時間：2023-03-22 17:46:19
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（一）使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。
（二）生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現了工作的自動化，使得生產能力大大提高。例如，數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5～6倍。
（三）使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現，系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動最優化操作。
（四）具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。
（五）調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中，而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品，可以事先存入若干套不同的執行程序，然后根據不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業生產過程的所有領域，因此，機電一體化產品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能，可以將其分成下述幾類。
①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。
②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。
③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。
④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。
⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點
機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能，而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。
（一）機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
（二）動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。
（三）傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現，對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。
（四）信息處理及控制系統。根據機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。
現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
一、機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手：
（一）機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮?，F代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。
（二）傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。
（三）信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。
（四）驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
（五）接口技術
為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。
（六）軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
二、機電一體化技術的主要應用領域
（一）數控機床
數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：
1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。
2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。
3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。
5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
（二）計算機集成制造系統（CIMS）
CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
（三）柔性制造系統（FMS）
柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
（四）工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
三、機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：
（一）智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
（二）系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。
（三）微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
（四）模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。
（五）網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
（六）綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。
綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
【參考文獻】：
1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.
2、芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70—80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。
3機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：
3．1智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。
3．2模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。由于利益沖突，近期很難制定出國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業，還是對生產機電一體化產品的企業，模塊化將給機電一體化企業帶來美好的前程。
3．3網絡化
20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到、質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品?，F場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3．4微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3．5環?；?/p>
工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3．6系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。
參考文獻：
［1］李建勇．機電一體化技術［M］．北京：科學出版社，2004.
1)機械技術。是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。
2)計算機與信息技術。信息交換、存取、運算、判斷與決策，人工智能技術，專家系統技術，神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。
3)系統技術。即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。
4)自動控制技術。其范圍很廣，在控制理論指導下進行系統設計，設計后的系統仿真、現場調試、控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。
5)傳感檢測技術。是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程度就越高。
6)伺服傳動技術。包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件，對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。
二、機電一體化技術的主要發展趨勢
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，未來機電一體化技術將朝著智能化、高性能化、網絡化、微型化、模塊化、綠色化等多方向發展。
2.1智能化
人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。即要求機電產品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現的問題進行分析、判斷、推理、構思和決策。例如，在智能化房屋建設上增加人機對話功能，設置智能I／O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。
2.2高性能化
高性能化一般包含高速、高精度、高效率和高可靠性。它采用多CPU結構，以多總線連接，進行高速數據傳遞，采有精簡指令集機，實時多任務操作系統并進行處理。設置多重緩沖器，故障診斷，自動檢錯、糾錯，系統自動恢復等技術保證該機電一體化產品具有高性能。
2.3模塊化
由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事情。例如，研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品，也可以擴大生產規模。這就需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業，還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。隨著微處理器性能價格比的迅速提高和微機械電子(MEMS)技術的飛速發展，各種機電一體化模塊將越來越多地出現在市場上。利用這些模塊，可以迅速方便地設計和制造出各種新的機電一體化產品。機電一體化是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。
2.4網絡化
網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育以及人們日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到、質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(eolnputerintegratedappliancesystem，ClAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。
2.5微型化
微型機電一體化產品向微米、納米級發展，體積小、耗能小、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優越性。微機電系統是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。
2.6人性化
機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。未來的機電一體化將會加速它們與生命機體的相似性，更加注重產品與人的關系(人一機的協調)并與人共生(人一系統一一體化)，更關注適宜人的使用與操作、人的可靠性及安個性問題。
2.7綠色化
(一)"機電一體化"的發展歷程
1.數控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;
2.微電子技術為"機電一體化''''''''帶來勃勃生機;
3.可編程序控制器、"電力電子"等的發展為"機電一體化"提供了堅強基礎;
4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.
(二)"機電一體化"發展趨勢
1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢.
