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時(shí)間：2023-03-27 16:48:57
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(一)發(fā)展歷程
在機(jī)械電子工程發(fā)展初期，主要體現(xiàn)為手工制作，生產(chǎn)力水平較低，資源技術(shù)等對(duì)其發(fā)展產(chǎn)生制約。為了提升生產(chǎn)效率，逐漸朝著機(jī)械工業(yè)方向發(fā)展。在生產(chǎn)線階段，機(jī)械工程己逐漸發(fā)展到流水線生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化大批量生產(chǎn)，.這一生產(chǎn)模式使勞動(dòng)力得到解放，生產(chǎn)力水平大大提升，同時(shí)生產(chǎn)效率也得到提高。但是仍然存在一些不足，比如，部分生產(chǎn)仍就以進(jìn)口為主，生產(chǎn)成本較大，在市場(chǎng)方面缺少適應(yīng)力舀靈活性較差，難以滿足不斷變化的市場(chǎng)需求。
在機(jī)械電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段中，產(chǎn)品生產(chǎn)能夠適應(yīng)市場(chǎng)的需求，對(duì)于不斷變化的產(chǎn)品需求產(chǎn)業(yè)化發(fā)展能夠滿足。
(二)機(jī)械電子工程主要特征
機(jī)械電子工程是復(fù)雜綜合性學(xué)科，同各類(lèi)學(xué)科之間都有著密切的聯(lián)系。機(jī)械電子工程發(fā)展要以計(jì)算機(jī)、電子以及機(jī)械為基礎(chǔ)，結(jié)合其他學(xué)科做出合理、科學(xué)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要求每一個(gè)模塊都能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而使得各個(gè)模塊都能將其最大優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)。機(jī)械電子產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，并不復(fù)雜，無(wú)需復(fù)雜原件的投入，這樣能在一定程度上使產(chǎn)品性能得到提升，進(jìn)而擴(kuò)大消費(fèi)市場(chǎng)，
二、人工智能簡(jiǎn)述
人工智能是一門(mén)復(fù)雜，并且綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，所涉及到的學(xué)科比較多。也可以說(shuō)，21世紀(jì)人工智能是最偉大學(xué)科之一。人工智能實(shí)現(xiàn)了對(duì)人的智能模擬，并且能通過(guò)計(jì)算機(jī)使認(rèn)得智能化得到進(jìn)一步的延伸，人工智能這門(mén)學(xué)科有著較好的發(fā)展?jié)摿?。人工智能在發(fā)展的過(guò)程中主要經(jīng)歷下列幾個(gè)階段。
初步階段。人工智能在17世紀(jì)開(kāi)始發(fā)生萌芽，法國(guó)在這一階段成功誕生世界上的第一部計(jì)算機(jī)，這一計(jì)算器只是單純的能進(jìn)行加法簡(jiǎn)單運(yùn)算，但是仍就轟動(dòng)世界，進(jìn)而在世界范圍內(nèi)，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)始進(jìn)一步研究。在最初階段，人工智能并沒(méi)有明顯的進(jìn)展，主要是在實(shí)踐的過(guò)程中積累與總結(jié)知識(shí)，這為今后人工智能發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
發(fā)展初始階段。美國(guó)人在二十世紀(jì)首次提出人工智能專(zhuān)業(yè)用語(yǔ)。在這個(gè)發(fā)展階段，人工智能主要以證明與闡釋為主要體現(xiàn)，在這一時(shí)期對(duì)于人工智能的研究就是首要任務(wù)。
發(fā)展起伏階段。隨著人們對(duì)于人工智能的不斷深入研究，人工智能也處于持續(xù)的發(fā)展階段，但是在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，要想使人工智能模仿和人類(lèi)思維同步是非常困難的。大部分對(duì)于人工智能的科學(xué)研究?jī)H僅是停留于簡(jiǎn)單映射層面，.對(duì)于邏輯思維的研究仍就沒(méi)有突破性進(jìn)展。不論怎么說(shuō)，在發(fā)展的起伏階段，人功能智能也在發(fā)展中得到了技術(shù)創(chuàng)新，特別是在系統(tǒng)方面、計(jì)算機(jī)機(jī)器人以及語(yǔ)言掌握方面取得了較大的成就.
