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光機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化技術(shù)是由微電子技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),信息技術(shù),機(jī)械技術(shù)及其它技術(shù)相融合構(gòu)成的一門(mén)獨(dú)立的交叉學(xué)科. 機(jī)電一體化結(jié)合光學(xué),通信技術(shù),微細(xì)加工技術(shù)形成光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化的新分支.機(jī)電一體化產(chǎn)品迅猛發(fā)展,幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域.機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控技術(shù),工業(yè)機(jī)器人,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面都取得了一定的成果.隨著科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化將朝著綠色化,智能化,網(wǎng)絡(luò)化,微型化,模塊化方向發(fā)展,各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)也 將越來(lái)越明顯.以機(jī)械技術(shù),微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為主體的機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),機(jī)電一體化技術(shù) 的發(fā)展前景也將越來(lái)越廣闊。
前言――現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)已發(fā)展成為集光、機(jī)、電、磁、聲、熱、液、氣、算于一體的技術(shù)系統(tǒng)。在20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)曾引起新技術(shù)領(lǐng)域的深刻變革，機(jī)電一體化技術(shù)就是在微電子技術(shù)向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域滲透過(guò)程中逐漸形成并發(fā)展起來(lái)的一門(mén)獨(dú)立的綜合性交叉學(xué)科，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，使得機(jī)電一體化的內(nèi)涵和外延得到不斷地豐富和拓寬。從最初的機(jī)械電子化、機(jī)械電腦化進(jìn)而發(fā)展到光機(jī)電一體化、機(jī)械智能化和微機(jī)械化階段。
從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，光機(jī)電一體化技術(shù)引導(dǎo)著一場(chǎng)新的變革，光機(jī)電一體化是由光學(xué)、微電子、信息和機(jī)械及其他相關(guān)技術(shù)交叉與融合而構(gòu)成的綜合性高新技術(shù)，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。從加工系統(tǒng)到醫(yī)療儀器、從家用電器到軍事裝備都離不開(kāi)它。信息、材料、能源、空間、海洋等高科技領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、武器裝備的現(xiàn)代化都要用到光機(jī)電一體化技術(shù)。―光機(jī)電一體化技術(shù)的特征是在機(jī)電一體化概念的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)了光、光電子、激光和光纖通訊等技術(shù)的作用，屬于21世紀(jì)應(yīng)Hj領(lǐng)域更為寬闊的機(jī)電一體化技術(shù)。
光機(jī)電一體化概要―光機(jī)電一體化包括產(chǎn)品和技術(shù)兩個(gè)方面。光機(jī)電一體化產(chǎn)品是包含光學(xué)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)的高科技產(chǎn)品;光機(jī)電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使用光機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多、效率高，能耗低等特點(diǎn)，它們一般由機(jī)械本體、傳感器、接口、微處理器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等5部分組成。如果把光機(jī)電一體化產(chǎn)品比做一個(gè)人，則計(jì)算機(jī)就是它的頭腦，傳感器就是它的五官，軟件就是使軀體（機(jī)械本體）能發(fā)揮效能的手段，所以，光機(jī)電一體化產(chǎn)品就是具有頭腦和五官，能夠感知外界環(huán)境的變化，并根據(jù)這種變化作出響應(yīng)的機(jī)器或機(jī)構(gòu)。機(jī)器人就是光機(jī)電一體化產(chǎn)品的典型代表。與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較，光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有以下有點(diǎn):
(1）綜合性與系統(tǒng)性:
(2）多層次，覆蓋面廣;
(3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，方便操作;
(4）精度提高，功能增加:
(5）高可靠性，高穩(wěn)定性和高使用壽命;
(6）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上的只是密集性。
1.目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用已十分廣泛，不僅在單機(jī)產(chǎn)品中占有重要位置，而且在生產(chǎn)制造系統(tǒng)內(nèi)也十分活躍。例如，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS)、快速成型制造系統(tǒng)（RPM)、智能制造體統(tǒng)（IMS）等。
