关于机电一体化的报告
（工程学院 徐龙龙 机械设计084班）
摘要：本文主要阐述的是关于机电一体化的基本内容。机电一体化（Mechatronics）这个名词早在1971年就提出了，日本机械振兴协会经济研究所提出了较为人们所接受的机电一体化的含义。机电一体化以提高系统（产品）的附加价值为目的。机电一体化系统由五个子系统组成，具有以下三大“目的功能”， 其系统内部必须具备五种内部功能。机电一体化的发展经历了三个阶段，我国起步较晚，与先进国家相比仍有相当差距。
关键词：机电一体化 机械 电子 系统
一、机电一体化的含义
“机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。关于机电一体化（Mechatronics）这个名词的起源，说法很多。早在1971年，日本《机械设计》杂志副刊就提出了Mechatronics是Mechanics（机械学）与Electronics(电子学)组合而成的日本造英语。目前，较为人们所接受的机电一体化的含义是日本机械振兴协会经济研究所提出的解释：“机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称”。可以说，机电一体化是机械技术、电子技术及信息技术相互交叉、融合（有机结合）的产物。机电一体化含有技术与产品两方面的内容，首先是机电一体化技术，主要包括其技术原理，即使机电一体化系统（产品）得以实现、使用和发展的技术。其次是机电一体化产品，该产品主要是机械系统（或部件）与电子系统（或部件）用相关软件有机结合而构成的新的系统，且赋予其新的功能和性能的新一代产品。
二、机电一体化的目的
机电一体化的目的是提高系统（产品）的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使产品结构向短、小、轻、薄化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。因此，机电一体化的研究方法应该改变过去那种拼拼凑凑的“混合”设计法，应该从系统整体的角度出发，采用现代设计、分析的方法，充分发挥相关学科的技术优势。
三、机电一体化系统构成要素及功能构成
机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）五个子系统组成。通过传感器直接检测目标运动并进行反馈控制的系统为全闭环系统。而通过传感器检测某一部位（如伺服电机等）运动位移并进行反馈、间接控制目标运动的系统为半闭环系统。机电一体化系统的基本特征是给机械增添了“头脑”（计算机信息处理与控制），因此是要求传感器、控制用接口元件、机械结构、控制软件技术水平较高的系统。其运动控制不仅仅是线性控制，还有非线性控制、最优控制、学习控制等各种各样的控制。
机电一体化系统是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，具有满足人们使用要求的功能（目的功能）。根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息（即工业三大要素）进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，机电一体化系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；③储存（保持、积蓄、记录）功能。
不管哪类系统（产品），其系统内部必须具备五种内部功能，即主功能、动力功能、计测功能、控制功能、构造功能。其中主功能是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息及其相互结合进行变换、传递和存储。动力功能是向系统提供动力、让系统得以运转的功能；检测传感功能和控制功能的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而构造功能则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入/输出来看，除有主功能的输入/输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入/输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出（如废弃物等）。例如汽车的废气和噪声对外部环境影响，从系统设计开始就应予充分考虑。
四、机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：(1)20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：Mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进入了深入研究。同时，人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，使机电一体化进一步建立了坚实的基础，并且逐渐形成完整的学科体系。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。