起伏階段發(fā)展以后。在這一階段，人工智能的相關(guān)研究得到了發(fā)展，尤其是第五屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議的召開(kāi)，人工智能逐漸朝著知識(shí)層面的方向發(fā)展，大部分的人工智能研都會(huì)結(jié)合相應(yīng)的知識(shí)工程，在這個(gè)階段中，人工智能發(fā)展的高度是前所未有的，在一定程度上促進(jìn)了人工智能應(yīng)用于實(shí)際工程中。
穩(wěn)步發(fā)展階段。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于人工智能研究方向發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，由原本的單一主體朝著集中統(tǒng)一主體的方向發(fā)展。關(guān)于人工智能在實(shí)際中的運(yùn)用以及研究，受到了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響。網(wǎng)絡(luò)的普及與快速發(fā)展，在一定程度上促進(jìn)了信息化的發(fā)展，信息在傳送方面發(fā)生率重大性變革。在人們逐漸進(jìn)入信息化社會(huì)后，在信息有效處理方面人工智能的發(fā)展起到了重要的作用，在模擬設(shè)計(jì)方面，機(jī)械電子工程的發(fā)展需要人工智能的大力支持。
三、機(jī)械電子工程與人工智能之間的關(guān)系
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，社會(huì)不斷的進(jìn)步，對(duì)于信息人們?cè)絹?lái)越重視。在21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到快速發(fā)展，同時(shí)信息的傳遞也逐漸注入新鮮血液?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及說(shuō)明人們正朝著信息時(shí)代的方向邁進(jìn)，在社會(huì)逐步信息化以后，更加需要有人工智能這一技術(shù)的支持，特別是機(jī)械電子工程發(fā)展中有著重要作用，機(jī)械電子系統(tǒng)本身缺少一定的穩(wěn)定性，這樣在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)方面就有著較大阻礙存在。在現(xiàn)代社會(huì)中，信息的處理量持續(xù)增大，并且較為復(fù)雜，有些時(shí)候需要同時(shí)對(duì)不同類(lèi)型的信息進(jìn)行處理，所以需要采取人工智能的支持才能完成信息處理。人工智能主要包含模糊推理系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這種兩種方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傾向于對(duì)人腦結(jié)構(gòu)的綜合分析，模糊推理系統(tǒng)更加重視對(duì)于語(yǔ)言信號(hào)的分析與理解。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，僅僅采取單一的人工智能方法，明顯己經(jīng)無(wú)法適應(yīng)目前社會(huì)中不斷變化的市場(chǎng)需求，所以，對(duì)于人工智能相關(guān)問(wèn)題的研究正逐漸朝著多方位、全面的人工智能方向轉(zhuǎn)變。多方位全面人工智能系統(tǒng)通過(guò)模糊推理系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互統(tǒng)一的方式，揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，將二者有效的結(jié)合起來(lái)，使得二者的優(yōu)勢(shì)得到最大程度的發(fā)揮。
工程機(jī)械化是人類(lèi)生產(chǎn)文明進(jìn)步的重要表現(xiàn)，從生產(chǎn)力角度工程機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力提升的直接標(biāo)志。從廣義角度上講工程機(jī)械化就是工程建設(shè)施工實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備替代人力勞動(dòng)，其是對(duì)工程建設(shè)施工過(guò)程中所有應(yīng)用機(jī)械設(shè)備的總稱(chēng)。工程機(jī)械制造作為制作用于工程建設(shè)的機(jī)械設(shè)備施工環(huán)節(jié)，其所制作的機(jī)械設(shè)備種類(lèi)眾多，例如運(yùn)輸機(jī)械、起重機(jī)械、礦工冶金機(jī)械等等。在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，機(jī)械制造水平在一定程度上顯示了該國(guó)家的科技發(fā)展水平，也就是說(shuō)一個(gè)國(guó)家的機(jī)械制造水平很大程度上影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工程機(jī)械化發(fā)展，但相比于發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，這在一定程度上影響了機(jī)械制造業(yè)水平的發(fā)展與進(jìn)步，同時(shí)也影響了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。相對(duì)來(lái)看，我國(guó)在機(jī)械制造發(fā)展方面還具有相對(duì)廣闊的發(fā)展空間和前景，為此我們應(yīng)該充分發(fā)揮國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)的潛力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)機(jī)械制造水平地提升。
1.2機(jī)電自動(dòng)化
機(jī)電自動(dòng)化是一門(mén)綜合性的機(jī)電技術(shù)類(lèi)型，其是機(jī)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)科技化發(fā)展的重要標(biāo)志。從機(jī)電工程本質(zhì)上講，其本身就屬于科技化發(fā)展產(chǎn)物，而機(jī)電自動(dòng)化則是實(shí)現(xiàn)了機(jī)電工程全面科技化的發(fā)展。從當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)與情況來(lái)看，機(jī)電自動(dòng)化發(fā)展是現(xiàn)代化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可或缺的一部分。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展背景下，各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間相互滲透、交叉越來(lái)越頻繁，機(jī)電自動(dòng)化就是專(zhuān)業(yè)交叉的重要產(chǎn)物，其引領(lǐng)了工程領(lǐng)域中的技術(shù)革命。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的科技背景下，電子技術(shù)對(duì)工程領(lǐng)域中的工業(yè)控制、生產(chǎn)方式革新、企業(yè)內(nèi)部管理與成本控制均產(chǎn)生了重要影響，所以說(shuō)機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)機(jī)械電子設(shè)備發(fā)展的重要里程碑。
2機(jī)電自動(dòng)化在工程機(jī)械制造中的應(yīng)用分析
