機電一體化

機電一體化（mechanicalelectrical integration）指在機械的主要功能中使用電子元件作為傳感器、信息和控制單元，以及通過機械設(shè)備和電子裝置與相關(guān)軟件的結(jié)合而產(chǎn)生的技術(shù)或系統(tǒng)的總稱。它于1971年在日本期刊副刊中首次提出，此后經(jīng)歷了長期的發(fā)展和演變。機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品全面、系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)簡單，精度高，并逐漸向智能化發(fā)展、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和小型化等新特征。機電一體化系統(tǒng)主要由機械結(jié)構(gòu)單元組成、動力驅(qū)動單元、傳感檢測單元、信息控制單元和任務(wù)執(zhí)行單元，其關(guān)鍵技術(shù)是機械技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等。機電一體化產(chǎn)品可以基于產(chǎn)品功能、機電結(jié)合的方法和用途被分類并廣泛應(yīng)用于加工和制造中、工業(yè)生產(chǎn)和自動化等領(lǐng)域。

機電一體化是用微電子技術(shù)控制機械設(shè)備的交叉學(xué)科，其技術(shù)基礎(chǔ)是機械制造、微電子控制、計算機軟件和硬件知識的綜合應(yīng)用反映了一個國家的發(fā)展水平美國的科技發(fā)展水平在一定意義上。機電一體化是集機械技術(shù)電子技術(shù)和信息處理技術(shù)于一體的系統(tǒng)技術(shù)它不是技術(shù)的簡單疊加，而是有機整合，電子技術(shù)應(yīng)用于機械系統(tǒng)。這是一種不斷被賦予新內(nèi)涵的發(fā)展理念，它體現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)的融合，并側(cè)重于機電設(shè)備中各種技術(shù)的協(xié)調(diào)，以優(yōu)化整個系統(tǒng)。機電一體化是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成的，是以系統(tǒng)工程為核心的各種技術(shù)的相互滲透、有機結(jié)合并逐漸發(fā)展起來的一門新學(xué)科。

基礎(chǔ)特點

綜合性和系統(tǒng)性：機電一體化是一門跨學(xué)科綜合性的前沿學(xué)科，機電一體化技術(shù)是一門交叉學(xué)科通過各種技術(shù)的有機結(jié)合，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品更加全面、系統(tǒng)性、完整性和科學(xué)性。

結(jié)構(gòu)簡單，精度高：機電一體化使用多個電機來獨立控制每個機構(gòu)的動作，并檢測多個電機、智能決策，結(jié)合多種控制算法，使多個電機協(xié)同工作，不僅簡化了機器的結(jié)構(gòu)，還減少了傳動誤差同時，通過應(yīng)用先進的控制技術(shù)和高精度傳感器，提高了系統(tǒng)精度。

特點發(fā)展

智能化：在常規(guī)設(shè)備中，一旦有新的功能需求，其硬件必須進行改造，而機電一體化系統(tǒng)主要由計算機控制通過硬件和軟件的結(jié)合，只需重新設(shè)計軟件即可完成所需的新動作和新功能，具有很大的擴展性，實現(xiàn)了自動監(jiān)控故障判斷誤差補償和校正等智能功能。

模塊化：機電一體化產(chǎn)品的類型很多，每個部件都不一樣，而且每個部件都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這極大地制約了整個機電設(shè)備的設(shè)計和選型。規(guī)范化、模塊化是發(fā)展趨勢，將促進新產(chǎn)品的快速研發(fā)和擴大生產(chǎn)規(guī)模。

網(wǎng)絡(luò)化：許多機電一體化系統(tǒng)有多個控制對象，它們之間有一定的距離。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)遠程管理各種控制對象和系統(tǒng)已成為機電一體化的發(fā)展趨勢。

微型化：微機械加工和微機電技術(shù)取得了巨大進展微型機構(gòu)可以集成到芯片中，這樣機電一體化產(chǎn)品將朝著小型化方向發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品重量輕、薄、小、喬 s的特點在很多方面都有很大的優(yōu)勢。

具體作用

機械產(chǎn)品的機電組合可以提高各種性能，如提高使用性能減小體積和重量等，但它最大的作用是擴展功能，增強靈活性，提高機械設(shè)備的智能化。機電一體化的一個突出特點是靈活性、智能化。其中，介紹了電子技術(shù)、信息技術(shù)和計算機技術(shù)是實現(xiàn)智能化的重要基礎(chǔ)，而柔性化是指將機械自動化作為一個多功能系統(tǒng)來完成多項任務(wù)，最大限度地減少加工和生產(chǎn)過程，從而大大提高生產(chǎn)效率。

