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篇1
1 OS2整體架構
1.1 定義
OS2就是按照SOA標準體系，具有一體化、模塊化、智能化特征，能滿足電網公司各級調度主站和10kV以上所有廠站運行業務需求和管理需求的新一代電網運行技術支持系統。OS2的主站端系統涵蓋電網運行監控、管理的業務功能，運用標準化、開放的技術架構，將在線與決策、保信、節能發電調度、發電輔助服務考核、DMIS等系統有機結合起來，滿足電網運行監控和管理全部的業務需求。廠站端則是在現有的自動化系統、數字變電站等的基礎上，整合間隔層裝置、站控層數據、站端智能化功能，并建設統一的數據采集通道，實現各類數據的統一采集和交換。
1.2 技術架構
OS2由主站端系統和廠站端系統組成，各個主站端和廠站端系統又可以分成運行控制系統（OCS）、運行管理系統（OMS）、電力系統運行駕駛艙（POC）或變電運行駕駛艙（SOC），覆蓋電網運行和管理的全過程，如圖1所示。
在這個技術架構中，OCS的主要功能是電網運行的在線監控和自動控制；OMS則是通過運行分析輔助決策，重視決策的策劃。OCS與OMS的協同配合，實現電網的閉環控制和管理。POC建立在主站端系統的OCS和OMS上，它面向電網的決策管理人員和關鍵崗位人員，服務用戶，為其提供一站式的運行狀況和決策支持服務。而SOC則是建立在中心站的OCS與OMS之上，面向變電運行的關鍵崗位，為其提供面向廠站的運行、設備管理等方面的服務。除此之外，在這個系統中，還有橫向/縱向的OSB系統，其貫穿于整個電力生產的全過程中，是OS2系統的信息交互紐帶。各個主站、廠站系統通過縱向的OSB實現信息交互，而系統內則采用橫向OSB系統，通過統一的信息編碼、標準接口實現各個模塊的即插即用，將系統與企業的信息管理系統交接起來，實現為企業的在線服務，實現信息共享。
2 OS2的特征
2.1 一體化
OS2提出的初始原因之一就是要解決電網系統中的信息孤島、缺乏統一規劃管理問題。因此，該系統在建設之初就大力推進全方位覆蓋、全過程管理和統一規劃。在OS2系統中，其一體化特征主要體現在三個方面：一是從廣度上覆蓋整個電網，一體化的全方位覆蓋，它支持全網各級調度主站和廠站的一體化運行監控、運行管理。二是從深度上實現全過程的覆蓋，滿足電網運行的安全、經濟、技術等要求，覆蓋電網運行的全過程，實現電力系統發電、輸電、配電、用電等環節的無縫對接和一體化管理。三是從協同作戰上實現一體化的全面協同，支持電網各個專業業務的橫向、縱向協調。
2.2 模塊化
OS2是面向電網專業業務的運行調度自動化系統，它以業務為導向，將其形成不同的模塊，實現業務與生產的耦合。從系統運行方面來看，模塊化包含了整個電力系統發電、輸電、配電、用電的全過程。它建設了開放的信息化平臺，并應用標準化接口保證各類專業系統以模塊化形式即插即用，實現各個專業系統融入OS2中協同作戰。在主站端的模塊化上，它將電網的運行數據集中到一起，為決策提供輔助服務；統一了電網的模型，消除信息孤島，實現了各個業務的橫向、縱向交流，提升電網的一體化運行管理能力；整合現有資源，并健全標準體系，加強信息化管控。
2.3 智能化
OS2的智能化是實現電網運行信息的橫向、縱向無障礙流通和交互，打破了專業系統之間的壁壘，實現了電網的閉環運行控制，并加強安全監控預警，保證電網運行的安全。通過智能化提高各個系統之間的協同作業能力，從而有效提高各項工作的效率和質量，提高經濟效益和社會效益。從技術角度來說，OS2實現各個專業、領域的互動配合。一是調度中心的各個專業之間的互動配合。二是電網運行與規劃之間的互動配合，OS2實現貫穿于電力系統運行全過程的信息無障礙交互，而這些正好為規劃工作提供依據，使得規劃工作更加精細化，及時將電網運行的數據資料傳遞給電網規劃，然后智能化進行不同周期、不同主題的規劃，并跟蹤規劃對電網運行產生的影響。
3 結束語
本文介紹了一體化電網運行智能系統（OS2）的定義、技術架構、特征，其不能滿足電網運行的經濟、技術、安全等方面需求，介紹了電網運行的新思路，為實現電網運行管理的跨越式發展奠定基礎。
參考文獻
[1]汪際峰.南方電網一體化電網運行智能系統建設初探[J].南方電網技術，2012（02）：1-5.
[2]汪際峰.一體化電網運行智能系統的概念及特征[J].電力系統自動化，2011，35（24）：1-6.
