摘要：機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術，現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。研究將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機械 裝置中的一種復合化技術。俗稱機電一體化。其全稱為機械電子工程學，英語為mechanical and electronical engineering。

　　關鍵詞：機電一體化,工業(yè)技術,工程師論文

　　機電一體化又稱機械電子工程，是機械工程與自動化的一種，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。機械電子學主要研究目的是把機械技術與微電子技術和信息技術有機地結合為一體，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化。機械電子學可以充分發(fā)揮機械技術、微電子技術和信息技術的各自的長處和特點，促進機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。機械電子學系統(tǒng)主要由機械主體、傳感器、信息處理和執(zhí)行機構等部分組成。較高級的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應的軟件，利用軟件技術可以實現(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能，使機械系統(tǒng)增加柔性。典型的機械電子系統(tǒng)有數(shù)控機床、加工中心、工業(yè)機器人等。機械電子學技術除用于單個機器、設備或一般的生產(chǎn)系統(tǒng)的技術改造之外，還用于柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化等方面。

　　一、機電一體化技術發(fā)展歷程及其趨勢自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現(xiàn)了半導體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,"機電一體化"技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.

　　(一)"機電一體化"的發(fā)展歷程1.數(shù)控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;2.微電子技術為"機電一體化 帶來勃勃生機;3.可編程序控制器、"電力電子"等的發(fā)展為"機電一體化"提供了堅強基礎;4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發(fā)展趨勢1.光機電一體化.一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現(xiàn)光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢.

　　2.自律分配系統(tǒng)化——柔性化.未來的機電一體化產(chǎn)品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的冗余度,有較強的柔性,能較好地應付突發(fā)事件,被設計成自律分配系統(tǒng)。在自律分配系統(tǒng)中,各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的,子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務,同時具有本身的自律性,可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息,在總的前提下,具體行動是可以改變的。這樣,既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力(柔性),又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

　　3.全息系統(tǒng)化——智能化。今后的機電一體化產(chǎn)品全息特征越來越明顯,智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發(fā)展。除此之外,其系統(tǒng)的層次結構,也變簡單的從上到下的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

　　4.生物一軟件化—仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大,并且往往在結構上是處于靜態(tài)時不穩(wěn)定,但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物:當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時,生物便死亡,而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時,生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體,但如何使這些新型機體具有活的生命還有待于深入研究。這一研究領域稱為生物——軟件或生物系統(tǒng),而生物的特點是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體,不可分割?？磥?機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨,但有一段漫長的道路要走。

　　5.微型機電化——微型化。目前,利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時,就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以融合,機體、執(zhí)行機構、傳感器、cpu等可集成在一起,體積很小,并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。

　　三、典型的機電一體化產(chǎn)品機電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有:數(shù)控機床、機器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、cad/cam系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有:電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產(chǎn)品的技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。

　　四、北京發(fā)展機電一體化而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(tǒng)產(chǎn)業(yè),其目的是節(jié)能、節(jié)材,提高工效,提高產(chǎn)品質(zhì)量,把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步;二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品,促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

　　前者是面上的工作,普及工作;后者是提高工作,深層次工作。

　　(一)北京機電一體化工作面臨的形勢1.北京用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣,有難度(1)在700余家北京市屬工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)中,有60%以上的企業(yè)用微電子技術改造機床設備、工業(yè)窯爐、風機電泵、生產(chǎn)過程的任務還未完成需要量的一半。

　　(2)北京工業(yè)系統(tǒng)還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造;在已改造的近6500臺機床設備中,大約有15%需進一步改造。

　　(3)北京工業(yè)系統(tǒng)尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術進行改造;且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。

　　(4)北京工業(yè)系統(tǒng)cad應用還有較大差距。目前,北京工業(yè)品設計,cad應用率僅17%(而美、日等國已超過85%;國內(nèi)先進地區(qū)也超過了30%);cad的覆蓋率才達到11%(而全國cad應用工程領導小組指出,八五期間大中型企業(yè)要達到35%,中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%;到九五時,按國務委員宋健的要求,基本上要甩掉繪圖板)。

