機電一體化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

./機電一體化的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.目錄摘要1關(guān)鍵詞1第一章、機電一體化的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2第二章、機電一體化的未來發(fā)展6第一節(jié)、全息系統(tǒng)化6第二節(jié)、微型機電化7第三節(jié)、光機電一體化8第四節(jié)、產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)全球化8第五節(jié)、產(chǎn)品綠色化8第六節(jié)、機電一體化的人格化9第三章、我國發(fā)展"機電一體化"面臨的形勢和任務(wù)10第一節(jié)、我國"機電一體化"工作面臨的形勢10第二節(jié)、我國"機電一體化"工作的任務(wù)11第四章、發(fā)展機電一體化的對策12第一節(jié)、加強統(tǒng)籌安排,協(xié)調(diào)發(fā)展計劃12第二節(jié)、強化行業(yè)管理,發(fā)揮"協(xié)會"作用12第三節(jié)、優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度13第四節(jié)、突出發(fā)展重點,兼顧"兩個層次"13結(jié)束語14參考文獻16.摘要在機械工程領(lǐng)域,由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化,使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化,使工業(yè)生產(chǎn)由"機械電氣化"邁入了"機電一體化"為特征的發(fā)展階。關(guān)鍵詞：機電一體化發(fā)展系統(tǒng)機電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門自成一體的新型學(xué)科,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,必將被賦一予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā),綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、汁算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù),根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值,并使整個系統(tǒng)最終達到最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng),就成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此,"機電一體化"涵蓋"技術(shù)"和"產(chǎn)品"兩個方面。只是,機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù),而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化,仍屬傳統(tǒng)機械,其主要功能依然是代替和放大的體現(xiàn)。但機電一體化的發(fā)展狀況機電一體化的發(fā)展大體可以分為個階段。世紀年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段,在這一時期,人們不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能,特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間,戰(zhàn)爭極大地刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合,這些機電相結(jié)合的軍用技術(shù),戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用,對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起到了積極的作用。從當(dāng)時研制和開發(fā)的總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平,機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展,已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣使用。世紀一年代為第二階段,可稱為蓬勃發(fā)展階段,這一時期,計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。世紀年代后期,開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進人深人發(fā)展時期。一方面,光學(xué)、通信技術(shù)等進人了機電一體化,微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳,出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法,機電一體化的學(xué)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(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步,為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。使人們有更好的發(fā)展,給人類帶來生活的方便。機電一體化的發(fā)展趨勢機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合,它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。因此,機電一體化的主要發(fā)展方向如下智能化智能化是世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)的研究日益獲得重視,機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。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(chǔ)上,吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)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(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣,可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品,同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模這需要制定各項標準,以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突,近期很難制定國際或國內(nèi)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(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè),規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。網(wǎng)絡(luò)化世紀年代,計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育、日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片,企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來,只要其功能獨到,質(zhì)量可靠,很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾,而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。因此,機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。微型化微型化興起于世紀年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng),泛指幾何尺寸不超過的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)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。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù),微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù),即超精密技術(shù),它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。綠色化工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面,物質(zhì)豐富,生活舒適另一方面,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(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)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(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品,具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)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。人們大量倡導(dǎo)綠化工業(yè)能夠給人們帶來的美好的生活,良好的生活品質(zhì)。系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。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(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強,一般除外,還有、人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,機電一體化的人格化。第二章機電一體化的未來發(fā)展第一節(jié)全息系統(tǒng)化全息系統(tǒng)化也即智能化,是對機器的行為描述,即在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、運籌學(xué)、混沌動力學(xué)、人工智能、心理學(xué)和生理學(xué)等新的學(xué)科方法、新的設(shè)計思想,從而模擬人類的思維能力,使它如同人一樣具有思維、意識等能力,以便達到更高水平的控制目標。隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展,機電一體化產(chǎn)品智能特征也越來越明顯,智能化水平也是日趨上升,新世紀機電一體化技術(shù)中的智能化的快速發(fā)展,人工智能在機電一體化的研究中也日益得到重視,其中機器人與數(shù)控機床的智能結(jié)合就是一項重要應(yīng)用。當(dāng)然,要使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能永遠是不可能的,也沒有這個必要,但是,高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品具有低級智能或者人的部分智能,則是完全可能而又必要的。