科学技术一体化特征范文

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第1篇

关键词：机械一体化；技术；现状；产品；制造技术；发展趋势

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械一体化，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“机械一体化”为特征的发展阶段。

一、概要

机械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，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

机械一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机械一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机械一体化系统或机械一体化产品。

二、发展状况

20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉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，这些机械结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

20世纪90年代后期，开始了机械一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机械一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机械一体化，微细加工技术也在机械一体化中崭露头脚，出现了光机械一体化和微机械一体化等新分支；另一方面对机械一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机械一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机械一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机械一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

三、发展趋势

1、智能化、模块化

智能化是21世纪机械一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机械一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。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，使机械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、高速的微处理器使机械一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机械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、环境接口的机械一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。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。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。

2、网络化、系统化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机械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。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械一体化产品。

系统化的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。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机械一体化更加注重产品与人的关系，机械一体化的人格化有两层含义。一层是，机械一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机械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。另一层是模仿生物机理，研制各种机械一体花产品。事实上，许多机械一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

综上所述，机械一体化的出现不是孤立的，它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。当然，与机械一体化相关的技术还有很多，并且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，机械一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献

[1]李建勇.机械一体化技术.北京：科学出版社，2004.

第2篇

关键词：机电一体化；自动控制技术；发展趋势

机电一体化的外文名词是Mechantronics，起源于日本，是取英语Mechanics的前半部和Electronics的后半部拼合而成的，表示机械学与电子学两种学科的综合。目前，国内外对机电一体化的涵义有各种各样的认识，其各自的出发点和着眼点不尽相同，再加上机电一体化本身的涵义还在随着生产和科学技术的发展不断被赋予新的内容。机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体，是现代科学技术发展的必然结果。随着现代科学技术日新月异的发展，不断地推动不同学科的交叉和渗透，从而导致整个工程领域的技术革命。

1.机电一体化概要

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。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。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、微电子技术以及其他新技术的简单组合、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。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械。机电一体化系统由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体，具有满足人的使用要求的最佳功能。

2.我国机电一体化的现状

世界范围内机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。第一阶段也称为初级阶段。20世纪60年代以前由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。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、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。第三阶段，20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。

计算机数控机床（CNC）是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化机床。它综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等方面的最新成就，是典型的机电一体化产品，是机床发展的必然趋势。

汽车的机电一体化中心内容是以微机为中心通过自动控制来改善汽车的性能，增加汽车的功能，实现汽车降低油耗，减少排气污染，提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作方便和舒适性。近几十年，国际各大汽车公司都加大了对汽车机电一体化的研究，使其发展有了质的飞跃。

工业机器人（IR）一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成，是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定程序、轨迹及其要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置，是具有发展前途的机电一体化典型产品。

3.机电一体化的发展趋势

3.1自律分配系统化

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，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。

3.2系统化

系统化的表现特征之一是系统体系结构进一步采用开放和模块化的结构。系统可以灵活组套，进行任意裁减和组合，同时要求实现多坐标系列控制功能的NC系统。表现特征之二是通话功能的大大加强，即网络化趋势。

3.3人工智能化

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。高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

3.4全息系统化

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。其系统的层次结构，也由简单的“从上到下”的形势而变为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

3.5绿色化

环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主题。

3.6微型机电化

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，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

3.7面向21世纪的制造模式

一次制造成功，采用成组技术和分组作业方式，按质、按量、按时完成，做到零废品、零库存、零设备故障、零环境污染，从以“技术”为中心向以“人”为中心转变，从“金字塔式多层次管理”向“网络式管理”、由顺序工作方式向并行工作方式、由固定组织

加工向敏捷制造加工转变。

4.结语

机电一体化的出现并不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，传统的机械设计方法和设计概念正在发生着革命性的变化。21世纪，机电一体化技术将扮演机械工业的主角，与机电一体化相关的技术还有很多。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。我国可以利用后发的成本优势和广阔的市场潜力，用全新的方式和更短的时间研发更多具有知识产权的机电一体化产品。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，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

第3篇

[关键词] 现代制造业 先进制造技术 机电一体化技术 紧密联系

制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，尤其是现代制造业更是在一个国家的企业生产能力构成中占首要地位，要发展和壮大现代制造业就要大力研究、发展和掌握先进制造技术。所谓先进制造技术，其实就是一种综合技术，是在传统制造技术的基础上加上信息技术和科学的管理，再加上与之相关的科学技术交融而形成的群体技术。

一、先进制造技术简介

制造技术是使原材料成为产品所应用的一系列技术的总称。现代制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料及现代管理技术的最新成果，并将其综合应用于制造业的全过程。

