摘 要
随着现代科学技术的不断发展，极大地促进了不同学科的交叉与渗透，导致工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的快速发展及其向机械工业的渗透所形成的一体化，使得机械工业的技术结构，产品结构，功能结构，生产方式及管理体系发生了巨大的改变，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段[1]。
本文主要分为五个部分，围绕着机电一体化技术，对机电一体化进行了概述，介绍了机电一体化的概念以及其优点，具有增强工厂生产能力，提高产品使用的安全性和可靠性，操作便利等优势，随后对该技术的发展历程与趋势进行阐述，这也是文章的重点部分，该技术发展经历了三个阶段，发展趋势包括了智能化发展、柔性化发展、绿色化发展、网络化发展、微型化发展五大方面。然后根据其本身特点，阐明了机电一体化技术的应用领域，最后对我国更好的发展机电一体化技术提出相应的对策。
关键词：机电一体化；发展历程；发展趋势
Abstract
With the continuous development of modern science and technology, it has greatly promoted the cross and penetration of different disciplines, leading to the technical revolution and transformation in the field of engineering. In the field of mechanical engineering, with the rapid development of microelectronics technology and computer technology and its formed by the penetration of mechanical industry to integration, make machinery industry technology structure, product structure, function structure, great changes have taken place in production mode and management system, the industrial production by the mechanical electrification "ushered in the development of" mechatronics "as the characteristics of phase [1].
This paper is divided into five parts, mainly around the electromechanical integration technology, has carried on the outline of electromechanical integration, this paper introduces the concept of electromechanical integration, as well as its advantages, increased factory production capacity, improve product safety and reliability, convenient maintenance etc. Advantage, then elaborates the development course and trend of the technology, it is also a key part of the article, The development of this technology has gone through three stages, and the development trend includes five aspects: intelligent development, flexible development, green development, network development and miniaturization development. Then according to its own characteristics, clarify the application of mechatronics technology, and finally put forward the corresponding countermeasures for the better development of mechatronics technology in China.
Key Words：Mechatronics; Development course; The development trend
一 引言
1.1 研究背景
随着现代社会的飞速发展，科技的不断创新，社会节奏越来越快，不同学科技术之间不可避免的出现了相互借鉴、相互融合的趋势。现代社会的建筑工程已经不单单是一门学科就可以解决的了，需要不同学科技术之间的共同融合和发展[2]。近几年兴起了一门新的技术科学-机电一体化，机电一体化技术有利于节约人工成本，提高智能化水平和生产率[3]，可以很好的满足人们对社会生产的要求。机电一体化是一种复合技术，是各种先进的科学技术在机械行业中应用的结果，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势[4]。因此，本文对机电一体化技术的发展历程与趋势进行研究探讨，符合当下的潮流，有非常重要的应用价值。
1.2 研究意义