2.自律分配系統化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。
3.全息系統化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。
4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割?？磥恚瑱C電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。
5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。
二、典型的機電一體化產品
機電一體化產品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、CAD／CAM系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發展趨勢、市場前景分析從略。
三、北京發展“機電一體化”而臨的形勢和任務
機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。
前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。
(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢
1.北京用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度
(1)在700余家北京市屬工業系統的企業中，有60%以上的企業用微電子技術改造機床設備、工業窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。
(2)北京工業系統還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。
(3)北京工業系統尚有近250座工業爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。
(4)北京工業系統CAD應用還有較大差距。目前，北京工業品設計，CAD應用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內先進地區也超過了30%)；CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業要達到35%，中小型骨干企業要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。
(5)北京工業系統共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。
(6)工業是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業系統占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業系統萬元產值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業化國家高近9倍。因此，北京工業系統節能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節能降耗的王牌。
2.北京用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業產品大約有3萬種，每年約開發試制新產品3000種，更新周期很長。由于更新換代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業產品的競爭能力。
1993年，北京市工業系統生產的機電一體化產品約837種，在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統主要產品約1200種，機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統主要產品350種，機電一體化產品210種，機電一體化產品所占比例為60%；輕工系統主要產品總數為649種，機電一體化、智能化產品15種，機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%；汽車工業總公司系統平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內先進水平相差一半左右。
3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在北京工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重，且不少地處城區和近郊區。近年來北京的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。
另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。
(二)北京“機電一體化”工作的任務
北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業的形成、為北京產業結構和產品結構調整作貢獻。
1.北京應用機電一體化技術改造傳統產業的工作重點
(1)大力采用模糊技術，工業爐窯改造應上新臺階
國內外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業爐窯比單純用計算機和PID技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業爐窯要用模糊技術等先進電子信息技術改造完畢，其中采用模糊技術改造要在80%。
(2)積極采用數控技術，機床高備改造要達新水平
對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。
(3)努力推廣變頻調速技術，風機電泵改造要攀新高度
風機、電泵采用變頻調速后一般可節電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年，應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進的變頻調速技術。
(4)優先應用CAD／CAM技術，工業設計水平提高要有新目標
北京工業產品更新換代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業系統CAD的應用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。
2.北京機電一體化產品開發的奮斗目標
(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%。
(2)單項目標：
機床數控化率：1995年，產量數控化率達5%，產值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。
汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。
PLC的開發生產能力：“八五”期間，開發能力要穩居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的PLC生產基地之一。
“電力電子”開發生產能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產技術和第三代電力電子器件的開發技術?！熬盼濉逼陂g第三代電力電子器件的生產要形成經濟批量。在電力電子產品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產品；交流變頻調速裝置要達到批量生產程度；高頻電子鎮流器要能出口創匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產、開發、推廣綜合配套能力的高新技術產業。
模糊控制器的開發生產能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發生產基地，開發出用于工業爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統典型產品來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。
其它機電一體化產品的開發生產能力：微機控制多色印刷機要穩居全國第一；電子醫療儀器的開發、生產爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產量上全國領先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發電機組為代表的發電設備要形成綜合配套能力，打出規模效益來；數字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……
總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產業。其中，數控機床、機電一體化印刷系統、新型電子醫療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；PLC模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產品銷售額可超過25億元。機電一體化產業不僅是北京高新技術產業的主力軍，也是機電行業停工、待產、明虧、潛虧企業的出路所在。
四、北京發展“機電一體化”的對策
(一)加強統籌安排，協調發展計劃
目前，北京地區從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套發展策略和計是。同時，市政府各有關委、辦、局(總公司)也有不少相應的發展計劃與規劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議市政府責成有關機構在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出北京統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!