篇2
現代科學技術的不斷發展,極大地推動了不同學科的交叉與滲透,導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
二、機電一體化概要
機電一體化是指在機構的主要功能即動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不斷發展,還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術,根據系統功能目標和優化組織目標,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值,并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統,則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。
因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。同時,機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術以及其他新技術的簡單組合與拼湊。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別。機械工程技術由純機械技術發展到機械電氣化,仍屬傳統機械技術,其主要功能依然是代替和放大的體力工作。但是發展到機電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外,還能賦予許多新的功能,如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸,還是人的感官與頭腦的延伸,具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
三、機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。
20世紀70―80年代為第二階段,可稱為蓬勃發展階段。這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的發展,為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展,為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是:第一:機電一體化(mechatronics)一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認;第二:機電一體化技術和產品得到了極大發展;第三:各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。
20世紀90年代后期至今為第三階段,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。一方面,光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳,出現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的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,也取得了一定成果,但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
四、機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此,機電一體化的主要發展方向如下:
1.智能化。智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。誠然,使機電一體化產品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能,則是完全可能而又必要的。
2.模塊化。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集成減速、智能調速、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出新產品,同時也可以擴大生產規模。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這方面的標準,但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然,從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業,規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。
3.網絡化。20世紀90年代,計算機等學科技術的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育以及人們日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片,企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到,質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術使家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system, CIAS),使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此,機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。
4.微型化。微型化興起于20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術,微機電一體化產品的加工采用精細加工技術,即超精密技術,它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
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一、機電―體化技術發展歷程和主要的內容分析
1.機電一體化技術發展歷程分析
機電一體化主要是電子技術和機械設備的有機結合，從而將機械設備的動力以及電子技術的信息處理功能充分發揮，實現自動化的工作目標。機電一體化是建立在綜合應用技術基礎上發展的，在當前已經成為獨立的學科，從技術層面來說，主要體現在對機電一體化的產品有效實現和使用發展。而從產品的基礎層面來說，就是機械系統和微電子系統結合構成的新系統，這就成為了有著新功能的產品。機電一體化的進一步發展過程中，在功能系統的作用發揮上比較突出。機電一體化實際是綜合技術的融合，并非是簡單化的拼湊，而是將各個領域的優勢相結合，實現概念上以及技術上的融合。
我國的機電一體化發展經歷了幾個重要階段。上世紀80年代，學術界對機電一體化進行了研究，經過了幾十年的努力，在理論上以及技術層面上都實現了長足發展，在數控技術方面的市場占有率也逐年提高，機械生產能力也有了大幅度提高。工業機器人的實際生產應用，對控制系統以及軟件編程技術的應用等，都從很大程度上促進了生產效率的提高。在計算機集成制造系統的優化發展上也取得了矚目成績，已經在多個制造生產領域的發展中得到了廣泛應用，發揮著重要作用。
2.國外機電一體化技術發展現狀
國外的機電一體化技術發展可以分為三個階段：第一階段又稱之為初級階段，出現在20世紀60年代以前，這一時期是機電一體化技術的雛形，是人們不自覺地利用電子技術并且傳承下來；第二階段稱之為發展階段，出現在20世紀80年代末期，機電一體化技術的各項產品都有著很大的發展；第三階段是深入發展階段，出現在20世紀90年代后期，世界各國都開始研發和關注機電一體化的技術和新產品。
日本東京在1989年召開的第一屆國際先進機電一體化學術會議，可以稱為機電一體化技術發展階段的標志，世界各國也從此大力推動和發展機電一體化的技術和產品的研發。在深入發展時期，機電一體化技術進入了向智能化方向的新階段，一方面出現了光學、通信技術、微細加工技術等新的機電一體化技術和產品，另一方面對機電一體化技術的學科體系和研究方法也進行了深入的探討。在目前，機電一體化產品開發和應用方面處于世界領先地位是日本和美國。
3.國內機電一體化技術發展現狀
我國的機電一體化技術與日本、歐美等先進國家相比仍有一定差距，如當前國內外在開發煤礦機電大功率厚煤層電牽引采煤機的機電一體化新技術方面。主要表現在以下幾個方面：一是總體技術上，國外Eickhoff公司開發的SL500系列采煤機，截高范圍2.0m～6.0m，可達截割功率2×825kW，而國內引進6LS3，6LS5和7LS5型6臺，SL500型3臺，EL3000型1臺，最大裝機總功率1860kW，最大截高才5.5m，差距主要在可靠性和使用壽命方面；二是工況檢測、故障診斷技術上，目前國外使用微機控制、傳感器多、信息量大、顯示屏大、顯示點多等特點，而國內卻達不到這一水平；三是自動調高技術上，基于位置傳感器和計算機的記憶截割技術在國外比較容易實現，而國內在研采煤機仍未實現記憶截割。
