摘要：本文给出了机电一体化的含义和界定，并分别从机械技术发展史和机电一体化技术发展史的角度出发，得出了机电一体化是机械技术发展的必然趋势，同时也是电子技术应用的必然结果，从而论述了机电一体化产生的必然性。
关键词：机械发展史；机电一体化发展史；机电一体化；必然性
一、机电一体化的含义
机电一体化(Mechatronics)最早是在1971年日本《机械设计》杂志副刊中提出的，它取英语Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)后半部分拼合而成。J1996年版的“WEBSTER”大词典收录了该词，目前已在世界范围内得到普遍承认和接受，成为正式的英文单词。
机电一体化的概念和内容随着科学技术的进步而不断地演化和修正，因此，至今尚没有准确定义，一般是从机电一体化的基本技术、功能及构成要素来对其加以说明。较为人们所接受的定义是日本“机械振兴协会经济研究所”于1981年3月提出的解释：机电一体化是在机械的主功能、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成的系统的总称。
机电一体化是机电一体化技术及产品的统称。机电一体化技术主要指其技术原理和使机电一体化系统(或产品)得以实现、使用和发展的技术；机电一体化系统主要指机械系统和微电子系统有机结合，从而赋予新的功能和性能的新一代产品。另外，柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)等先进制造技术的生产线和制造过程也包括在内，发展了机电一体化的含义。
二、机电一体化的界定
1.机电一体化与机械电气化的区别
机电一体化并不是机械技术、微电子技术以及其他新技术的简单组合、拼凑，而是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。除此以外，其他主要区别为：(1)电气机械在设计过程中不考虑或很少考虑电器与机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用相应的驱动电动机或电气传动装置；(2)机械和电气装置之间界限分明，它们之间的联结以机械联结为主，整个装置是刚性的；(3)装置所需的控制以基于电磁学原理的各种电器，如接触器、继电器等来实现，属于强电范畴，其主要支撑技术是电工技术。机械工程技术由纯机械发展到机械电气化，仍属传统机械，主要功能依然是代替和放大人的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还赋予产品许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等，即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
传统意义上的机电一体化(即机械电气化)，主要指机械与电工电子及电气控制这两方面的一体化，并且明显偏重于机械方面。当前科技发展的态势特别注重学科问的交叉、融合以及电子计算机的应用，机电一体化技术就是利用电子技术、信息技术(主要包括传感器技术、控制技术、计算机技术等)使机械实现柔性化和智能化的技术。机械技术可以承受较大载荷，但不易实现微小和复杂运动的控制，而电子技术则相反，不能承受较大载荷，却容易实现微小运动和复杂运动的控制，使机械实现柔性化和智能化。机电一体化的目标是将机械技术与电子技术实现完美结合，充分发挥各自长处，实现互补。与其相关的学科应包括机械工程学科、检测与控制学科、电子信息学科三大块内容。
2.机电一体化的本质
机电一体技术的本质是将电子技术引入机械控制中，也就是利用传感器检测机械运动，将检测信息输入计算机，计算得到能够实现预期运动的控制信号，由此来控制执行装置。开发计算机软件的任务，就是通过输入计算机的检测信息，计算得到能够实现预期运动的控制信号。另外，若是一件真正意义上的机电一体化产品，则其应具备两个明显特征：一是产品中要有运动机械；二是采用了电子技术，使运动机械实现柔性化和智能化。
3.机电一体化系统组成与作用
采用机电一体化技术的最大作用是扩展新功能，增强柔性。首先，它是众多自动化技术中最重要的一种，如实现过程自动化(PA，即连续体自动化)、机械自动化(FA，即固体自动化)、办公自动化(OA，即信息自动化)等。其次，机电一体化技术又是按照用户个人的特殊需求来制造、提供产品这一当今最高级供贷方式的关键技术。一个机电一体化的系统主要是由机械装置、执行装置、动力源、传感器、计算机这五个要素构成，这五个部分在工作时相互协调，共同完成规定的目的功能。在机构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。如机器人就是一个十分典型的机电一体化系统。