(二)強化行業管理，發揮“協會”作用
目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能。
“協會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作……
(三)優化發展環境、增大支持力度
優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。
增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。
在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發設貸款要多向機電一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業規?；ㄔO項目上傾斜；成立“機電一體化”發展基金，支持機電一體化生產發展等。
(四)突出發展重點，兼顧“兩個層次”
機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。
我們認為，北京“機電一體化”發展，當務之急，重中之重是：
抓緊開發生產GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮流器等，用電力電子技術進行的節能、節材為主要目的的技術改造；
機電一體化系統可分為機械和微電子系統兩大部分，各部分連接須具備一定條件，這個聯系條件通常稱為接口。各分系統又由各要素（子系統）組成。本文以機電一體化控制系統（微電子系統）為例，將接口分為人機與機電接口兩大類。
一、機電接口
由于機械系統與微電子系統在性質上有很大差別，兩者間的聯系須通過機電接口進行調整、匹配、緩沖，因此機電接口起著非常重要的作用：
（1）行電平轉換和功率放大。一般微機的I/O芯片都是TTL電平，而控制設備則不一定，因此必須進行電平轉換；另外，在大負載時還需要進行功率放大；
（2）抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入，可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機系統和控制設備在電器上加以隔離；
（3）進行A/D或D/A轉換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時，必須在微機系統和被控對象之間設置A/D和D/A轉換電路，以保證微機所處理的數字量與被控的模擬量之間的匹配。
1、模擬信號輸入接口。在機電一體化系統中，反映被控對象運行狀態信號是傳感器或變送器的輸出信號，通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號（如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉速檢測用的測速發電機等）計算機要對被控對象進行控制，必須獲得反映系統運行的狀態信號，而計算機只能接受數字信號，要達到獲取信息的目的，就應將模擬電信號轉換為數字信號的接口——模擬信號輸入接口。
2、模擬信號輸出接口。在機電一體化系統中，控制生產過程執行器的信號通常是模擬電壓或電流信號，如交流電動機變頻調速、直流電動機調速器、滑差電動機調速器等。而計算機只能輸出數字信號，并通過運算產生控制信號，達到控制生產過程的目的，應有將數字信號轉換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務是把計算機輸出的數字信號轉換為模擬電壓或電流信號，以便驅動相應的執行器，達到控制對象的目的。模擬信號輸出接口一般由控制接口、數字模擬信號轉換器、多路模擬開關和功率放大器幾部分構成。
3、開關信號通道接口。機電一體化系統的控制系統中，需要經常處理一類最基本的輸入/輸出信號，即數字量（開關量）信號包括：開關的閉合與斷開；指示燈的亮與滅；繼電器或接觸器的吸合與釋放；電動機的啟動與停止；閥門的打開與關閉等。這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和“0”出現的。在機電一體化控制系統中，對應二進制數碼的每一位都可以代表生產過程中的一個狀態，此狀態作為控制依據。
（1）輸入通道接口。開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統設置開關信號傳送給計算機。這些信號實質是一種電平各異的數字信號，所以開關信號輸入通道又稱為數字輸入通道（DI）。由于開關信號只有兩種邏輯狀態“ON”和“OFF”或數字信號“1”和“0”，但是其電平一般與計算機的數字電平不相同，與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題，它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉換電路和地址譯碼電路等組成。
（2）輸出通道接口。開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執行器（如繼電器或報警指示器）。它實質是邏輯數字的輸出通道，又稱為數字輸出通道（DO）。DO通道接口設計主要考慮的是內部與外部公共地隔離和驅動開關執行器的功率。開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅動器和輸出口地址譯碼電路等組成。
二、人機接口
人機接口是操作者與機電系統（主要是控制微機）之間進行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向，可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統通過輸出接口向操作者顯示系統的各種狀態、運行參數及結果等信息；另一方面，操作者通過輸入接口向機電系統輸入各種控制命令，干預系統的運行狀態，以實現所要求的功能。
1、輸入接口。
（1）撥盤輸入接口。撥盤是機電一體化系統中常見的一種輸入設備，若系統需要輸入少量的參數，如修正系數、控制目標等，采用撥盤較為方便，這種方式具有保持性。撥盤的種類很多，作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連，以BCD碼形式輸入信息。
（2）鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合，向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有：
1）編碼鍵盤，自動提供被按鍵的編碼（如ASCII碼或二進制碼）；
2）非編碼鍵盤，僅僅簡單地提供按鍵的通或斷（“0”或“1”電位），而按鍵的掃描和識別，則由設計的鍵盤程序來實現。前者使用方便，但結構復雜，成本高；后者電路簡單，便于設計。
