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论机电一体化技术以及发展趋势

内容提要：

机电一体化技术是广泛利用机械、电子等相关技术，实现系统或产品整体最优化的一门

跨学科的综合性技术。本文主要介绍机电一体化技术的发展历程、基本特征、系统组成结构

及其关键技术，并且指出了21世纪机电一体化技术的发展趋势。结合近年来机电一体化技

术发展迅速的特点，认为其发展趋势是光机电一体化、人性化、带源化、集成化、柔性化、

仿生物系统化、网络化、智能化、模块化、微型化、绿色化。

一、机电一体化技术的历史发展

在20世纪后期，一方面随着一系列新技术的兴起，主要包括电子技术（尤
其是微电子技术）、计算机技术、现代通信技术、现代控制技术、激光技术、新
能源技术、新材料技术、航天技术等；另一方面新技术之间以及新技术与传统技
术之间互相渗透彼此融合，形成多种复合技术。其中，起主导地位的是：电子技
术的快速发展并与其他技术的紧密结合。特别是电子技术与机械技术不断深入的
融合使机电一体化技术的产生和发展成为必然。
将机械技术与电子技术结合起来的思想和实践由来已久。1952年美国研制
成功了数控铣床，1959年第一台可编程机器人诞生。一直到20世纪60年代末
期是机电一体化技术发展的准备阶段。进入20世纪70年代以后，大规模、超大
规模集成电路和微型计算机的飞速发展积极推动了机电一体化技术的产生和发

展。从1971年日本人提出Mechatronics一词为标志直到20世纪80年代末期是
机电一体化技术发展的初级发展阶段。20世纪90年代以后，随着Mechatronics
一词在世界范围内得到广泛认可，世界各国纷纷开始有计划的积极推动和发展机
电一体化技术和产品，机电一体化技术的发展步入深入发展阶段。机电一体化技
术逐渐形成一个完整的技术学科体系。
总的来说我们可以将机电一体化的发展大体分为3个阶段：
第一阶段：20世纪60年代以前。这一时期，人们自觉或不自觉地利用电子
技术的初步成果来完善一些机械产品的性能。二战时期，由于战争的原因刺激了
机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后逐渐转为民用，对

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战后经济的恢复起了一定的作用。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。
第二阶段：20世纪70--80年代。这一时期是机电一体化技术的蓬勃发展阶
段，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迅猛发展，为机电一体化的发

展提供了充分的物质基础。这个时期Mechatronics一词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。
第三阶段:20世纪90年代后期。机电一体化技术逐渐向智能化方向发展，
一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，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行
了深入研究。同时，由于人工智能技术、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。

二、机电一体化技术具体内容

机电一体化技术是一个技术群体的总称。其关键技术有：机械技术、计算机
信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服驱动技术、先进制造
技术等。
（一）机械技术：机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如
何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材
料上、性能上的变更，满足重量小、体积小、精度高、刚度高及性能完善的要求。
在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技
术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。
（二）计算机信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智
能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。信息处理技
术包括信息的交换、传递、存储和处理，主要工具就是计算机。计算机及信息处
理系统是整个系统（或产品）的信息处理中心，充分利用计算机超强的信息处理
能力以及丰富的软件资源，增强了系统的功能，提高了系统的柔性、可靠性，使

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系统具有了一定的智能。
（三）系统技术：系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局
角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统
技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。系统总体技术包括
系统的总体设计和接口技术，是用跨学科的思维能力来进行综合集成的技术。系
统总体设计是以系统整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标
出发，将系统整体分