機(jī)電自動(dòng)化發(fā)展作為科學(xué)技術(shù)在制造業(yè)當(dāng)中的重要發(fā)展標(biāo)志，其所能夠?yàn)樯鐣?huì)生活帶來(lái)的不僅是機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)上的發(fā)展與進(jìn)步，更是推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力水平向科技化、高效化發(fā)展的重要支持。隨著機(jī)電自動(dòng)化在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的應(yīng)用，其對(duì)工程機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展及效益提升帶來(lái)了重要推動(dòng)。文章選擇機(jī)電自動(dòng)化在工程機(jī)械制造中最常見(jiàn)的集中技術(shù)進(jìn)行分析。
2.1集成自動(dòng)化技術(shù)
集成自動(dòng)化技術(shù)是指機(jī)械制造中對(duì)各類(lèi)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、技術(shù)功能的集成性發(fā)展。在傳統(tǒng)技術(shù)模式下，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械制造技術(shù)的集成化發(fā)展是不切實(shí)際的，但隨著信息技術(shù)的逐步完善與應(yīng)用，集成自動(dòng)化技術(shù)不僅得以實(shí)現(xiàn)，還成為了機(jī)械制造過(guò)程中使用最普遍的技術(shù)內(nèi)容。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制地到來(lái)，機(jī)械制造業(yè)地競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，為了能夠在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，很多機(jī)械制造企業(yè)開(kāi)展技術(shù)研究與發(fā)展，通過(guò)將電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)控教工技術(shù)以及企業(yè)管理系統(tǒng)等多種技術(shù)與系統(tǒng)內(nèi)容引入到企業(yè)的機(jī)械生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，得到了非常顯著地發(fā)展，并成為了機(jī)械制造業(yè)當(dāng)中企業(yè)的發(fā)展潮流，CIMS工程應(yīng)用的有效保持，在提升機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)里的基礎(chǔ)上，也實(shí)現(xiàn)了集成自動(dòng)化技術(shù)地有效發(fā)展。
2.2柔性自動(dòng)化技術(shù)
所謂“柔性自動(dòng)化技術(shù)”是以數(shù)控技術(shù)為核心，在融合其他先進(jìn)技術(shù)的前提下而建立起的新興技術(shù)類(lèi)型。從生產(chǎn)與操作過(guò)程方面來(lái)看，柔性自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械制作與生產(chǎn)全自動(dòng)化發(fā)展。在柔性自動(dòng)化技術(shù)當(dāng)中，包括機(jī)械設(shè)備的材料準(zhǔn)備、制作、生產(chǎn)等一系列生產(chǎn)行為都由計(jì)算機(jī)來(lái)予以控制和操作。相比于傳統(tǒng)人力機(jī)械生產(chǎn)模式，柔性自動(dòng)化技術(shù)不僅能夠在計(jì)算機(jī)技術(shù)的精確控制下，保證機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)、制作過(guò)程中的各項(xiàng)生產(chǎn)行為、尺寸的準(zhǔn)確性，同時(shí)還能大大減少對(duì)勞動(dòng)力的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)成本的有效控制，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率地有效提升，在確保機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)秩序的基礎(chǔ)上，提高生產(chǎn)效益。無(wú)論是從機(jī)械制造業(yè)未來(lái)發(fā)展角度考慮，還是制造企業(yè)的效益提升角度分析，柔性自動(dòng)化技術(shù)都將成為機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)的主流模式。
2.3智能自動(dòng)化技術(shù)
智能自動(dòng)化技術(shù)即智能華機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)，其是在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展支持下，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)行為地模擬，從而替代人類(lèi)去進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)操作及相關(guān)行為。從表面上看智能自動(dòng)化技術(shù)與柔性自動(dòng)化技術(shù)有一定的共同性，但智能自動(dòng)化技術(shù)要比柔性自動(dòng)化技術(shù)更高級(jí)，相比于柔性自動(dòng)化技術(shù)而言，智能自動(dòng)化技術(shù)能夠通過(guò)對(duì)人類(lèi)行為地模仿，來(lái)提高自身的工作能力，并對(duì)生產(chǎn)行為產(chǎn)生一定的判斷力，這是柔性自動(dòng)化技術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)。智能自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)備制造中的應(yīng)用，能夠更進(jìn)一步提升機(jī)械制造行為的準(zhǔn)確性，并保證這一行為能夠始終保持在一個(gè)高水平狀態(tài)之上。需要注意的是由于智能自動(dòng)化技術(shù)需要人工操作來(lái)作為主觀工作支持，因此要經(jīng)常對(duì)智能自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行維護(hù)，以確保智能自動(dòng)化技術(shù)的良好工作狀態(tài)。
3注意事項(xiàng)
雖然機(jī)電自動(dòng)化在機(jī)械制造中展現(xiàn)出了多方面的優(yōu)勢(shì)，但針對(duì)當(dāng)前的機(jī)電自動(dòng)化水平來(lái)看，其仍存在諸多不足，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要做好以下幾方面的控制：（1）規(guī)范應(yīng)用流程。機(jī)電自動(dòng)化在為機(jī)械制造提供支持是建立起機(jī)電自動(dòng)化設(shè)備、系統(tǒng)軟件的規(guī)范安裝與應(yīng)用前提下的，為此企業(yè)必須要嚴(yán)格按照機(jī)電自動(dòng)化要求進(jìn)行工作，避免操作不當(dāng)而為企業(yè)帶來(lái)不必要的損失；（2）做好質(zhì)量控制。機(jī)電自動(dòng)化在機(jī)械制造當(dāng)中的應(yīng)用，確實(shí)能夠?yàn)闄C(jī)械制造帶來(lái)重要幫助，但企業(yè)必須要保證其所制造出來(lái)的機(jī)械設(shè)備質(zhì)量符合質(zhì)檢與應(yīng)用要求，否則機(jī)電自動(dòng)化為工程機(jī)械制造帶來(lái)的進(jìn)步意義都是空談。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。
一、機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱(chēng)。
機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門(mén)有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。
