時多任務操作系統(tǒng)并進行處理。設置多重緩沖器，故障診斷，自動檢錯、糾錯，系統(tǒng)自動恢復等技術保證該機電一體化產品具有高性能。

2.3模塊化

由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)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情。例如，研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產品，也可以擴大生產規(guī)模。這就需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配。由于利益沖突，近期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(yè)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(yè)，還是對生產機電一體化產品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。隨著微處理器性能價格比的迅速提高和微機械電子(MEMS)技術的飛速發(fā)展，各種機電一體化模塊將越來越多地出現在市場上。利用這些模塊，可以迅速方便地設計和制造出各種新的機電一體化產品。機電一體化是許多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生產力發(fā)展到一定階段的必然要求。

2.4網絡化

網絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育以及人們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(yè)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(jiān)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?，F場總線和局域網技術使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(tǒng)(eolnputerintegratedappliancesystem，ClAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。

2.5微型化

微型機電一體化產品向微米、納米級發(fā)展，體積小、耗能小、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)越性。微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。

2.6人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調，使用這些產品對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。未來的機電一體化將會加速它們與生命機體的相似性，更加注重產品與人的關系(人一機的協(xié)調)并與人共生(人一系統(tǒng)一一體化)，更關注適宜人的使用與操作、人的可靠性及安個性問題。

2.7綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化，同時資源減少、生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生并成為時代的趨勢。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(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)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(fā)展前途。綠色化成了時代的趨勢，產品的綠色化更成為適應未來發(fā)展的一大特色。

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可以說，機電一體化技術的出現，將會是我國現代工程技術水平的重要體現，更是工程機械主要的發(fā)展趨勢。而這一技術無論是對工程施工質量，還是工程機械的使用性能好壞，都有著關鍵的影響與意義。在實際的施工過程中，工程機械作為一種不可或缺的設備，隨著施工單位對于機械設備的自動化要求越來越高，原有的工程機械技術已經無法再滿足工程施工技術需求。因此，通過在工程機械設備中應用機電一體化技術，使其充分發(fā)揮自身高效、安全的實用性，確保在預期時間內完成工程任務，同時保障工程項目建設質量，降低工程建設成本。下面，就詳細闡釋了機電一體化技術在工程機械中應用的必要性，具體表現在以下幾個方面：首先，由于當前大部分工程規(guī)模普遍較大，這就對工程機械設備的生產效率有著較大的要求，而機電一體化的工程機械能夠有效提高施工效率，能夠確保在規(guī)定時間內，交付工程項目。其次，在現代工程施工中，各大施工單位對于工程機械的耗能量有著明確的要求，通常都是希望在完成施工任務的前提下，又可以降低能耗量，真正實現節(jié)約能源，降低施工成本的根本目標。再者，如果工程機械設備的自動化程度越高，這就說明對于工程施工難度也就越高，在實際施工中，有很多分項工程項目是需要應用到大量工程機械。反之，若是這些機械設備的自動化程度較差，就無法充分保障機械施工質量。此外，在工程施工過程中，通常使用的工程機械設備自動化程度非常高時，一般就不會需要浪費大量的人力，甚至有些施工工作完全不用勞動力完成。并且，機電一體化技術的工程機械實際操作起來十分簡單，只需一、兩個操作人員即可，這就為施工單位節(jié)省了一部分的勞動力成本。最后，在工程機械設備應用一體化技術，不僅能夠大大提高其使用壽命，還有效降低了運行故障的發(fā)生率，在充分保障工程施工質量的同時，還減少了一定的設備維修費用。通常上文幾點描述，我們也不難看出，傳統(tǒng)的工程機械技術已經無法在滿足于現代化工程的施工需要，而機電一體化技術的出現，徹底解決了這些問題，尤其是在工程機械設備中占據十分重要的地位，達到了非常理想的施工效果。

