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    機電一體化是一個新興的邊緣學(xué)科， 正處于發(fā)展階段，代表著機械工業(yè)技術(shù)革命的發(fā)展方向。一般認為，機電一體化技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)及其他技術(shù)相融合而構(gòu)成的一門獨立的交叉學(xué)科。美國IEEE/ASME曾于1996年給出了一個較為全面的定義: “我們對機電一體化初步定義為‘在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計和制造中，機械工程和電子與智能計算機控制的協(xié)同集成’，包括以下11個方面：（1）成型和設(shè)計；（2）系統(tǒng)集成；（3）執(zhí)行器和傳感器；（4）智能控制；（5）機器人；（6）制造；（7）運動控制；（8）振動和噪聲控制；（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械振興協(xié)會的定義：“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱”，涉及機械制造技術(shù)、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、測試和傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、接口技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服驅(qū)動等多種技術(shù)。機電一體化技術(shù)對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有巨大的推動力，因此世界各國都在大力推廣機電一體化技術(shù)。

    1 國外機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

    機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段。第一階段（又稱初級階段）是20世紀60年代以前，這一時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。第二階段，機電一體化技術(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機電一體化學(xué)術(shù)會議，是機電一體化向縱深發(fā)展的標志，各國政府也開始有計劃地推動和發(fā)展機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。目前，日本和美國在機電一體化產(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)于日本機電一體化的研究報告，對日美兩國機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)研究、超前開發(fā)與形成產(chǎn)品等三方面進行了比較，結(jié)論是除機器視覺與軟件外，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、計算機芯片制造技術(shù)、具有觸覺和人機對話功能的人工智能工業(yè)機器人、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90年代后期，機電一體化進入了深入發(fā)展時期。光學(xué)、通信技術(shù)、微細加工技術(shù)等進入了機電一體化，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化的新分支。同時對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，以及學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)也為機電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展天地。
因此，機電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個方面:

    （1） 機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床占機床總數(shù)的30%～40%。工業(yè)機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。智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領(lǐng)域。

    （2） 機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS) 是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢, 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(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。CIMS的實現(xiàn)是全局動態(tài)的最優(yōu)綜合。

   （3） 激光技術(shù)進入機電一體化領(lǐng)域。光機電一體化是激光技術(shù)與機械、電子技術(shù)相結(jié)合, 不僅大大擴展了機電一體化的應(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。

   （4） 微細加工技術(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, 帶動了大量高新技術(shù)的興起, 微細加工技術(shù)和裝備不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 而且對微機械的誕生和發(fā)展也起了決定性的作用。

    2 國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

    我國從20世紀80年代初開始進行機電一體化的研究和應(yīng)用，國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響，許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作。雖然目前國內(nèi)機電一體化技術(shù)與日本、歐美等先進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)控機床的國內(nèi)市場占有率達50%, 配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達到了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5年計劃的攻關(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、主軸與進給裝置5000多套的生產(chǎn)能力。近十年來, 普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm 提高到5μm, 精密級加工中心則從3～5μm, 提高到1～1.5μm, 并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。

    （2）工業(yè)機器人方面。我國1986年將機器人的研究開發(fā)列入國家科技計劃, 現(xiàn)已掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)和軟件編程技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人的關(guān)鍵元器件,并進入實用化階段，開發(fā)出弧焊、點焊、噴漆、裝配、搬運、注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機器人[8]。目前，國內(nèi)相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化制造技術(shù)，解決了工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，機器人軟件的設(shè)計和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握弧焊、點焊及大型機器人自動生產(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，我國從事機器人研發(fā)的單位有200多家，專門從事機器人產(chǎn)業(yè)開發(fā)的企業(yè)有50家以上，中國市場上總共擁有近萬臺工業(yè)機器人，其中完全國產(chǎn)的工業(yè)機器人（行業(yè)內(nèi)規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè)）行業(yè)集中度占30%左右。

    （3）計算機集成制造系統(tǒng)方面。我國經(jīng)過多年的理論和技術(shù)準備,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CIMS單元技術(shù)實驗室和8個CIMS培訓(xùn)中心[9]。2000年,全國已有20多個省市、10多個行業(yè)、200多家不同規(guī)模和類型的企業(yè)通過實施CIMS應(yīng)用示范工程, 取得了巨大的經(jīng)濟效益。當(dāng)前, CIMS的進一步試點推廣應(yīng)用已經(jīng)擴展到機械、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。