二、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展
在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體。機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：
(1).20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱(chēng)為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。
由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。
(2).20世紀(jì)70-80年代為第二階段，可稱(chēng)為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。
(3).20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專(zhuān)院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有相當(dāng)差距。 轉(zhuǎn)貼于 中國(guó)論文下載中心
四、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴(lài)并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：
1.智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。
2.模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(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)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情
3.網(wǎng)絡(luò)化
網(wǎng)絡(luò)化由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。
4.微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱(chēng)其為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。
1機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱(chēng)。
機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門(mén)有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等。也就是說(shuō)，機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2 機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：（1）20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱(chēng)為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。（2）20世紀(jì)70-80年代為第二階段，可稱(chēng)為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。（3）20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專(zhuān)院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有相當(dāng)差距。
3 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴(lài)并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：
3．1 智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。 轉(zhuǎn)貼于
3．2 模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(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)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。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)械裝置等。有了這些標(biāo)準(zhǔn)單元就可迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到以上目的，還需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便于各部件、單元的匹配。
3．3 網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè)。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3．4 微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱(chēng)其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)。
3．5 環(huán)?；?/p>
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。
3．6 系統(tǒng)化
未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等，顯得越來(lái)越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化；另一層是模仿生物機(jī)理，研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)而研制出來(lái)的。
綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來(lái)越光明。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。
1機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱(chēng)。
機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門(mén)有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等。也就是說(shuō)，機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：（1）20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱(chēng)為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。（2）20世紀(jì)70-80年代為第二階段，可稱(chēng)為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。（3）20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專(zhuān)院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有相當(dāng)差距。
3機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴(lài)并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：
