机电一体化的概念汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇机电一体化的概念范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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引言

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。

机电一体化专业是我校的主要专业之一，伴随着经济全球化，我国的制造业成为国民经济的核心，而机电一体化成为制造业发展的“发动机”，机电一体化人才的需求大幅度提高，机电一体化专业人才被国家列为二十一世纪社会发展最急需的十大专业人才之一，是就业领域最宽的专业。我校的机电一体化专业的课程，应不断适应对人才需求的这种变化，在课程的时间安排上有必要进行一些调整，而且对于我校机电一体化专业应涵盖哪些学科领域,课程设置方面更应该进行大胆的改革。

一、在教学中增加介绍微电子技术相关知识的课程

在我校五年制机电一体化专业的教学过程中，我对此专业第二学年第二学期的学生做过一个调查统计，调查学生人数为79名，发现两个09级机电一体化班级中，见过晶体管的同学在一个班中只有一名，而另一个班因有选修课的原因，有一部分同学对晶体管稍微有一点了解。这个调查结果说明，我校机电一体化专业的学生，在前两年的学习过程中，基本上没有接触到微电子技术的知识，而机电一体化实际上是微电子技术、计算机技术等向机电技术不断渗透的产物，在我校的五年制高职机电一体化专业教学计划中，没有微电子技术相关知识的课程设置。

从五年制高职学生的学习基础看，学生的起点是比较低的，学生本身在初中阶段的物理基础也比较薄弱，到五年制高职的前三年，除了学习物理基础知识，很有必要让学生了解元器件知识以及微电子技术的基础知识，比如什么是集成电路？什么是敏感元器件、光电管和继电器？这些知识能为学生后续的学习打下基础，是大有裨益的。可以尝试在五年制教学的第二学年中增加一门微电子技术理论学习与实训相结合的课程，如果学生不具备一点热敏电阻、温敏二极管、温敏三极管的知识，对于温度传感器的理解也就无从谈起。当学生具备了一些元器件的知识，那么学生在三年级学习“传感器应用技术”课程就会轻松许多。

从机电技术发展的情况看，不论是生产制造系统还是试验和研究装置及各类终端产品，电子技术取代了许多机械本身的主要功能，电子元件代替了许多机械式的信息处理机构和控制机构，同时采用微电子技术增加了许多控制功能，如采用可编程序控制器代替原来的继电器――接触器控制电路等。所以我们在教学过程中，应该适应时展的需要，增加介绍微电子技术知识的课程，如果还停留在原有的单一的学科领域内，必然会导致知识结构的狭窄，从而不能满足技术进步带来的对人才的需求。

在南校区学生的座谈会上，有些学生也提出了他们对电子元器件知识的需求，他们认为自己连一些基本的元器件知识都没有，根本就不知道元器件的作用和各种功能，这使对一些现有课程的学习感到困难。有些学生表示他们学习非常努力，但是还是听不懂老师所讲的内容，实际上就是基础知识的薄弱造成的，所以我们应不断研究：究竟学生哪方面是薄弱环节？最主要的需求是什么？只有这样才能更好地改革现有的课程设置。

二、对学生的基础能力进行分析，对课程的时间安排进行必要调整

对于五年制高职学生来说课程的设置应反映人才培养目标和培养规格需要，还要反映教育对象状况，在确保基本教育水准的提前下，体现因材施教。与三年制高职所不同的是，五年制高职学生的主体是初中毕业生，大部分学生进入五年制高职院校学习并非本人意愿，而是教育制度强制性分流的结果，所以很多学生学习基础很薄弱、学习动力也不足，因此在进行课程设置时，要加强对学生的研究，充分考虑学生的学习水平和学习能力。

近年来，一些发达国家在分析职业能力时，特别注意分析职业的“基础能力”，对于学生所学的课程来说，同样应注意分析他们的现有知识是否有能力达到。对于我校机电一体化专业来说，从现有的教学计划中可以看出“电气控制技术”课安排在第五学期，而在整个教学计划的前四个学期没有一门电类的相关课程，我们知道电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。而根据学生此前学习的相关课程，连最基本的电路基础的知识还没有具备，更不用说这样一门综合知识很强的一门学科的学习了，显然学生的基础能力没有达到此门课的学习要求，因此，有必要将“工业控制电路分析与制作”课提前到第四、五学期学习，而可以将“机械工程应用技术”课程错后一学期学习，这样使学生能够具备相应的基础能力，以利于他们对知识的掌握，不至于感到课程难度太大，亦能提高学生自信心。