第二節(jié)微型機電化微型機電化在實驗室中,目前,通過半導(dǎo)體蝕刻技術(shù),已經(jīng)制造出亞微米級的機械元件,如果這一成果應(yīng)用于實際產(chǎn)品時,那么就沒有必要再區(qū)分什么是控制器、什么是機械部分了,這時就完全的實現(xiàn)機械和電子的"融合",這樣CPU、機體、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)就可以集成在一起,而且體積小,同時組成一種自律元件。這種微型機械學(xué)是機電一體化的一個重要的前進方向,更是機電一體化向微觀領(lǐng)域和微型機器的發(fā)展趨勢,在國外,人們稱其為微電子機械系統(tǒng),也指外觀尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品,一并向微米級、納米級發(fā)展,正因為微機電一體化產(chǎn)品耗能少、體積小、運動靈活,在軍事、生物醫(yī)療、信息等方面占有很高的地位和很大的優(yōu)勢。第三節(jié)光機電一體化光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢,因為機電一體化系統(tǒng)是由機械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等部件構(gòu)成的,因此,在機電一體化技術(shù)中引進光學(xué)技術(shù),充分利用光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點,有效地改進機電一體化系統(tǒng)的能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。第四節(jié)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)全球化計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展帶動了科學(xué)技術(shù)的巨大發(fā)展,同時給日常生活都帶來了全新的面貌,全球生產(chǎn)、經(jīng)濟被各種網(wǎng)絡(luò)連成一片,企業(yè)間的競爭也將出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全球化,一旦研制出機電一體化新產(chǎn)品,只要其質(zhì)量有保證,功能可靠,必然會暢銷全球。因為有了網(wǎng)絡(luò)的普及,那么只要是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程監(jiān)視和控制技術(shù)也就方興未艾,然而遠程控制的終端設(shè)備就是機電一體化產(chǎn)品,因此,機電一體化產(chǎn)品也必然會朝著網(wǎng)絡(luò)全球化發(fā)展。第五節(jié)產(chǎn)品綠色化隨著工業(yè)的發(fā)達,人們的生活也發(fā)生了巨大的變化物質(zhì)需求豐富,生活舒適可用資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞。因為這些現(xiàn)象的出現(xiàn),人們開始呼吁保護環(huán)境資源,回歸自然,那么此時,綠色產(chǎn)品的概念也就應(yīng)運而生,這是一個時代的綠色化趨勢,在這里,機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指：使用時不破壞生態(tài)環(huán)境,報廢后還能回收利用。因此,機電一體化綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的過程中,應(yīng)完全符合生存環(huán)境和人類健康的要求,對生態(tài)環(huán)境盡可能的無害或危害極少,資源利用率要極高。由于這種客觀的存在性,設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品所需要的技術(shù)成本很高,但其具有遠大的發(fā)展空間。第六節(jié)機電一體化的人格化機電一體化的人格化,其有兩層含義：①機電一體化產(chǎn)品的使用對象是人,怎樣將人的智能、情感、人性賦予機電一體化產(chǎn)品顯得越來越重要,尤其是家用機器人,其最高境界就是人機一體化;②模仿生物機理,研制出各種機電一體化產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展,機電一體化裝置對信息的依賴性越來越大,很多時候類似于活的生物:當(dāng)大腦停止工作時,生物便死亡,而大腦工作時,生物就充滿活力,即信息決定系統(tǒng)的工作與否。目前,在仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構(gòu),可為機電一體化產(chǎn)品提供新型的機體,但是如何使這些新型機體具有生命力還是研究中的一大難題,這一研究領(lǐng)域被稱之為"生物———軟件"或者說"生物系統(tǒng)",而生物的特點正是"肌體<硬件>———大腦<軟件>"一體,不可分割。機電一體化產(chǎn)品向生物系統(tǒng)化發(fā)展是好,但是目前的技術(shù)與理論還是有很大的差距,因此,還需要更加倍的努力。第三章機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),其目的是節(jié)能、節(jié)材,提高工效,提高產(chǎn)品質(zhì)量,把傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品,促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代。第一節(jié)我國"機電一體化"工作面臨的形勢1、我國用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣,有難度。2、我國用機電一體化技術(shù)加速產(chǎn)品更新?lián)Q代,提高市場占有率的呼聲高,有壓力。3、我國用機電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、擾民產(chǎn)品的責(zé)任重,有意義。在我國工業(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(dāng)大的比重。近年來我國的工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖然幾經(jīng)調(diào)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(lǐng)導(dǎo)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(chǎn)業(yè),優(yōu)選不出中意的產(chǎn)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(chǎn)有關(guān)的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低,且具有柔性,可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革,而無須改換設(shè)備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)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(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來,實現(xiàn)文明生產(chǎn)。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(chǎn)品的歷史不長,差距較大,許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求,每年進口量都比較大,因此亟需發(fā)展。第二節(jié)我國"機電一體化"工作的任務(wù)我國在機電一體化方面的任務(wù)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(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產(chǎn)品,促進機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整作貢獻?？傊?機電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力,又是開啟我國機電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。第四章發(fā)展機電一體化的對策第一節(jié)加強統(tǒng)籌安排,協(xié)調(diào)發(fā)展計劃目前,我國從事"機電一體化"研究開發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套自己的發(fā)展策略。建議各主管部門責(zé)成有關(guān)單位在進行深入調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上,制定出統(tǒng)管全局的"機電一體化"研究、開發(fā)、生產(chǎn)計劃和規(guī)劃,避免開發(fā)上重復(fù),生產(chǎn)上撞車!以后會發(fā)展順利和正確的發(fā)展機電一體化。第二節(jié)強化行業(yè)管理,發(fā)揮"協(xié)會"作用目前,我國"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,我國有必要明確一個"機電一體化"行業(yè)的統(tǒng)管機構(gòu)。國家政治體制改革和經(jīng)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(shè),賦予其行業(yè)管理職能。"協(xié)會"要進一步擴大領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)——理事會的代表層面和復(fù)蓋面,要加強辦公室、秘書處的建設(shè)；要通過其精明干練的辦事機構(gòu)、經(jīng)濟實體,組織"行業(yè)"發(fā)展計劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制；指導(dǎo)行業(yè)布點布局的調(diào)整,進行發(fā)展突破口的選擇,抓好重點工程的試點和有關(guān)項目的發(fā)展。優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度增大支持力度,在技術(shù)政策上,要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展,對未采用機電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造,對有關(guān)機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)乾地改造,對有關(guān)技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持,對在技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用中做出貢獻的單位領(lǐng)導(dǎo)、科技人員進行表彰獎勵等。在經(jīng)濟政策上,要多給機電一體化科研攻關(guān)課題、開發(fā)應(yīng)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(shè)貸款要多向機電一體化技術(shù)改進、生產(chǎn)合資和機電一體化產(chǎn)業(yè)規(guī)?；ㄔO(shè)項目上傾斜；成立"機電一體化"發(fā)展基金,支持機電一體