先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，是与现代高新技术相结合而产生的一个完整技术群。它是具有明确范畴的新技术领域，是面向工业应用的技术，是驾驭生产过程的系统过程。它不仅涉及产品的设计、制造工艺、加工和装配、而且覆盖了市场分析、销售使用、维修服务，乃至回收再生的全过程；先进制造技术还涉及企业产品与管理创新、企业生产过程综合自动化、制造单元与系统的集成、制造企业与流通领域的集成、企业间集成与协作等方面。

目前机电一体化技术在现代制造业中应用广泛，在先进制造技术中占相当重要地位。

二、机电一体化技术概要

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是从系统工程出发，综合运用机械技术、微电子技术、光学技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术有机融合、相互渗透的结果。它涉及了许多新概念、基础学科和边缘学科，是从系统的观点出发，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。

机电一体化不是机械加电气简单组合、拼凑而成的机械电气化，而是赋予了自动化、虚拟化、柔性化、智能化等特征。其主要由：机械装置；检测装置和传感器、变送器；信息处理部分；驱动器和执行器； 接口部分等5个部分组成。

三、现代制造业的基本内涵及特点

1.基本内涵

按照国际通例，工业中所有将原材料转化为可供使用的物品的行业都可成为制造业，可分为装备制造业和生产消费资料制造业。现代制造业就是用高新技术改造、升级优化传统制造业，是先进制造技术或先进管理手段与制造业相结合的产物。

现代制造业有下面几个方面是必须具备的：1、采用了新技术、新工艺、新装备，实现了制造过程的现代化。2、应用信息化的手段。对生产、管理、销售的全过程采用了信息化的管理手段和信息化的管理工具。3、采用了现代化的生产组织方式。4、现代制造强调以知识和技术投入为因素，以现代集成制造为特征，以高新技产业为先导的高附加值、高科技、产业链长的产业体系。

2.主要特征

通常来说，现代制造业主要有以下特征：

（1）充分消化吸收吸和应用世界先进制造技术与现代高新技术，更加强调以知识和技术为投入因素，企业的工艺、装备、材料高技术化，产品的科技含量和附加值较高。

（2）建立起与现代技术相适应的生产方式和企业组织形式，推广和实施先进的制造模式。发展对国民经济带动作用大，产业链和的产业集群。

（3）符合现代社会可持续发展理念，具有资源节约、无污染绿色等特征，具有与全球化相适应的资源配置方式。

（4）利用现代信息技术，改造和集成业务流程，形成以价值链为基础的分工协作模式，并呈现出制造业与服务业既分工又融合的特点。

四、机电一体化技术与现代制造业紧密联系、密不可分

随着现代制造业向精密化、自动化、信息化、柔性化、清洁化、集成化和智能化的快速发展，机电一体化技术和产品与现代制造业联系紧密。

1.机电一体化技术和产品

机电一体化技术和产品的广泛应用于工业生产过程的名个领域，特别在现代制造业方面应用较广。其主要有机电一体化系统和典型元、部件两大类。

机电一体化典型系统有：数控机床系统、智能化仪器仪表、印刷机械系统、发动机控制系统及虚拟加工CAD／CAM等系统。

典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器（PLC）、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化技术和产品是现代制造业所不可或缺的。

2.机电一体化产品在现代制造业的优势

（1）设备安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有主动监视、报警、主动诊断、主动保护等功效，从而使其具有较高的自动保护措施和可靠性及较低的产品故障率，明显提高了设备安全性和可靠性，使用寿命也得到相应提高。

（2）生产能力和工作质量、效率大幅提升。机电一体化产品大都具有信息主动处理和主动把持功效，能保证最佳的工作质量和产品的合格率，同时也使得生产能力大大提高。

（3）具有智能化功能，操作简便。机电一体化产品操作按钮和手柄数量明显减少，使得操作大大简化、简便。先进的机电一体化产品是一个完整的系统，可通过模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）对外界参数的改变随机自寻最佳工作程序，实现主动最优化操作。

（4）具有复合功能及适用性。机电一体化产品突出了复合技巧和复合功效，使产品的功效程度和主动化程度大大进步，能适用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。

（5）具有参数化特性，调试和维护方便。机电一体化产品可通过改变控制和执行系统的程序来实现工作方法的转变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变更的需要。机电一体化产品的主动检验和主动监视功效可对工作过程中出现的故障主动采用措施，使工作恢复正常。

总之，现代制造业是科学技术与生产力发展的必然结果，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和产物。两者的紧密结合深刻影响着现代制造业及现代制造技术，随着科学技术的发展，各种技术相互融合、相互渗透的趋势越来越明显，将大大地推进现代制造业的发展步伐。

参考文献

[1]章浩，张西良，周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究，2006（7）