4.機電一體化技術主要內容分析
機電一體化技術涉及的內容比較豐富。機電一體化技術方面主要從系統工程角度分析。在對電子以及機械技術的應用下，能將兩者得以有機結合，就能充分發揮綜合技術的應用優勢。因此，機電一體化技術涵蓋技術以及產品兩個層面的內容。機電一體化系統，也就是產品方面，是通過多個特定功能機械以及電子技術要素構成的整體，使人們的實際生產制造的需求得到滿足。機電一體化系統所涵蓋的裝置要素比較多，其中的執行裝置以及傳感器等都是比較重要的裝置要素。
除此之外，機電一體化內容中的系統設計思想也比較重要。這就涵蓋了控制論以及系統工程方法論等內容。機電一體化的思想也簡稱為一體化思想。這一思想的應用對人機一體化以及機電液一體化等發展目標都能有效實現。機電一體化工程作為電子和機械工程集合，通過機電一體化技術設計制造體系應用，在實際應用中的作用發揮也比較顯著。
二、機電一體化產品特征類別和核心技術分析
1.機電一體化產品特征類別分析
機電一體化的產品特征也比較鮮明。機電一體化產品的結構比較簡單，產品的輕細巧等特征比較突出，并且比較容易實現標準化、模塊化的設計制造。機電一體化的產品記憶以及信息處理功能比較突出，能夠將產品的高效性以及智能化的優勢充分發揮，并能起到自動監視的功能和診斷功能等，在產品的安全可靠性上也能有效提高，可通過負荷以及運行情況加以有效調整控制。
另外，機電一體化的a品類型也比較多。機械產品當中一部分控制功能及機構用電子裝置替代，其中比較常見的有機電一體化照相機以及打印機等產品。此外，比較典型性的產品有著較為完整性的結構，其中比較常見的就是工業機器人以及自動繪圖機等。簡單地依靠機械以及電子無法制造這些產品，兩者結合，就能夠大大提高可運行效率。還是一種類型是通過微電子裝置替代原設備的信息處理機構，比較常見的產品有全電子式電話交換機以及電機調速裝置等內容。
2.機電一體化核心技術分析
機電一體化的核心技術比較多。計算機和信息技術是比較重要的應用技術，能夠發揮信息交換以及存取和運算等作用。計算機以及信息技術當中的專家系統技術以及人工智能技術也是比較常用的。機電一體化核心技術中的系統技術，是通過整體概念對多種相關技術進行組織應用的，其中接口技術就是比較常用的。為保障計算機的通信，要對數據傳遞格式進行規格化以及標準化呈現。目前這一應用技術中的開發成本比較低，在高速串行接口的應用方面比較突出。
機電一體化核心技術當中的機械本體技術是比較重要的應用技術。這一技術主要應用于對性能的改善以及質量的減輕等層面。當前的機械產品通常是將鋼材作為主要材料。為減輕產品質量，要在結構上加以優化，并加強非金屬材料的應用。這一技術的應用響應速率得到了很大提高，在整體的效率上也得到了有效提高。
C電一體化核心技術當中的信息處理技術以及傳感技術也是比較常見的應用技術。信息處理技術的應用中，將微型計算機在實際工作中加以科學應用，就能從整體上提高信息處理的效率，在信息的安全可靠性方面也能有效保障，提高了抗干擾能力。而傳感核心技術的應用有著高靈敏度以及抗干擾能力，在當前的技術進一步升級下，對光纖電纜傳感器的應用比較重要。
另外，機電一體化核心技術當中的軟件技術以及驅動技術也是較為常用的技術。軟件技術應用是和硬件協調應用的。在軟件研制成本降低的前提下提高生產維修效率，以及軟件的標準化應用是發展的重要課題。在驅動技術的應用下，在響應速度上也能有效提高，對控制專用組件以及傳感器和電機三位一體的作用發揮也比較重視。
三、機電一體化技術應用領域和發展趨勢探究
1.機電一體化技術應用領域分析
機電一體化技術的廣泛應用對我國的經濟水平提高起到了積極促進作用。機電一體化技術的應用在當前社會發展中的作用也愈來愈突出。通過多年的發展以及技術優化，機電一體化技術在數控機床的應用使之結構、功能和控制精度等都得到了有效提高，在總線式以及緊湊型的結構應用下，使得數控機床的結構得到了優化。應用CPU以及多主總線體系結構，進行開放性設計等，能提高接口的標準化，實現使用效益最大化呈現。通過智能化以及WOP的實現，機電一體化數控機床系統就能實現二維以及三維的動態加工仿真。信息存儲大容量的模塊化設計使得控制功能也得到了有效提高，可有效實現多過程以及多通道控制。
例如：當前市場上的CK0632數控機床就是采用機電一體化設計的數控機床，外型大氣美觀，用途廣泛，操作方便。機床主軸采用高度精密滾動軸承之承，回轉精度高。機訂導軌采用耐磨鑄鐵，經過超音頻淬火能夠長期穩定地保證機床加工精度。CK0632數控機床機床也可實現自動控制，完成車削多種零件的內外圓、端面、切槽、任意錐面、球面、及各種公英制圓、圓錐螺紋等工序。此外，CK0632數控機床還有配有完備的S.T.M.功能，可以發出和接收多種信號控制自如的加工過程。目前，CK0632數控機床廣泛應用于電器、儀表儀器工業、汽車、摩托車配件、軸承照相器材、電影機械、五金工具及其他高精度復雜零件的加工制造。
機電一體化在工業機器人領域當中的應用也比較突出，第二代機器人的設計中，對各種傳感元件進行了科學應用，這樣在作業的信息獲得以及操作對象的信息獲得都比較方便。計算機技術的應用能準確判斷分析對操作信息的處理，并進行反饋控制。在第三代的機器人設計中，就通過多感知功能的應用，有效實現復雜化的邏輯思維以及判斷和決策等，在作業的獨立性層面有著充分體現。
2.機電一體化技術發展趨勢
隨著時展以及技術進步，機電一體化技術也會向著智能化方向邁進。這也是當前的機電一體化和傳統機械自動化的重要不同。近些年，我國在處理器技術上的進步以及傳感器系統的集成化目標實現，對機電一體化的智能化發展目標實現提供了有力支持。智能化機電一體化目標實現和實際的應用，對人的操作和工作量的減少能發揮積極作用，可有效減少人的腦力勞動。
機電一體化技術的網絡化發展將實現。網絡技術在當前的發展比較迅速。進入新的時代，在網絡技術的支持下，機電一體化的網絡化目標將得到實現，在遠程控制技術的應用作用上將更加突出，同時會提高機電一體化的功能性以及安全性。
機電一體化技術的系統化趨勢比較突出，也就是在系統結構上的模式化以及開放式的總線結構應用，對系統的靈活性組態就有著鮮明呈現。在系統化的發展中，能加強通信功能，可實現遠程以及多系統的通信。
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1機電一體化的概念
想要對整體問題進行分析，就必須要在一定程度上對機電一體化的概念進行明確。所謂機電一體化主要就是科學技術與機械工程結合的機械知識體系，作為一門具備創新意義的新興學科，機電一體化不僅僅包括著電子信息技術，還具備數據應用功能，能夠為機械工程未來的發展打下堅實的基礎。在國家經濟持續發展的背景下，機電一體化也成為了提升機械工程工作效率的重要手段，由此可見，機電一體化的實踐價值較為明顯，通過機械系統與微電子系統的相互融合，能實現對機械進行控制的目的，以軟件控制機械，這一技術也適合在醫學等領域中進行應用。以上所述，基本就是機電一體化的概念。
2機電一體化系統在機械工程中的實際應用研究
2．1機電一體化系統中控制技術在機械工程中的實際應用
在機電一體化系統中存在控制技術，在沒有對控制技術進行應用時，需要依靠相關的工作人員對工程的控制點進行判斷，不僅效率較低，同時也無法達到應用的精度，為了對這個問題進行解決，進一步的完善機電一體化系統，相關人士根據具體的工程特點對控制技術進行了完善，使其具備了自動化的特征，較好的解放了人力，提升了效率，無論是在效率控制的相關問題上還是在速度控制的問題上，技術的具體應用精度都得到了提高。控制技術具備自動化特征，與機電一體化技術的關系十分密切，想要提升機電一體化技術的效果就必須要對控制技術進行應用，而從目前的實踐應用情況來看，雖然控制技術已經得到了完善，但仍然還存在著一些問題需要解決，所以相關人士應持續優化控制技術，充分發揮機電一體化系統的價值，詮釋機電一體化系統的作用，保證整體系統都具備自動化的特征，更好的提升控制機械的效率［1］。例如目前一些三甲醫院已經開始通過自動化機械為患者送藥，說明機電一體化系統中的控制技術水平正在不斷的提升。
2．2機電一體化系統中信息處理技術在機械工程中的實際應用
在機電一體化系統中存在信息處理技術，這也是機電一體化系統中最具應用難度的技術類別之一，目前在對信息處理技術進行應用的過程中還存在著一些問題，需要專業人士對其進行不斷的研究，提升機電一體化系統的應用效率。除此之外，在機電一體化系統當中最關鍵的技術基本就是信息處理，該技術還存在著很大的發展潛力，不僅僅會影響到機電一體化系統對數據進行分析的效果，還決定著機電一體化系統對信息進行處理的效率，尤其是在機械工作當中，信息處理技術決定著機電一體化系統的具體表現。所以，相關人士應在對機電一體化系統進行應用的過程中充分重視信息處理技術，減少一切的干擾因素，避免外界因素對其穩定性進行影響，另外還應該注意信息處理過程中的一些細節，針對其應用特點對使用標準進行確定，及時處理相關故障。
2．3機電一體化系統中檢測傳感技術在機械工程中的實際應用