三、加强学生的电工电子技能实训，提高学生的实践操作能力

高职的人才培养目标是“高技能人才”，高职毕业生比本科生应具备更强的技能，比中职生具备更多的理论知识。那么，如何加强技能型人才的培养呢？根据我校的办学条件，我们有能力为学生创设一个更好的实习实训条件，以学生的职业素质和应用能力培养为主线，更合理的进行课程的设置。

“工业控制电路分析与制作”课程为我院高职机电一体化技术专业核心课程，这门课在必要的理论知识基础上，侧重于电子控制技术在机电设备中的应用分析等内容，并且有一些实际操作技能训练。但是仅仅通过此门课程的学习，对学生的实际操作能力的训练我认为还是远远不够的，可以单独开设一学期的“电工电子技能实训”课程，安排学生多样化的电工电子实习训练。教学内容可以有很多，既可以增加一些理论教学内容，又主要侧重学生操作技能的训练，其形式比如可以从万用表的正确使用、元器件识别与检测、元器件安装技术、焊接技术、调试技术、维修技术、基本电路分析和故障分析等中选择一部分内容进行重点训练，并在教学中同时加强学生的素质教育等。

在五年制高职的学生中，大部分对于电子小制作也非常感兴趣，他们热爱动手，当制作出自己亲手制作的电子产品时，他们的自信心得到了极大的满足，这能促进他们对知识的渴望和对实践的探索。而在实际的教学计划的安排中，学生接受技能训练的机会很少，那么，如何扩大学生的知识面，如何通过五年的学习使我们培养的学生成为社会需要的通用型人才是我们面临的主要课题。我们应努力给学生创造条件使他们有更多的实践机会，提高学生的实践操作能力，从而使他们的头脑更加灵活，手脚更加麻利，成为企业真正需求的实用型人才。

结论：

五年制高职学习起点较低，我们在安排课程时应多考虑学生学习基础和接受能力，有必要在学习一些核心课程之前增加一定的铺垫，让学生能一步一个脚印的往前走，让他们感到前面的台阶通过努力能够顺利的迈过去，而不是遥不可及，我们应综合考虑学生的学习基础和现代技术的发展，不断改革课程设置，使课程的安排真正适合学生的学习和发展。

参考文献

[1]鲍加农.试论机电一体化及专业课程设置.中国自动化教育论文集,2003.

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机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。

1机电一体化产品概念设计的概述

1.1机电一体化产品概念设计的内容

机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。

1.2机电一体化产品创新概念设计的意义

机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。

2机电一体化产品创新概念设计理论

2.1机电一体化产品应用到的系统原理

机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。

2.2机电一体化产品创新的概念设计方法

对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。

2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望

机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。

3结束语

机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。

作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院

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中图分类号：T9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0047-01

机电一体化技术是以其产品为载体而体现出来，是机电一体化技术发展至今的技术水平体现。机电一体化产品设计人员，要使产品设计符合机电一体化技术要求，并富于时代感，就要对于产品设计技术以掌握，并具备多种技术融合的技术能力。面对机电一体化产品的技术先进性和复杂性，就要将符合当代机电一体化技术发展的产品设计理论建立起来。

一、机电一体化产品概念设计理论构建的意义

在机电一体化产品设计中，概念设计对于产品质量起到至关重要的作用。作为产品设计中的重要阶段，对于产品质量的决定程度可以达到70%以上。要获得性能优异的机电一体化产品，就要将机电一体化产品概念确定下来，制定出相应的设计方案和设计技术方法。概念设计理论首先是基于概念设计思想而建立起来的，在其基础上还先后出现了多种阶段性设计理论，如TRIZ设计、公理化设计QFD设计理论等等，对于机电一体化技术发展进程中所获得的创新设计成果发挥了重要的推动作用。

在机械工程研究领域中，这些理论被运用于其中，进行组合设计而形成了技术综合性较强的设计产品，由此而促进了机电一体化系统的多种学科交叉。系统的继承性决定了其设计的复杂性，多门科学技术的融合，使得原有的单一化设计理论不再适应目前的科技发展需求。那么，在机电一体化产品概念设计理论研究中，就要从机电一体化系统自身的性能出发，结合设计目标而建立起完整的概念设计理论，以对创新设计的机电一体化产品以指导。与此同时，还要在机电一体化产品设计概念理论建立起来之后，结合相关学科，以使理论研究逐渐扩展。

二、机电一体化产品概念设计理论研究现状

按照现代机构角度对机电一体化系统进行分类，可以划分为三个子系统，即广义执行机构、信息处理及控制系统和传感检测系统。将三个子系统相衔接，建立起框架体系，不仅有效实现机电一体化运动功能，而且还促进了产品创新设计。在机电一体化产品设计系统中，广义执行机构子系统是核心部分，其概念设计理论研究关乎到机构运动的总功能。特别是在基本工艺动作设计过程中，要基于广义执行机构的概念设计理论对基本的工艺动作进行构思，以使其具有动作的独立执行能力。当执行动作的创新技术确定下来之后，就可以结合机构系统建立框架模型，以使系统设计更具有可操作性，而且采用这种方式更能够结合计算机辅助进行产概念设计。