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。它是多种科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必要要求。本文选用机电一体化技术进行研究，对人们的生产生活水平的提高有非常重大的意义，是符合当今社会发展建设的需求，随着科学技术的不断发展，机电一体化技术将会有更广阔、更美好的发展前景，将会为人类生活带来更佳的产品和服务。
二 机电一体化技术的发展历程
2.1 机电一体化的概述
机电一体化属于设备以及技术的高度结合，彼此发挥着自己的优势作用，并对自身存在的技术缺点进行了弥补。该技术还可以将其认为是电力、电子技术和机械之间的高度结合，所以也被称之为机械电子学[5]。在机械设备中，对于该项技术的应用，使得设备的控制工作更加自动化，并慢慢向智能化转变。当前，该技术展现了非常强的独立性以及系统性，很多高校也设置了专门的课程，开始演变成了一门学科，培养出了众多人才，为我国的工业技术进步期待了非常强的推动作用。
机电一体化的优点：一是机电一体化让工厂的工作质量更高，生产能力更强。机电一体化的好处就是比较精确，可以减少一些误差，这样在一定程度上提升了工厂的产品质量。同时自动控制系统还可以圆满完成之前设置的任务。二是机电一体化在一定程度上可以提高产品在使用时候的安全性和可靠性。机电一体化的装置在很多方面都具有自动化的功能，比如，自动保护、自动监视、自动报警灯，这样机器在实际工作的时候如果出现什么问题，机电一体化都可以自己解决。三是机电一体化在调整和维护方面都比较方便，使用性能也有一个显著的提高。机电一体化产品采用程序控制与数字显示，进一步优化操作，使操作更加方便。
2.2 机电一体化技术的发展历程
从发展的历程角度分析，该项技术的发展共分为三个重要的阶段。
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初级阶段
最开始的发现阶段，是在二十世纪六十年代之前。“机电一体化”这个词是日本安川公司作商业注册时最先创用的，在没有较多机电一体化意识的情况下，通过最初的电子技术，逐步完善着机械产品的各项性能。例如：在第二次世界大战期间，因为战争的范围逐步扩大，需要机械产品和电子技术之间的高度配合，并且结合的脚步要有所加快。本来这一技术应用的领域为军事，但战争结束之后，该项技术在民用领域开始应用，使得战后经济恢复非常迅速[6]。
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高速发展阶段
在二十世纪七八十年代。在这一发展阶段，信息技术崭露头角，实现了计算机技术、控制技术以及通信技术的蓬勃发展。这些科学技术的提升，促进了机电一体化技术的提升，并打下牢固的基础。典型的机电一体化产品有数控机床、工业机器人等等。
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现代化发展阶段
到了二十世纪九十年代，集成电路已经向大规模化以及超大规模化的方向发展，和微型计算机共同成长，发展的速度令世界惊叹。这一基础成了一体化发展重要的科技力量。此外，还该阶段，机电一体化开始迈向更高的层次，慢慢开始了智能化的发展方向，为之后的智能化实现打好了基础。在现代化发展的过程中，不管哪项科学技术的应用，如光学技术、通讯技术等，都开始慢慢发挥自身的价值，这时开始出现了分支，其中包括光机电、微机电等[7]。同时，在机电一体化的发展过程中，技术系统中的建模设计，学科体系构建等相应的发展，也越来越深入。
简言之，机电一体化技术的发展历程可以概括为以下几点:
（1）数控机床的问世，写下了机电一体化历史的第一页；
（2）微电子技术为机电一体化带来勃勃生机；
（3）可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了坚强基础；
（4）激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。
三 机电一体化技术的发展趋势
3.1 智能化发展
智能化发展更多的是依靠现代科技技术的不断发展及完善。在时代及社会快速发展的过程中，智能化早已和机电一体化形成一体、协同发展。智能化发展过程中更为重视在思维形式中引入综合性，将控制理论作为首要前提，提升其控制性。未来机电一体化的各类产品虽然在智能化方面不能和人脑思维达到统一层次，然而合理利用智能化产品可以对繁杂问题进行优化有改善，由此能够在根本上促进机电一体化技术的稳定发展[8]。
3.2 柔性化发展
机电一体化技术未来将向柔性化方向发展，也就是说系统的控制设计以及执行都应保证冗余空间的充足，为系统对突发事件的有效应对提供良好的基础。在机电一体化系统中将采用自律性的布局方式，使所有子系统能够独立进行工作，同时各子系统之间又要具备良好的通用性，使系统能够根据工作环境的具体变化而作出相应的调整，从而进一步提高系统的适用范围，同时也可以减少某一子系统发生故障时对系统整体运行的可靠性和安全性的影响[9]。
3.4 绿色化发展
纵观现阶段我国工业行业的发展，虽然带动提升我国的经济水平，提高了民众的物质生活水平，但是却严重消耗甚至透支着资源生产，也正因此，节能环保理念一经提出，就受到人们的重视和欢迎，并且被广泛渗透于各个行业领域之中。基于此，绿色产品的设计俨然成为现阶段工业发展的主要趋势，而针对绿色产品而言，并非是产品不会对环境造成破坏就属于绿色产品，而是需要在设计、制造、使用以及销毁等环节都符合相应的环境保护要求和标准。与此同时，需保障绿色产品在具体使用期间可以提高资源利用率，避免对生态环境造成破坏，在此情况下，进行机电一体化产品的绿色化设计至关重要[10]。既要保障机电一体化产品不对生态环境造成破坏，同时也可以进行回收利用。
3.5 网络化发展