　　(5)北京工業(yè)系統(tǒng)共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦,尚49萬多千瓦用變調(diào)速技術進行改造的任務,占總任務量的99.5%左右。

　　(6)工業(yè)是全市能源消耗大戶。1992年,北京工業(yè)系統(tǒng)占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市,1992年北京工業(yè)系統(tǒng)萬元產(chǎn)值能耗折合標煤為2.47噸,比上海的1.57噸高57%,比天津的2.15噸高14%,比先進的工業(yè)化國家高近9倍。因此,北京工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降耗的任務非常重,而電力電子技術是節(jié)能降耗的王牌。

　　2.北京用機電一體化技術加速產(chǎn)品更新?lián)Q代,提高市場占有率的呼聲高,有壓力。北京市的工業(yè)產(chǎn)品大約有3萬種,每年約開發(fā)試制新產(chǎn)品3000種,更新周期很長。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場變化的需要,影響了北京工業(yè)產(chǎn)品的競爭能力。

　　1993年,北京市工業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品約837種,在當年生產(chǎn)的產(chǎn)品品種總數(shù)中僅占7.8%左右。其中:機械局系統(tǒng)主要產(chǎn)品約1200種,機電一體化產(chǎn)品不到150種機電一體化產(chǎn)品所占比例僅4%強;儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產(chǎn)品350種,機電一體化產(chǎn)品210種,機電一體化產(chǎn)品所占比例為60%;輕工系統(tǒng)主要產(chǎn)品總數(shù)為649種,機電一體化、智能化產(chǎn)品15種,機電一體化、智能化產(chǎn)品所占比例約2.3%;汽車工業(yè)總公司系統(tǒng)平均每輛汽車的總成本為3.5萬元,每輛汽車平均裝用電子產(chǎn)品的費用約300元,不是總成本的1%;與國外約28%的先進水平相差甚遠;與國內(nèi)先進水平相差一半左右。

　　3.北京用機電一體化產(chǎn)品取代技術含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、擾民產(chǎn)品的責任重,有意義。在北京工業(yè)系統(tǒng)中,能耗、耗水大戶,對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重,且不少地處城區(qū)和近郊區(qū)。近年來北京的工業(yè)結構、產(chǎn)品結構雖然幾經(jīng)調(diào)整,但由于多種原因,成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題,有企業(yè)的故土難離死守故業(yè)問題,但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè),優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前,這就是發(fā)展機電一體化,開發(fā)和生產(chǎn)有關的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低,且具有柔性,可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結構和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革,而無須改換設備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時,可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液,帶來新的活力,把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來,實現(xiàn)文明生產(chǎn)。

　　另外,從市場需求的角度看,由于我國研制、開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的歷史不長,差距較大,許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求,每年進口量都比較大,因此亟需發(fā)展。

　　(二)北京機電一體化工作的任務北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話:一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè);另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產(chǎn)品,促進機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為北京產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構調(diào)整作貢獻。

　　1.北京應用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工作重點(1)大力采用模糊技術,工業(yè)爐窯改造應上新臺階國內(nèi)外成功的范例表明,應用模糊技術改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和pid技術好的多。因此,我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時要大力推廣應用模糊技術,到2000年,對應該進行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術等先進電子信息技術改造完畢,其中采用模糊技術改造要在80%。

　　(2)積極采用數(shù)控技術,機床高備改造要達新水平對機床設備的改造重點應放在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的推廣應用上。根據(jù)需要和可能,到1995年,北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上,到本世紀末要改造完畢。

　　(3)努力推廣變頻調(diào)速技術,風機電泵改造要攀新高度風機、電泵采用變頻調(diào)速后一般可節(jié)電20%以上,效果十分顯著。因此,在今后幾乎,北京要把交流變頻調(diào)速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年,應該采用變頻調(diào)速技術改造的風機、電泵要改造完60%;到本世紀末,北京的風機、電泵和其它調(diào)速電機要普遍;采用先進的變頻調(diào)速技術。