2.國(guó)內(nèi)外光機(jī)電一體化的發(fā)展概況光電子技術(shù)是在20世紀(jì) 60年代激光器問(wèn)世之后，電子技術(shù)與瓜果女子技術(shù)的自然結(jié)合與擴(kuò)展，它不僅拓展了傳統(tǒng)電子技術(shù)的功能，并使之有更強(qiáng)的適應(yīng)性。目前，信息的探測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、運(yùn)算和處理已由光子和電子共同參與來(lái)完成。光通信、光存儲(chǔ)和光電顯示技術(shù)的興起希，它們?cè)诮?0年來(lái)的飛速發(fā)展，已使人們認(rèn)識(shí)到光電子學(xué)技術(shù)的重要性和它廣闊的發(fā)展前景，并且成為光電子領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)。光電子科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科學(xué)持續(xù)發(fā)展中起著巨大的作用，當(dāng)今:[業(yè)化的世界各國(guó)無(wú)不把發(fā)展光電子技術(shù)列為國(guó)家高技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)。美國(guó)政府已將光子學(xué)確定為國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)，認(rèn)為光子學(xué)對(duì)國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)有著深遠(yuǎn)的意義和潛力，并把光子學(xué)列為當(dāng)前20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。德國(guó)政府已確定光子學(xué)是世界初對(duì)保持德國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上先進(jìn)地位至關(guān)重要的九大關(guān)鍵技術(shù)之一。日本早在1980年，就成立了日本光產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)，1981年通產(chǎn)省就雄心勃勃地聯(lián)合l3家大公司投入13大公司投入13億美元組建了光子技術(shù)研究所，日本科技廳也一再把量子波光技術(shù)列為重大項(xiàng)目，予以支持。澳大利亞集團(tuán)10個(gè)重要單位的力量成立了瓜果女子聯(lián)合研究中心，重點(diǎn)開(kāi)拓信心技術(shù)和新產(chǎn)品。I986年我國(guó)啟動(dòng)的863計(jì)劃中，將光電子器件及其集成技術(shù)列為信息領(lǐng)域的三大主題之一，光機(jī)電一體化技術(shù)也別列為國(guó)家十五高新技術(shù)重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。我國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已由1995年的10多億美元發(fā)展到2001年的100億美元。
3.光機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)――光機(jī)電一體化是集機(jī)械、微電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步。其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人格化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
3.1數(shù)字化微處理器和微控制器的發(fā)展奠定了單機(jī)數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化制造鋪平了道路，如計(jì)算機(jī)集成數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化制造鋪平了道路，如計(jì)算機(jī)集成制造。數(shù)字化要求光機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性和可維護(hù)性以及自診斷能力，其人機(jī)界面對(duì)用戶更加友好，易于使用，并且用戶能根據(jù)需要參與改進(jìn)。
3.2智能化賦予光機(jī)電產(chǎn)品一定的智能，使它具有人的判斷推理，邏輯思考，自主決策能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加了人一機(jī)對(duì)話功能，使之了智能l/o通道和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)了極大的方便。隨著人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為光機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。大量的智能化光機(jī)電一體化產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)在，模糊控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普遍，甚至還出現(xiàn)了混沌控制的產(chǎn)品。
3.3模塊化由于光機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的光機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品。同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。一邊各部件、單元的匹配和接口。光機(jī)電一體化產(chǎn)品模塊化的發(fā)展促進(jìn)了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，品種不斷增多，花樣不斷翻新，縮短了開(kāi)發(fā)周期。以驅(qū)動(dòng)為核心的驅(qū)動(dòng)模塊單元，一伺服為核心的運(yùn)動(dòng)控制模塊單元，以兩根單線把各功能單元連接起來(lái)的總線或現(xiàn)場(chǎng)總線等，已形成了標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。