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| 微特電機(jī)論文：機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念 |
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人類的科技發(fā)展進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，由于微電子、信息、生物工程、新材料、新能源、核武器、空間、海洋等領(lǐng)域高新技術(shù)的突飛猛進(jìn)，極大地推動了不同學(xué)科的相互交叉與滲透，導(dǎo)致了幾乎所有工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造�？v向分化、橫向綜合已成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要特點。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)的飛速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的快速滲透，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系均發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展新階段，創(chuàng)造出了許許多多夢幻中的新產(chǎn)品與新設(shè)備�！皺C(jī)電一體化”就是在大規(guī)模集成電路和微型計算機(jī)高度發(fā)展，并向傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域迅速滲透及與機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機(jī)械、微電子、自動控制、計算機(jī)、信息、傳感測試、電力電子、接口、信號變換以及軟件編程等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，合理配置與布局機(jī)械本體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、動力驅(qū)動單元、傳感測試元件、控制元件、微電子接收、分析、加工、處理、生產(chǎn)、傳輸單元和線路以及接口元件等硬件元素，并使之在軟件程序和微電子電路邏輯的有目的信息流向?qū)б拢嗷f(xié)調(diào)、有機(jī)融化和集成，形成物質(zhì)、能量和信息三要素的有序運動，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的前提下，實現(xiàn)特定功能價值并使整體系統(tǒng)****化的系統(tǒng)工程技術(shù)。一句話，就是將機(jī)械、電子與信息技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)過程整體****化的一種高新技術(shù)。它的發(fā)展，使傳統(tǒng)的機(jī)械如虎添翼，超越了操作機(jī)械和動力機(jī)械的范疇，進(jìn)入了智能化、柔性化、信息化、綠色化、人格(性)化、多功能化、全自動化、微機(jī)數(shù)字化和遠(yuǎn)程操作控制管理網(wǎng)絡(luò)化的新時代，不僅極大地解放了人類的體力勞動，還極大地解放了人類的腦力勞動。因此，“機(jī)電一體化”
已成為當(dāng)今世界工業(yè)發(fā)展的主要趨勢，也帶動了傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)的一場新的革命。其典型產(chǎn)品為：數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人、新型武器裝備和作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、高精尖的航空航天飛行器、以及使用微電子(尤其是微機(jī))技術(shù)裝置的自動化生產(chǎn)設(shè)備、動力設(shè)備、交通運輸設(shè)備、生產(chǎn)過程自動化設(shè)備、通信設(shè)備、辦公設(shè)備和家用電器，甚至包括各種微電腦控制的智能化兒童玩具等。這些都是當(dāng)今世界高新技術(shù)的核心和應(yīng)用成果集中體現(xiàn)。
機(jī)電一體化是一種嶄新的學(xué)術(shù)思想，它除了強調(diào)機(jī)械與電子的有機(jī)結(jié)合，還具有更深刻、更廣泛的涵義。按照機(jī)電一體化思想，凡是由各種現(xiàn)代高新技術(shù)與機(jī)械和電子技術(shù)相互結(jié)合而形成的各種技術(shù)、產(chǎn)品(或系統(tǒng))都屬于機(jī)電一體化范疇。因此，目前人們廣泛談?wù)摰臋C(jī)電液(液壓)一體化、機(jī)電光(光學(xué))一體化、機(jī)電儀(儀器儀表)一體化以及機(jī)電信(信息)一體化等，實質(zhì)上也都可歸結(jié)為機(jī)電一體化。
機(jī)電一體化是一個綜合的概念，含蓋了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面內(nèi)容。它首先是指機(jī)電一體化技術(shù)，其次是指機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)是指包括技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的、使 機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指采用機(jī)電一體化技術(shù)，在機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上創(chuàng)造出來的新一代機(jī)電產(chǎn)品。