3．1智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。3．2模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(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)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。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)械裝置等。有了這些標(biāo)準(zhǔn)單元就可迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到以上目的，還需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便于各部件、單元的匹配。
3．3網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(homenet)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè)。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3．4微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱(chēng)其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)。
3．5環(huán)?；?/p>
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。
3．6系統(tǒng)化
未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等，顯得越來(lái)越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化；另一層是模仿生物機(jī)理，研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)而研制出來(lái)的。
綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來(lái)越光明。
論文
制造業(yè)是現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個(gè)國(guó)家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個(gè)國(guó)家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的功能一般占60%左右。專(zhuān)家認(rèn)為，世界上各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，主要是制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。其競(jìng)爭(zhēng)能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率上。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場(chǎng)環(huán)境的不斷變化，這種競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，因而各國(guó)政府都非常重視對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的探究。
1當(dāng)前制造科學(xué)要解決的新問(wèn)題
當(dāng)前制造科學(xué)要解決的新問(wèn)題主要集中在以下幾方面摘要：
（1）制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)靈敏性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等多學(xué)科的探究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運(yùn)行機(jī)制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運(yùn)行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對(duì)制造企業(yè)的靈敏性和對(duì)需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對(duì)制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動(dòng)態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來(lái)越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。
（2）為支持快速靈敏制造，幾何知識(shí)的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造的關(guān)鍵新問(wèn)題。例如在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測(cè)量(CMM)和機(jī)器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實(shí)空間(3-RealSpace)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計(jì)和分析等新問(wèn)題，非凡是其中的幾何表示、幾何計(jì)算和幾何推理新問(wèn)題；在測(cè)量和機(jī)器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間
(配置空間ConfigurationSpace)的幾何計(jì)算和幾何推理新問(wèn)題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機(jī)器人多指抓取規(guī)劃、裝配運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(ScrewSpace)進(jìn)行幾何推理。制造過(guò)程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化探究形成了制造科學(xué)中幾何計(jì)算和幾何推理等多方面的探究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門(mén)新學(xué)科--計(jì)算機(jī)幾何正在受到日益廣泛和深入的探究。
（3）在現(xiàn)代制造過(guò)程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動(dòng)因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成和融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識(shí)庫(kù)管理等方面，都還有待進(jìn)一步突破。
（4）各種人工智能工具和計(jì)算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了制造智能的發(fā)展。一類(lèi)基于生物進(jìn)化算法的計(jì)算智能工具，在包括調(diào)度新問(wèn)題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來(lái)越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化新問(wèn)題時(shí)的求解速度和求解精度方面雙雙突破新問(wèn)題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在摘要：智能調(diào)度、智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。
這些新問(wèn)題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論新問(wèn)題，也是制造由一門(mén)技藝上升為一門(mén)科學(xué)的重要基礎(chǔ)性新問(wèn)題。這些新問(wèn)題的重點(diǎn)突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)探究體系。
2現(xiàn)代機(jī)械工程的前沿科學(xué)