機械結(jié)構(gòu)單元：機電一體化的機械結(jié)構(gòu)單元主要是指產(chǎn)品的機械部分，比如傳動、支持等，它們是整個系統(tǒng)的基本組成部分。隨著產(chǎn)品性能、隨著水平和功能的不斷提高，機械結(jié)構(gòu)單元必須能夠滿足產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)的要求。

機電一體化

動力驅(qū)動單元：機電一體化系統(tǒng)的動力驅(qū)動單元主要為整個系統(tǒng)提供能量和動力，并在控制單元的指令下驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)各種運動和功能、驅(qū)動和動力機等。

傳感檢測單元：機電一體化傳感器檢測單元由各種傳感器和信號檢測回路組成，用于檢測系統(tǒng)本身和外部環(huán)境的參數(shù)和條件，并將其轉(zhuǎn)換為可識別的光電聲信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧８兄姆绞接泄狻㈦姟㈥P(guān)鍵問題是如何提高檢測的可靠性、靈敏度、精度等。

信息控制單元：信息控制單元用于機電一體化系統(tǒng)通過分析各種傳感器和外界的輸入，按照預(yù)設(shè)的控制策略對整個系統(tǒng)進行綜合監(jiān)控，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令，使系統(tǒng)有目的地運行，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。

任務(wù)執(zhí)行單元：在機電一體化中，各任務(wù)執(zhí)行單元根據(jù)指令通過動力傳遞驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)目標(biāo)功能，是實現(xiàn)目標(biāo)功能的直接參與者。執(zhí)行單元的性能決定了系統(tǒng)的性能。

機械技術(shù)

機電一體化的主體和結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)是以機械技術(shù)為基礎(chǔ)的，涉及到傳動、支承、執(zhí)行器等領(lǐng)域的特定技術(shù)。機械技術(shù)研究的重點是將其與機電一體化技術(shù)相結(jié)合，同時也要考慮機械和電氣技術(shù)的相互配合。例如，可以使用其他高科技來創(chuàng)新概念和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、改變材料和性能以減輕重量、縮小體積、提高精度和剛度的目的是提高產(chǎn)品質(zhì)量。

傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是利用傳感器和信號檢測設(shè)備將被測系統(tǒng)內(nèi)外的各種信息轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的電子信號，再通過相關(guān)設(shè)備的傳輸，從而得到相應(yīng)的控制信號，以此來確定傳動裝置的運動方式。它用于監(jiān)控一個或多個系統(tǒng)參數(shù)評估設(shè)備的運行狀態(tài)以及檢查工作進度。檢測和傳感是自動控制的重要組成部分其性能越好，其自動化程度越高。

信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)是信息輸入、操作中的識別和轉(zhuǎn)換過程、存儲、在輸出和決策中，計算機是實現(xiàn)信息處理的重要手段。計算機技術(shù)主要包括計算機軟件技術(shù)和硬件技術(shù)。以微電子技術(shù)和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)是為了實現(xiàn)機電產(chǎn)品的自動化、數(shù)字化、智能化的重要手段也是推動機電產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展的重要力量。

控制技術(shù)

自動控制技術(shù)是一種不需要人的直接干預(yù)，就能按照預(yù)定的規(guī)律改變被控對象或制造過程，并能使被控對象的一個或幾個參數(shù)或加工工藝按照預(yù)定的要求發(fā)生變化的技術(shù)。在控制技術(shù)的發(fā)展中，電子、傳感器、以計算機網(wǎng)絡(luò)為核心的自動化技術(shù)有助于實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品的自動化。

伺服驅(qū)動技術(shù)

伺服驅(qū)動技術(shù)是指在控制指令下控制傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置，從而精確地跟蹤控制指令，從而實現(xiàn)具有良好動態(tài)特性的預(yù)定動作控制。伺服驅(qū)動技術(shù)的核心在于由執(zhí)行元件組成的伺服驅(qū)動單元和驅(qū)動裝置、驅(qū)動元件和傳動機構(gòu)是將電子信號轉(zhuǎn)換成機械運動的部件。作為一種直接操縱技術(shù)，它直接關(guān)系到機電產(chǎn)品的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度和質(zhì)量。

