机电一体化概念模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇机电一体化概念，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。

1机电一体化产品概念设计的概述

1.1机电一体化产品概念设计的内容

机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。

1.2机电一体化产品创新概念设计的意义

机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。

2机电一体化产品创新概念设计理论

2.1机电一体化产品应用到的系统原理

机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。

2.2机电一体化产品创新的概念设计方法

对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。

2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望

机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。

3结束语

机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。

作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院

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机电的一体化系统并未形成具体的标准和统一的定义，从机械的角度上认为机电一体化系统的本质特征就是机械，是在机械的系统的主功能和相应的信息以及控制功能的实现上引进了相应的电子技术，使相应的机电系统实现与软件的有机结合，是一种特殊的机械系统。从机电系统的设计功能上考虑，完成了机械类、运动和信息等多任务的机械和相应部件联系起来，形成了机电系统的一体化模式以及形成了完整的机电系统，强调各种技术和功能的协调和良好结合，从而形成相应的机电的自动化系统。

一、机电系统的概念设计中的信息一体化

随着经济的发展和相应的技术革命，各学科的基础理论由于研究基础的发展和技术的相互渗透实现了产品设计的不断发展和完善，相应的机械设计逐步走向自动化和智能化的发展趋势从而实现机械设计指导的自动化和科学化、知识化。通过相应的计算公式和模型设计和比对实现了最优化的方案设计模式，机械概念设计的发展也逐步向现代化的设计模式靠近。通过计算设计的分析和综合，实现了更大范围内的机电系统的信息流动和管理控制，从而使相应的信息流更好地为机电系统的一体化设计服务。计算机与机电系统设计的相结合实现了信息载体的转换，通过更为新颖和快捷的设计方式和信息交流实现了信息的极大交流，从而使相应的机电系统设计方案的设计和选择达到最优状态。

二、机电系统概念设计中的功能结构一体化

功能结构的设计是机电系统设计的重点和关键，一般说来机电系统的功能结构设计分为功能设计和功能映射两个模块，然而这样分块的设计模式使机电系统的设计过程建立在抽象的概念基础之上，难以实现形象化和具体化的特点，设计过程中易出现信息的模糊和残缺，致使这样的设计模式难以形成形象而直观的感受，并从相应的机械制造的理论层面进行推理控制，这样的设计方式不利于机电系统概念设计的一体化模式的形成和协调。在相应的机电系统概念设计过程中应在建立了信息交流模式的基础之上增强概念系统设计的可行性和可操作性。在建立相应的信息交流模式基础之上实现机电系统的一体化优化设计。

三、机电系统概念设计的机电技术一体化

传统的机电系统的概念设计将机械与电子技术结合起来，从而通过机械、电子技术的系统结合实现相应的机械系统的功能特点，同时改变了人工的操作和判断，形成机电系统的自动化模式，并通过相应的程序协调机电系统的任务模式。然而传统的机电系统的设计难以满足现代机电系统设计的创新性要求，从而要实现一体化和自动化、智能化的发展模式。实现机械系统和电子技术的良好结合，从整体的系统功能上进行协调，从而实现机械技术和电子技术的协调组合，共同构成机电系统的功能结构。

四、机电系统概念设计的人机交互系统一体化

机电系统的一体化和信息化设计的最终目的是形成人机一体化的交互模式，形成智能化和科学化的机电系统的设计方式，随着计算机技术和相应技术的发展和创新，机械设计和应用的智能化模式逐步成为机械设计和应用的发展模式，人机交互系统的设计实际上实现了更为方便快捷的系统操作和应用模式，同时也提高了相应的生产的效率，提高了设计的科学化程度。在机电系统概念设计过程中，应以人为本建立机电系统的协同发展决策，从而使相应的机电系统充分使用于相应的设计人员。