在機電一體化系統中存在檢測傳感技術，檢測傳感技術的重要性相比較于信息處理技術雖然較為遜色，但仍然需要在機械工程當中進行合理應用，檢測傳感技術的靈敏度較高，精度較強，想要對其進行應用具有一定難度，由于機電一體化系統中存在著很多的傳感器，所以檢測傳感技術能夠通過傳感器實現人類感受器官的相關功能，通過對該技術進行應用，不僅僅可在各個方面發揮作用，同時也具備著全面的功能，可解決機電一體化系統應用過程中存在的問題，進一步發揮機電一體化系統的作用，豐富機電一體化系統的功能［2］。機電一體化系統中的傳感技術對質量的要求較高，所以相關人員也需要對機電一體化系統進行完善，確保其應用效果在現實情況中能夠持續提升。
3機電一體化系統在機械工程中的未來應用方向
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1 機電一體化概要
機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。
因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、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別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2 機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。
20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現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的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，不取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
3 機電一體化的發展趨勢
3.1 智能化
智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
3.2 模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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出新產品，同時也可以擴大生產規模。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這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。
3.3 網絡化
20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
3.4 微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3.5 綠色化
工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3.6 系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。
結語
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。
參考文獻
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一、機電一體化的概念及特征：
機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。
因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、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別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
二、機電一體化的發展
機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有智能化、系統化、微型化、模塊化、網絡化和綠色化.
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的快速發展動向，機電一體化技術將朝著以下幾個方向發展
1. 智能化 智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一,也是 21 世紀機電一體化的發展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系 統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件,有力地推動著機電一體 化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能,具有某種 程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦 力勞動。
2. 系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協 調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強,一般除 R S232 等常用 通信方式外,實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來 的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智 能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的 構造研究某種新型機體,使其向著生物系統化方向發展。
3. 微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超 過 1cm 3,并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、 耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操 作,故在亞微米級的機械元件。
4.模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣 接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產 企業可利用標準單元迅速開發新產品,同時也可以不斷擴大生產規模。
5. 網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多,面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是 機電一體化產品。
6. 綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態環境受到嚴重污染,于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產品從 設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中,對生態環境無 危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時 不污染生態環境,報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展 模式。我國發展“機電一體化”面臨的形勢和任務 機電一體化工作主要包括兩個層次 一是用微電子技術改造傳統產業 其目的 是節能、節材 提高工效 提高產品質量 把傳統工業的技術進步提高一步 二是開發自動化、數字化、智能化機電產品 促進產品的更新換代。
三．機電一體化技術的主要應用
機電一體化技術的主要應用領域越來越廣泛，主要領域和范圍在以下方面：
1. 數控機床
數控機床及相應的數控技術經過 40 年的發展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在:總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多CPU、多主總線的體系結構。 開放性設計,即硬件體系結構和功能模塊具有層 次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。WOP 技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工 過程的動態仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計,不僅豐富了數控功能,同時也 加強了 CNC 系統的控制功能。能實現多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務 或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制 都集成到系統中去。系統的多級網絡功能,加強了系統組合及構成復雜加工系 統的能力。以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結構緊湊的 數控裝置。
