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机电一体化技术发展现状和趋势
摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的
基本情况和发展背景，综述国内外机电一体化技术的现状，分析机电一体化技术的发展趋势。
关键字：机电一体化 发展现状 趋势
Abstract:Mechatronics is the result of modern science and technology development.
This thesis analyzes the basic things and developing background, the current condition of home and abroad, and the trend of machine incorporation mechatronics.
Key words:mechatronics current condition trend
1、机电一体化技术概述
目前，关于机电一体化化的定义，国际上普遍采用日本机械振兴协会的定义：“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。”机电一体化是从系统的观点出发，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、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
机电一体化技术的发展是建立在其他学科发展的基础之上的，是其他相关技术的融合和最优化。与机电一体化技术密切相关的核心技术有如下几项：
⑴ 机械技术。机械技术是机电一体化技术的基础。机械技术在不断发展更新的同时，也要与计算机技术和电子技术相适应和组合，从而最大限度发挥机械技术的优点，实现结构上、材料上、性能上的最优化，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能等要求。
⑵ 计算机与电子技术。计算机与电子技术主要负责机电一体化技术中的信息交换、存取、运算、判断与决策，起着类似于人类大脑的作用。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术也被纳入了计算机与电子技术的范畴。
⑶ 系统技术。系统技术是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。
自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术对机电一体化技术也起着至关重要的作用，正是由于这些技术的共同发展和推动，才使得机电一体化技术不断前进和走向成熟。
2、机电一体化国内外发展现状
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。第一阶段是20世纪60年代以前，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，并使之得到比较广泛的承认。第二阶段，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。机电一体化技术和产品得到了极大发展。第三阶段，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。各国均开始极大关注和支持机电一体化技术和产品。
⑴国外机电一体化发展现状
1989年在日本东京召开的第一届国际先进机电一体化学术会议，是机电一体化向纵深发展的标志，各国政府也开始有计划地推动和发展机电一体化技术和产品。目前，日本和美国在机电一体化产品开发和应用方面处于世界领先地位。美国商务部曾发表过一份关于日本机电一体化的研究报告，对日美两国机电一体化技术的基础研究、超前开发与形成产品等三方面进行了比较，结论是除机器视觉与软件外，日本的基础研究与美国是可以比拟的。当前，他们都将智能传感器、计算机芯片制造技术、具有触觉和人机对话功能的人工智能工业机器人、柔性制造系统等列为高技术领域的重大研究课题，并投入大量资金支持发展相关技术。20世纪90年代后期，机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术、微细加工技术等进入了机电一体化，出现了光机电一体化和微机电一体化的新分支。同时对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，以及学科体系和发展趋势都进行了深入研究。人工智能技术、神经网络技术及光纤技术也为机电一体化技术开辟了广阔的发展天地。 ⑵国内机电一体化发展现状
我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863计划”。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。虽然目前国内机电一体化技术与日本、欧美等先进国家相比仍有一定差距[6]，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，并取得了一定的成绩。主要有以下的几个方面：
①数控技术方面。我国数控技术起步于1958年，在“九五”末期, 国产数控机床的国内市场占有率达50%, 配国产数控系统（普及型）也达到了10%。纵观我国数控技术近50年的发展历程, 特别是经过4个5年计划的攻关, 总体来看取得了很好成绩。目前, 已具有年产数控系统3000多套、主轴与进给装置5000多套的生产能力。近十年来, 普通级数控机床的加工精度已由10μm 提高到5μm, 精密级加工中心则从3～5μm, 提高到1～1.5μm, 并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。
②工业机器人方面。我国1986年将机器人的研究开发列入国家科技计划, 现已掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统和软件编程技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人的关键元器件,并进入实用化阶段，开发出弧焊、点焊、喷漆、装配、搬运、注塑、冲压及能前后行走、爬墙、水下作业的多种机器人。目前，国内相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化制造技术，解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术，机器人软件的设计和编程等关键技术，还掌握弧焊、点焊及大型机器人自动生产线（工作站）与周边配套设备的开发和制备技术。现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专门从事机器人产业开发的企业有50家以上，中国市场上总共拥有近万台工业机器人，其中完全国产的工业机器人（行业内规模比较大的前三家工业机器人企业）行业集中度占30%左右。
③计算机集成制造系统方面。我国经过多年的理论和技术准备,CIMS已经有了较快发展。目前,已在清华大学建成国家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心[9]。2000年,全国已
有20多个省市、10多个行业、200多家不同规模和类型的企业通过实施CIMS应用示范工程, 取得了巨大的经济效益。当前, CIMS的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域, 正得到各行各业越来越多的关注和投入。
我国机电一体化技术起步较晚，相关人才短缺，传统工业系统落后，所以我国机电一体化技术现状国外发达国家相比还有一定差距。主要体现在以下几个方面：
①起步较晚，发展时间较短，所以技术本身还不够成熟；
②传统工业系统庞大，改造任务量大，由于经济、技术等条件的限制，大部分企业和单位的机电一体化改造任务无法完成，已经完成的改造任务量还未到需要量的1／2；
③传统设备多，普通机床、工业炉窑j风机电泵等利用电子信息技术进行改造的任务繁重；
④工业系统CAD应用。目前，美、日等国的工业设计CAD应用率已超过85％，我国工业系统CAD应用率和世界发达国家相比差距较大，CAD应用的覆盖率也不及发达国家。
3、机电一体化发展趋势
机电一体化技术是整合机械技术、电子技术、计算机技术、自动处理技术等发展起来的新型技术，所以，以上技术的发展，也必将影响到机电一体化技术的发展。研究人员积极探索、研究其他技术的发展，并合理地将这些技术与机电一体化技术相整合，使机电一体化技术向着更先进的方向发展。纵观这些年机电一体
化技术的发展，其主要趋势有以下几个方面：
⑴ 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，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，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