机电一体化技术的成长和未来的发展趋势

２００８年第３期　黑龙江交通科技　Ｎｏ．３，２００８　（总第１６９期）　ＨＥＩＬ０ＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪｌ　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１６９）　机电一体化技术的成长和未来的发展趋势　李红星　（龙建路桥股份有限公司第三工程处）　摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。简述了　机电一体化技术的基本摘要，现状，特点以及未来的发展前景。　关键词：机电一体化；发展趋势；特点　中图分类号：Ｕ４９５　文献标识码：ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２００８）０３－０１００－０２　Ｇｒｏｗｔｈ　ａｎｄ　Ｆｕｔｕｒｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｅｔｒｏｍｅｅｈａｎｉｅａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＬＩ　Ｈｏｎｇ—－ｘｉｎｇ　（Ｔｈｅ　ｈＴｉｒｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｌｏｎｇｊｉａｎ　Ｒｏａｄ　ａｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｄｅｍ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ａｌｌ　ｆｉｅｌｄｓ　ｈａｓ　ｐｌａｙｅｄ　ａ　ｇｒｅａｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｔｈｉｓ．Ｏｕｔｌｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄ；ｆｅａｔｕｒｅ　１　机电一体化的发展进程及特点　化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人　２Ｏ世纪６ｏ年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶　工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混　段。在这一时期，人们不自觉地利用电子技术的初步成果来　沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推　完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争　理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。　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　即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思　术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那　考、判断推理、自主决策等能力。例如在ＣＮＣ数控机床上增　时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子　加人机对话功能，设置智能Ｉ／Ｏ接口和智能工艺数据库，会　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　给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经　还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推　网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进　广。　步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。　２０世纪７Ｏ一８Ｏ年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶　２．２模块化　段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为　模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产　机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成　品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电　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　气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项　充分的物质基础。这个时期的特点是：（Ｉ）ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ一词　十分复杂但又是非常重要的事。如研制具有集减速、变频调　首先在日本被普遍接受，大约到２Ｏ世纪８Ｏ年代末期在世界　速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测　范围内得到比较广泛的承认；（２）机电一体化技术和产品得　距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计　到了极大发展；（３）各国均开始对机电一体化技术和产品给　时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。同　以很大的关注和支持。　时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部　２Ｏ世纪９ｏ年代后期，开始了机电一体化技术向智能化　件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际　方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方　或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形　面。光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术电在　成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯　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　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　化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析　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　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　的前程。　入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技　２．３网络化　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　２ｏ世纪９ｏ年代，计算机技术等的突出成就是网络技　广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的　术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政　基础和逐渐形成完整的科学体系。　治、军事、教育和人们日常生活都带来了巨大的变革。各种　２　机电一体化的主要发展方向　．　网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。　２．１智能化　机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可　智能化是２ｌ世纪机电一体化技术发展的一个重要发展　靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种　方向。人工智能在机电一体化中的研究日益得到重视，机器　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　人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能　就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器　收稿日期：２００８－０１—１４　作者简介：李红星（１９７８一），男，黑龙江兰西人，龙建路桥股份有限公司第三工程处站长。　