对于机电一体化产品的框架模型而言，仿真问题是最为重要的。作为设计结构复杂的动态系统，机电一体化产品实现动态性能的同时，更要注重系统仿真性嫩的验证。那么，在机电一体化产品概念设计阶段，就要确立功能实现的约束条件，将各种相关的仿真软件技术纳入到框架模型当中，运用各种通用建模技术，使用仿真软件将诸如原理图、键合图、信号流图以及方框图等等参数化。运用Simulink仿真软件将系统仿真平台建立起来，以为机电一体化产品概念设计的实现奠定基础。

三、机电一体化产品概念设计理论的发展展望

对于机电一体化产品设计人员而言，产品概念设计理论具有重要的指导作用。国外研究机电一体化产品概念设计理论所获得的成果，是建立在研究电子控制理论的基础上的。国内的研究学者则着重于机电一体化产品的运动结构研究。机电一体化系统是基于多种学科而建立起来的，这就需要产品设计者对于产品从多种学科角度进行研究，并趋向于产品概念理论的使用操作性。虽然国内外对于机电一体化产品设计理论的研究方向有所不同，但研究目标是相同的，且对于新技术、新产品的开发具有重要的指导意义。

关于机电一体化产品概念设计理论，从研究趋势上来看，还要面临诸多问题有待解决。比如，在进行机电一体化产品概念设计理论时，还要将推理方法建立起来；对于机电一体化产品的运动机构进行分类，为了对驱动元件以及传动机构等等进行选择，还要将驱动元件库以及机构执行库建立起来；对于传感器的选择，有赖于测物理量的参数定量化，以确定传感器类型。此外，还要将信息处理、控制方法库建立起来，以提高系统软件和硬件的可控性。机电一体化产品在不同的设计阶段，都会产生不同的概念设计理论，将产品概念设计评价体系建立起来，以利于产品不同阶段设计有效衔接。

总结

综上所述，对于机电一体化产品设计人员而言，概念理论设计所发挥的指导作用是不容忽视的。中国目前对于机电一体化产品设计的研究主要是基于运动功能为主产品结构设计。作为多种学科集合的机电一体化技术，其复杂性决定了机电一体化产品概念设计理论的重要性。

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对于一个以机械加工为主的企事业而言，数控类机床、试验设备、测量设备已经微电子技术制造设备等机电一体化设备是其运转的重点。为此，很多大公司不惜花费昂贵的价格去购买先进的机电一体化设备。本文旨在从机电一体化的运行原理出发，谈及机电一体化设备的保养和维修问题。

一、机电一体化的概念及其工作原理

1.1机电一体化的概念

机电一体化指的是将电子技术融入到机械技术中，使电子技术和机械技术通过有机结合，以提供更佳性能的一种先进技术的总称。它最初是由美国开发，后经由日本大力宣传，“机电一体化”的名称才风行全国[1]。借助这种技术形成的机电一体化产品目前广泛运用于社会各个领域、行业，具有非常宽广的发展前景。

1.2机电一体化的工作原理

对于机电一体化的系统认识，比较集中地三种说法是丹麦理工大学的JacobB aur的“五块论”和挪威科技大学的BassamAHussein的“两个系统论”以及“广义功能论”。现在看来，这个“广义功能论”比较靠谱。它从广义的角度，认识机电一体化的运行原理。它认为机电一体化系统是凭借计算机作为中心，由中心计算机将从传感检测系统接收到的信息经过检测、处理后，向外界反馈信息，或是控制机械执行命令，完成相关操作。在这一过程中，子系统的的各驱动元件和执行元件悄悄运作，形成广义的执行机构。

二、机电一体化设备的保养与维修

机电一体化设备的顺利运转是保证有效生产，实现单位效益的关键。因此，大部分企业除了购买进口机电一体化设备外，还花费了大量的人力物力进行保养和维修。

2.1机电一体化设备的保养

2.1.1抓住生产休整期，进行有深度有质量的检修

经常进行检修，是保证机器顺利运转的一个有效措施。这一个措施有助于提前发现机器存在的问题，几时进行有效的整治。所以企业要抓住生产的休整期，对机器设备进行有深度有质量的检修。