网络技术在20世纪末获得了飞速发展，网络技术的发展推动了工业领域、科学技术领域的改革进程。同时网络技术的发展加快了经济全球化的进程，促使质量更高、功能更强的机电一体化产品不断出现，这些产品通过网络技术能够有效地实现全球产销。在网络技术应用日渐广泛的情况下，与机电一体化产品相关的产品也得到了迅速发展，如远程控制技术、监控技术等[11]。可见，网络化也是机电一体化技术的重要发展趋势。
3.6 微型化发展
微型化兴起于 20 世纪 80 年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势[12]。国外称其为微电子机械系统（MEMS）,泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面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，它包括光刻和蚀刻技术两类。
四 机电一体化技术的应用领域及产品
4.1 在数控机床中的应用
机电一体化技术可以应用在数控机床中，我国是一个机床的生产大国，位居世界前列，在 2010 年间就已经通过机床生产达到了 1260 亿人民币的收益，在这种情况下，更加需要进一步加强对机床的生产，因为通过数控机床的生产能够间接证明一个国家的机床整体生产水平[13]。在过去很长的一段时期内，我国在机床生产方面取得了一定的成绩，但是在生产实力以及技术手段等方面还存在一定的不足，很难得到进一步的发展。但数控机床凭借自身优势，可以显著的提高工作效率，采用这一设备能够完成多个独立的任务，并且还可以同时控制不同的几种机床，在其他方面的功能也是十分显著的，所以发展数控机床是未来的趋势。例如，将其应用在对刀具磨损的检测过程中，可以应用这一系统实现自动化的集成效果。
4.2 在建筑材料中的应用
当前在我国对一切施工建设的要求规格不断地提高，而且对建筑材料的生产的要求更是严格，所以这就意味着，对施工单位的选择首先就是要考虑机电一体化的技术标准[14]，这是因为，机电一体化的技术是一项综合性很强的技术，基于本身高质量、多功能等特点，对建筑材料的生产起到了非常重要的作用。此外，材料的级配控制显著得影响着目前建筑质量，当级配控制出现错误，则必然会降低建筑工程的使用寿命，并且还会存在严重的安全隐患。机电一体化技术的出现，可以帮助完成级配的完美控制，把误差降到最小。
4.3 柔性制造中的应用
柔性制造系统就是一种计算机化的制造体系，该体系涵盖了计算机部件、数控机床部件、自动搬运部件以及自动存储部件等[15]。柔性制造系统可以依据生产任务随时随地制定生产计划，同时在各部门间开展有效协调指导。基于机电一体化技术的迅速发展，柔性制造系统逐渐完善，在多种类、中小批量以及需要经常变换设计的相关零散部件生产领域得到了广泛应用。
4.4 工业机器人中的应用
众所周知，人类在机器人的研究过程当中举步维艰，取得的进展相当有限。而造成这个原因主要是由于技术上的问题[16]。第一代机器人由于技术上的限制只能够按照示教来重复人类的操作，对于作业环境和作业对象也都较为固定，缺少相应的灵活性和变化性，成本高昂；第二代机器人加入了大量的电子传感设备，而且还能够依据作业环境以及操作的要求进行简单化的信息处理，还可以对一些行为作出简单的逻辑判定，还可以对人类的某些特定动作作出反馈，具备低级的人工智能的同时成本也低，被运用到企业加工与生产环节当中；第三代机器人就是智能机器人，它的感知能力开始接近人类，并且还能够对于一些复杂的逻辑判精心做出正确的选择和答案，而且还可以在各种恶劣的作业环境里进行作业，而这与第五代电子计算机技术是分不开的。
五 我国发展机电一体化技术的对策
5.1加强统筹安排，协调发展计划
当前，我国在“机电一体化”研究开发及生产的单位有很多，也都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于着眼点的局限性，难免只看到眼前，只考虑局部利益，各主管部门的有关计划和规划，也存在统一考虑不足、统筹安排不够的问题，同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划[17]。因此，建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车。
5.2 强化人才培养 完善人才层次
机电一体化涉及的技术很多，培养这方面的人才应按照 “机为主，电为次，控制、计算机和信息为辅”的原则[18]。要着重培养学生的机械设计理论及方法、掌握电子、控制的基本原理，能利用计算机进行设计、管理，会选用电器元件和传感器，并具有初步的软件编写和开发能力。培养不同层次、学历的人才从事和适应不同工作。
5.3优化发展环境，增大支持力度
优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围[16]，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便等。增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持等。
六 结论
机电一体化是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求[19]。随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，是机械工业发展的必然趋势[20]。我们有理由相信，随着技术的不断完善和更新，机电一体化技术必然能够为经济建设和国家发展做出更多的贡献。
紧跟社会发展的热点和潮流，本文以机电一体化技术为主题，着重对该技术的发展历程、发展趋势以及应用范围进行了论述，不仅可以广泛地运用到了机电产业以及其他工业企业当中，而且还是我国制造业发展的动力来源，也是国家战略发展的重要方向，最后为我国发展机电一体化技术提出了相应的对策建议。
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