機(jī)電一體化是一個(gè)新興的邊緣學(xué)科， 正處于發(fā)展階段，代表著機(jī)械工業(yè)技術(shù)革命的發(fā)展方向。一般認(rèn)為，機(jī)電一體化技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)及其他技術(shù)相融合而構(gòu)成的一門獨(dú)立的交叉學(xué)科。美國IEEE/ASME曾于1996年給出了一個(gè)較為全面的定義: “我們對(duì)機(jī)電一體化初步定義為‘在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計(jì)和制造中，機(jī)械工程和電子與智能計(jì)算機(jī)控制的協(xié)同集成’，包括以下11個(gè)方面：（1）成型和設(shè)計(jì)；（2）系統(tǒng)集成；（3）執(zhí)行器和傳感器；（4）智能控制；（5）機(jī)器人；（6）制造；（7）運(yùn)動(dòng)控制；（8）振動(dòng)和噪聲控制；（9）微器件和光電子系統(tǒng)；（10）汽車系統(tǒng)；（11）其他應(yīng)用”。目前，國際上普遍采用日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)的定義：“機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱”，涉及機(jī)械制造技術(shù)、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、測(cè)試和傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)等多種技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有巨大的推動(dòng)力，因此世界各國都在大力推廣機(jī)電一體化技術(shù)。
1 國外機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段。第一階段（又稱初級(jí)階段）是20世紀(jì)60年代以前，這一時(shí)期人們不自覺地利用電子技術(shù)并使之得到比較廣泛的承認(rèn)。第二階段，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。第三階段，各國均開始極大關(guān)注和支持機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。
1989年在日本東京召開的第一屆國際先進(jìn)機(jī)電一體化學(xué)術(shù)會(huì)議，是機(jī)電一體化向縱深發(fā)展的標(biāo)志，各國政府也開始有計(jì)劃地推動(dòng)和發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。目前，日本和美國在機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。美國商務(wù)部曾發(fā)表過一份關(guān)于日本機(jī)電一體化的研究報(bào)告，對(duì)日美兩國機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)研究、超前開發(fā)與形成產(chǎn)品等三方面進(jìn)行了比較，結(jié)論是除機(jī)器視覺與軟件外，日本的基礎(chǔ)研究與美國是可以比擬的。當(dāng)前，他們都將智能傳感器、計(jì)算機(jī)芯片制造技術(shù)、具有觸覺和人機(jī)對(duì)話功能的人工智能工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)等列為高技術(shù)領(lǐng)域的重大研究課題，并投入大量資金支持發(fā)展相關(guān)技術(shù)。
20世紀(jì)90年代后期，機(jī)電一體化進(jìn)入了深入發(fā)展時(shí)期。光學(xué)、通信技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化的新分支。同時(shí)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，以及學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)也為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展天地。
因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面:
（1） 機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，數(shù)控機(jī)床占機(jī)床總數(shù)的30%～40%。工業(yè)機(jī)器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，數(shù)量在未來十年將以25%～30%的速度增長。智能機(jī)器人將逐步進(jìn)入辦公、管理、娛樂、家庭等各個(gè)領(lǐng)域。
（2） 機(jī)電一體化從單機(jī)向整個(gè)制造業(yè)的集成化過渡。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS) 是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì), 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(shí)現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。CIMS的實(shí)現(xiàn)是全局動(dòng)態(tài)的最優(yōu)綜合。
（3） 激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。光機(jī)電一體化是激光技術(shù)與機(jī)械、電子技術(shù)相結(jié)合, 不僅大大擴(kuò)展了機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域, 而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革，是當(dāng)今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結(jié)合點(diǎn)。
（4） 微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展迅猛。微電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展, 帶動(dòng)了大量高新技術(shù)的興起, 微細(xì)加工技術(shù)和裝備不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 而且對(duì)微機(jī)械的誕生和發(fā)展也起了決定性的作用。
2 國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀
我國從20世紀(jì)80年代初開始進(jìn)行機(jī)電一體化的研究和應(yīng)用，國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863計(jì)劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響，許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作。雖然目前國內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)與日本、歐美等先進(jìn)國家相比仍有一定差距，但隨著新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，我國加大了機(jī)電一體化技術(shù)的研究力度，并將其確定為國家高技術(shù)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，給予優(yōu)先支持，并取得了一定的成績。
（1）數(shù)控技術(shù)方面。我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，在“九五”末期, 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)50%, 配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了10%。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程, 特別是經(jīng)過4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān), 總體來看取得了很好成績。目前, 已具有年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3000多套、主軸與進(jìn)給裝置5000多套的生產(chǎn)能力。近十年來, 普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm 提高到5μm, 精密級(jí)加工中心則從3～5μm, 提高到1～1.5μm, 并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm)。
（2）工業(yè)機(jī)器人方面。我國1986年將機(jī)器人的研究開發(fā)列入國家科技計(jì)劃, 現(xiàn)已掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)和軟件編程技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人的關(guān)鍵元器件,并進(jìn)入實(shí)用化階段，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、噴漆、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機(jī)器人[8]。目前，國內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化制造技術(shù)，解決了工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線（工作站）與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)。現(xiàn)在，我國從事機(jī)器人研發(fā)的單位有200多家，專門從事機(jī)器人產(chǎn)業(yè)開發(fā)的企業(yè)有50家以上，中國市場(chǎng)上總共擁有近萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，其中完全國產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人（行業(yè)內(nèi)規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機(jī)器人企業(yè)）行業(yè)集中度占30%左右。
（3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面。我國經(jīng)過多年的理論和技術(shù)準(zhǔn)備,CIMS已經(jīng)有了較快發(fā)展。目前,已在清華大學(xué)建成國家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究單位建立了7個(gè)CIMS單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和8個(gè)CIMS培訓(xùn)中心[9]。2000年,全國已有20多個(gè)省市、10多個(gè)行業(yè)、200多家不同規(guī)模和類型的企業(yè)通過實(shí)施CIMS應(yīng)用示范工程, 取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前, CIMS的進(jìn)一步試點(diǎn)推廣應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、紡織、冶金、石油化工等諸多領(lǐng)域, 正得到各行各業(yè)越來越多的關(guān)注和投入。
