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前言

现代科学技术的不断发展极大地促进了不同学科的交叉和渗透，导致了工程领域的技术革命和变革。在机械工程领域，由于微电子和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透，机械工业的技术结构、产品组织、功能与组成、生产方式和管理体制都发生了巨大的变化，工业生产进入了以“机械电气化”为特征的发展阶段。

一、机电一体化概述

机电一体化是指通过将电子技术引入机构的主要功能、动力功能、信息处理功能和控制功能中，将机械装置与电子设计和软件相结合的系统。

机电一体化的发展已经成为一门自成体系的新学科。随着科学技术的发展，它将被赋予新的内容。但其基本特征可以概括为:机电一体化是基于系统观点，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、传感器测控技术、电力电子技术、接口技术、信息转换技术、软件编程技术等成组技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置和安排各功能单元，实现多功能、高质量、高可靠性、低能耗意义上的特定功能价值。由此产生的功能系统成为机电一体化系统或机电一体化产品。

所以“机电一体化”既涵盖了“技术”，也涵盖了“产品”。但机电一体化技术是基于上述成组技术有机整合的综合技术，而不是机械技术、微电子技术等新技术的简单组合和拼凑。这是机电一体化和机械加电形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术从纯技术发展到机械电气化，仍然属于传统机械，主要功能仍然是替代和放大体力。然而，经过机电一体化的发展，微电子器件不仅可以取代某些机械部件原有的功能，还可以赋予许多新的功能，如自动检测、自动信息处理、自动显示和记录、自动调节和控制、自动诊断和保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人类手和四肢的延伸，也是人类感官和心灵的眼睛。智能化是机电一体化和机械电气化在功能上的本质区别。

二、机电一体化的发展

机电一体化的发展大致可以分为三个阶段。60年代以前是第一阶段，称为初级阶段。在这一时期，人们自觉或不自觉地利用电子技术的初步成果来提高机械产品的性能。尤其是第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品和电子技术的结合。这些与机电一体化相结合的军事技术在战后转为民用，对战后经济复苏起到了积极作用。当时研发整体上还处于自发状态。因为当时电子技术的发展还没有达到一定的水平，机械技术和电子技术的结合还不能得到广泛深入的发展，开发出来的产品也不能得到广泛的推广。

70、80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。在此期间，计算机技术、控制技术和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迅速发展，为机电一体化的发展提供了充足的物质基础。这一时期的特点是:①机电一体化(mechatronics)一词最初在日本被普遍接受，到80年代末在世界范围内被广泛认可；②机电一体化技术和产品有了很大发展；(3)国家开始高度重视和支持机电一体化技术和产品。

20世纪90年代后期，机电一体化技术进入了智能化的新阶段，机电一体化进入了深入发展时期。一方面，光学和通信技术进入了机电一体化，机电一体化中也出现了微加工技术，出现了光机电一体化、微机电一体化等新的分支；另一方面，深入研究了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。同时，由于人工智能技术、神经网络技术、光纤技术等领域的巨大进步，为机电一体化技术的发展开辟了广阔的天地。这些研究将进一步建立完整的机电一体化基础，逐步形成完整的科学体系。

中国在这一领域的研究和应用始于20世纪80年代初。国务院成立了机电一体化领导小组，并将这项技术列入“863计划”。在制定“九五”计划和2010发展纲要时，充分考虑了机电一体化技术的国际发展趋势。

机电一体化是机械、电子、光学、控制、计算机、信息等学科的交叉融合。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:

3.1智能

智能化是21世纪机电一体化技术的重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究中越来越受到重视，机器人和数控机床的智能化就是一个重要的应用。这里所说的“智能”是对机器行为的描述。它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、混沌动力学等新的思想和方法，模拟人的智能，使其具有判断推理、逻辑思维和独立决策的能力，从而得到更高的控制目标。诚然，让机电一体化产品拥有和人完全一样的智能是不可能的，也是没有必要的。但是，高性能、高速的微处理器赋予机电一体化产品低级智能或部分人类智能是完全可能的，也是完全必要的。

