机电专业毕业设计论文机电一体化技术的发展与应用

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1、安徽职业技术学院毕 业 论 文 机电一体化技术的发展与应用系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 2010 2011 学年第 1 学期论 文 摘 要机电一体化是在以大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高速发展、机密机械高速发、机械与电子技术高度结合的现代化工业基础上，综合应用机械技术、自控技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技术等的技术集成。它从根本上改变了产品的结构，为人类带来了巨大的经济效益。机电一体化发展至今已经成为一门自成一体的新型学科，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

2、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。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。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。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。在传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技

3、能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。使制造技术提高到新的高度。还有在饮料行业中的应用。机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。机电一体化技术的发展在现代工业中也将越来越占据极为重要地位。关键词：新型学科、机电一体化系统、人工智能目 录目 录2第一章 选题背景 3第二章 概 述 521 本课题研究的目的52. 2 本课题研究的内容52. 3 本课题研究的成果7第三

4、章 机电一体化技术的发展与应用 93. 1 机电一体化技术在国民经济中的地位与作用93. 2 机电一体化技术现状 113. 3 机电一体化技术发展趋势 123. 4 浅谈机电一体化技术未来发展趋势 153. 5 机电一体化技术的应用和产品 173. 6 机电一体化技术研究特点和存在的不足与改进 223.6. 1机电一体化技术特点 223.6. 2机电一体化抗干扰技术问题研究 233.6. 3太阳能热泵技术存在的问题 273.6. 4接口技术在机电一体化系统中的问题 273.6. 5小结 303. 7 机电一体化技术发展与应用研究的小结 30参考文献 32第一章 选题背景机电一体化是在大规模集成

5、电路和微型计算机为代表的微电子技术高速发展、精密机械高速发展、机械与电子技术高度结合的现代化工业基础上，综合应用机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技术等的一门群体技术，根据系统功能目标化组织结构目标，合理配置布局机械本体、执行机构、动力驱动单元、传感测试元件、控制元件、微电子信息接收、分析、加工、处理、生产、传输单元和路线以及衔接接口元件等硬件元素，并在软件程序和微电子电路逻辑的控制下，相互协调、有机融合和基础，在高功能、高质量、高可靠、低能耗的意义上实现特定功能的系统工程技术。在网络化世纪年代，计算机技术等的突出成就是

6、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，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

7、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。系统化

8、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有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，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，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。机电一体化综合利用个相关技术优势，取得系统优化效果，有显著地社会效益和技术经济效

9、益。有提高精度、增强功能、提高生产效率，降低成本、节约能源，降低消耗、提高安全性、可靠性、改善操作性和使用性、减轻劳动强度，改善劳动条件、简化结构，减轻质量、降低价格、增强柔性应用功能。在国民经济中有十分重要的地位，直接影响一个国家的制造业生产的产品的性能、生产效率、经济效益，也直接影响国家的经济发展。机电一体化产品不仅自身具有很强的功能，还可以使用这些设备形成更高级的机电一体换制造系统。机带你一体化产品和机电一体化生产系统是机械制造工业进步的必然趋势，也是现代高新技术支持下的总技术发展的结果也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

10、，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，机电一体化技术的一阔发展前景也将越来越光明。第二章 概 述2. 1 本课题研究的目的随着科学技术日益走向整体化、交叉化和数字化以及微电子技术信息技术的迅速发展，机电一体化技术的应用也越来越广泛。本文对机电一体化技术的应用进行阐述，并对其发展进行探究。随着科技的发展和市场需求的多样化，国内外工程机械厂家日益关注产品的多功能开发。机械制造业在经历了内燃机的动力革命和液压、气压传动的传动革命之后，现正致力于应用电控技术来完成产品的操纵和控制革命，以满足用户对产品环保、节能、操作舒适性及智能化监控维护的要求。在传统机械制造业是建立在规模经济

11、的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。机电一体化技术是当今发展最快、应用前

12、景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。2. 2 本课题研究的内容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、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

13、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。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。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

14、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

15、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。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

16、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。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、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，逐渐趋向数字化、模块化、网络化、自源化、人性化、绿色化，也有利推动传统产业发生深刻变革。同时，随着新产品的研

17、发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。2. 3 本课题研究的成果机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。在钢铁企业中计算机集成制造系统(CIMS)。钢铁企业的CIMS 是将人与生产经营、生产管

18、理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。现场总线技术(FBT)。现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。交流传动技术。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交

19、流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大开放式控制系统。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。分布式控制系统(DCS)。分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一

20、体化系统的主要潮流，机电一体化技术的发展趋势智能化。第三章 机电一体化技术的发展与应用3. 1 机电一体化技术在国民经济中的地位与作用一个国家的制造产业的机电一体化水平直接影响产品的性能、生产效率、经济效益，直接影响国家的经济发展。现代军事产品对机带你一体化提出了更高的要求。如卫星制导、激光制导等，都是现将目标的准确位置送给计算机，通过计算机快速准确的计算并发出控制指令，控制导弹准确击中目标。机电一体化以其本身特有的技术优势改变现代制造产业的产品结构，机电一体化使产品实现更新和升级换代，技术性能指标大幅提高，使原本降低、中档产品上升为高档产品，在功能、水平、质量、品种、使用效果和价格等方面更好