2.1.2将责任落实到个人，建立考核奖惩制度

只有将个人的责任明朗化，奖惩制度公开化，才能使每个人都身体力行，自觉地去保养机器设备，不损坏设备。

2.1.3控制大修预算，将费用费解给生产厂，实行目标管理

缩减大修预算，将缩减的费用分配到各大厂家，对各大厂家提出目标要求，保证机器的顺利运转。使厂家从心里上明白到保养好机器设备的重要性。

2.2机电一体化设备的维修

2.2.1建立完善的维修制度，进行科学的维修模式

机电一体化设备的工作原理是比较复杂的，进行维修前，必须要对机器设备的结构以及其工作运行原理有一个明确的把握。庖丁解牛之所以能够为人所接纳，就是因为庖丁把握住了一般事务的原理。同样的，对机电一体化的维修也要在这一基础上才能事半功倍。

2.2.2加强现场设施和基础设施管理

“管理”一词在机电一体化的维修中，不单单包含对人的管理，更重要的是对机器设备的管理。这种管理可以分为两个部分，其一是对现场设施的管理，一部机器的运行要求一定的场地环境，作为人要排除一切不利于机器运行或者是有损机器寿命的外部因素。其二是对基础设施的管理。维修有时候会需要一些新的配件，这个时候就必须要保证配件的及时供给，并且是有质量的供给。但是配件的供给又不能是随意化的，必须要按照程序来提出申请。

2.2.3加强人才培育，造就高素质维修人才

二十一世纪什么最缺？人才。一个好的维修人才可以保证机器的正常运转，能够最大限度地降低企业的损失，这就要求企业大力培养维修专业人才，提供优越的待遇留住人才[3]。

综上所述，机电一体化已经成为企业竞争的一项核心技术，机电一体化设备也成了一个企业保证生产、保证效益的关键。在保养和维修上，企业要注重基础设施的管理，注重日常的检修以及注重对维修人才的培养，把企业内部的工作人员调动起来，齐齐做好机电一体化设备的保养和维修，力保机电一体化设备的正常运转。

参考文献

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1 机电一体化的概念

人类从使用简单工具到现代的机器发生了巨大的变化。特别是计算机控制技术出现以后，传统机械又有了一个飞跃。

机器应该是机械和电器的合成。传统的机械工程和自动控制工程从专业学习到工程设计应该一体化。目前，关于机电一体化的定义与概念，许多书籍都是根据国外书籍的定义和概念而引用。对于国外的概念基本强调机器人跟数控机床的概念。虽然，机器人和数控机床是机电一体化中具有一定代表性的产品，但绝非是机电一体化的全部内容，机械的内容很多：化工机械、轻工机械、重工机械、纺织机械等。机电一体化强调的是机械产品的自动化和智能化的问题。

2 机电一体化的基础知识

机电一体化涉及的知识还是比较广泛的。在机电一体化设计中常常会涉及到机械做功，液体压力做功等理论力学和材料力学的相关知识。对于机械零件还涉及到机械零件的加工方法一些工艺性问题。尤为重要的是数控加工技术。零件的加工精度、材料的选择都是需要学习的。一些机械零件例如：轴和轴承、齿轮、凸轮、链条、链轮等可以说是机电一体化设备中应用极广泛的一类机械零件。对于零件的学习使是我们应具备的基础。还有自动控制和人工控制的内容，电路电器的基本知识。

3 传感器

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息按一定的规律变换成为电信号或其他所需的形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器大致可分为物理传感器和化学传感器两大类。在机电一体化中起着至关重要的作用。常见的传感器有：压力传感器、位移传感器、位置传感器、温度传感器、湿度传感器、气敏传感器等等。

4 绦凶爸

所谓执行装，就是把从电源、液压、气压等动力源获得的能量变换成旋转运动或者直线运动的一种装置。执行装置主要由执行元件、传动原件等构成。主要的执行装置有如下几种：步进电机装置、伺服电机装置、普通电机装置、液压油缸装置、液压马达装置、气压装置、气动马达装置。这些机械装置是控制系统的控制对象，也叫控制系统的执行装置。普通电机装置也是控制系统的控制对象，如采用变频器可以控制转速，PLC也可以控制转速和角位移。普通电机采用控制器的控制精度和效率没有步进电机和伺服电机高，但是在一些控制要求不太高的机电一体化设备中，目前应用还是比较广泛的，毕竟普通电机价格比步进电机和伺服电机低得多。

5 计算机控

机械设备的控制系统从最初的的强电控制到现在的计算机控制，经历了如下过程：简单的开关控制――继电器控制――单片机控制――单板机控制――PLC控制――PC控制。事实上，到现在为止机械设备的控制系统无论从简单的开关控制，继电器控制到复杂的单片机控制、单板机控制、PLC控制、PC控制都有它们的使用价值。随着时间的发展，使用的比例肯定会按上述顺序，前面的越来越少，后面的越来越多。目前来看单片机控制、PLC控制系统在机电一体化应用领域的数量上应该是最多的。