2、輸出接口。在機電一體化系統中，發光二極管顯示器（LED）是典型的輸出設備，由于LED顯示器結構簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜，因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發光二極管和點陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡單，是同名管腳上所加電平高低來控制發光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式LED顯示器一般用來顯示復雜符號、字母及表格等，在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。
結語：
接口技術是研究機電一體化系統中的接口問題，使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢，使系統各部分有機地結合在一起，形成完整的系統。接口技術是在機電一體化技術的基礎上發展起來的，隨著機電一體化技術的發展而變得越來越重要；同時接口技術的研究也必然促進機電一體化的發展。從某種意義上講，機電一體化系統的設計，就是根據功能要求選擇了各部分后所進行的接口設計。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統的控制性能，以及系統運行的穩定性和可靠性，因此接口技術是機電一體化系統的關鍵環節。
首先，機電接口被應用在機電一體化系統中能夠作為模擬信號的輸入接口而存在，通常在機電一體化系統的運行過程中，對于機械系統的運行狀態信號的傳遞是由傳感器或者變送器負責，而接收并且模擬機械系統的輸出信號的則是機電接口。其原因是由于運行狀態的信號多為模擬的電壓或者電流信號，而電子系統對這些信號無法做到有效的識別和控制，只有通過機電接口對這些信號進行接收以及模擬，才能通過電子系統對這些信號進行有效的分辨，達到將機械系統和電子系統兩者有效結合形成一個整體的目的。其次，機電接口被應用在機電一體化系統中能夠作為模擬信號的輸出接口而存在，在機電一體化系統的正常運行過程中，不僅電子系統對于機械系統的輸出信號無法有效的識別和控制，機械系統對于直接由電子系統的輸出信號也無法做到有效的識別和控制，智能有機電接口來實現兩者之間的有效連接，機電接口能夠對計算機的輸出信號轉換成機械系統能夠識別的模擬電壓信號或者模擬電流信號，幫助電子系統實現對機械系統的智能化和信息化控制，完成機電一體化系統正常運行的目的。最后，機電接口能夠作為機電一體化系統中的開關信號通道接口而存在。在機電一體化系統的有效運轉過程中，不僅要對機械系統和電子系統的實時連接做好接口設置工作，還有許多需要需要處理的開關閉合和斷開信號、指示燈的顯示與熄滅信號、繼電器和接觸器的吸合與釋放信號等等需要處理，這些信號的模擬、輸入以及輸出同樣需要用到機電接口。因此機電接口也能夠作為保證機電一體化系統中的開關信號的正常運轉的開關信號通道接口而存在。
2人機接口在機電一體化系統中的運用
人機接口在機電一體化系統中的作用主要是負責將技術人員的指令翻譯成相關的信號輸送到機電系統中，進行控制指令與動作指令之間的信息交換，保證機電一體化系統能夠在工作人員的控制和管理下正常運轉。因此人機接口在機電一體化系統中的運用主要是作為拔盤輸入接口、鍵盤輸入接口以及鍵盤輸出接口而存在。其中撥盤輸入接口的功能主要是負責機電一體化系統中系統參數的修正與控制作用，能夠幫助工作人員對機電一體化系統中的諸多參數信息完成相關的調整工作，而鍵盤輸入接口則是作為向電子技系統中的計算機鍵盤輸入和輸出接口而存在，其能夠幫助電子系統中計算機與鍵盤之間的有效連接，其中電子系統的鍵盤又可以分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，兩者分別具有不同的優勢和劣勢，然而總體都能夠滿足電子系統中計算機正常運轉的諸多功能上的要求。
現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
一、機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手：
（一）機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。
（二）傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。
（三）信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。
（四）驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
（五）接口技術
為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。
（六）軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
二、機電一體化技術的主要應用領域
（一）數控機床
數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：
1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。
2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。
3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。
5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
（二）計算機集成制造系統（CIMS）
CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
（三）柔性制造系統（FMS）
柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
（四）工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
三、機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：
（一）智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
（二）系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。
（三）微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
（四）模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。
（五）網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
（六）綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。
綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
參考文獻:
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2、芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.