2機電一體化在電力變壓器繞線機的應用

電力變壓器的環(huán)型鐵心使用高導磁率的硅鋼帶繞置。用環(huán)型鐵心繞制的電力變壓器，具有低損耗、低躁聲、漏磁小的特點，是近幾年電力行業(yè)推廣使用的電力變壓器。電力變壓器繞線機是制造這種電力變壓器的專用設備。該繞線機可以繞制100kW以下的電力變壓器的三相繞組。該設備能夠根據繞組導線的線徑調整繞制的速度；具有緩慢起動、停止的功能，以防止繞線機因快速起動造成斷線的現象；能夠自動記錄繞組的繞制匝數；能夠預置繞制匝數，當實際繞制匝數等于預置繞制匝數時，繞線機能夠自動停車?？梢哉f，在變壓器繞線機中運用機電一體化，極大的提高了其運行效率和質量。其中，機電一體化繞線機的控制系統(tǒng)是由可編程序控制器和變頻器組成。其控制面板包適各種按鈕、選擇開關，用于給PLC輸入控制信號。繞組匝數的預置使用4位撥碼盤，將4位十進制數轉換成16位二進制數，送到PLC的輸入口。旋轉編碼器將轉數脈沖送到PLC的輸入口，從而測定繞組的實際繞制匝數。旋轉編碼器將主軸電動機轉數變?yōu)槊}沖計數信號，作為比較數據。在這樣的控制系統(tǒng)下，變壓器的繞線機實現了較高的自動化和智能化，生產效率有了顯著提升。

3機電一體化的主要發(fā)展方向

3.1智能化。機電一體化產品的智能化主要是使高性能、高速的微處理實現機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，機器人與數控機床的智能化就是重要應用代表。智能化通過對機器行為的描述，在控制理論科學的基礎上，應用人工智能、運籌學、模糊數學、計算機科學、生理學、心理學等新思想和新方法，使機器具有邏輯思維、判斷推理最終能夠自主決策。

3.2模塊化。模塊化是機電一體化技術中的一項重要而艱巨的工程。機電一體化產品種類和生產廠家繁多的現實情況使得相關單位制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配，企業(yè)研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、電氣接口和環(huán)境接口等的機電一體化產品單元，在這些標準單元的基礎上就可迅速開發(fā)新產品，同時也可以擴大生產規(guī)模。

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關鍵詞：機電一體化；接口技術；人機接口；機電接口

機電一體化系統(tǒng)可分為機械和微電子系統(tǒng)兩大部分，各部分連接須具備一定條件，這個聯(lián)系條件通常稱為接口。各分系統(tǒng)又由各要素（子系統(tǒng)）組成。本文以機電一體化控制系統(tǒng)（微電子系統(tǒng)）為例，將接口分為人機與機電接口兩大類。

一、機電接口

由于機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質上有很大差別，兩者間的聯(lián)系須通過機電接口進行調整、匹配、緩沖，因此機電接口起著非常重要的作用：

（1）行電平轉換和功率放大。一般微機的I/O芯片都是TTL電平，而控制設備則不一定，因此必須進行電平轉換；另外，在大負載時還需要進行功率放大；

（2）抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入，可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機系統(tǒng)和控制設備在電器上加以隔離；

（3）進行A/D或D/A轉換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時，必須在微機系統(tǒng)和被控對象之間設置A/D和D/A轉換電路，以保證微機所處理的數字量與被控的模擬量之間的匹配。

1、模擬信號輸入接口。在機電一體化系統(tǒng)中，反映被控對象運行狀態(tài)信號是傳感器或變送器的輸出信號，通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號（如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉速檢測用的測速發(fā)電機等）計算機要對被控對象進行控制，必須獲得反映系統(tǒng)運行的狀態(tài)信號，而計算機只能接受數字信號，要達到獲取信息的目的，就應將模擬電信號轉換為數字信號的接口——模擬信號輸入接口。

2、模擬信號輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中，控制生產過程執(zhí)行器的信號通常是模擬電壓或電流信號，如交流電動機變頻調速、直流電動機調速器、滑差電動機調速器等。而計算機只能輸出數字信號，并通過運算產生控制信號，達到控制生產過程的目的，應有將數字信號轉換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務是把計算機輸出的數字信號轉換為模擬電壓或電流信號，以便驅動相應的執(zhí)行器，達到控制對象的目的。模擬信號輸出接口一般由控制接口、數字模擬信號轉換器、多路模擬開關和功率放大器幾部分構成。