　　(4)優(yōu)先應用cad/cam技術,工業(yè)設計水平提高要有新目標北京工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代慢,設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前,北京工業(yè)系統(tǒng)cad的應用率為17%,cad的覆蓋率為11%,到1995年應分別達到20%和15%,本世紀末,要力爭分別達到55%和45%。

　　2.北京機電一體化產(chǎn)品開發(fā)的奮斗目標(1)總體目標:到1995年全市的機電一體化產(chǎn)品數(shù)應不少于800種,2000年,應不少于2000種,機電產(chǎn)品的機電一體化率分別達到25%和60%。

　　(2)單項目標:

　　?機床數(shù)控化率:1995年,產(chǎn)量數(shù)控化率達5%,產(chǎn)值數(shù)控化率達16%;2000年,分別達12%和40%。

　　?汽車電子化程度:1995年,平均每輛汽車上裝用和電子產(chǎn)品的費用不少于1000元,在整車成本中所占比例不低于3%;到2000年分別不少于3000元,不低于8%。

　　?plc的開發(fā)生產(chǎn)能力:八五期間,開發(fā)能力要穩(wěn)居全國首位;九五北京要成為全國主要的plc生產(chǎn)基地之一。

　　?電力電子開發(fā)生產(chǎn)能力:八五期間掌握第二代電力電子器件的批量生產(chǎn)技術和第三代電力電子器件的開發(fā)技術。九五期間第三代電力電子器件的生產(chǎn)要形成經(jīng)濟批量。在電力電子產(chǎn)品應用方面,八五期間,開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產(chǎn)品;交流變頻調(diào)速裝置要達到批量生產(chǎn)程度;高頻電子鎮(zhèn)流器要能出口創(chuàng)匯;九五,北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產(chǎn)、開發(fā)、推廣綜合配套能力的高新技術產(chǎn)業(yè)。

　　?模糊控制器的開發(fā)生產(chǎn)能力:八五要把北京建成全國模糊技術控制器的開發(fā)生產(chǎn)基地,開發(fā)出用于工業(yè)爐窯改造,壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統(tǒng)典型產(chǎn)品來;交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年,空調(diào)器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產(chǎn)品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末,北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。

　　?其它機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)能力:微機控制多色印刷機要穩(wěn)居全國第一;電子醫(yī)療儀器的開發(fā)、生產(chǎn)爭取在八五有較大突破,九五在品種和產(chǎn)量上全國領先;在八五期間,以30萬千瓦汽輪發(fā)電機組為代表的發(fā)電設備要形成綜合配套能力,打出規(guī)模效益來;數(shù)字化、智能化儀器儀表,自動化裝置要上品種、上批量總之,機電一體化技術既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力,又是開啟北京機電行業(yè)產(chǎn)品結構、產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的機電一體化發(fā)展兩方面的目標,那么,到本世紀末,北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產(chǎn)業(yè)。其中,數(shù)控機床、機電一體化印刷系統(tǒng)、新型電子醫(yī)療設備和數(shù)字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元;電力電子的銷售額可超過20億元;plc模糊控制器等銷售額可超過15億元;汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產(chǎn)品銷售額可超過25億元。機電一體化產(chǎn)業(yè)不僅是北京高新技術產(chǎn)業(yè)的主力軍,也是機電行業(yè)停工、待產(chǎn)、明虧、潛虧企業(yè)的出路所在。

　　五、北京發(fā)展機電一體化的對策(一)加強統(tǒng)籌安排,協(xié)調(diào)發(fā)展計劃目前,北京地區(qū)從事機電一體化研究開發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套發(fā)展策略和計是。同時,市政府各有關委、辦、局(總公司)也有不少相應的發(fā)展計劃與規(guī)劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制,難免只考慮局部利益,市政府各主管部門的有關計劃和規(guī)劃,也有統(tǒng)一考慮不足,統(tǒng)籌安排不夠的問題,全市缺少綜觀全局的有權威性的發(fā)展計劃和倡議規(guī)劃。因此,建議市政府責成有關機構在進行深入調(diào)查研究、科學分析的基礎上,制定出北京統(tǒng)管全局的機電一體化研究、開發(fā)、生產(chǎn)計劃和規(guī)劃,避免開發(fā)上重復,生產(chǎn)上撞車!