・ｌ００・　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期　李红星：机电一体化技术的成长和未来的发展趋势　总第１６７期　网络化已成大势，利用家庭网络（ｈｏｍｅ　ｎｅｔ）将各种家用电器　富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人　连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（ｃｏｍｐｕｔｅｒ　们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｐｐｌｉａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ＣＩＡＳ），使人们在家里分享各种　在这种呼声中应运而生。绿色化是时代的趋势。绿色产品　高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着　在其设计、制造、使用和销毁的生命过程巾，符合特定的环境　网络化方向发展。　保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源　２．４　人性化　利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用　机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体　时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利　化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一　用。　体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与　３机电一体化的应用　环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如　机电一体化产品分系统（整机）和基础元、部件两大类。　家用机器人的最高境界就是人机一体化。　典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产　２．５　微型化　品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、ＣＡＤ／ＣＡＭ系统　微型化兴起于２０世纪８０年代末，指的是机电一体化向　等。典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可　微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统（Ｍｉｃｒｏ　Ｆｌｅｅ—　编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电　ｔｒｏｎｉｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，简称ＭＥＭＳ）是指可批量制作的，　路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、　集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制　发展趋势、市场前景分析从略。　电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。　４　结语　微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、　综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科　军事、信息等方面具有不可比拟的优势。　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　２．６　集成化　求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科　集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产　学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机　品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加　电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。　工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量　生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先　参考文献：　可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协　［１］唐怀斌．工业控制的进展与趋势［Ｊ］．自动化与仪器仪表，　调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地　１９９６，（４）．　联系起来，使其性能最优、功能最强。　［２］殷际英．光机电一体化实用技术［Ｍ］．北京：化学工业出版　２．７　带源化　社．２００３．　是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃　［３］芮延年．机电一体化系统设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　２ｏｏ４．　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。　［４］　李建勇．机电一体化技术［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．　［５］刘助柏．知识创新思维方法论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　带源化是机电一体化产品的发展方向之一。　１９９９．　２．８　绿色化　科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰　（上接第９９页）　面一个比较成功的做法，它经国家政府以行政命令的形式批　（３）养护作业高度机械化。　准委托其在一定时期内，按照政府与特许经营公司签署的合　养护机械化是高速公路养护走向专业化、社会化的重要　同来建设和管理一条或多条高速公路。特许公司筹资灵活，　条件。养护机械化包括检测设备与养护施工设备的机械化。　管理效率高，是一种科学、高效的高速公路管理体制。　由于高速公路的特殊性，可以成立养护设备租赁公司，集中　（５）利用现代化先进技术，改进高速公路管理的方法和　大中型养护设备，向不同的养护公司提供有偿服务，提高设　理念，推动高速公路管理网络化和智能化。　备利用率和养护机械化程度，养护机械实现社会化服务。　（６）基于寿命周期成本分析的高速公路资产管理及养　（４）养护工程决策科学化。　护工作的社会化。采用基于全寿命周期成本分析，对高速公　随着高科技路面检测仪器的发展，数据采集系统的不断　路进行预防性养护以及作出科学合理的高速公路养护维修　完善，计算机水平的提高，路面养护决策将逐渐普及专家决　决策，是确保高速公路设施正常使用状况，使高速公路公共　策系统，采用计算机对大量检测数据进行综合评价与分析处　设施保值增值的重要手段。　理，提供养护方案、养护费用等，供养护管理人员决策，提高　（７）加强宣传、教育，提高民众意识，营造良好的管理氛　养护管理的科学性和自动化。　围。提高国民对国有资产的保护意识，让更多的社会大众共　（５）养护行业管理网络化。　同关心、监督高速公路管理，自觉维护路产路权，勇于举报破　随着高速公路网的形成，联网收费的实施，高速公路养　坏行为，支持高速公路事业，营造良好的管理气氛。　护管理也将向网络化方向发展。打破一段一公司、一路一公　（８）转变重建轻管的观念，培养综合型管理人才。现代　司的格局，转让经营权，合并重组经营管理公司，根据路网养　高速公路管理作为一个综合型、高要求的行业，需要大量既精　护工程量大小，考虑合理辐射半径，规戈　养护工区，以提高养　通高速公路专业知识，又懂得管理，会使用计算机、网络技术　护效率，降低养护成本。养护网络化还有利于根据路段维修　等先进技术的综合型管理人才。因此，需要转变过去在特殊　情况，在路网内合理引导交通流，合理调配使用大型检测、维　情况下重建轻管的观念，下力气培养综合型管理人才，鼓励创　修设备。　新，积极开发、利用先进技术，努力提高高速公路管理水平。　４对我国高速公路管理改革的建议　（１）建立健全的高速公路管理法律法规，统一管理，依　参考文献：　法治路。　［１］郗恩崇．高速公路管理学［Ｍ］．北京：人民交通出版社，　（２）精简机构，提高机构管理效率。撤消或合并管辖路　２ＯＯ１．　段里程过短的管理机构，包括路段管理公司（处）、收费站　［２］　周余明，徐泽忠．浅谈广东省高速公路的战略发展［Ａ］．高速　等，提高高速公路管理的规模效应；裁减冗员，提高管理人员　公路管理论文集［ｃ］．北京：人民交通出版社，２０００．　的形象和素质修养，提高管理效率。　［３］朱军，刘建锋．中国高速公路管理的现状与思考［Ｊ］．筑路机　（３）政企分开，增强机构管理的活力。负责高速公路管　械与施工机械化，２００４，（７）．　理事务的政府部门和企业公司各司其职，各尽其能。政府宏　［４］　吕铁．我国高速公路管理体制改革取向［Ｊ］．中国经贸导刊，　观调控、总体协调，企业则负责高速公路的具体管理活动，以　２００５，（７）．　［５］王东武．关于公路管理体制问题的探讨［Ｊ］．湖南交通科技，　维持高速公路良好的服务水平等。　２００４。（３０）．　（４）立足本国高速公路建设与管理经验，借鉴国外先进　［６］贾大波．高速公路管理运作模式的探讨［Ｊ］．山西交通科技，　成果。特许经营是国外许多国家在高速公路建设和管理方　２ｏ０５，（５）．　・１Ｏ１・