机械电子学

jixie dianzixue

机械电子学

mechatronics

微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术。日本早在 20世纪 70年代初开始使用这一术语，并根据英文单词 Mechanics（机械学）的前半部和Electronics （电子学）的后半部构成了一个新的词汇Mechatronics，译作“机械电子学”或称“机电一体化”。机械电子学是微电子技术、计算机技术、信息控制技术与机械技术综合而成的技术。以这种技术为手段开发的产品，既不同于传统的机械产品，也不同于普通的电子产品，而是一种新型的机械微电子器件，故称机械电子学产品。

目前世界各国主要的机械电子学产品有：数控机床，工业机器人，带有电子控制设备的汽车、无人搬运车、无人叉车、自动照相机、复印机、自动售货机、现金出纳机、办公设备，计算机辅助设计和辅助制造设备、农业机械、食品包装机械、海洋作业机械、冶金轧钢设备等。

机械电子学产品通常由机械本体、微电子装置、传感器和执行机构4部分组成。在组成系统的各部分间,存在一种进行物质、能量和信息交换的互相联接的边界区，这就是接口。对作为复合模式的机械电子学系统中接口的研究构成了接口技术。接口技术是机械电子学系统中重要的、关键的技术之一。

机械电子学技术和产品的突出特点是：①具有较高的综合性和系统性；②具有明显的发展层次；③使人机关系发生了质的变化；④知识和技术密集度高，因此可获得更高的可靠性和系统稳定性；⑤资金投入的密集度高，可获得更高的效益投资比；⑥由于信息采集，数据处理等功能的增加，使其具有更高灵活性，扩大了产品应用范围，增大了产品覆盖面。

武久荣

"机电一体化"的发展历程

自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,"机电一体化"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意.

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.

"机电一体化"发展趋势

1.光机电一体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋势.

2.自律分配系统化——柔性化.未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

3.全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

4.“生物一软件”化—仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统(大脑)工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”，而生物的特点是硬 件(肌体)——软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。

5.微型机电化——微型化。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。