3.2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繁多，生产厂家众多，研发具有标准机械接口、电气接口、电源接口、环境接口的机电一体化产品单元非常复杂但又非常重要。比如开发集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别、测距等功能的控制单元，能够完成典型操作的各种机械装置。这样利用标准机组可以快速开发新产品，也可以扩大生产规模。这就需要制定标准，以方便组件和单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定这方面的国际或国内标准，但可以通过组建一些大企业来逐步形成。显然，从电气产品标准化、系列化的好处来看，可以肯定的是，无论是生产标准机电一体化机组的企业，还是生产机电一体化产品的企业，规模化都会给机电一体化企业带来光明的前景。

3.3联网

20世纪90年代，计算机技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和迅速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育和人们的日常生活带来了巨大的变化。各种网络连接着全球的经济和生产，企业之间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦开发出来，只要功能独特，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控技术方兴未艾，而远程控制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已经成为家电网络化的大趋势。利用家庭网络将各种家用电器连接成一个以计算机为中心的计算机集成家电系统(CIAS)，人们可以在家中分享各种高科技带来的便利和快乐。所以机电一体化产品无疑是在向网络化方向发展。

3.4小型化

小型化兴起于80年代后期，是指机电一体化向微机器、微领域发展的趋势。国外称之为微机电系统(MEMS)，一般指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，正在向微米、纳米尺度发展。微机电一体化产品体积小、能耗低、运动灵活，在生物医学、军事、信息领域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，包括光刻技术和刻蚀技术。

3.5绿化

工业的发展给人们的生活带来了巨大的变化。一方面物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境严重污染。因此，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品的概念在这种呼声下应运而生，绿色化是大势所趋。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中符合环境保护和人体健康的特定要求，对生态环境的危害很小或没有，资源利用率极高。设计绿色机电一体化产品有很大的发展前景。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，报废后可以回收利用。

3.6系统化

系统化的特点之一是系统架构进一步采用开放式、模块化的总线结构。系统可以灵活配置，任意切割组合，同时寻求实现多个子系统的协调控制和综合管理。第二个表现是通讯功能大大加强。一般除了RS232，RS485和DCS都是个性化的。未来的机电一体化更注重产品与人的关系，机电一体化的拟人化有两层含义。第一个层面，机电一体化产品的最终用户是人，如何赋予机电一体化产品智能、情感和人性越来越重要，尤其是家用机器人，其高层次境界是人机一体化。另一层是模仿生物机理，开发各种机电一体化花卉产品。其实很多机电一体化产品都是动物开发的。

四、典型的机电一体化产品

机电一体化产品分为系统(整机)、基础元件和元器件两大类。典型的机电一体化系统包括:数控机床、机器人、汽车电子产品、智能仪器、电子排版印刷系统、CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元件和部件包括:电力电子器件和装置、可编程控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。省略了对这些典型机电一体化产品的技术现状、发展趋势和市场前景的分析。

五、我国发展“机电一体化”面临的形势和任务

机电一体化的工作主要包括两个层面:一是用微电子技术改造传统产业，目的是节约能源和材料，提高工作效率和产品质量，提高传统产业的技术进步；二是发展自动化、数字化、智能化的机电产品，促进产品升级换代。