帶式輸送機是機電一體化技術的重要組成部分，在采煤中發揮著重要作用，能夠將采好的煤炭從井下輸送到地面，極大的提高了開采效率。我國在煤炭機電一體化應用過程中，經歷了一段摸索階段，開始采用多帶式輸送機，這種機器運輸容量小、輸送距離較短，在運行中容易出現故障，并且穩定性也不高，所以，在使用過程中，并沒有發揮重大效用。之后，我國一些科研機構專門分析了這種輸送機的缺點，并全面考察了礦井內部的作業環境，對其做了全面改動，增加了一些軟啟動及制動裝置，有效克服了使用中不足，提高了運作效率。目前，經過改造后的傳送機已經被廣泛采用在各大型煤礦中，不僅提高了開采效率，而且提高了施工安全性。
2采煤機
機電一體化技術也應用在采煤機上，使其牽引方式得到優化，不僅提高了機器的使用期限，而且提高了其安全性能。通過采用機電一體化技術，采煤機由傳統的液壓式牽引方式，轉化為電動式牽引方式，有效提高了開采效率，同時也提高了煤炭開采量。采煤機經過機電一體化改造，有效降低了采煤過程中機器受到的阻力，并且能夠和其它裝置配合運作，不僅提高了資源利用效率，而且避免了資源浪費。此外，采用機電一體化技術之后，能夠使采煤機在坡度較大的情況下，通過采用防滑裝置，實現煤炭開采，從而擴展了其使用范圍，也提升了其荷載能力。在煤炭開采中，零件損耗一直是影響開采效率的主要因素，使用液壓牽引方式，會使采煤機在運作過程中受到嚴重磨損，并且運作速度越大，磨損越嚴重；當零件磨損到機器無法運作時，便需要更換零件，才能保持機器正常運作。這不僅加大了開采成本，而且浪費了時間，不僅不利于開采效率，也不利于開采質量。而采用了電動牽引方式之后，有效避免了上述情況，極大的提高了開采效率，節省了開采成本。
3提升機
目前，在煤礦開采中，提升機是機電一體化技術應用最成功的一個，已經全面實現了自動化及數字化控制。內裝式提升機便是眾最典型的代表，在機電一體化技術應用方面，它將驅動裝置和滾筒裝置有機的結合自一起，不僅提高了運作效率，而且簡化了操作步驟。提升機采用了機電一體化技術之后，能夠對自身運行狀況自動檢測，并定期對運行情況進行分析，以發現一些異常現象；這種自動檢測方式，不僅為維修提供故障來源，而且提高了機器運行穩定性及安全性，同時還節省了維修成本，對于煤炭生產具有重要意義。此外，提升機采用機電一體化技術之后，有效簡化了操作設備，提高了兼容性能，使得運行更加安全，提升速度更加穩定，也更加安全，從而有效提高了可操作性。另外，提升機采用全數字型操作之后，將計算機優勢充分發揮出來，使得檢測系統更加完善，已經被許多大型煤炭開采企業所采用。
4電控液壓支架
我國電控液壓支架在煤炭開采中使用時間不是很長，所以在使用時，常出現一些問題，嚴重影響了開采效率。如許多煤礦中使用的電控液壓支架，結構簡單，功能有限，并沒有較廣的使用范圍。因此，應將支架技術和計算機有效結合在一起，使得支架和頂板之間的距離控制在合理范圍之內，以減少零部件之間相互摩擦，進而提高支架使用壽命。
1．教學過程可遵循的思路
理實一體化教學過程中在完成項目的同時需要對理論知識進行講解，并且適時要有示范性操作。這就需要對教學過程有嚴密合理的設計思路。應綜合考慮以下幾點：
（1）教學目的：必須掌握哪些基本知識和技能；
（2）該項目的重點、難點；
（3）所需設備和場地；
（4）教學過程編排；
（5）學生分組，設備配置；
（6）安全注意事項；
（7）考點。只有構思好課堂教學的全過程，才能有的放矢地組織好教