2.計算機集成制造系統(CIMS)
CIMS 的實現不是現有各分散系統的簡單組合,而是全局動態最優綜合。它 打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現從 經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業 集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化,各種生產要素 的潛力可以得到更大的發揮。
3．柔性制造系統(FMS)
柔性制造系統是計算機化的制造系統,主要由計算機、數控機床、機器人、 料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按 照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
4． 工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人,它們只能根據示教進行重復運動,對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性;第2代機器人帶有各種先進的 傳感元件,能獲取作業環境和操作對象的簡單信息,通過計算機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智能,已開始走向實用化;第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜的邏輯思維、判斷和決 策,在作業環境中獨立行動,與第5代計算機關系密切。
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。
參考文獻
李建勇 機電一體化技術[M]北京 科學出版社 2004
李運華 機電控制[M]北京航空航天大學出版社 2003
芮延年 機電一體化系統 設計[M]北 京機械工業出版社 2004
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一、機電一體化的核心技術
1.機械技術：是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
2.計算機與信息技術：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。
3.系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。
4.自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。
5.傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。
6.伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。
二、機電一體化的發展進程
1.數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。
2.微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。
3.可編程序控制器（PLC）的應用于工業：上世紀60年代后期，美國汽車制造業開發一種Modular DigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業獲得大量應用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口；采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統、同一個編程系統，執行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。
4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。
三、機電一體化向智能化邁進
20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有：
1.智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。
2.網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3.微型化：興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。
4.綠色化：機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。
5.系統化：其表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。
結束語：
當然，機電一體化的發展不是孤立的，與機電一體化相關的技術還有很多，并隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展與應用也將更加廣闊。
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一、機電一體化技術發展現狀
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是C電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
二、機電一體化技術發展趨勢
機電一體化在發展過程中，涉及很多行業和學科，比如計算機、光學、電子以及機械等。但是就目前的發展而言，我國的機電一體化技術與發達國家存在較大的差距。當前機電一體化技術發展方向主要體現以下幾個方面：
1.智能化。智能化成為機電一體化發展的重要方向，尤其是人工智能越來越得到廣泛的應用，比如機器人與數控機床的應用。同時計算機科學、模糊書序額以及生理學等學科的發展，給當前機電一體化的智能化發展提供了更多的新方法和方向。同時隨著微處理器的性能越來越完善，為機電一體化產品智能化創造良好的外部條件。
2.模塊化。在實際生產過程中，由于機電一體化種類很多，相應的機械、電氣、動力以及動力借口也十分的復雜。因此，要研制智能調速和機電一體化的動力單元，提高視覺和圖像等功能的控制單元，最大限度的提高機械裝置的操作的效率。通過標準單元，可以有效提高新產品開發的效率，促進生產規模的擴大。另外，為了保證產品質量，還要不斷完善相應的標準，做好機電產品的匹配。
3.網絡化。網絡技術的發展促進了當前生產力的變革，對促進全球經濟一體化起到了重要的推動作用，為機電一體化產品提供廣闊的市場。比如各種遠程控制和監視技術的終端設備就是機電一體化產品。同時隨著局域網技術的發展和應用，給社會發展帶來了極大的便利。因此，機電一體化技術也會朝著網絡化方向發展。
4.微型化。在實際生產過程中，機電一體化朝著微觀方向發展。微型化就是要朝著微米和納米的方向發展。微型的機電一體化產品，占有空間較小，耗能很低，很有很強的量活性，被廣泛的應用在社會的各個方面，具有無法比擬的優勢。作為機電一體化技術的新尖端分支而倍受重視，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并且向微米、納米級發展，讓機電耗能更少，運動更加的靈活。微型機電一體化發展的技術關鍵點就是微機械技術，因此，為促進機電一體化技術的良性發展，可以采用超精密技術。
5.環保化。隨著工業技術的迅速發展，給人們的生產生活帶來了翻天覆地的變化，在享受豐富的物質生活同時，也面臨著資源不斷減少和環境污染問題，成為制約社會發展的主要因素。因此，在機電一體化產品生產過程中，要進行綠色環保設計，提高機械系統的可回收性，降低原材料消耗，降低機械系統對環境的污染，最大限度的保護環境，避免對環境和人類身體健康造成危害，提高資源的利用率，做好資源的循環利用。因此，節能、環保也是機電一體化技術發展的重要方向。
6.系統化。系統化的主要特點就是結構的開放式和模式化，要求整個系統能夠進行靈活的組合和裁剪。同時不斷加強通信功能。就目前而言，機電一體化發展趨勢更加重視人與產品之間的關系，賦予產品更多的智能和情感。另外，還要要求產品能夠模仿生物激勵。
綜上所述，機電一體化技術是許多科學技術發展的結晶，，是社會生產力客觀要求。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現的問題進行分析、判斷、推理、構思和決策機電一體化技術將成為機械工業的主角，在各方面均可帶來顯著的經濟效益和社會效益。因此，我國要不斷總結經驗教訓，引進國外先進的技術，促進我國機電一體化技術又好又快的發展。
參考文獻：