不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對(duì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)新問(wèn)題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時(shí)域、領(lǐng)域和動(dòng)態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實(shí)際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)新問(wèn)題。
超聲電機(jī)、超高速切削、綠色設(shè)計(jì)和制造等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)做了大量的探究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機(jī)械科學(xué)新問(wèn)題還不明朗。大型復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機(jī)器人及其動(dòng)力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過(guò)程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測(cè)量及儀器、并聯(lián)軸機(jī)床、微型機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外雖然已做了不少探究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)新問(wèn)題有待解決。
信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，和以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機(jī)械和納米制造科學(xué)、仿生氣械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會(huì)是21世紀(jì)機(jī)械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。
2．1制造科學(xué)和信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)
機(jī)電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價(jià)值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過(guò)程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對(duì)制造技術(shù)開(kāi)始探索產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的信息本質(zhì)，另一方面對(duì)制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對(duì)制造過(guò)程和制造系統(tǒng)熟悉的加深，探究者們正試圖以全新的概念和方式對(duì)其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。
和制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要探究方向和內(nèi)容摘要：
(1)制造信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識(shí)和決策轉(zhuǎn)化。
(2)非符號(hào)信息的表達(dá)、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計(jì)和制造、制造過(guò)程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)新問(wèn)題。
這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。
2．2微機(jī)械及其制造技術(shù)探究
微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過(guò)系統(tǒng)的微型化、集成化來(lái)探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類(lèi)產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級(jí)的提高器件和系統(tǒng)的功能密度、信息密度和互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)無(wú)法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以?shī)A起一個(gè)紅細(xì)胞；制造出3mm大小能夠開(kāi)動(dòng)的小汽車(chē)；可以在磁場(chǎng)中飛行的像蝴蝶大小的飛機(jī)等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
微機(jī)械是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機(jī)械的設(shè)想，1962年第一個(gè)硅微型壓力傳感器問(wèn)世。1987年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120μm的硅微型靜電電動(dòng)機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動(dòng)結(jié)構(gòu)并和集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機(jī)械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21世紀(jì)對(duì)世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。近10年來(lái)，微機(jī)械的發(fā)展令人矚目。其特征如下摘要：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)探究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實(shí)的和潛在的應(yīng)用價(jià)值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，非凡是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機(jī)電系統(tǒng)的探究需要多學(xué)科交叉的探究隊(duì)伍，微型機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿探究領(lǐng)域，涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。
目前對(duì)微觀條件下的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，微小構(gòu)件的物理特性和載荷功能下的力學(xué)行為等尚缺乏充分的熟悉，還沒(méi)有形成基于一定理論基礎(chǔ)之上的微系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和方法，因此只能憑經(jīng)驗(yàn)和試探的方法進(jìn)行探究。微型機(jī)械系統(tǒng)探究中存在的關(guān)鍵科學(xué)新問(wèn)題有微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性和生化特性等。微系統(tǒng)的探究正處于突破的前夜，是亟待深入探究的領(lǐng)域。
2．3材料制備／零件制造一體化和加工新技術(shù)基礎(chǔ)