2．理實一體化教學教案應注重項目實施的方案設計
項目實施的方案設計主要包括講授和操作示范、學生分組、操作訓練、巡回指導、技術糾正及安全事項等。這一部分是教案的核心內容，要充分體現教師的主導作用和學生的主體作用。教案應重視項目實施的方案設計，避免在教案中羅列大量的教學內容。
3．項目實施
以電工技術中三相異步電動機降壓啟動一節為例。將理論教材中“三相異步電動機降壓啟動”一節與實習教材中“三相異步電動機星三角降壓啟動”合為一個課題。具體的教學步驟如下：
（1）拿出三相異步電動機實物，先向學生展示電動機外形，介紹電動機的作用，讓學生直觀地認識電動機。
（2）教師現場集中指導學生。一般2～3名學生共用一臺電動機；教師進行講解連接電路原理；由教師借助掛圖、投影、示教等工具對照實物，講解電動機的主要結構特點、作用及工作原理。講解星三角換接啟動的原理及過程，以此讓學生認識電動機及其零部件的名稱及其作用；放電視錄像（電路安裝的全過程）；強調安裝時的注意事項。
（3）在教師的指導下，學生隨教師一起安裝電路。
（4）學生以小組為單位練習安裝，并對照項目方案，仔細研究涉及的相關理論知識。
（5）當堂進行課程測評。測評方法包括：口試，教師提問學生口答。如教師問三相異步電動機為什么要進行降壓啟動？主要有哪幾種啟動方式？筆試，教師發給學生提前打印好的實訓報告。如測試之一：星三角降壓啟動的啟動電流分別是多少？控制電路的各部件的作用是什么？學生答完試卷后，當堂交試卷，教師批閱后馬上講解。現場操作技能測試。教師指定每組由一位學生按教師講述演示電路的安裝順序及其啟動原理，完成后由當時在場觀看的學生和教師共同打分。講知識、教方法、練能力是理實一體化教學的實質。教師應該將理論知識貫穿到各個實際應用的項目和任務中，讓學生在訓練技能的同時，主動去學習理論知識，通過理論來合理地指導實踐，這樣在實際操作時不易走彎路。
二、培養學生的主觀能動性
在教學過程中，必須充分調動學生的學習主動性、積極性，發揮其主觀能動性。主觀性愈強，其求知欲、自信心、刻苦性、探索性和創造性就愈強，學習效果也就越好。所以，在理實一體化教學過程中，由于直觀的刺激作用，激發了學生的興趣，他們能運用所學的知識自覺地、積極地參與教學活動。采用理實一體化教學后，大大提高了學生的積極性和能動性。分析學情可知，職業學校學生有一個共同的特點，就是形象思維比較好，實際動手能力比較強?；谶@點，我校堅持從以人為本的思想出發，一方面尊重學生學習的主觀能動性，加強對學生的正面引導；另一方面加大實踐教學的力度，采用實物示范教學的方法，盡可能地把教學內容形象化，引導學生，激發其學習的興趣。通過形象化教學，使他們由原來的知道是什么升級為知道為什么。理實一體化教學從學生的共同特點出發，使他們從根本上得到發展和完善。課堂上以學生為主體，讓學生充分發展個性，提出自己的獨到見解，并運用到實踐中加以驗證，在不斷的實踐過程中增強學生的主體意識，培養開拓精神和創新才能。
三、組建理實一體化教學團隊