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引言

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。

机电一体化专业是我校的主要专业之一，伴随着经济全球化，我国的制造业成为国民经济的核心，而机电一体化成为制造业发展的“发动机”，机电一体化人才的需求大幅度提高，机电一体化专业人才被国家列为二十一世纪社会发展最急需的十大专业人才之一，是就业领域最宽的专业。我校的机电一体化专业的课程，应不断适应对人才需求的这种变化，在课程的时间安排上有必要进行一些调整，而且对于我校机电一体化专业应涵盖哪些学科领域,课程设置方面更应该进行大胆的改革。

一、在教学中增加介绍微电子技术相关知识的课程

在我校五年制机电一体化专业的教学过程中，我对此专业第二学年第二学期的学生做过一个调查统计，调查学生人数为79名，发现两个09级机电一体化班级中，见过晶体管的同学在一个班中只有一名，而另一个班因有选修课的原因，有一部分同学对晶体管稍微有一点了解。这个调查结果说明，我校机电一体化专业的学生，在前两年的学习过程中，基本上没有接触到微电子技术的知识，而机电一体化实际上是微电子技术、计算机技术等向机电技术不断渗透的产物，在我校的五年制高职机电一体化专业教学计划中，没有微电子技术相关知识的课程设置。

从五年制高职学生的学习基础看，学生的起点是比较低的，学生本身在初中阶段的物理基础也比较薄弱，到五年制高职的前三年，除了学习物理基础知识，很有必要让学生了解元器件知识以及微电子技术的基础知识，比如什么是集成电路？什么是敏感元器件、光电管和继电器？这些知识能为学生后续的学习打下基础，是大有裨益的。可以尝试在五年制教学的第二学年中增加一门微电子技术理论学习与实训相结合的课程，如果学生不具备一点热敏电阻、温敏二极管、温敏三极管的知识，对于温度传感器的理解也就无从谈起。当学生具备了一些元器件的知识，那么学生在三年级学习“传感器应用技术”课程就会轻松许多。

从机电技术发展的情况看，不论是生产制造系统还是试验和研究装置及各类终端产品，电子技术取代了许多机械本身的主要功能，电子元件代替了许多机械式的信息处理机构和控制机构，同时采用微电子技术增加了许多控制功能，如采用可编程序控制器代替原来的继电器――接触器控制电路等。所以我们在教学过程中，应该适应时展的需要，增加介绍微电子技术知识的课程，如果还停留在原有的单一的学科领域内，必然会导致知识结构的狭窄，从而不能满足技术进步带来的对人才的需求。

在南校区学生的座谈会上，有些学生也提出了他们对电子元器件知识的需求，他们认为自己连一些基本的元器件知识都没有，根本就不知道元器件的作用和各种功能，这使对一些现有课程的学习感到困难。有些学生表示他们学习非常努力，但是还是听不懂老师所讲的内容，实际上就是基础知识的薄弱造成的，所以我们应不断研究：究竟学生哪方面是薄弱环节？最主要的需求是什么？只有这样才能更好地改革现有的课程设置。

二、对学生的基础能力进行分析，对课程的时间安排进行必要调整

对于五年制高职学生来说课程的设置应反映人才培养目标和培养规格需要，还要反映教育对象状况，在确保基本教育水准的提前下，体现因材施教。与三年制高职所不同的是，五年制高职学生的主体是初中毕业生，大部分学生进入五年制高职院校学习并非本人意愿，而是教育制度强制性分流的结果，所以很多学生学习基础很薄弱、学习动力也不足，因此在进行课程设置时，要加强对学生的研究，充分考虑学生的学习水平和学习能力。

近年来，一些发达国家在分析职业能力时，特别注意分析职业的“基础能力”，对于学生所学的课程来说，同样应注意分析他们的现有知识是否有能力达到。对于我校机电一体化专业来说，从现有的教学计划中可以看出“电气控制技术”课安排在第五学期，而在整个教学计划的前四个学期没有一门电类的相关课程，我们知道电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。而根据学生此前学习的相关课程，连最基本的电路基础的知识还没有具备，更不用说这样一门综合知识很强的一门学科的学习了，显然学生的基础能力没有达到此门课的学习要求，因此，有必要将“工业控制电路分析与制作”课提前到第四、五学期学习，而可以将“机械工程应用技术”课程错后一学期学习，这样使学生能够具备相应的基础能力，以利于他们对知识的掌握，不至于感到课程难度太大，亦能提高学生自信心。