数控技术是指用数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是为止、角度、速度、等机械量和开关量，以及温度、流量、压力等物理量。数控技术和计算机控制技术是相互关联的。数控技术的特点：精度高、速度快、可靠性高。

6 机电一体化的设计方法

机电一体化设计类型可分为：

根据受控对象的不同，进行机电一体化设计；

改进型机电一体化设计；

创造发明性机电一体化设计；

不同的机电一体化设计类型，也有不同的设计方法。所谓根据受控对象的不同进行机电一体化设计，也就是不同行业有不同的受控对象。比如数控机床、包装机械一类的受控对象基本上是机械动作；在化工机械中，处理机械动作外还有对温度、流量、压力、配比等物理量的控制；也有将化学量作为受控对象的，如土壤分析仪对土壤酸碱度、钙、镁、磷的分析等。当然受控对象最多的还是机械动作问题。

改进型机电一体化设计是应用非常广泛的一类设计。比如，我国数控机场普及度不高的现状的主要原因一方面是数控机床的售价太贵，对于许多企业来说很难承担这笔开支的。所以对现有机床进行数控化改造，提高现有机床的生产效率和质量、节约成本等起到很好的效果。

在机电一体化设计中，我们主要考虑3部分的设计：机械部分、控制部分、传感器部分。事实上，为了简化问题，机电一体化的设计思路完全可以从两部分来考虑。即机械部分和控制部分，因为传感器完全可以在控制部分中一起考虑。机电一体化设计发展到今天，机械部分的设计仍然是这三部分中最重要的部分。过去在机电一体化设计的学习和实际工作中存在一种错误的认识和看法：认为机械设计直观简单，技术含量没有控制部分高。这是一种本末倒置的认识。

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中图分类号：F407文献标识码： A

一、前言

随着时代的进步，科技的发展，各个工业领域的技术开始融合起来，从而大大提高了技术的水平，提高了我国的工业生产能力。机电一体化就是这样一个在科技发展的浪潮中衍生的科技发展新方向。

二十世纪九十年代后期发展至今，机电一体化技术开始逐渐地迈向了新阶段[3]。以微电子技术作为核心的高科技技术逐渐被应用于工程机械制造领域中，进而改变了我国工程机械长期落后的困境，同时也促进了相关工业制成品的性能的进步，从整体上将我国的工程机械推进了一个全新的台阶。尤其是在一些楼宇建设中电子监控和自动报警的应用中，如果相关的设备和工程机械出现了故障，电子监控设备以及自动报警系统能够及时准确地为工作人员提供相关信号，以方便工作人员及时地维护和更新。

二、机电一体化技术

机电一体化技术．顾名思义．结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，应用范围愈来愈广。

机电一体化技术具体包括以下内容：

1、机械技术

机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

2、计算机与信息技术

其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

3、自动控制技术

其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

4、传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

5、伺服传动技术

包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

三、机电一体化的发展阶段

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。上世纪60年代以前为第一阶段（亦可称为初级阶段）。在这一时期，人们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。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。

上世纪70～80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化发展提供了充分的物质基础。

第三阶段，上世纪90年代后，机电一体化技术开始向智能化方向迈进，进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。

四、机电一体化技术的现状

机电一体化技术与其他技术的发展状况类似，也经历了长期的产生发展和成熟的过程。在机电一体化概念还未出现时，世界各国的相关科技工作者就已在原有的机械设计基础之上设计和研发出了机电一体化的产品。但随着机电一体化产品的不断前进和发展，20世纪70年代初，相关的科技工作者才在长期实践过程中系统地总结和提出了机电一体化的概念，并在实践中使其不断发展完善。

随着集成电路、计算机技术等的发展和普遍应用，机电一体化也得到了新的全面发展由于具备了形式灵活内容丰富应用广泛的特点，机电一体化技术在机械行业中引发了深层的技术改革，而这种改革又反过来推动了机电一体化技术向全新的方向发展。现在，随着技术进步时展，机电一体化技术的应用已深入到社会生活的各个领域，为人类带来了更为高效的生产和生活方式。

五、机电一体化技术的发展趋势

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展：

1.智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展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，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、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人的部分智能，则是完全可能而且必要的。

2.模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。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、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。

3.网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（homenet）将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（computer integrated appliance system，CIAS），能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利号快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

4.微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，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和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、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，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