　　(二)強化行業(yè)管理,發(fā)揮協(xié)會作用目前,北京機電一體化較熱,而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制,政出多門是難哆的。因此,北京有必要明確一個機電一體化行業(yè)的統(tǒng)管機構,根據(jù)目前國家政治體制改革和經(jīng)濟體制改革的精神,以及機電一體化行業(yè)特點,我們建議,盡快加強北京機電一體化協(xié)會的建設,賦予其行業(yè)管理職能。

　　協(xié)會要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面,要加強辦公室、秘書處的建設;要通過其精明干練的辦事機構、經(jīng)濟實體,組織行業(yè)發(fā)展計劃、倡議規(guī)劃的擬制;指導行業(yè)布點布局的調(diào)整,進行發(fā)展突破口的選擇,抓好重點工程的試點和有關項目的發(fā)標、招標工作(三)優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過宣傳群眾,造成一種社會上下、企業(yè)內(nèi)外都重視、支持機電一體化發(fā)展的氛圍,如盡快為外商到北京投資發(fā)展機電一體化產(chǎn)業(yè)提供方便;盡可能為興辦開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的高新技術企業(yè)開綠燈;盡力為開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品調(diào)配好資源要素等。

　　增大支持力度,在技術政策上,要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展,對未采用機電一體化技術落后產(chǎn)品限制強制淘汰;大力提倡用機電一體化技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造,對有關機電一體化技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)乾地改造,對有關技術開發(fā)、應用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持,對在技術開發(fā)、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

　　在經(jīng)濟政策上,要多給機電一體化科研攻關課題、開發(fā)應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會;銀行發(fā)設貸款要多向機電一體化技術改進、生產(chǎn)合資和機電一體化產(chǎn)業(yè)規(guī)模化建設項目上傾斜;成立機電一體化發(fā)展基金,支持機電一體化生產(chǎn)發(fā)展等。

　　(四)突出發(fā)展重點,兼顧兩個層次

　　機電一體化產(chǎn)業(yè)復蓋面非常廣,而我們的財力、人力和物力是有限的,因此我們在抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時不能面面俱到、平鋪直敘,而應分清主次,大膽取舍 ,有所為,有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是面上的工作,即用電子信息技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造,在傳統(tǒng)的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置,使機械和電子技術在淺層次上結合。第二個層次是提高工作,即在新產(chǎn)品設計之初,就把機械與電子統(tǒng)一起來進行考慮,使機械與電子密不可分,深度結合,生產(chǎn)出來的新產(chǎn)品起碼正做到機電一體化。

　　我們認為,北京機電一體化發(fā)展,當務之急,重中之重是:

　　抓緊開發(fā)生產(chǎn)gto、gtr、vdmos等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調(diào)速器、逆變焊機、高頻電子鎮(zhèn)流器等,用電力電子技術進行的節(jié)能、節(jié)材為主要目的的技術改造;抓緊推廣應用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng),改造機床設備;開發(fā)生產(chǎn)低、中檔數(shù)控系統(tǒng);抓緊開發(fā)、生產(chǎn)中小型plc,用plc進行生產(chǎn)過程控制;抓緊組織生產(chǎn)多色膠印機、中英文打字機、電子出版系統(tǒng)、中高調(diào)頻x射線疹療設備、心腦病人監(jiān)護設備、30萬千瓦汽輪發(fā)電機組、模糊控制器、汽車電子高壓開關、高頻電子點火器等產(chǎn)品。同時要注意用變頻調(diào)速技術、電力拖動技術、模糊技術、plc等改造供暖、供水設備,進行高層建設的現(xiàn)代化管理,解決交通難、出行難問題。