三、加强学生的电工电子技能实训，提高学生的实践操作能力

高职的人才培养目标是“高技能人才”，高职毕业生比本科生应具备更强的技能，比中职生具备更多的理论知识。那么，如何加强技能型人才的培养呢？根据我校的办学条件，我们有能力为学生创设一个更好的实习实训条件，以学生的职业素质和应用能力培养为主线，更合理的进行课程的设置。

“工业控制电路分析与制作”课程为我院高职机电一体化技术专业核心课程，这门课在必要的理论知识基础上，侧重于电子控制技术在机电设备中的应用分析等内容，并且有一些实际操作技能训练。但是仅仅通过此门课程的学习，对学生的实际操作能力的训练我认为还是远远不够的，可以单独开设一学期的“电工电子技能实训”课程，安排学生多样化的电工电子实习训练。教学内容可以有很多，既可以增加一些理论教学内容，又主要侧重学生操作技能的训练，其形式比如可以从万用表的正确使用、元器件识别与检测、元器件安装技术、焊接技术、调试技术、维修技术、基本电路分析和故障分析等中选择一部分内容进行重点训练，并在教学中同时加强学生的素质教育等。

在五年制高职的学生中，大部分对于电子小制作也非常感兴趣，他们热爱动手，当制作出自己亲手制作的电子产品时，他们的自信心得到了极大的满足，这能促进他们对知识的渴望和对实践的探索。而在实际的教学计划的安排中，学生接受技能训练的机会很少，那么，如何扩大学生的知识面，如何通过五年的学习使我们培养的学生成为社会需要的通用型人才是我们面临的主要课题。我们应努力给学生创造条件使他们有更多的实践机会，提高学生的实践操作能力，从而使他们的头脑更加灵活，手脚更加麻利，成为企业真正需求的实用型人才。

结论：

五年制高职学习起点较低，我们在安排课程时应多考虑学生学习基础和接受能力，有必要在学习一些核心课程之前增加一定的铺垫，让学生能一步一个脚印的往前走，让他们感到前面的台阶通过努力能够顺利的迈过去，而不是遥不可及，我们应综合考虑学生的学习基础和现代技术的发展，不断改革课程设置，使课程的安排真正适合学生的学习和发展。

参考文献

[1]鲍加农.试论机电一体化及专业课程设置.中国自动化教育论文集,2003.

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中图分类号：TH-39 文献标识码： A

随着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，导致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，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。“机电一体化”意思是机械技术和电子技术的有机结合。这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异。

一、机电一体化技术基本概念

机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

二、机电一体化的核心技术

1、机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。

2、计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

3、系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。

4、自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

5、传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。

三、机电一体化的发展进程

1、数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在1999年后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。

2、微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。

3、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。

四、机电一体化的发展方向

20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。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角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新支；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，也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有：

1、智能化：是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，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。

2、网络化：20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3、自动化：所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。

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中图分类号：TP　文献标识码：A　文章编号：1672-3198(2010)11-0330-01

1　机电一体化概述

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”涵盖“技术”和“产品”两个方面，是一种综合技术，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。

2　机电一体化的核心技术

2.1　机械技术

是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。

2.2　计算机与信息技术

其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

2.3　系统技术

即以整体概念组织应用各种相关技术。从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。

2.4　自动控制技术

其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

2.5　传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。

3　机电一体化的发展过程

机电一体化的发展过程大体可以分为三个阶段：

3.1　初级阶段

20世纪60年代以前为第一阶段，也称为初级阶段。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，对战后经济的恢复起到了积极的作用。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。

3.2　高速发展阶段

20世纪70-80年代为第二阶段，也称为高速发展阶段。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、超大规模集成电路和微型计算机的出现，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：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；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。