实际上，机电一体化系统是比较复杂的，有时某些构成要素是复合在一起的。构成机电一体化系统的几个部分并不是并列的。其中机械部分是主体，这不仅是由于机械本体是系统重要的组成部分，而且系统的主要功能必须由机械装置来完成，否则就不能称其为机电一体化产品。如电子计算机、非指针式电子表等，其主要功能已由电子器件和电路等完成，机械已退居次要地位，这类产品应归属于电子产品，而不是机电一体化产品。其次，机电一体化的核心是电子技术，电子技术包括微电子技术和电力电子技术，但重点是微电子技术，特别是微型计算机或微处理器。机电一体化需要多种新技术的结合，但首要的是微电子技术，不和微电子结合的机电产品不能称为机电一体化产品。如非数控机床，一般均由电动机驱动，但它不是机电一体化产品。除了微电子技术以外，在机电一体化产品中，其他技术则根据需要进行结合，可以是一种，也可以是多种。
综上所述，可以概括出以下几点认识。
(1)机电一体化是一种以产品和过程为基础的技术。
(2)机电一体化以机械为主。
(3)机电一体化以微电子技术，特别是计算机控制技术为核心。
(4)机电一体化将工业产品和过程都作为一个完整的系统看待，因此强调各种技术的协同和集成，不是将各个单元或部件简单拼凑到一起。
(5)机电一体化贯穿于设计和制造的全过程中。
三、机电一体化是机械技术发展的必然趋势
机械技术的发展，可概括为如下三个阶段，在这三个阶段中分别赋予机械不同的功能。进入机电一体化阶段，使得机械技术智能化，更好地代替人进行各项工作。
1.原始机械——减轻人的体力劳动
在远古时期，人类就创造并使用了杠杆、滑轮、斜面、螺旋等原始简单机械。原始机械仅用人力、蓄力和水力来驱动，其功能是减轻人的体力劳动，是动力制约了机械的发展。
2.传统机械——替代人的体力劳动
18世纪瓦特发明了蒸汽机，揭开了工业革命的序幕，19世
纪内燃机和电动机的发明是又一次技术革命。与原始机械相比，传统机械具有了自己的“心脏”——动力驱动，其功能不只是减轻人的体力劳动，而且可以替代人的体力劳动。
3.现代机械——替代人的脑力劳动
随着20世纪计算机的问世，机器人作为现代机械的典型代表被越来越广泛地应用于工业生产中，承担着许多人们无法完成的工作。
电子技术以及计算机与机械的结合使得机械变得越来越自动化，越来越智能化，机器甚至可以在无人操作下正常运行。现代机械正向着主动控制、信息化和智能化的方向发展。与传统机械相比，现代机械具有了自己的“大脑”——控制系统，其功能不只是替代人的体力劳动，而且还可以替代人的脑力劳动。
1984年美国机械工程师学会(ASME)提出现代机械的定义为“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件一体化的机械系统”。可见，现代机械应是机电一体化的机械系统。
四、机电一体化技术的发展历程
机电一体化技术的发展有一个从白发状况向白为方向发展的过程，大体可以分为三个阶段。
1.初级阶段
20世纪60年代以前为第一阶段，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。如雷达伺服系统、数控机床(1952年)、工业机器人(1954年)等。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.蓬勃发展阶段
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。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.深入发展阶段
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、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，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，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。这些研究将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
五、结语
机电一体化产品是具有很高科技含量的产品，其技术附加值随机电结合程度的加深而提高。在当代产品中，单纯机械技术带来的产品附加值在其总的产品附加值中所占的比重越来越小，而微电子技术带来的附加值在其总的产品附加值中所占的比重却越来越大。随着时代的发展和科技的进步，这种趋势还将增大。但这并不是说微电子技术可以脱离机械技术而在机械领域获得更大的经济效益，而是意味着机械只有向机电一体化产品方向发展，才是机械工业发展的唯一出路和必然趋势。
参考文献：
[1]梁景凯，盖玉先，机电一体化技术与系统[M]，北京：机械工业出版社，2008：1，
[2]刘武发，刘德平，机电一体化设计基础[M]，北京：化学工业出版社，2007：2
[3]吴晓苏，范超毅，机电一体化技术与系统[M]，北京：机械工业出版社，2009：11-12
(责任编辑：苏宇嵬)
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