5.绿色化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。

六、结束语

综上所述，机电一体化技术已经成为了当下科技发展的一个新的趋势，它是众多学科交叉、共生的结果，对于提高我国的科技水平和人们的生活水平具有很好的推动作用。

篇（7）

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-052-02

机电一体化（Mechatronics）是一门综合的技术，是指在结构的主功能、信息处理功能、动力功能与控制功能上引进电子技术，将电子化设计、机械装置与软件相结合所构成的系统的总称。机电一体化技术包括有计算机与信息技术、机械技术、自动控制技术、系统技术、伺服传动技术与传感检测等技术。机电一体化涵盖了“产品”与“技术”两个概念，它的应用对工业领域的技术结构、产品结构、生产方式以及管理方式都产生了很重要的影响并促使其发生了改变。机电一体化具有一定的进化性，随着科技的发展与技术、生产理念的更新，机电一体化也在不断的被改进。现阶段可以看到的是，由于机电一体化具备有很强的优势，现代的工业生产正由“机械电气化”向“机电一体化”迈进中。机电一体化的优势主要体现在以下方面。

1 机电一体化的优势

1.1 生产使用的安全性与可靠性获得提升

应用了机电一体化的生产器械，一般都具有自动监视、诊断、报警及自我保护的功能。在生产过程中，一旦发生过压、过载、过流、短路等电力故障时，生产器械能够自动采取保护措施，降低或减少事故发生的可能性，这明显能提高生产使用的安全性与可靠性。

1.2 生产质量与生产能力都获得提升

应用了机电一体化的生产器械基本都具控制功能和信息自动处理功能，故而其检测与控制的精度、范围以及灵敏度都会有提升。除此之外，机电一体化的应用能够使机械的工作不受操控者主管因素的影响，可精确的保障器械的执行机构完成预设动作，如此以来便可实现最佳的操作方案，保障最佳的工作质量，并能保障最高的产品合格率。同时，应用了机电一体化的器械能够进行自动化生产工作，克服了人力及时间的限制能够大大提升生产能力。因此，应用了机电一体化，生产质量与生产能力都获得提升。

1.3 使用性能的提升

应用了机电一体化的器械多会采用数字显示与程序控制，手柄、按钮之类的操作部件减少，使得操作程序更加简单化、方便化。机电一体化器械可通过预设由电子控制系统控制实现生产过程，并可重复。高级的机电一体化器械还可根据被控对象的数学模型以及外部参数的变化而自动选择最佳工作程序，能够自动进行最优化操作。故而，应用了机电一体化，器械的使用性能获得了提升。

1.4 使产品的性能得到提升

应用了机电一体化的器械多具有复合功能可使用复合技术，生产出来的产品自动化程度与功能水平获得极大提升。机电一体化器械通常都具备自动控制、自动校验、自动调节、自动补偿、自动保护等智能化功能，可以应用到不同的领域，对用户需求能力的应变性增强。

2 机电一体化技术的发展分析

机电一体化的出现打破了传统意义上电子工程、机械工程、信息工程与控制工程的学科分类，并将微电子技术、机械技术与信息技术等多种技术融为一体，形成了一门新型的交叉学科。机电一体化的发展从最初的自发状态逐渐发展到了现在的自主发展状态，应用已经越来越广，其重要是被越来越多的人所熟知。

发展至现在，机电一体化已经形成了自身的体系并且还将会随着科技的发展不断被赋予新的内容。但不管内容如何变化，它的基本特征都可概况成以下概念：机电一体化从系统的观点出发并综合运用计算机技术、信息技术、机械技术、自动控制技术、系统技术、伺服传动技术与传感检测技术预计编程技术等群体技术，根据生产目标而优化组织，合理进行各功能单元的配置，高质量、低消耗、多功能的实现特定功能价值，并使整个系统达到最优化的系统工程技术。

机电一体化的应用可分为三个时期：第一阶段是机电一体化的产生及初步应用阶段。机电一体化产生于上世纪60年代并随之初步应用于机械产品的生产中。但是这一阶段的电子技术整体发展水平较低，真正意义上的机电一体化还为形成，严格而言只能算是电子技术与机械技术的初步配合应用。第二阶段是机电一体化的快速发展阶段。这阶段主要是在上世纪的七八十年代。在第二阶段，控制技术及计算机技术都在快速的发展中，这也给机电一体化的发展提供了技术保障。同时，各国都注意到了机电一体化对生产的促进作用加大了对机电一体化的重视程度，机电一体化发展的大环境变得更加有利。第三阶段是机电一体化的发展新时期。这一阶段自上世纪90年代开始，而今的机电一体化正处于这一阶段。在这一阶段，机电一体化主要是向智能化、模块化及自动化发展。我国的机电一体化起步虽然较晚，但是在良好的国际发展基础上也取得了很高的研究效果。

