機電一體化技術

進入21世紀,在機電─體化技術的發展方向中,最主要的是:綠色化、網絡化、微型化、智能化、多樣化，下文對此略加探討:

(1)綠色化如果我們把機械產品和製造機械產品的機械裝置統稱為機械系統.則機電—體化技術的功能可歸結成以下6條，即:

①提高機械系統的性能，完成傳統機械系統不能完成的功能;

②提高機械系統的智能化程度,使人在更舒適的環境中工作;

③提高機械系統的可回收性;

④降低機械系統的原材料消耗;

⑤降低機械系統的能耗;

⑥降低機械系統對環境的污染。

可以看出，上述6條中至少有4條是和環境保護有關的。因而，進入21世紀,機電一體化技術的使命是要能提供—種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環境舒適和可回收的智能化機械產品，即提供—種能滿足可持續性發展的綠色產品。

(2)網絡化2o世紀末，網絡技術的迅速發展給世界帶來了巨大變革，同樣也給機電—體化技術以重大影響，例如通過網絡對機電一體化設備進行遠程控制。機電─體化的產品種類很多，面向網絡的方式也有差別,現仍以數控機牀為例加以説明。

當代數控機牀配裝的CNC系統不少具有以太網接口，可以直接連入企業內部的局域網，實現製造過程的集成,當然進—步還要通過企業的主幹通信網實現製造環境與企業級的 ERP等系統的集成。在此基礎上，再通過因特網就可以實現企業間的網絡化了。此外，基於PC的CNC系統連接調制解調器和通信軟件，還能借助因特網進行遠程診斷。

(3)微型化近十餘年來,微機電系統(MicroElectro Mechanic System，MEMS)，作為機電—體化技術的新尖端分支而倍受重視。其幾何尺寸一般不超過1cm'，並正向微米、納米級方向發展。MEMS高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,其發展難點在於微機械並不是簡單地將大尺寸的機械按比例縮小，由於其結構的微型化,在材料、機構設計、摩擦特性.加工方法、測試與定位及驅動方式等方面都產生了一些特殊問題。

由於微機電─體化系統體積微小，能耗少,可進入—般機械無法進入的空間,並易於進行精細操作,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。儘管目前技術上還存在一定困難，但預計取得重大技術突破已為期不遠。當前重點發展的微機電一體化系統有:專用集成微型儀器、微型慣性儀表.微型機器人以及小型、微型和納米衞星等。

(4)智能化近幾年，處理器速度的飛速提高和微機的高性能化，為嵌入智能控制算法(專家系統.模糊邏輯、神經網絡、遺傳算法及其混合技術等)創造了條件，再加上傳感器系統的集成化與智能化,有力地推動着機電一體化產品向智能化方向發展,使其具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力。智能化發展的結果出現了智能機器人、智能醫用器械、智能探測儀等等。智能機器人可以獲取.處理和識別多種信號,自主地完成較為複雜的操作任務，比一般工業機器人具有更大的靈活性.機動性和更廣泛的用途。在本世紀,具有像人的四肢、靈巧的雙手.雙目視覺、力覺及觸覺感知功能的仿人型智能機器人必將被研製出來。

(5)多樣化未來的機電—體化裝置將會越來越強化其與生命機體的相似性，它高度依賴於信息，具有相當高的智能，能夠學習和積累經驗,有靈活適應環境的能力，並能根據需要和具體條件進行決策、指揮並完成某些任務。這些在技術上雖然難度較大,但其部分功能已經得以實現。人們正在採用機電—體化技術製造取代人體的大部分器官,例如，人造假肢過去只是外表與真肢相似的純機械裝置。目前,已研製出可以接通裝假肢者神經系統的裝置,這種假臂上的手非常靈巧，甚至可以操縱薩克斯管的樂鍵。世界各地都在研究用以取代人體差不多所有器官(骨骼、關節以及內臟器官等)的代替物,由工廠大量製造仿生器官的想法正在逐漸變成現實。除此之外,機電一體化技術還能應用於電能儲存,將可以儲存大容量的電能,從而解決電工技術中的難題。總之,在新的世紀裏,機電一體化技術的應用範圍必會向多樣性的方向擴展。 ^[1]