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3.系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。
4.自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。
5.傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。
6.伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。
二、機電一體化的發展進程
1.數控機床問世：自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。
2.微電子技術的發展：我國的集成電路產業起步于1965年，經過30多年發展，已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。
3.可編程序控制器（PLC）的應用于工業：上世紀60年代后期，美國汽車制造業開發一種ModularDigitalController（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業獲得大量應用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口；采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統，正隨著計算技術、通信技術和編程技術的發展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統、同一個編程系統，執行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。
4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現：以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術，它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就，成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科，對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。
三、機電一體化向智能化邁進
20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有：
1.智能化：是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。
2.網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3.微型化：興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。
4.綠色化：機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。
5.系統化：其表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。一是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。
結束語：
當然，機電一體化的發展不是孤立的，與機電一體化相關的技術還有很多，并隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展與應用也將更加廣闊。
參考文獻：
[1]王靜。淺析機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J].同煤科技。2006.（4）
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1.2機電一體化技術概述
目前最先進的機電一體化技術功能對比傳統機電技術最大的特點是極大地加強了控制系統，以主菜單與機電一體化相結合以及源函數為基礎，利用高端智能軟件技術和微電子技術，引進多個相互融合、相互滲透的領域，以此新興機電一體化注入新的活力。但在這一過程中，也可能面臨多項技術的簡單的、不集中的相加，這也給當前機電一體化增加了不少困難。研究發現，機電一體化技術在信息、計算機、煤礦機械加工、微電子技術等領域中可以尋求到最佳匹配。現在的機電一體化產品的發展是一個系統———智能化和小型化，以此達到煤礦機械加工與機電一體化技術能夠共同操作，極大地滿足了煤礦安全生產的需求、有效降低勞動緊張程度，并提高最終救援人員的安全度，極大地保護了礦區原生態環境，以此達到降低生產能耗的目的，使機電一體化得到長期有效穩定的發展。
1.3煤礦機械加工中機電一體化產品
伴隨著全球資源日益緊缺，各國對能源問題的越來越關注，煤礦作為我國戰略資源不可或缺的成員，其開采的重要性可見一斑。如今，伴隨著越來越先進的機電一體化產品應用到煤礦機械加工中來，煤礦企業的開采效益越來越高。如今，以計算機控制為主的國產供電設備、提升機、電牽引采煤機、掘進機和輸送機等煤礦機械加工都具備了全程監控、自動報警、圖景掃描、信息控制等先進功能。這使得在我國的煤礦機械加工管理工作中，機電一體化產品的應用尤為廣泛，也確保了煤礦開采工作中的高安全性、高效益性與高技術性。
2煤礦機械產品的機電一體化與生產流程的協同策略
機電一體化策略的主要內容有：其一、關系型產品模型；其二、與關系型產品模型相匹配的產品信息管理系統；其三、以實例推理為基礎的智能技術。三方面是機電一體化策略的重要手段。以企業原有產品作為開發對象，開拓思路，對其進行重新改造與設計，充分重視與利用企業可再生的信息資源，提高交貨效率及產品質量，節約成本的同時，增加了產品的環保性。企業想要在激烈的市場競爭中立于不敗之地，就需要在機電一體化中積極尋求方法。
2.1零件分類及其變型模式
受制作成本限制，一般在定制煤礦機械產品零件事都是批量生產的，所以，首先應保證零件資源特性，其次要考慮不同客戶的不同需求，對不同要求的零件進行單獨處理。煤礦機械產品一般由標準件、通用件與定制件三類組成零件。機電一體化的模式受不同類型零件的影響其功能會產生差異。需要特別說明的是，在煤礦機械產品的機電一體化階段，首先應該保證通用件的變型是根據已有實例做出的取代變形模型，當該模型已經不具備重用條件或是達不到變型所需要的條件時，零件變型主模型就必須通過參數化變型得到滿足煤礦機械產品定制的需求。
2.2利用AutoCAD軟件操作系統作為快速實現機電一體化產品信息的輔助工具
AutoCAD是指計算機的輔助設計，是設計者在設計過程中利用計算機技術或其他輔助設備幫助設計師工作時使用，使用它的畫，抬高的過程，可以很簡單按照各部分的大小、模式進行繪圖，最終依據準確的命令完成煤礦機械的設計。由平面和高程AutoCAD繪制，在圖紙中，利用軟件充分表述設計者思想意圖，并且可以產生三維立體模型，用最直觀的方式在最大程度上表現出設計與施工。當然，任何軟件都不可能完美無趣，AutoCAD繪制出來的圖形同樣也會存在一些軟件系統難以完善的缺陷。因此，在設計部門經常使用PS圖象處理軟件。在煤礦機械產品的機電一體化開發中，利用幾何數據模型和屬性數據模型可建立煤礦機械產品的變型模型。
2.3煤礦機械幾何數據模型
目前，在一體化煤礦機械產品中，操作者主要做到兩項工作，一是數據化管理產品固有生成屬性，二是要分析數據間的關系，此關系主要指層次分布關系。因此，分析機電一體化模型就要將其分為兩部分：礦機械生產屬性信息及零件圖形信息。為了更好地體現零件圖形信息，一般可以運用AutoCAD技術細致的體現煤礦機械零件的各個微小細節；相比之下，煤礦機械產品屬性產生巨大的信息數據量，它對煤礦機械中各類零件特征進行采集歸納，以此為基礎，才能實現生產煤礦機械零件實施信息化操控以及全程監控機電一體化過程等，具體到在幾何數據模型中體現機電一體化工作則是由幾何圖形表示，為了便于從直觀上觀察數據，在幾何數據模型中將通過點、線、面結合的方法展示。通過這些數據可以充分了解礦區環境下的所有煤礦機械產品和零件分別具有的不同屬性特征與幾何特征。首先，系統下的點線位置表示了幾何特征；其次，屬性特征則依據不同地物的分屬類型進行層次歸類。由前文所述可知，研究對象是幾何集合構成，組成方式，為了更好地展開研究，我們可以將雜煤礦機械類的屬性特征和幾何特征分別分類并闡述其定義。一般情況下，具備幾何特征的數據可以分為層次數據與幾何數據兩方面。幾何數據是研究煤礦機械形狀大小、空間位置及其拓撲關系等方面的基礎數據。
2.4煤礦機械屬性數據模型
一般情況下，屬性特征可以對描述各物體要素特征、形態和分布關系等方面產生直接影響。煤礦機械產品屬性與圖形信息息息相關。實體對象與圖層信息都擁有單向的屬性數據。首先對屬性數據和客觀數據間的聯系進行簡要介紹。基本屬性數據一般可以分成公共屬性、獨享屬性、共名或共值屬性、可否傳播屬性、傳值屬性和傳名屬性八種類型。然而如果以分類和層次關系為分類標準，那么又可將各屬性數據分做兩大類，例如：煤礦機械產品屬性數據主要是由各設備的名稱編號、賦予原值、生產狀態、地理坐標等構成。
