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对机电一体化的认识
引
言
<
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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
发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术
的不但发展,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、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。
机械工业是整个国民经济的装备工业,是基础的基础。没有“精良”的机械
工业,其它
工业的“精良”就无从谈起。因此,“精益求精”地把基础搞好,对
国民经济有非常重要
的意义。机电一体化技术的构成问题就有了一个共同的思想
基础。机电一体化包括软件和
硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信
息处理单元和驱动单元等部分组成。因
此,为加速推进机电一体化的发展,必须
从以下几方面着手:⑴机械本体技术⑵传感技术
⑶信息处理技术⑷驱动技术⑸接
口技术⑹软件技术。
机电一体化的发展大体可以分为
3
个阶段。
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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
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对机电一体化的认识
复起了积极的作
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。
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、
< br>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。这个时期的特点是:①
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;②机电一体
化技术
和产品得到了极大发展;③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注<
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和支持。
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。
我国是从
20
世纪
80
年代初才开始
在这方面研究和应用。国务院成立了机电
一体化领导小组并将该技术列为“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
< br>大量的工作,不取得了一定成果,但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
从方法学的观点出发,机电一体化技术应遵循以下设计原理:
⑴
整体最优化原理
机电一体化技术要求
从系统的观点出发,综合机械技术和信息技术,实现整
体最优化。
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