21、的满足国内外市场需求，增强了产品的竞争性。另一方面，机电一体化的生产装备易于根据市场需求组织和改变产品，缩短新产品周期，降低能耗和生产成本，使企业增强生产经营的竞争能力。以数控机床、机器人、FMS的发展为例，可以体现出机电你一体化在现代机械产业构成中的重要地位和作用。 1. 机床产业数控化机床是机械工业的基础制造和工作母机，是决定机械工业生产能力和水平的关键。数控机床的技术经济效益显著，主要表现在，缩短新产品试制和生产周期，节约大量工艺装备，生产效率高，辅助生产时间减少，减少人为误差，加工精度稳定性显著提高，零件互换性好，能加工普通机床很难甚至无法加工的各类复杂零件，数控机床的结构，如宽调速主

22、轴和进给伺服系统可以减少齿轮传动结构。因此，在国际竞争日益激烈，产品品种变化频繁的形势下，机床产业的数控化发展十分迅速。高档数控加工机床，由于其在自动化生产系统中的重要地位，近年来得到迅速发展。当前，数控机床一方面向多功能、高速化的方向发展，同时开发简易数控装置也有广泛的应用需求。以8位和16位微型计算机为核心的数控系统大量广泛应用；以32位微型计算机为核心的数控系统使数控机床发展到一个崭新的阶段。32位高档数控系统既能独立而高效地完成单机控制任务，又能依据需要很容易地联入FMS，是构成柔性自动化生产系统的基础。2. 机器人产业兴起当第一台计算机于1946年问世后的第二年，即1947你，就有科

23、学家提出“人控智能”概念，1956年这一术语正式得到科学界的确认。由于人们的认识不同，技术水平和理论基础的局限性等因素，机器人的研究工作曾出现几次大起大落。20世纪40年代和50年代中期，都曾发生过起伏而未结出硕果。直到60年代初，在信息论、现代计算机和微电子及通信技术的推动下，利用计算机软件模拟人的大脑信息处理系统，推出了体现智能行为程序，终于在美国产生了第一台实用样机。20世纪60年代末70年代初，日本、美国等在专家系统和庞大数据处理技术的研究飞速发展的情况下，机器人技术研究取得了重大突破，功能日益增强，应用法为不断扩展。目前，机器人技术在全球范围内得到了广泛的应用，逐步形成了一个重要的高

24、技术学科领域和工业机器人产业。目前，国外工业机器人主要生产厂家有400余家，机器人品种规格达700余种，不少国家都有自己的标准化、系列化产品和销售市场。工业发达国家的机器人产值每年平均增长率为20%40%。据统计，工业机器人的98%用于制造业，主要用途是：才来料加工；上下料；点焊与弧焊；喷漆于抛光；冲压；配装；浇铸和锻造。由于机器人的成功使用，各国纷纷加紧研究试制，应用领域也越来越广，已逐步扩展到水下、空间、核工业、采伐、救灾、医疗及服务行业等非机械制造领域。如1985年9月美、法两国海洋科学家经多年努力，使用了可潜入深度为两万英尺的高级水下机器人Argo，在北大西洋海底找到了73年前（191

25、2年）沉没的“泰坦尼克”巨轮残骸，美国的“挑战者”号航天飞机残骸也是由于水下机器人打捞的。机器人技术还受到了军事部门的重视，一些军事大国正在研究开发各种各样的军用机器人。由美国国家实验室指导发展的军用机器人能执行侦察巡逻任务，还有课具有反坦克武器的技能。它由计算机遥控，配有摄影机和监控器以及光纤网络，能够在远距离接受指令。3. 制造系统自动化柔性制造系统发展很快，因为小批量生产自动化可由加工中心解决，大批量生产用自动线解决，在它们之间催在中批量生产自动化问题，其数量占机械制造品种的70%，因此许多国家开发FMS解决这方面的问题。FMS由计算机系统控制、协调多台数控机床、辅机和物料储运装置，因此

26、比FMC有较多的自动化作业功能。系统可按优化的程序自动连续高效运行，设备利用率高，对作业及生产批量的变化有良好的适应能力。根据大龄综合分析，它与单机流水线相比，减少机床和个人52%以上，减少占地面积42%76%，减少制品和流水线资金95.6%，提高生产率50%55%，可缩短生产周期40%90%，可降低成本50%。这些显著效益促进了FMS的生产和应用。20世纪80年代，国外柔性制造设备开始和CAD/CAPP/CAM及生产经营决策系统进行集成，把管理信息和制造活动，借助计算机技术和网络技术有机联系起来，向计算机集成制造系统CIMS发展，以某求实现整个企业生产管理的现代化。1985年日本建成筑波无人