3、開關信號通道接口。機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，需要經常處理一類最基本的輸入/輸出信號，即數字量（開關量）信號包括：開關的閉合與斷開；指示燈的亮與滅；繼電器或接觸器的吸合與釋放；電動機的啟動與停止；閥門的打開與關閉等。這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和“0”出現的。在機電一體化控制系統(tǒng)中，對應二進制數碼的每一位都可以代表生產過程中的一個狀態(tài)，此狀態(tài)作為控制依據。

（1）輸入通道接口。開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統(tǒng)設置開關信號傳送給計算機。這些信號實質是一種電平各異的數字信號，所以開關信號輸入通道又稱為數字輸入通道（DI）。由于開關信號只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數字信號“1”和“0”，但是其電平一般與計算機的數字電平不相同，與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題，它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉換電路和地址譯碼電路等組成。

（2）輸出通道接口。開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執(zhí)行器（如繼電器或報警指示器）。它實質是邏輯數字的輸出通道，又稱為數字輸出通道（DO）。DO通道接口設計主要考慮的是內部與外部公共地隔離和驅動開關執(zhí)行器的功率。開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅動器和輸出口地址譯碼電路等組成。

二、人機接口

人機接口是操作者與機電系統(tǒng)（主要是控制微機）之間進行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向，可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統(tǒng)通過輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運行參數及結果等信息；另一方面，操作者通過輸入接口向機電系統(tǒng)輸入各種控制命令，干預系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以實現所要求的功能。

1、輸入接口。

（1）撥盤輸入接口。撥盤是機電一體化系統(tǒng)中常見的一種輸入設備，若系統(tǒng)需要輸入少量的參數，如修正系數、控制目標等，采用撥盤較為方便，這種方式具有保持性。撥盤的種類很多，作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連，以BCD碼形式輸入信息。

（2）鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合，向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有：

1）編碼鍵盤，自動提供被按鍵的編碼（如ASCII碼或二進制碼）；

2）非編碼鍵盤，僅僅簡單地提供按鍵的通或斷（“0”或“1”電位），而按鍵的掃描和識別，則由設計的鍵盤程序來實現。前者使用方便，但結構復雜，成本高；后者電路簡單，便于設計。

2、輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中，發(fā)光二極管顯示器（LED）是典型的輸出設備，由于LED顯示器結構簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜，因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡單，是同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式LED顯示器一般用來顯示復雜符號、字母及表格等，在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。

結語：

接口技術是研究機電一體化系統(tǒng)中的接口問題，使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢，使系統(tǒng)各部分有機地結合在一起，形成完整的系統(tǒng)。接口技術是在機電一體化技術的基礎上發(fā)展起來的，隨著機電一體化技術的發(fā)展而變得越來越重要；同時接口技術的研究也必然促進機電一體化的發(fā)展。從某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)的設計，就是根據功能要求選擇了各部分后所進行的接口設計。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統(tǒng)的控制性能，以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，因此接口技術是機電一體化系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。

參考文獻：

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一、機電一體化技術發(fā)展歷程及其趨勢

自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,"機電一體化"技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.

(一)"機電一體化"的發(fā)展歷程

1.數控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;

2.微電子技術為"機電一體化''''''''帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、"電力電子"等的發(fā)展為"機電一體化"提供了堅強基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發(fā)展趨勢

1.光機電一體化.一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢.