3.3　智能化阶段

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，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，使机电一体化进一步建立了坚实的基础，并且逐渐形成完整的学科体系。

4　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。

4.1　智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设研究中得到日益重视，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，以求达到更高的控制目标。诚然，要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，则是完全可能的和必要的。

4.2　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的种类和生产厂家繁多，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和非常重要的事。例如研制集减速、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。若能利用标准单元迅速开发出新产品，也可扩大生产规模。但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的标准，但可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。

4.3　网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育、人们日常生活，都带来了巨大变革。各种网络将全球经济和生产连成一片，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。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络，将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里分享各种高技术带来的便利和快乐。因此，机电一体化产品无疑应朝着网络化方向发展。

4.4　微型化

微型化兴起于20世纪80年代末。机电一体化有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lcm3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、信息等方面具有显著优势。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。

4.5　绿色化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。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、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。

4.6　系统化

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中图分类号：F407文献标识码： A

一、前言

随着时代的进步，科技的发展，各个工业领域的技术开始融合起来，从而大大提高了技术的水平，提高了我国的工业生产能力。机电一体化就是这样一个在科技发展的浪潮中衍生的科技发展新方向。

二十世纪九十年代后期发展至今，机电一体化技术开始逐渐地迈向了新阶段[3]。以微电子技术作为核心的高科技技术逐渐被应用于工程机械制造领域中，进而改变了我国工程机械长期落后的困境，同时也促进了相关工业制成品的性能的进步，从整体上将我国的工程机械推进了一个全新的台阶。尤其是在一些楼宇建设中电子监控和自动报警的应用中，如果相关的设备和工程机械出现了故障，电子监控设备以及自动报警系统能够及时准确地为工作人员提供相关信号，以方便工作人员及时地维护和更新。

二、机电一体化技术

机电一体化技术．顾名思义．结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，应用范围愈来愈广。

机电一体化技术具体包括以下内容：

1、机械技术

机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

2、计算机与信息技术

其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

3、自动控制技术

其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

4、传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

5、伺服传动技术

包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

三、机电一体化的发展阶段

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。上世纪60年代以前为第一阶段（亦可称为初级阶段）。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，对战后经济的恢复起了积极的作用。

上世纪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、通信技术发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化发展提供了充分的物质基础。

第三阶段，上世纪90年代后，机电一体化技术开始向智能化方向迈进，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。

四、机电一体化技术的现状

机电一体化技术与其他技术的发展状况类似，也经历了长期的产生发展和成熟的过程。在机电一体化概念还未出现时，世界各国的相关科技工作者就已在原有的机械设计基础之上设计和研发出了机电一体化的产品。但随着机电一体化产品的不断前进和发展，20世纪70年代初，相关的科技工作者才在长期实践过程中系统地总结和提出了机电一体化的概念，并在实践中使其不断发展完善。

随着集成电路、计算机技术等的发展和普遍应用，机电一体化也得到了新的全面发展由于具备了形式灵活内容丰富应用广泛的特点，机电一体化技术在机械行业中引发了深层的技术改革，而这种改革又反过来推动了机电一体化技术向全新的方向发展。现在，随着技术进步时展，机电一体化技术的应用已深入到社会生活的各个领域，为人类带来了更为高效的生产和生活方式。

五、机电一体化技术的发展趋势

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展：

1.智能化

智能化是21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的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。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、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。

2.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，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。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等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。

3.网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（homenet）将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（computer integrated appliance system，CIAS），能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利号快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

4.微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，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。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。

5.绿色化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。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，具有远大的发展前景。

六、结束语

综上所述，机电一体化技术已经成为了当下科技发展的一个新的趋势，它是众多学科交叉、共生的结果，对于提高我国的科技水平和人们的生活水平具有很好的推动作用。

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中图分类号： TH-39 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0113-02

一、机电一体化的基本概念

机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

二、机电一体化的发展概况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。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大量的工作，取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