27、化实验工厂就是一例。又如山崎株式会社在美浓加茂工厂建立CIM-FMS-21系统自动化车间，由五条FMS与38太机床组成，加工543种机床零件，月生产200种机床的11120个零件。机电一体化的制造系统已经在现代化制造产业中占据机器重要的地位。32 机电一体化技术现状机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。1、数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。2、电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切

28、割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。3、机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。4、电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置， 如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。 5、信息控制类。主要产品包括 机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电

29、融合型三类。机电一体化技术现状产品制造技术综述了国内外机电一体化技术的现状，分析发展趋势绪论现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科之间的交叉与渗透，决定了工程领域的技术革命与改造。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，使工业生产正式迈人由“ 机械电气化” 向“ 机电一体化”转化为特征的发展阶段。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，还能赋予更多新的功能，如自动检测、自动信息处理、自动记录显示、自动调节与控制、自动诊断与保护等

30、诸多方面。机电一体化概要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，将机械装置与电子技术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。

31、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。3. 3 机电一体化技术发展趋势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，

32、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，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

33、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。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

34、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。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、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。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，

35、 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

36、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、

37、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

38、不污染生态环境，报废后能回收利用。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有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，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，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。3. 4 浅谈机电一体化技术未来发展趋

39、势1概述机电一体化指的是在机械的主功能、动力功能、控制功能和信息功能的基础上引进微电子技术，并且将机械设备和电子设备用软件有机结合而构成的系统的总称，因此，“机电一体化技术”是机械、微电子和信息三项技术相互融合、交叉的产物，是机械技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和系统技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。随着电子技术的迅速发展，微处理器、微型机在各个技术领域已经得到广泛应用，对各个领域的发展起了很大的推动作用，正因电子技术的快速发展，进而带动了机电一体化技术的发展，科技的进步更是依赖于其发展，因此其未来的发展对科技的进步起着至关重要的作用。2 机

40、电一体化未来的发展 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

41、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。 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1cm 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、

42、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。2.3 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。 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

43、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。2.5 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

44、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。2.6 “生物软件”化未来的机电一体化技术发展注重产品与人的关系，即机电一体化的人格化，其有两层含义：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；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，

45、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。3 总结语通过本文的论述可见，机电一体化的出现不是随机出现的，而是一个时代的产物，文中叙述的这些发展方向是科技发展到一定阶段的必然要求，更是一个必然结果。目前，因为科学技术的限制，其与一些相关技术的互融程度还是不是太明显，但是随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势必将越来越明显，因为它既是多项科

46、学技术发展的结晶，又极大地推动了不同学科的交叉与渗透，其发展前景也将越来越光明，这必然会给世界带来更大的技术力量。3. 5 机电一体化技术的应用和产品随着科学技术日益走向整体化、交叉化和数字化以及微电子技术信息技术的迅速发展，机电一体化技术的应用也越来越广泛。本文对机电一体化技术的应用进行阐述，并对其发展进行探究。随着科技的发展和市场需求的多样化，国内外工程机械厂家日益关注产品的多功能开发。机械制造业在经历了内燃机的动力革命和液压、气压传动的传动革命之后，现正致力于应用电控技术来完成产品的操纵和控制革命，以满足用户对产品环保、节能、操作舒适性及智能化监控维护的要求。机电一体化发展至今也已成为一

47、门有着自身体系的新型学科，随着相关技术的不断发展，其内容将不断更新。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、光学技术、电力电子技术、接口技术等群体技术，合理配置各功能单元，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，它使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架

48、、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构（运动组成要素） 根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。机电一体化技术的应用在现代机械制造业中的应用。传统机械制造业是建立

49、在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。在饮料行业中的应用。机电一

50、体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。在钢铁企业中的应用。计算机集成制造系统(CIMS)。钢铁企业的CIMS 是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。现场总线技术(FBT)。现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制

51、设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。交流传动技术。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。开放式控制系统。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互

52、换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。分布式控制系统(DCS)。分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流如在钢铁企业中的应用。1 智能化控制技术(IC)由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技

53、术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢连铸轧钢综合调度系统、冷连轧等。2 分布式控制系统(DCS)分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综

54、合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。3 开放式控制系统(OCS)开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管

55、理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。4 计算机集成制造系统(CIMS)钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，

56、获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。5 现场总线技术(FBT)现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如420mA，DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测

57、仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。6 交流传动技术传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。机电一体化技术的发展趋势智能化。智能化即要求机电产品有一

58、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。数字化。微控制器和接口技术的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、通用性、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控

59、制操作、诊断和修复。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、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。网络化。网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。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

60、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。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。人性化。人性化是各类产品的必然发展方向。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，对人来说更自然，更接近生活习惯。微型化。微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微

61、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和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。绿色化。工业发达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。随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高

62、产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。3. 6 机电一体化技术研究特点和存在的不足与改进3. 6. 1机电一体化技术特点(一)使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。(二)生产能力和工

63、作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高56倍。(三)使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。(四) 具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等