机电设备的发展

一、机电设备的发展过程

机电设备是随着科学技术的发展而不断发展的。传统的机电设备是以机械技术和电气技术应用为主的设备。例如普通机床，其运动的传递、运动速度的变换主要是由机械机构来实现的，而运动的控制则是由开关、接触器、继电器等电器构成的电气系统来实现的，这里的“机”“电”分别构成各自独立的系统，两者的“融合性”很差，这是传统机电设备的共同特点。虽然传统的机电设备也能实现自动化，但是其自动化程度低、功能有限、耗材多、能耗大且设备的工作效率低，性能水平不高。

为了提高机电设备的自动化程度和性能，从20世纪60年代开始，人们自觉或不自觉地将机械技术与电子技术结合，以改善机械产品的性能，结果出现了许多性能优良的机电产品或设备。

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，导致了机械工程领域的技术革命与改造。到了20世纪七八十年代，微电子技术获得了惊人的发展，各种功能的大规模集成电路不断涌现，导致计算机与信息技术广泛使用。这是人们自觉、主动地利用微电子技术的成果，开发新的机电产品或设备，使得机电产品或设备的发展发生了脱胎换骨的变化，机电产品或设备不再是简单的“机”和“电”相加，而是成为集机械技术、控制技术、计算机与信息技术等为一体的全新技术产品，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。到了20世纪90年代，这种机电一体化技术迅猛发展，时至今日，机电一体化产品或设备已经渗透到国民经济和社会生活的各个领域。机电设备的技术水平，在一定程度上反映了国家工业生产的水平和能力。所以，采用先进的机电设备，管好用好机电设备，对提高企业效益，促进国民经济的发展都起着十分重要的作用。

二、现代机电设备的特点

现代机电设备，如电动缝纫机、电子调速器、自动取款机、自动售票机、自动售货机、自动分检机、自动导航装置、数控机床、自动生产线、工业机器人、智能机器人等都是应用机电一体化技术为主的设备。与传统机电设备相比，现代机电设备具有以下特点：

1.体积小，质量轻

机电一体化技术使原有的机械结构大大简化，如电动缝纫机的针脚花样主要是由一块单片集成电路来控制的，而老式缝纫机的针脚花样是由350个零件构成的机械装置控制的。机械结构的简化使设备的结构减小、质量减轻、用材减少。

2.工作精度高

机电一体化技术使机械的传动部件减少，因而使机械磨损所引起的传动误差大大减少。同时还可以通过自动控制技术进行自行诊断、校正、补偿由各种干扰所造成的误差，从而使得机电设备的工作精度有很大的提高。

3.可靠性、灵敏性提高

由于现代机电设备采用电子元器件装置代替了机械运动构件和零部件，因而避免了机械接触存在的润滑、磨损、断裂等问题，使可靠性和灵敏性大幅度提高。

4.具有柔性

例如在数控机床上加工不同零件时，只需重新编制程序就能实现对零件的加工，它不同于传统的机床，不需要更换工、夹具，不需要重新调整机床就能快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件。所以，适应多品种、小批量的加工要求。

由于现代机电设备具有上述特点，所以具有节能、高质、低成本的共性，而机电一体化技术也是世界各国竞相发展的技术。

三、机电设备的发展趋势

机电设备的发展趋势也就是机电一体化技术的发展趋势，典型的机电一体化产品——数控机床的发展方向，便具有代表性。

1.机电设备的高性能化趋势

高性能化一般包括高速度、高精度、高效率和高可靠性这四个方面。为了满足“四高”的要求，新一代数控系统采用了32位多CPU结构，在伺服系统方面使用了超高速数字信号处理器，以达到对电动机的高速、高精度控制；为了提高加工精度，采用高分辨率、高响应的检测传感器和各种误差补偿技术；在提高可靠性方面，新型数控系统大量使用大规模和超大规模集成电路，从而减少了元器件数量和它们之间连线的焊点，以降低系统的故障率，提高可靠性。

2.机电设备的智能化趋势

人工智能在机电设备中的应用越来越多，例如，自动编程智能化系统在数控机床上的应用。原来必须由编程员设定的零件加工部位、加工工序、使用刀具、切削条件、刀具使用顺序等，现在可以由自动编程智能化系统自动地设定，操作者只需输入工件素材的形状和加工形状的数据，加工程序就可自动生成。这样不仅缩短了数控加工的编程周期，而且简化了操作。

目前，除了数控编程和故障诊断智能化外，还出现了智能制造系统控制器，这种控制器可以模拟专家的智能制造活动，对制造中的问题进行分析、判断、推理、构思和决策。因此，随着科学技术的进步，各种人工智能技术将普遍应用于机电设备之中。

有自适应性的智能系统已进入采用模糊理论和模糊计算机的研制阶段。系统中配有模糊传感器和其他各种传感器，可以根据菜单的要求自动地完成一系列操作。如已问世的模糊烤炉为例，它有由模糊计算机、温度、重量、高度、气体、测数、风量、形状传感器和模糊传感器组成的自动控制系统，具有自动调整（烤炉、烤架、加热、解冻）、模糊调整（食品原料的混合、粉碎、搅拌）、切菜（细切、小鱼碎刺等）功率和加热速度调整等功能，根据菜单的要求即可加工出美味的食品。

3.机电设备的系统化发展趋势

由于机电一体化技术在机电设备中的应用，机电设备的构成已不是简单的“机”和“电”，而是由机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、软件技术构成的一个综合系统，各技术之间相互融合，彼此取长补短，其融合程度越高，系统就越优化。所以机电设备的系统化发展，可以获得最佳性能。

4.机电设备的轻量化发展趋势

随着机电一体化技术在机电设备中的广泛应用，机电设备正在向轻量化方向发展。这是因为，构成机电设备的机械主体除了使用钢铁材料之外，还广泛使用复合材料和非金属材料。加上电子装置的组装技术的进步，设备的总体尺寸也越来越小。