機(jī)電一體化又是一種復(fù)雜的系統(tǒng)工程�！跋到y(tǒng)”這個名詞，使用非常廣泛。在不同的詞典、手冊和專著中系統(tǒng)的定義大都是：由相互作用和依賴的若干組成部分按一定規(guī)律結(jié)合成的、具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)一般具有如下特征：①“集合性”，系統(tǒng)是許多元素的集合；②“關(guān)聯(lián)性”，系統(tǒng)的各個組成部分之間是互相聯(lián)系和互相制約的；③“目的性”，系統(tǒng)總是具有特定的功能，特別是人所創(chuàng)造或改造的系統(tǒng)，總是有一定的目的性；④“環(huán)境適應(yīng)性”，系統(tǒng)總是存在并活動于一個特定的環(huán)境中，與環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換，系統(tǒng)必須適應(yīng)環(huán)境。對于系統(tǒng)工程目前還很難給出一個眾所公認(rèn)的定義，這里僅列舉兩個較典型的解釋：①“系統(tǒng)工程是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動和控制機(jī)理等進(jìn)行分析與設(shè)計的技術(shù)”(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)H5)；②“系統(tǒng)工程是一門把已有的學(xué)科分支中的知識有效地組合起來用以解決綜合性的工程問題的技術(shù)”
(大英百科全書)。由于系統(tǒng)工程是研究系統(tǒng)共性的跨學(xué)科的方法性技術(shù)，那么它研究和處理任何問題時都應(yīng)遵循以下基本原則：
(1)整體性原則也就是說要把系統(tǒng)當(dāng)作一個整體，不要只見樹木不見森林。希臘哲學(xué)家亞里士多德曾提出過“整體大于它的各部分的總和”的思想，就準(zhǔn)確地反映了整體性原則的內(nèi)涵本質(zhì)�！罢w大于它的各部分的總和”不是一種量與量之間的換算，而是一種質(zhì)變，各部分組成系統(tǒng)后，形成了系統(tǒng)的整體功能，這是一種新的質(zhì)。
(2)綜合性原則任何系統(tǒng)都具有多方面的屬性，涉及到多方面的因素。綜合性原則就是要把這些屬性、因素綜合起來加以研究，不能只見樹木不見森林；顧此失彼，因小夫大。
(3)科學(xué)性原則 即在處理問題時應(yīng)按照科學(xué)的順序和步驟進(jìn)行，環(huán)環(huán)相扣，并不斷通過信息反饋加以檢查改進(jìn)，且盡量使用定量方法。建立模型和進(jìn)行優(yōu)化是按科學(xué)性原則處理系統(tǒng)問題的主要工作。
從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，我們總可以把我們所設(shè)計的各種簡單和復(fù)雜的設(shè)備或產(chǎn)品看成一個系統(tǒng)．因而可運用系統(tǒng)工程的方法去分析和設(shè)計。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計就是應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法設(shè)計出產(chǎn)品和設(shè)備。其突出的特點是，構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的要素一般包括機(jī)、電、儀、液、氣、磁、光，通過將這些要素進(jìn)行有機(jī)地組織與結(jié)合，以實現(xiàn)該系統(tǒng)功能的整體****化。
機(jī)電一體化系統(tǒng)的實體部分，主要是機(jī)械部分與電子部分，又通過信息技術(shù)把這些部分有機(jī)地結(jié)合在一起，從而構(gòu)成更為先進(jìn)的產(chǎn)品。按照系統(tǒng)分析的觀點，機(jī)電一體化系統(tǒng)在設(shè)計過程中．是將機(jī)械部分與電子部分融合在一起進(jìn)行通盤考慮的，哪些應(yīng)采用機(jī)械部分，哪些應(yīng)采用電子部分或其他更恰當(dāng)?shù)牟糠�，例如液、氣、磁、光等部分，然后通過信息傳輸與處理技術(shù)將這些部分有機(jī)地結(jié)合起來。因而，可以說，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計是系統(tǒng)工程學(xué)在機(jī)械電子領(lǐng)域中的具體應(yīng)用；機(jī)電一體化系統(tǒng)正是這種應(yīng)用的效果；它對改造傳統(tǒng)老產(chǎn)品有著“妙手回春”的作用，對于新產(chǎn)品的開發(fā)研制也效果顯著。
總之，機(jī)電一體化技術(shù)是建立在精密機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感與測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)群體基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)，已形成了“機(jī)械+電氣+計算機(jī)”三分天下的實際格局。機(jī)電一體化技術(shù)的突出特點在于它在機(jī)械產(chǎn)品中注入了過去所沒有的新技術(shù)，把電子器件的信息處理和自動控制等功能“揉和”到機(jī)械裝置中去，從而獲得了過去單靠某一種技術(shù)而無法實現(xiàn)的功能和效果。機(jī)電一體化技術(shù)的重要實質(zhì)是應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點和方法來分析和研究機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)，綜合運用各種現(xiàn)代高新技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)，通過各種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各組成部分的合理匹配和外部的整體效能****。機(jī)電一體化產(chǎn)品是具有高技術(shù)含量的產(chǎn)品，其技術(shù)附加值隨機(jī)電結(jié)合程度的加深而提高。在當(dāng)代產(chǎn)品中，單純機(jī)械技術(shù)的附加值含量越來越少，而微電子技術(shù)的附加值含量卻越來越多。附著時代的發(fā)展，這種趨勢還將增加。但這并不等于說，微電子技術(shù)可以脫離機(jī)械技術(shù)而在機(jī)械領(lǐng)域獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，而是意味著，機(jī)械技術(shù)只有同微電子技術(shù)相結(jié)合、傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品只有向機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，才是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的****出路。
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