理實一體化教學團隊是實施理實一體化教學的資源保障。理實一體化教學要求教師在具備豐富的專業知識的基礎上，必須有熟練的操作技能。因此，在派教師到企業進行專業技能培訓的同時，也可以將企業的師傅和能工巧匠聘請到課堂，成為教師團隊的一員，進而方便團隊內部的合作和交流。讓教師積極參與到應用課程的開發和研究，組織教師編寫和制作多媒體課件，編寫教材和制訂課程的項目實施方案。將理論教師和實習教師合理配置，使其在教學實踐中相互幫助，取長補短，共同提高。結合實際，采取一些行之有效的、形式多樣的方法，來提高教師的專業水平。理實一體化的教學模式使教師的知識結構有了新的變化。逐步把教師全部“逼”上“雙師型”軌道，使每位老師都要去鉆研業務，深入企業和實踐一線了解企業文化、崗位需求和每個崗位所涉及的知識點，從而設計出與之相適應的教學方案，來提高課堂教學質量。因此，“雙師型”師資的培養也從機制上得到了保證。
四、改變考核方法，構建有效的評價機制
2如何進行“教學做”一體化教學
“教學做”一體化教學模式也是一種項目驅動教學模式，是在老師的指導下，將項目交給學生，從信息的收集、方案的設計到項目實施及最終評價，都由學生負責。每個項目設置了多個任務，以任務為主線、教師為主導、學生為主體，將所要學習的新知識隱含在這些任務中，學生通過對所提出的任務進行分析、討論，學生在完成任務的過程中在老師的指導、幫助下找出解決問題的辦法，從而實現對所學知識的掌握?！敖虒W做”一體化教學一般包括“項目設計———項目實施———項目評價”等環節。通過“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估”等一系列完整的行動來實施教學活動，在“做中學，在學中做”，理論和實踐有機的融合到了一起，教學往往能達到事半功倍的效果。例如，在“學習情境一直流穩壓電源的分析與實踐”模塊中，項目分成“掌握用萬用表識別與檢測二極管、穩壓二極管、電解電容、發光二極管的方法”，“用數字電壓表和示波器觀察、測試二極管單相橋式整流電容濾波硅穩壓管穩壓電路的波形和輸出直流電壓值”，“能按工藝要求進行電路的裝配與調試”，“能排除裝配、調試過程中出現的故障現象”4個任務，讓學生先了解要制作一個直流電源，不是照著電路圖進行機械裝配，還要了解其每個部分的作用，從而激發起學生的學習興趣。在提出任務后，教師可以對任務進行描述：在電子設備中，內部電路都由直流穩壓電源供電的。直流穩壓電源在使用時，能向負載提供一個穩定的直流電源。電路由四部分組成：變壓、整流、濾波、穩壓。其中變壓電路由電源變壓器將市電220V電壓降到電路所需的交流值，整流電路由半導體二極管構成的單相橋式整流電路組成，把變壓器次級交流電壓變換為脈動直流電壓，再經過電容濾波后送給穩壓管組成的并聯型穩壓電路得到一個平滑的符合負載需要的直流電壓。讓學生了解該項目情境，再分別列出完成這些任務必須要掌握的知識點和必須具備的技能，使得學生能夠明確自己通過此項目訓練得到那些收獲。這樣，學生能在任務的驅動下，帶著興趣學習，為了完成感興趣的實訓項目，而學習必須掌握的理論知識；為了順利實現項目，必須按照技能要求來操作，最后大部分學生都圓滿完成了設置的任務，不僅學習專業知識和技能，而且能夠通過經歷工作過程提高自身的職業素養，達到教學目的。其它的項目情境也是一樣，理論是依據設置的實踐項目而展開的，實踐是依據教師傳授的理論知識而開展的，兩者相輔相成。理論教學遵循夠用為原則，相應的設定需要掌握的實踐操作技能。實踐知識以深化為原則。實踐不僅可以促進學生技能水平的提高，而且可以檢驗理論、深化理論。因此，在項目制定中，實踐教學部分要充分考慮理論知識的延伸，真正體現做中學的理念。理論與實踐只有有機的結合到一起，通過一體化教學方式，才有可能促進學生綜合職業能力的提高，為學生的就業和職業生涯發展提供必要條件。