(一)我国“机电一体化”工作面临的形势

1.在中国用微电子技术改造传统产业很难。

2.在中国，用机电一体化技术加速产品升级和增加市场份额的呼声和压力很高。

3.用机电一体化产品替代我国技术含量和附加值低，能耗、水耗、耗材高，污染扰民责任重的产品，意义重大。在中国的工业体系中，能源和水的消耗大户以及污染环境的企业仍占相当大的比重。近年来，虽然我国产业结构和产品结构进行了多次调整，但由于种种原因，效果一直不够明显。当然，这里面有很多是上级部门造成的问题，有“离乡难”、“重操旧业”等问题，但也有不优化理想行业、选择心仪产品等不可否认的问题。最好的答案早就摆在了这些企业面前，那就是发展机电一体化，研发生产相关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低、灵活性强。它们可以在不改变设备的情况下，根据市场需要和用户反映的产品结构和生产工艺进行调整和改造。这是解决机电产品多品种小批量生产的重要途径。同时可以为传统机械行业注入新鲜血液，带来新的活力，将机械生产从繁重的体力劳动中解放出来，实现文明生产。

另外，从市场需求来看，由于我国机电一体化产品的研发历史不长，缺口较大，很多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，年进口量比较大，急需发展。

(二)中国的“机电一体化”任务

我国机电一体化的任务可以概括为两句话:一是用机电一体化技术广泛而深入地改造传统产业；还有一句话就是大张旗鼓地发展机电一体化产品，推动机电产品升级换代。总体目的是促进机电一体化产业的形成，为我国产业结构和产品结构的调整做出贡献。

总之，机电一体化技术不仅是振兴传统机电行业的新鲜血液和源动力，也是打开我国机电行业产品结构和产业结构调整之门的钥匙。

六、中国发展“机电一体化”的对策

(一)加强统筹安排，协调发展计划。

目前国内从事“机电一体化”研究、开发和生产的单位很多。各有各的发展战略。由于各单位立足点和侧重点的限制，难免只考虑局部利益。各主管部门的相关规划和计划也存在统一考虑、统筹安排不够的问题，缺乏统揽全局的权威发展规划和战略规划。因此，建议主管部门责成有关单位在深入调查和科学分析的基础上，制定出“机电一体化”的总体研发和生产计划，避免开发中的重复和生产中的碰撞！

(二)加强行业管理，发挥“协会”的作用

目前国内“机电一体化”火热，但按照目前的行业划分方式和管理体制，“多策”难。因此，中国有必要为机电一体化行业定义一个统一的管理机构。根据当前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业的特点，我们建议尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。“协会”要进一步扩大领导机构——理事会的代表层次和覆盖面，加强办公室和秘书处建设；要通过其智能办公室和经济实体组织起草“行业”发展规划和战略计划；引导产业布局调整，选择发展突破口，抓好重点项目试点和相关项目招投标...

(3)优化发展环境，加大支持力度。

优化发展环境，是指通过向群众宣传，营造全社会，无论是企业内外，都关注和支持“机电一体化”发展的氛围，如为外国投资者尽快在中国投资发展“机电一体化”产业提供便利；尽可能给研发生产机电一体化产品的高科技企业开绿灯；尽力为机电一体化产品的开发和生产配置资源要素。

加大支持力度，在技术政策上，要严格限制发展高耗电、高耗材的传统产品，限制强制淘汰不采用机电一体化技术的落后产品；大力推进机电一体化技术改造传统产业，优先支持机电一体化技术改造传统产业，优先设立和支持相关技术开发应用项目，对在技术开发应用中做出贡献的单位领导和科技人员给予表彰和奖励。

(四)注重发展，兼顾“两个层次”

机电一体化行业覆盖面很广，我们的财力、人力、物力有限。因此，在把握机电一体化产业发展时，不应该面面俱到，直截了当地描述，而应该分清主次，大胆选择，有所为有所不为。我们应该注意两个层面的工作。第一个层次是“表面”工作，即用电子信息技术改造传统工业，在传统机电设备上植入或嫁接微电子(计算机)器件，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“改进”工作，即在新产品设计之初，“机械”和“电子”统一考虑，使“机械”和“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品至少是实现机电一体化的。

七。结论

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是诸多科技发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，而且随着科技的发展，各种技术融合的趋势会越来越明显，机电一体化技术广阔的发展前景会越来越光明。