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机电一体化技术的研究现状与发展趋势

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。

2概述

2.1机电一体化

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者机电一体化

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。

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。

3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。特殊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，研制和开辟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，已经开辟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浮现，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：mechatronic

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赋予很大的关注和支持。

2

(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，浮现了光机

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乾坤。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创造业领域。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