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Keywords: mechanical and electrical integration; Electronic technology; Automatic control; Development trend
中圖分類號：U415.6 文獻標識碼：A文章編號：
1、概要
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今也己成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、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別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能加自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2、機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3 個階段。20 世紀60 年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，己經開發的產品也無法大量推廣。
20 世紀70 ~80 年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎這個時期的特點是：mechatronics 一詞首先在日本被普遍接受，大約到20 世紀80 年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認，機電一體化技術和產品得到了極大發展，各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。
20 世紀90 年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現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的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術的發展開辟了廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20 世紀80 年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列入“863 計劃”中。在制定“九五”規劃和2010 年發展綱要時，充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。3、機電一體化的關鍵技術 機電一體化技術是一個技術群體的總稱。其關鍵技術有：傳感與檢測技術信息處理技術、先進制造技術、伺服驅動技術、自動控制技術、系統總體技術等。 3.1傳感與檢測技術傳感與檢測技術關鍵元件就是傳感器。傳感器是整個機電一體化系統（或產品）的環境接口，是自動化、信息化以及智能化應用和發展的關鍵技術。傳感器的水映了一個國家的科技發達程度，特別是新型高科技傳感器的研究和開發世界各國都非常重視，比如多功能集成傳感器、智能傳感器、仿生傳感器等。多功能集成傳感器就是具有“一器多感”技術特點的傳感器。智能傳感器就是帶有微處理器的，具有信息自我處理功能的傳感器。仿生傳感器就是模擬人的感覺器官的傳感器，是機器人技術發展的核心。3.2信息處理技術信息處理技術包括信息的交換、傳遞、存儲和處理，主要工具就是計算機。計算機及信息處理系統是整個系統（或產品）的信息處理中心，充分利用計算機超強的信息處理能力以及豐富的軟件資源，增強了系統的功能，提高了系統的柔性、可靠性，使系統具有了一定的智能。3.3 先進制造技術先進制造技術是機電一體化發展的必然產物，是機電一體化技術的基礎。先進制造技術保障系統（或產品）構造功能的最優化。先進制造技術采用具有柔性操作的先進制造設備：機械加工中心、機床、工業機器人等機電一體化產品，實行先進的組織管理，組成柔性制造單元和柔性制造系統，提高制造作業及制造系統的柔性和生產率，以滿足機電一體化系統（或產品）的需要，滿足社會發展的需要。 3.4 伺服驅動技術 伺服驅動技術是系統直接執行操作的技術，其目的是從動力學角度分析系統行為，保證系統整體運行的最優化。伺服驅動裝置包括電動、氣動、液壓等各種類型，按照控制指令將電信號轉換成流體能或機械能驅動運功機構，對整個系統的動態特性、控制質量和功能具有決定性的影響。 3.5自動控制技術自動控制技術是在自動控制原理的指導下，結合計算機技術對具體的控制裝置和控制系統進行設計、仿真、調試，最終實現機電一體化系統的整體性能最優化20 世紀80 年代以來，如模糊控制，專家系統和人工神經元網絡等人工智能控制技術，得到快速發展并被廣泛應用。 3.6 系統總體技術系統總體技術包括系統的總體設計和接口技術，是用跨學科的思維能力來進行綜合集成的技術。系統總體設計是以系統整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將系統整體分解成相互聯系的若干功能單元，再對功能單元進行二次分解，最終確定一個可行的技術方案。接口技術的實質是機械技術和電子技術的具體應用，是各要素或子系統之間的聯系條件。在某種意義上說，機電一體化系統設計歸根結底就是接口設計。
4、機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下：4.1智能化智能化就是要求機電產品具有一定的智能，使其具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。如果人類社會的發展和進步體現在人腦的智能上，那么機電一體化的發展和進步就體現在其產品的智能上。智能化是機電一體化技術與傳統自動化技術的主要區別之一，也是21 世紀機電一體化技術發展的主要方向。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步和發展，為機電一體化技術的發展開辟了廣闊天地。4.2 模塊化模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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出新產品，同時也可以擴大生產規模。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這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。
4.3網絡化
20 世紀90 年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，利用現場總線和局域網技術使家用電器網絡化己成大勢，家庭網絡（h o menet ）就是將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系（compute , Integrated Appliancesystem , CIAS) , 使人們在家里享受科技帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。4.4 微型化微型化是指機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電一體化（Micro Mechatronics）是機電一體化的一個重要分支，國外稱其微型電子機械系統 (Micro Electro MechanicalSystems).它泛指幾何尺寸不超過1cm 的機電一體化產品，并向著微米、納米級發展。采用精細加工技術加工生產微機電一體化產品，其體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。4.5集成化機電一體化的集成是從全局角度和系統目標出發，將總體功能分解成相互有機聯系的若干子功能，再將系統分解成若干個功能單一的功能單元，然后通過軟、硬件將各個功能單元有機地聯系起來，使其性能最優功能最強。集成是機電一體化發展的內在動力，它是一種創新性的過程，正是由于這種創新性，將機、電、信息、控制等各種相關技術有機結合，實現系統整體最優，促使機電一體化領域的不斷拓展。4.6 系統化系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除Rs232 外，還有Rs485 、DCs 人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。
4.7 人性化
機電一體化產品的使用對象和服務對象都是人。所以對于未來的機電一體化產品，一方面必須加強它們與生命機體的相似性，給產品賦予人的智能、情感和人性；另一方面充分協調產品與人和環境的關系，使產品更關注人的生理、心理特性和極限，更適宜人的使用與操作。 4.8綠色化工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源．回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境服廢后能回收利用。