三、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

1．机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础，因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

2．动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

3．传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

4．信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。

5．执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中最重要的组成部分。机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

四、机电一体化的发展趋势

1.智能化

智能化是21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者的研究日益得到重视，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。

2.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，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。

3.网络化

20世纪90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、教育以及人们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。

4.微型化

微型化兴起于20世纪80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（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3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。

5.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。

6.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RS232外，还有RS485、DCS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，研制各种机电一体化产品。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。

综上所述，机电一体化技术是众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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

参考文献：

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中图分类号：TE65；TU712文献标识码：A文章编号：1009-914X（2017）47-0207-01

引言

由于信息技术的飞速发展，网络化、信息化概念向自动化领域的渗透，使得自动化系统的体系结构面临一场深刻的变革，这种变革也必将对机电一体化发展产生重大影响。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。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，也为产业化发展提供了坚实的基础。

一、机电一体化在煤化工生产企业中作用

1、提高劳动效率；机电一体化产品的应用使过去落后的生产方式得到极大的改变，大量新型自动化电子设备的使用彻底转变了煤化工企业的作业模式，明显降低了工人的劳动强度，大幅提升了劳动生产率，极大地提高了劳动效率。

2、提高了劳动安全保障；传统的焦化工作环境非常恶劣，高负荷地工作会严重影响到操作工的身体健康和生产安全。采用机电一体化设备进行、运输、阀门的开启等，不仅可以使操作工从繁重的体力劳动中解脱出来，而且减少去有毒有害场所的次数故能降低发生事故和危险的几率，提高安全生产效率。

3、增加了经济效益和工人的劳动收入；焦化机电一体化技术的运用使得焦炭的产量大幅提高，增加了企业的经济效益，同样使工人的劳动收入有所提高，改善工人的生活质量。煤化工企业的快速发展带动了我市其它相关行业的快速发展，对地方经济的快速发展起到积极的推动作用。

二、机电一体化技术在我国经济发展中的作用

1.机电一体化技术在传统国民经济中的作用。机电一体化技术在传统产业中的应用将大大提高企业产品的竞争力，促进产品的更新换代，对国家经济产生巨大的推动作用。一方面传统制造业直接拉动着自动化制造装备的整体需求。另一方面，新兴技术发展刺激了新的技术装备的发展，如信息、材料、生物等。还有战略性可持续发展所迫切要求的特种高精尖自动化装备的研究发展，如海洋、空间、地下资源开发，国防工业精密加工，微机电器件制造，等领域。所以，机电一体化技术对传统国民经济的影响是长期的、持久的，甚至是决定性的。

2.机电一体化技术与产品的应用。机电一体化在机械和电子行业的应用已相当普遍，如数控机床（ONC系统）工业机器人等，此外，机电一体化技术与产品应用于化工部门，能预先报警，减少停车事故造成的损失。减少电能和化工原料消耗，并提高产品质量：应用于电力部门，能提高发电输电稳定性，优化电力分配并避免重大事故；应用于生活方面，电子化家用器械减少了人们的家务劳动量；应用于现代管理部门，自动化办公机械大大提高了管理效率和辅助人们决策实施各种战略方案。

3.机电一体化与企业的技术进步。企业的技术进步表现在生产、管理等各个方面的现代化，由于机电一体化的出现，使得生产方式向“柔性”转化，并向综合（集成）自动化发展，使信息在生产经营管理中的地位显著增大。机电一体化产品的出现，使得工厂自动化、办公自动化和社会服务自动化成为现实。

在企业管理中，机电一体化就是将市场信息供需变化有机的结合起来，成为指导生产的依据，所以把信息的收集、分析、技术经济预测和经营决策结合起来，用于指导生产、强化销售和技术服务是保证企业常胜不衰的重要工作。

在未来的企业里，一流的机电一体化设备、机电一体化产品和机电一体化在管理中的应用，将是企业进步和发展的标志。

三、机电一体化的发展趋势

1.智能化

智能化是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者的研究中日益得到重视，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，则是完全可能而必要的。