2.自律分配系統(tǒng)化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)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(tǒng)的適應能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

3.全息系統(tǒng)化——智能化。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。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割?？磥恚瑱C電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。

5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。

三、典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(tǒng)(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。

四、北京發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統(tǒng)產業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產品質量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新?lián)Q代。

前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。

(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢

1.北京用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度

(1)在700余家北京市屬工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)中，有60%以上的企業(yè)用微電子技術改造機床設備、工業(yè)窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。

(2)北京工業(yè)系統(tǒng)還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。

(3)北京工業(yè)系統(tǒng)尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。

(4)北京工業(yè)系統(tǒng)CAD應用還有較大差距。目前，北京工業(yè)品設計，CAD應用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內先進地區(qū)也超過了30%)；CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業(yè)要達到35%，中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。

(5)北京工業(yè)系統(tǒng)共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。

(6)工業(yè)是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業(yè)系統(tǒng)占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業(yè)系統(tǒng)萬元產值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業(yè)化國家高近9倍。因此，北京工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節(jié)能降耗的王牌。

2.北京用機電一體化技術加速產品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業(yè)產品大約有3萬種，每年約開發(fā)試制新產品3000種，更新周期很長。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業(yè)產品的競爭能力。

1993年，北京市工業(yè)系統(tǒng)生產的機電一體化產品約837種，在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統(tǒng)主要產品約1200種，機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產品350種，機電一體化產品210種，機電一體化產品所占比例為60%；輕工系統(tǒng)主要產品總數為649種，機電一體化、智能化產品15種，機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%；汽車工業(yè)總公司系統(tǒng)平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內先進水平相差一半左右。

3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在北京工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重，且不少地處城區(qū)和近郊區(qū)。近年來北京的工業(yè)結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產業(yè)，優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。

另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。

(二)北京“機電一體化”工作的任務

北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產品，促進機電產品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業(yè)的形成、為北京產業(yè)結構和產品結構調整作貢獻。

1.北京應用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)的工作重點

(1)大力采用模糊技術，工業(yè)爐窯改造應上新臺階

國內外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和PID技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊技術等先進電子信息技術改造完畢，其中采用模糊技術改造要在80%。

(2)積極采用數控技術，機床高備改造要達新水平

對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統(tǒng)的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。

(3)努力推廣變頻調速技術，風機電泵改造要攀新高度

風機、電泵采用變頻調速后一般可節(jié)電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年，應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進的變頻調速技術。

(4)優(yōu)先應用CAD／CAM技術，工業(yè)設計水平提高要有新目標

北京工業(yè)產品更新?lián)Q代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業(yè)系統(tǒng)CAD的應用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。

2.北京機電一體化產品開發(fā)的奮斗目標

(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%。

(2)單項目標：

·機床數控化率：1995年，產量數控化率達5%，產值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。

·汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。

·PLC的開發(fā)生產能力：“八五”期間，開發(fā)能力要穩(wěn)居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的PLC生產基地之一。

·“電力電子”開發(fā)生產能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產技術和第三代電力電子器件的開發(fā)技術。“九五”期間第三代電力電子器件的生產要形成經濟批量。在電力電子產品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產品；交流變頻調速裝置要達到批量生產程度；高頻電子鎮(zhèn)流器要能出口創(chuàng)匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產、開發(fā)、推廣綜合配套能力的高新技術產業(yè)。

·模糊控制器的開發(fā)生產能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發(fā)生產基地，開發(fā)出用于工業(yè)爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統(tǒng)典型產品來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。

·其它機電一體化產品的開發(fā)生產能力：微機控制多色印刷機要穩(wěn)居全國第一；電子醫(yī)療儀器的開發(fā)、生產爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產量上全國領先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發(fā)電機組為代表的發(fā)電設備要形成綜合配套能力，打出規(guī)模效益來；數字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……

總之，機電一體化技術既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業(yè)產品結構、產業(yè)結構調整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發(fā)展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產業(yè)。其中，數控機床、機電一體化印刷系統(tǒng)、新型電子醫(yī)療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；PLC模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產品銷售額可超過25億元。機電一體化產業(yè)不僅是北京高新技術產業(yè)的主力軍，也是機電行業(yè)停工、待產、明虧、潛虧企業(yè)的出路所在。

五、北京發(fā)展“機電一體化”的對策

(一)加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調發(fā)展計劃

目前，北京地區(qū)從事“機電一體化”研究開發(fā)及生產的單位很多。各自都有一套發(fā)展策略和計是。同時，市政府各有關委、辦、局(總公司)也有不少相應的發(fā)展計劃與規(guī)劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關計劃和規(guī)劃，也有統(tǒng)一考慮不足，統(tǒng)籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權威性的發(fā)展計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，建議市政府責成有關機構在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出北京統(tǒng)管全局的“機電一體化”研究、開發(fā)、生產計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復，生產上撞車!