现在机电一体化已经进入了深度发展时期，通讯技术、光学技术在机电一体化中得以大力应用，微加工技术也发挥除了很大效果，机电一体化出现了微机电一体化与光机电一体化等新分支。

3 机电一体化技术的发展趋势

机电一体化是一门涉及到计算机、光学、电子、机械、信息等知识的综合学科，他的发展与进步与相关技术呈依赖与相互促进的关系。同时，技术的发展产生于实际的需求。故而，通过对相关学科以及对市场需求的分析，我们可以得出，机电一体化将以以下机电为发展方向：

3.1 智能化

智能化是新世纪各项技术的最主要发展趋势。机电一体化现阶段已经具备了一定的智能功能，但是随着人们对智能需求的提升以及技术的进一步发展，机电一体化的必然将向更高程度的智能化发展。我们所谈论的智能化主要是对机器行为的描述，是指机械的制造在控制论的基础上，吸纳计算机科学、人工智能学、运筹学等知识，模拟人工智能，使机器具有一定的判断推理与逻辑思维、自主决策的能力，从而实现更高的控制目标。当然，机电一体化具备有与人一般无二的智能是不需要也不可能的，但是赋予高性能的一体化产品部分人类智能或者其他低级智能则是可行的，而这，也是机电一体化智能的发展方向。

3.2 模块化

模块化同样是机电一体化的发展目标。模块化是一项重要且艰难的工程。机电一体化的产品种类繁多且各个厂家所研制开发的器械标准不尽相同。进行具备标准机械接口、动力接口、环境接口与电气接口机电一体化产品单元研发是重要且难度较大的问题。比如要研制一种具有特定功能的动力单元，如果能利用标准单元进行研发，则能较快的得出结果并且也可扩大生产。但当前，由于利益的冲突，国际或者国内难以制定统一标准。不过，显而易见的是，模块化不论是对机电一体化单元的生产企业还是机电一体化产品的生产企业都有很大主要。模块化的发展是必然趋势，非先阶段状况所能阻止。

3.3 网络化

现阶段，网络技术已经普及，并且应用到了几乎所有的生产生活领域。网络将全球的生产与经济连为一体，并带动了企业竞争的全球化。在这样的大环境些，机电一体化的网络化发展是大势所趋。网络的远程控制与监视功能发展很迅速，而实现其功能的产品本身就是机电一体化的产品。在未来，以计算机为中心的家电集成系统必然将在全球家庭中得以应用。

3.4 微型化

实际应用表明，体积较小、耗能少、运动灵活的一体化产品应用更广泛，在医疗、军事、信息等方面也更有显著优势，机电一体化的微型化是实际的需求，故而将成为未来的发展趋势。

3.5 绿色化

工业的发展给人们带来的并不仅仅是有益变化，在人们的物质生活在不断被丰富的同时，资源过度消耗与环境污染成为了影响人们生活的重要因素。“绿色”成为了现阶段生产与生活的重要标准之一。机电一体化在未来也必须应用绿色理念，在产品的设计及生产、使用过程符合绿色环保、资源节约的概念，这，是人类的生产对机电一体化发展提出的不可违背的要求。

4 结语

机电一体化是多门学科的优化结晶，是生产生活的技术的重要发展。机电一体化能推动人们的生活与生产方式的改变具有其他技术无可比拟的优势。我们要对其投入更多的研究并促使其发展进一步加快，使它的应用更加广泛，使人们的生活更加方便有效。

篇（8）

引言： 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了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迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，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、机电一体化的基本概念

机电一体化是指在机构得主功能、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Z与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化是在以技术和科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。

机电一体化涵盖技术和产品两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装Z除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2、机电一体化的核心技术

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：

2.1 机械本体技术

机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

2.2 传感技术

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

2.3 信息处理技术

机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。

2.4 接口技术

为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光耦器的大容量化、小型化、标准化等问题。

2.5 软件技术

软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。

3、机电一体化技术未来发展趋势

3.1.智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，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，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

3.2.网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3.3.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。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，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。

3.4.绿色化

机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

3.5.系统化

其表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。一是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。

3.6. 模块化

模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，是一项重要而艰巨的工程。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、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。

4、结束语： 综上所述，机电一体化技术是众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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。机电一体化的发展不是孤立的，与机电一体化相关的技术还有很多，并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，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。

篇（9）

机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。

机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。

1机电一体化系统的构成与关键技术

1.1机电一体化系统的构成

从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。

从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。

既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。

1.2机电一体化系统的相关关键技术

①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。

2 机电一体化的设计过程

机电一体化的机械动力部分由一般电动机演变为控制电动机，里程碑式地引入了电子和计算机等先进技术，代替人完成机器的检测与控制等工作。在知识经济中体现了制造业高科技化，促进了高科技产业和知识经济的发展。它是一种用于机电产品最优设计的方法学。它包括4个基本学科：电气、机械、计算机科学和信息技术。如图1所示。