系統(tǒng)總體技術(shù)

機電一體化系統(tǒng)總體技術(shù)是運用系統(tǒng)工程的思想和手段，從整個系統(tǒng)的整體角度出發(fā)，將整個系統(tǒng)劃分為若干個功能單元，尋找能夠?qū)崿F(xiàn)其各種功能的技術(shù)方案，然后將各個功能和技術(shù)方案組合成一個項目組進行分析、評價與優(yōu)化綜合應(yīng)用技術(shù)。解決了系統(tǒng)性能優(yōu)化與各種因素的有機結(jié)合問題，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的優(yōu)化。

品功能分類

數(shù)控機械類：數(shù)控機械產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)是機械裝置，主要是數(shù)控機床、工業(yè)機器人等產(chǎn)品。

電子設(shè)備類：電子設(shè)備產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)是電子裝置，主要包括電火花加工機床、激光測量儀等產(chǎn)品。

機電結(jié)合類：機電產(chǎn)品的特點是機械和電子裝置的有機結(jié)合，主要是自動售貨機、探傷機等產(chǎn)品。

電液伺服類：電液伺服產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)是液壓驅(qū)動的機械裝置，控制機構(gòu)是接收電信號的液壓伺服閥主要產(chǎn)品有伺服裝置等。

信息控制類：信息控制產(chǎn)品的特點是執(zhí)行器的動作完全由接收到的信息控制，主要包括復(fù)印機、傳真機等產(chǎn)品。

結(jié)合形式

功能附加型：在原有機械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)增加和增強產(chǎn)品的功能，適當(dāng)提高產(chǎn)品的性能，如經(jīng)濟型數(shù)控機床、數(shù)顯量具、全自動洗衣機等。

功能替代型：微電子技術(shù)和器件被用來取代原產(chǎn)品中的機械控制功能、信息處理功能或主要功能，它簡化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高了性能，增加了靈活性，如自動照相機、電子石英表、WEDM機床等。

機電融合型：產(chǎn)品中的控制和信息處理功能通過使用專門設(shè)計或?qū)Ｓ眉呻娐穪韺崿F(xiàn)，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計更加靈活，成本進一步降低、攝像機、數(shù)控機床等都是這類機電一體化產(chǎn)品。

用途分類

機電一體化產(chǎn)品可分為機械制造設(shè)備、生產(chǎn)電子設(shè)備和產(chǎn)品的自動化設(shè)備、軍事武器和航空航天設(shè)備、家庭智能產(chǎn)品、其他領(lǐng)域的醫(yī)療診療產(chǎn)品和機電一體化產(chǎn)品。

加工制造領(lǐng)域：機電一體化技術(shù)中的機械設(shè)計技術(shù)、自動控制技術(shù)、執(zhí)行與驅(qū)動技術(shù)、檢測和傳感技術(shù)等，在數(shù)控機床領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果。它可以有效地解決傳統(tǒng)數(shù)控機床的缺點，提高加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的勞動強度，實現(xiàn)產(chǎn)品的實時監(jiān)控和自動化制造。通過機電一體化技術(shù)的綜合應(yīng)用，整體提高了制造效率和質(zhì)量，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)控機床的發(fā)展更上一層樓。

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域：機電一體化裝置已廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人領(lǐng)域，以確保在危險環(huán)境中工作的安全性。將機電一體化技術(shù)引入機器人，并在其上設(shè)置相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對危險作業(yè)時作業(yè)過程和作業(yè)過程的監(jiān)控，自動完成作業(yè)評價。此外，還可以利用機電一體化技術(shù)提高機器人的操作精度和可靠性，從而充分發(fā)揮機器人的作用，為企業(yè)的生產(chǎn)提供有力支持。

自動化領(lǐng)域：機械化、自動化已成為社會各領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，其中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛在機電一體化技術(shù)的指導(dǎo)下，機械制造設(shè)備得到進一步改進，產(chǎn)品在生產(chǎn)效率和質(zhì)量方面都有很大提高。同時，在自動化行業(yè)中，機電一體化技術(shù)也得到了很好的發(fā)展，越來越多的自動化生產(chǎn)線和制造裝置被用于工業(yè)基礎(chǔ)制造。