(二)強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用

目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業(yè)的統(tǒng)管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協(xié)會的建設，賦予其行業(yè)管理職能。

“協(xié)會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制；指導行業(yè)布點布局的調整，進行發(fā)展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發(fā)標、招標工作……

(三)優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度

優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業(yè)內外都重視、支持“機電一體化”發(fā)展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發(fā)展“機電一體化”產業(yè)提供方便；盡可能為興辦開發(fā)、生產機電一體化產品的高新技術企業(yè)開綠燈；盡力為開發(fā)、生產機電一體化產品調配好資源要素等。

增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產品的發(fā)展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統(tǒng)產業(yè)進行改造，對有關機電一體化技術對傳統(tǒng)產業(yè)乾地改造，對有關技術開發(fā)、應用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術開發(fā)、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發(fā)應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發(fā)設貸款要多向機電一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業(yè)規(guī)?；ㄔO項目上傾斜；成立“機電一體化”發(fā)展基金，支持機電一體化生產發(fā)展等。

(四)突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”

機電一體化產業(yè)復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業(yè)發(fā)展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統(tǒng)一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。

我們認為，北京“機電一體化”發(fā)展，當務之急，重中之重是：

抓緊開發(fā)生產GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮(zhèn)流器等，用電力電子技術進行的節(jié)能、節(jié)材為主要目的的技術改造；

抓緊推廣應用經濟型數控系統(tǒng)，改造機床設備；開發(fā)生產低、中檔數控系統(tǒng)；

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（1）牽引特性好。采煤機在前進過程中提供牽引力，同時，在采煤機下滑過程中可實現發(fā)電制動；（2）能適應大傾角煤層開采的需要。電牽引采煤機的牽引功率較大，而且牽引電動機軸端安裝了制動器，從而不依靠其他的防滑裝置和措施就可以防止機器在停機時下滑，可用于傾角為40—50°的煤層開采；（3）運行可靠性高，使用壽命長；（4）反應靈敏,動態(tài)特性良好。電控系統(tǒng)可以根據采煤機的工作狀態(tài)調整各種參數，以防采煤機超數運行，控制可靠方便；（5）重量小，結構簡單，能量轉換效率高；（6）能輕易實現遙控，牽引實現無級調速；（7）電牽引采煤機有著先進的全中文顯示界面，可以提供操作步驟的提示，實時顯示截割電機的功率和溫度、采煤機的牽引給定速度等工作參數，使得易于操作，工作效率高；（8）相較于液壓牽引采煤機，電牽引采煤機的節(jié)能降耗特性好，在環(huán)保方面具有優(yōu)勢。近年來，通過我國機電一體化技術的不斷提高，電牽引采煤機正逐步走向成熟，為推動我國煤礦企業(yè)的整體生產技術的進步起到了積極作用。

（二）機電一體化技術在提升機中的應用和發(fā)展

當前，煤礦生產過程中機電一體化和自動化水平最高的設備就是全數字化交流提升機，提升機的內部和外部結構都實現了大幅的簡化。以內裝式提升機為例，其在結構式將驅動和滾筒兩大結構合為一體，較好地體現了機械、電子、計算機和自動控制等各個技術環(huán)節(jié)的綜合應用水平，使得設備安全高效；全數字化交流提升機高度適當可靠，采取總線方式，簡化電氣安裝的工作；全數字化提升機具有完整的診斷設施，可以實現自我診斷，還能進行重復性故障尋址和部分便捷的通信功能；設備硬件在兼容性方面較為完善，可以進行軟件控制，如完成軟啟動和瞬時加速的改變。在九五計劃期間，我國就已經研制成功了具有自主知識產權的全數字化提升機，而且完全實現國產化，核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統(tǒng)。由于其性能先進、操作簡單、工作可靠性和準確性高，很符合當代煤礦生產的發(fā)展需求，目前已成為了各煤礦企業(yè)的首選機型。