2.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RS232外，还有RS485、DCS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，研制各种机电一体化产品。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.网络化

早在20世纪90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、军事、教育以及人们日常生活都带来了巨大的變革。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。

4.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，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。

5.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。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。

结语

机电一体化技术是众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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。其产品具有自动化、智能化和多功能的特性。其发展趋势是朝智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、系统化方面发展。

作者：许文裴

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机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。

机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。

1机电一体化系统的构成与关键技术

1.1机电一体化系统的构成

从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。

从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。

既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。

1.2机电一体化系统的相关关键技术

①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。

2 机电一体化的设计过程

机电一体化的机械动力部分由一般电动机演变为控制电动机，里程碑式地引入了电子和计算机等先进技术，代替人完成机器的检测与控制等工作。在知识经济中体现了制造业高科技化，促进了高科技产业和知识经济的发展。它是一种用于机电产品最优设计的方法学。它包括4个基本学科：电气、机械、计算机科学和信息技术。如图1所示。

摘要：本文结合笔者的多年工作经验，对机电一体化系统的构成及关键技术进行了简要的分析，并就机电一体化系统的几种可靠性设计进行了探讨。

关键词：机电一体化；系统设计；构成；过程；方法；可靠性

机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。

机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。

1机电一体化系统的构成与关键技术

1.1机电一体化系统的构成

从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。

从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。

既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。

1.2机电一体化系统的相关关键技术

①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。

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1 机电一体化的基本概念

机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科；其次，机电一体化是一个发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术：Computer、Communication和 Control Technology）“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的简单叠加。

2 机电一体化的核心内容

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，要了解机电一体化，必须从以下几方面着手：

（一） 机械技术

机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来，来提高其各项性能，满足更广的需求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

（二） 计算机与信息技术

凡是能扩展人的信息功能的技术，都是信息技术。可以说，这就是信息技术的基本定义。它主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。

（三） 系统技术

系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

（四） 自动控制技术

自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。

（五） 传感检测技术

传感技术是把各种量转变成可物理识别的信号进行输出，检测就是指人员对可是别的信号进行处理的过程。传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

3 机电一体化的发展趋势

（一）绿色化

在人们越来越追求生活质量和生活品质的今天，绿色环保成为了人们生活关注的焦点，随着社会进步和近年来人们对生态保护意识的重视和加强，绿色产品概念也将成为时展的必然！绿色理念倡导消费者在与自然协调发展的基础上,从事科学合理的生活消费,提倡健康适度的消费心理,弘扬高尚的消费道德及行为规范,并通过改变消费方式来引导生产模式发生重大变革,进而调整产业经济结构,促进生态产业发展的消费理念。机电一体化技术也顺应了绿色理念，机电一体化产品在人们的生活使用时不会对环境造成污染或者污染远远小于传统的产品，而且在产品报废后，其零件还能被再利用和再加工，资源利用率得到了大幅度的提高，达到节约资源的目的。

（二）智能化

智能化是21世纪机电一体化发展的一个显著特点，它由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能集合,随着信息技术的不断发展，其技术含量及复杂程度也越来越高，智能化的感念开始逐渐渗透到各行各业以及我们生活中的方方面面，同样，机电一体化的智能化研究也在各个国家普遍开展。这里所提到的 “智能化”是指机器本身所具有的特性，它是在运用控制理论的基础上，结合计算机技术、精细化制造、运筹学等新学科、新技术和新方法，通过使机器模仿人类所具有的一些能力，如思维、推理、决策等，可以在一个比较复杂的工作和困难的环境中代替人类去工作。

（三）网络化

网络技术的发展是计算机技术发展的里程碑，网络技术的发展不仅推动了人类的科学技术的发展,同时给人们的学习,工作和生活带来重大的改变，同时，也深刻的影响着机电一体化技术的发展。其中最重要的影响就是对机电一体化设备的网络控制，控制的终端设备就是机电一体化产品。

（四）微型化