篇12
1機電一體化系統的概述及定義
1.1機電一體化系統的含義
機電一體化系統又被稱作機械電子學，其具體內容是由多種技能進行有機結合，且在實際工作生活中進行歸納綜合應用的一種綜合性技能。其所有機融合的多種技術主要包括以下幾種：信號改換技能、傳感器技能、電工電子技能、接口技能、信息技能、微電子技能及機械技能等。
1.2機電一體化系統的基本內容原則要求組成要素
該系統的基本內容主要包括6個環節，即：a)計算機與信息技能；b)自動操控技能；c)機械技能；d)系統技能；e)伺服傳動技能；f)傳感檢查技能。機電一體化系統的基本原則要求主要包括4個方面，即：a)能量變換；b)構造耦合；c)構造耦合；d)運動傳遞。機電一體化系統的基本構成要素主要包括4個方面，即：a)感知構成要素；b)結構構成要素；c)運動構成要素；d)功能構成要素[1]。
2機電一體化在煤礦機械上的應用和前景
2.1煤礦機械
增加機電一體化技術含量，提高煤礦企業生產能力。機電一體化可把有關煤炭生產的各種機械與技能科學的進行有機結合，同時將其在煤炭企業生產過程中進行綜合應用。這些機械與技能有很多種，主要包括：微電子技能、傳感器技能、信息變換技能、電子電工、接口技能等。在煤礦機械上的應用機電一體化可依據煤炭企業生產關鍵點及技能要求對相應機械設備進行設計，或對某些技術技能進行改革完善。同時，應用機電一體化還可借助智能化的操控系統從而不斷增加機電一體化技術含量，有效提高煤礦企業生產能力。
2.2有效提高煤礦企業實際的生產效益
機電一體化本身具有很多特性，采煤機械具備良好的牽引能力便是其中之一。在煤礦的采煤過程中，采煤機行走時可為其提供較大的牽引力，幫助其有效攻克移動前進過程中遇到的阻力，同時還可在采煤機變頻降速時進行有效制動。在煤礦機械上的應用機電一體化可把煤礦企業的能量、物流及信息融為一體，從而進一步提升整個煤礦企業實際的生產能力，有利于煤礦企業在不久的將來走向高效、安全及可持續發展道路[2]。
3智能控制的概述及定義
3.1智能控制的含義
智能控制其本質指的是在沒有人進行干預的狀況下，可自主自立地驅動相關智能機械做到對目標進行有效操控的一類自動操控技能。其是借助計算機進行人類智能擬的一類重要范疇，主要針對比以往傳統控制更加復雜多樣的操控任務和目的，給目前中國社會各大領域的發展提供了更加廣泛的適應空間，同時有效解決了傳統操控不能完成的復雜體系的操控。以往傳統的操控僅歸屬于智能操控的一個簡單環節，是智能操控最底層的組成部分。智能操控的理論基礎有很多，如主動操控論、信息論、人工智能及運籌學等。其屬于一項由多種學科彼此相互穿插所構成的學科。
3.2智能控制的基本特征
智能控制的基本特征主要包括以下7個方面，即：a)其具有組織性特點，核心主要是由高層來進行有效控制的；b)智能操控具有變構造特色；c)其智能控制器具備非線性的特點；d)智能操控系統可達到多樣性方針的高性能要求；e)智能操控系統具備總體自尋優的特點；f)智能操控系統屬于一種新興的研討課題；g)智能操控系統歸屬于一種邊緣交叉的學科。
3.3智能控制的基本類型
智能控制的基本類型主要包括以下7個方面，即：a)專家操控體系（ExpertSystem）；b)進化核算與遺傳算法；c)人工神經網絡操控體系；d)組合智能操控辦法；e)分級遞階操控體系；f)復合（混合）或集成操控；g)學習操控體系。
3.4智能控制的發展趨勢
這些年，智能操控技能在世界上很多國家都取得了較大的發展，甚至很多已進入實用化及工程化的時期。不過智能操控技能作為一種新式的理論技能，目前依然處于發展階段。但伴隨著計算機技能及人工智能技能的快速成長，智能操控也一定會在不久的將來走進一個屬于它的新時期。機電一體化系統中往往會應用很多技能，其中最常用的便是神經網絡、專家體系及遺傳算法等相關技能，這些技能彼此之間相輔相成、相互依存。而目前機電一體化方面未來的主要發展趨勢便是廣泛使用智能控制系統，因為其具備很多良好的特性，有利于機電一體化健康發展，如其具備極強的適應性、組織及學習功能等[3]。
4智能控制在機電一體化系統中的應用
自20世紀90年代后期開始，機電一體化系統開始往智能控制方向發展，從而打開了機電一體化系統應用智能控制的新時代，該系統將來發展的主要方向一定是以智能化為主，其將直接影響到機電一體化系統的全體水平。
4.1智能控制在機電一體化系統機械制造過程中的應用
機電一體化系統中包括很多環節，其中機械制造便是重要的環節之一，把計算機輔佐技能和智能操控技能進行有機融合的技術便是目前最領先的機械制作技能，往智能控制方向發展，借助科學的計算機技能來代替部分腦力勞動，來模仿人們有關機械制作的行動，這是其最終的意圖目標。同時，智能操控技能可借助神經網絡體系的核算方式來動態模擬制作機械的詳細過程。對所搜集到的數據經過傳感器融合技能來進行預處理，然后操控修正模式中的有關參數數據。智能操控在機械制作中的應用環節有很多，其中主要包含以下幾種：智能學習、智能監控與檢查、智能診斷機械故障及智能傳感器等。
4.2智能控制在機電一體化系統數控領域中的應用
伴隨著中國社會主義科學技術的快速發展，各大領域對機電一體化系統的數控技能也逐漸有著越來越高的要求標準，不但需要其實現很多智能功能，還需要其具有模仿、延伸及拓展等新的智能功能，從而促使其數控技能完成智能監控、建立智能數據庫及智能編程等意圖，在機電一體化系統中的科學應用智能操控技能就可完成這些任務。例如借助專家系統能綜合解決數控領域里的很多問題，如難以確定及結構不明確的算法等；使用推理規則可有效推理數控現場的部分數控故障熟悉信息，得到某些指導性建議從而有利于數控機械的維修等。
4.3智能控制在機電一體化系統機器人領域中的應用
機器人在動力系統中存在很多自身的特點，如時變性、強耦合及非線性等，而多邊變性及多任務性是機器人在控制參數的系統容易體現的特征。這些特點有利于智能操控技能的使用。現在機電一體化系統機器人領域中使用智能操控技能主要體現在下面四大環節：a)機器人在視覺處理及多傳感器信息融合這兩方面能實現智能操控；b)可智能控制機器人的手臂動作及相關姿態；c)經過專家操控體系可科學定位、建模、計劃及監測機器人所處的運動環境，從而進行相關的控制及探究；d)可以智能控制跟蹤機器人的行走軌跡及走路等。
4.4智能控制在機電一體化系統建筑工程中的應用
智能控制在機電一體化系統建筑工程中的使用主要體現在以下兩個環節，即：a)能智能操控建筑物內的空調，例如能智能控制有關空調的風閥，不僅能有效保證建筑內空氣質量，還能大幅度減少浪費能量的現象發生；同時還可經過比例積分來對其閉環方法進行調整，從而有效設置在冬季和夏季時空調的使用模式；b)可經過計算機聯網和通信實現智能操控所有照明系統，如智能操控照明體系的節能、照明時刻及照明邏輯等。
4.5智能控制在煤礦機電一體化系統中的應用
煤礦機械所處工作環境一般情況下比較惡劣，往往都是在井下進行作業，從而導致煤礦機械容易被惡劣的環境侵襲，同時還可能會遭受各種采煤沖擊及振動的干擾。由此可知，井下作業具有某種程度的危險性，同時還需要煤礦機械能適應各種環境并達到高產的要求。而應用智能控制技術就可將井下作業的危險性大幅度降低，從而在某種程度上確保其安全性。
5結語
由20世紀90年代后期以來，機電一體化系統已逐步開始往智能控制方向發展。針對智能控制在機電一體化系統中的應用做了詳細講解，闡述了有關機電一體化系統的概述定義、原則要求、基本內容及組成要素等。介紹了智能操控的概述及定義、基本類型、發展趨勢及基本特征。在機電一體化系統中很多領域都可使用智能控制系統，如：煤礦機電、機器人領域、數控領域、統建筑工程及機械制造過程等。
作者:龐海龍 單位:同煤集團機電管理處
參考文獻：
篇13
1機電一體化概述
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。
3機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：
3．1智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。轉3．2模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、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等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。
3．3網絡化
由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3．4微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3．5環保化
工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3．6系統化
未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。