（三）機電一體化技術在帶式輸送機中的應用和發(fā)展

目前，現代化綜合機械化采煤一般帶式輸送機作為主要運輸方式。帶式輸送機的特點是長距離連續(xù)輸送、輸送量很大、運行效率和可靠性高和易于實現自動化，已成為我們煤礦井下的主要運輸原煤的設備。因此，將機電一體化技術運用到帶式輸送機已成為八五計劃期間實施的日產百萬噸煤綜采設備項目之后的研究熱點之一。近年來，我國在帶式輸送機核心上都有了很大提高，也研發(fā)出了新的產品。目前，我國普遍采用行星齒輪減速器、調速型液力耦合器等驅動系統(tǒng)，特別是機電一體化的CST可控軟啟動裝置，可以使得兩條皮帶運輸機由一臺或幾臺CST驅動，它具有平滑起動運送大慣性載荷的特點，解決了帶式輸送機長距離、大運量驅動難題，但是，由于動態(tài)分析、啟動延遲等技術的限制，我國帶式輸送機一般為3點驅動，限制了輸送機的長度和運量。而且，輸送機的在線監(jiān)控功能、可靠性、靈活性和壽命較發(fā)達國家相比存在一定差距，還需要進行深入的研究。

（四）機電一體化在煤礦開采領域其他裝置系統(tǒng)中的應用和發(fā)展

煤礦開采過程中，最為常見的支護設備就是液壓支架，其穩(wěn)定性和可靠性決定著煤礦開采的效率和安全。并且隨著機電一體化技術的不斷的發(fā)展，液壓支架逐步轉變?yōu)橛呻娨嚎刂?。乳化液泵站的液體流量大、壓力高，且已成為支護設備液體的主要來源。并且其可以根據支護設備實際用液量對進行供液量的自動調節(jié)。液壓控制與計算杌技術的結合，可以實現設備成組的自動移架或定壓雙向鄰架，從而避免對頂板及支架產生過大的沖擊載荷。近年來，TCK鋼絲繩損傷定量檢測系統(tǒng)以其監(jiān)測精確度高、穩(wěn)定性和可靠性強，適用范圍廣，使用方便的特點，可以進行鋼絲繩的損傷檢測，不但效率高，而且減小了事故發(fā)生的概率。上個世紀80年代以來，我國通過對國外先進的煤礦安全生產監(jiān)控技術的研究，并且根據我國國情，利用機電一體化技術研制出了較為先進的、具有較高智能化水平的煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)。從近年來煤礦生產的應用來看，其在煤炭開采的安全管理方面的作用至關重要。

（五）結語

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關鍵詞：機電一體化；核心技術；發(fā)展進程；發(fā)展趨勢

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(fā)展飛速，機電一體化產品更日新月異。

一、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(tǒng)技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3.系統(tǒng)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(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，是實現系統(tǒng)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(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)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(tǒng)的感受器官，是實現自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)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(tǒng)是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質量和功能有決定性的影響。

二、機電一體化的發(fā)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(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關鍵民用工業(yè)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(fā)展：我國的集成電路產業(yè)起步于1965年，經過30多年發(fā)展，已初步形成包括設計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產業(yè)結構。

3.可編程序控制器（PLC）的應用于工業(yè)：上世紀60年代后期，美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種ModularDigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業(yè)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(fā)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(yè)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(tǒng)，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)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(fā)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(zhàn)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(fā)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(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)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(fā)展的廣闊天地，也為產業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有：

1.智能化：是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)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(fā)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(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（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(fā)展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)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(tài)環(huán)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(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)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(fā)展前途。

5.系統(tǒng)化：其表現特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統(tǒng)協(xié)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)展與應用也將更加廣闊。

參考文獻：