摘要：本文结合笔者的多年工作经验，对机电一体化系统的构成及关键技术进行了简要的分析，并就机电一体化系统的几种可靠性设计进行了探讨。

关键词：机电一体化；系统设计；构成；过程；方法；可靠性

机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。

机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。

1机电一体化系统的构成与关键技术

1.1机电一体化系统的构成

从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。

从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。

既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。

1.2机电一体化系统的相关关键技术

①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。

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中图分类号：TH39文章编号：1009-2374（2017）05-0065-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.031

机电一体化技术为一种由多种学科交织发展所形成的产物，为一类维持社会生产力不断发展与提升的必然产物，在提高工程技术手段以及工作效率方面扮演着重要的角色。机电一体化技术通过将微电子、机械工程、信息技术等方面相互渗透于融合，促进提高了对信息的处理与控制。目前国内外机电一体化技术得到了广泛的发展，同时也在一定程度上改变了其原本的功能及生产方式，而这一改变在医疗器械方面得到了明显的体现。现我院对此展开分析，结果总结报告如下：

1机电一体化的概念

机电一体化为一个综合的概念，主要是指通过利用软件系统将电子装置与机械装置相结合，将微电子技术应用于机械各项功能中的一个系统。有研究报道指出，机电一体化技术通过将自动保护、自动诊断及自动控制等功能与机械系统相互结合起来，明显提高了信息的处理及控制能力。另外，机电一体化技术反映出了现代机电发展的最前沿最高新的技术，在现代医疗仪器使用中可发挥重要的作用。

2机电一体化在我国的发展现状

机电一体化的应用对我国发展承担着重要的意义，标志着一个国际的工业发展水平。早在20世纪80年代，我国就开始了与机电一体化技术的相关研究，并经过30多年的研发与努力，我国的机电一体化技术取得了较大的进展，明显提高了工作效率。近年来，机电一体化技术虽然已经在医疗仪器中得到了应用，但有专家指出，由于此项技术仍较为新颖，部分医疗工作人员缺乏正确认知以及相关操作方法，在使用期间导致了医疗仪器应用不当。因此，医疗工作人员需不断完善自身的知识结构，提高专业素养，掌握有关于医疗仪器的正确使用方法。例如，应用了机电一体化技术的多功能监护仪器相比于以往临床工作中使用的监护仪器，将相应的开关与案件显示到了内部菜单中，通过手动按键在菜单中选择设置的参数与功能，且通常发展为了一键多用，甚至有部分操作采用的英文、字符等情况。

3机电一体化在医疗仪器中的应用

3.1机电一体化技术在诊断仪器中的应用

医疗诊断仪器作为医学诊断工作中不可缺少的工具，较为常用的包括心电图仪器、核磁共振诊断仪、超声诊断仪、脑电图仪、血管造影设备仪器等。其中血管造影设备在诊断心脑血管疾病中得到了广泛的应用，通过为患者注射血管造影剂，利用计算机记录造影剂达到病灶前后的图像，在采用软件系统对两组图像的变化情况给予分析，即可得到血管的模拟分布信息，以帮助医生完成对患者病情的诊断。

3.2机电一体化技术在检验仪器中的应用

随着医疗技术的不断革新，基因与分子生物学得到了广泛的发展，为了科学地对患者进行临床检验，现医疗人员开始将信息技术、机械技术、生物技术及微电子技术等紧密地结合到一起，并相继研究出了电解质分析仪器、血细胞分析仪器、血气分析仪等。大量临床经验证实，上述较为常用的医疗机器通过帮助临床医生从血液学以及免疫学等方向对混着的疾病进行的检验与诊断，极大程度地降低了传统检验效率低、准确率较低等问题，提高了诊断的敏感性及准确性。

3.3机电一体化技术在治疗仪器中的应用

近年来，机电一体化技术在治疗仪器中也得到了准确与高效的应用，并引起了相关临床工作者的足够重视。通过采用机电一体化技术，我国相继研究出了手术机器人、伽马刀等仪器，并在微创手术中发挥了重要的作用。结合以往操作经验，我们发现这些治疗仪器可通过准确捕捉医生的操作动作，利用软件系统将指令向机械臂进行传递，以帮助完成相应的各类手术操作，获得更好的效果。另外，这些应用了机电一体化技术的仪器不仅改善了传统手术操作方法，缩短了手术时间，减少了术中出血量，还在一定程度上降低了医疗人员的压力，极大程度地提高了手术的工作效率及成功率。

3.4机电一体化技术在监护仪器中的应用