机电一体化技术及应用研究

摘

 要 讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并说明其在钢

铁工业中的应用以及发展趋势。
　　关键词

 机电一体化 技术 应用

1 机电一体化技术发展
　　机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进
步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性
化、微型化、集成化、带源化和绿色化。
1.1 数字化
　　微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；
而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造
等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及
友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
1.2 智能化
　　即要求机电产品有一定的智能

,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。

例如在

CNC 数控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使

用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔
等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。
1.3 模块化
　　由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、
环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频
调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单
元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。
1.4 网络化
　　由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设
备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家
庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里
可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。
1.5 人性化
　　机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人
性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境
相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机
一体化。
1.6 微型化
　 　 微 型 化 是 精 细 加 工 技 术 发 展 的 必 然 ， 也 是 提 高 效 率 的 需 要 。 微 机 电 系 统

(Micro 

Electronic Mechanical Systems，简称 MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、
微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
自

1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988 年美国加州大学 Berkeley 分校

研制出第一个微电机以来，国内外在

MEMS 工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大

进展，开发出各种

MEMS 器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触

觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微
机器人等）。
1.7 集成化