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淺談機電一體化技術的現狀及發展趨勢

  機電一體化是機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉融合,它的發展和進步依賴于也促進相關技術的發展和進步。本文介紹了國內外機電一體化的發展現狀,分析了機電一體化的發展趨勢。

  機電一體化是一個新興的邊緣學科,正處于發展階段,代表著機械工業技術革命的發展方向。一般認為,機電一體化技術是一門跨學科的綜合性高技術,是由微電子技術、計算機技術、信息技術、機械技術及其他技術相融合而構成的一門獨立的交叉學科。美國IEEE/ASME曾于1996年給出了一個較為全面的定義:“我們對機電一體化初步定義為,在工業產品和過程的設計和制造中,機械工程和電”,涉及機械制造技術、電子技術、信息處理技術、測試和傳感器技術、控制技術、接口技術、計算機技術、伺服驅動等多種技術。機電一體化技術對現代工業的發展有巨大的推動力,因此世界各國都在大力推廣機電一體化技術。
  國外機電一體化發展現狀
  機電一體化的發展大體可以分為三個階段。第一階段(又稱初級階段)是20世紀60年代以前,這一時期人們不自覺地利用電子技術并使之得到比較廣泛的承認。第二階段,機電一體化技術和產品得到了極大發展。第三階段,各國均開始極大關注和支持機電一體化技術和產品。
  1989年在日本東京召開的第一屆國際先進機電一體化學術會議,是機電一體化向縱深發展的標志,各國政府也開始有計劃地推動和發展機電一體化技術和產品。目前,日本和美國在機電一體化產品開發和應用方面處于世界領先地位。美國商務部曾發表過一份關于日本機電一體化的研究報告,對日美兩國機電一體化技術的基礎研究、超前開發與形成產品等三方面進行了比較,結論是除機器視覺與軟件外,日本的基礎研究與美國是可以比擬的。當前,他們都將智能傳感器、計算機芯片制造技術、具有觸覺和人機對話功能的人工智能工業機器人、柔性制造系統等列為高技術領域的重大研究課題,并投入大量資金支持發展相關技術。
  20世紀90年代后期,機電一體化進入了深入發展時期。光學、通信技術、微細加工技術等進入了機電一體化,出現了光機電一體化和微機電一體化的新分支。同時對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,以及學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術也為機電一體化技術開辟了廣闊的發展天地。
  因此,機電一體化產品得以迅猛發展,主要表現在以下4個方面:
  。1)機電一體化產品幾乎遍及所有制造業領域。在工業發達國家,數控機床占機床總數的30%~40%。
  工業機器人正向智能化和智能系統的方向發展,數量在未來十年將以25%~30%的速度增長。智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領域。 
 。2)機電一體化從單機向整個制造業的集成化過渡。計算機集成制造系統(CIMS)是當今世界制造業發展的總趨勢,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。CIMS的實現是全局動態的最優綜合。
 。3)激光技術進入機電一體化領域。光機電一體化是激光技術與機械、電子技術相結合,不僅大大擴展了機電一體化的應用領域,而且使一些行業出現重大變革,是當今信息業與制造業的最佳結合點。
 。4)微細加工技術與設備發展迅猛。微電子技術及其產業的高速發展,帶動了大量高新技術的興起,微細加工技術和裝備不僅支持了電子產業的發展,而且對微機械的誕生和發展也起了決定性的作用。
  國內機電一體化發展現狀
  我國從20世紀80年代初開始進行機電一體化的研究和應用,國務院成立了機電一體化領導小組并將其列為“863計劃”。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。雖然目前國內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,但隨著新技術革命的迅猛發展,我國加大了機電一體化技術的研究力度,并將其確定為國家高技術重點研究領域,給予優先支持,并取得了一定的成績.
(1)數控技術方面。我國數控技術起步于1958年,在“九五”末期,國產數控機床的國內市場占有率達50%,配國產數控系統(普及型)也達到了10%?v觀我國數控技術近50年的發展歷程,特別是經過4個5年計劃的攻關,總體來看取得了很好成績。目前,已具有年產數控系統3000多套、主軸與進給裝置5000多套的生產能力。近十年來,普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級加工中心則從3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
(2)工業機器人方面。我國1986年將機器人的研究開發列入國家科技計劃,現已掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統和軟件編程技術、運動學和軌跡規劃技術,生產了部分機器人的關鍵元器件,并進入實用化階段,開發出弧焊、點焊、等機器人。
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