材料是人類(lèi)進(jìn)步的里程碑，是制造業(yè)和高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。每一種重要新材料的成功制備和應(yīng)用，都會(huì)推進(jìn)物質(zhì)文明，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和軍事實(shí)力的增強(qiáng)。21世紀(jì)中，世界將由資源消耗型的工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定量化、數(shù)字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實(shí)現(xiàn)二者一體化、集成化。材料和零件的數(shù)字化設(shè)計(jì)和擬實(shí)仿真優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)材料和零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造及二者一體化、集成化制造的關(guān)鍵。一方面，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成擬實(shí)仿真優(yōu)化后可以減少材料制備和零件制造過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實(shí)現(xiàn)材料和零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，探究材料和零件的設(shè)計(jì)形式。進(jìn)而結(jié)合傳統(tǒng)的去除材料式制造技術(shù)、增加材料式覆層技術(shù)等，探究多種材料組分的復(fù)合成形工藝技術(shù)。形成材料和零件的數(shù)字化制造理論、技術(shù)和方法，如快速成形技術(shù)采用材料逐漸增長(zhǎng)的原理，突破了傳統(tǒng)的去材法和變形法機(jī)械加工的許多限制，加工過(guò)程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復(fù)雜外形又具有一定功能的三維實(shí)體模型或零件。
2．4機(jī)械仿生制造
21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，機(jī)械科學(xué)和生命科學(xué)的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結(jié)構(gòu))，開(kāi)發(fā)出新工藝(如生長(zhǎng)成形工藝)和開(kāi)辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。這是一個(gè)極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。
地球上的生物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類(lèi)制造活動(dòng)中的各種難題提供了范例和指南。從生命現(xiàn)象中學(xué)習(xí)組織和運(yùn)行復(fù)雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模擬生物器官的自組織、自愈合、自增長(zhǎng)和自進(jìn)化等功能結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的一種制造系統(tǒng)和制造過(guò)程。假如說(shuō)制造過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化延伸了人類(lèi)的體力，智能化延伸了人類(lèi)的智力，那么，"仿生制造"則可以說(shuō)延伸了人類(lèi)自身的組織結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過(guò)程。
仿生制造所涉及的科學(xué)新問(wèn)題是生物的"自組織"機(jī)制及其在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用新問(wèn)題。所謂"自組織"是指一個(gè)系統(tǒng)在其內(nèi)在機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下，在組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式上不斷自我完善、從而提高對(duì)于環(huán)境適應(yīng)能力的過(guò)程。仿生制造的"自組織"機(jī)制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)、制造工藝規(guī)程的自動(dòng)生成、生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動(dòng)趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件。
仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的"遠(yuǎn)緣雜交"，它將對(duì)21世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。
仿生制造的探究?jī)?nèi)容目前有兩個(gè)方面摘要：
2．4．1面向生命的仿生制造
探究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細(xì)胞自動(dòng)機(jī)、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式以及生物的進(jìn)化和趨優(yōu)機(jī)制等；
2．4．2面向制造的仿生制造
探究仿生制造系統(tǒng)的自組織機(jī)制和方法，例如摘要：基于充分信息共享的仿生設(shè)計(jì)原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進(jìn)化機(jī)制的尋優(yōu)策略；探究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)，例如摘要：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過(guò)程的復(fù)雜度計(jì)量方法。
機(jī)械仿生和仿生制造是機(jī)械科學(xué)和生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其探究?jī)?nèi)容包括生長(zhǎng)成形工藝、仿生設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)、智能仿生氣械和生物成形制造等。目前所做的探究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)探究的特征，假如抓住機(jī)遇探究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的探究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及和生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。3現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨向
20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界各國(guó)都把制造技術(shù)的探究和開(kāi)發(fā)作為國(guó)家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，如美國(guó)的先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃AMTP、日本的智能制造技術(shù)（IMS）國(guó)際合作計(jì)劃、韓國(guó)的高級(jí)現(xiàn)代技術(shù)國(guó)家計(jì)劃(G--7)、德國(guó)的制造2000計(jì)劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計(jì)劃。
隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)需求個(gè)性化和多樣化，未來(lái)現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的總趨向是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發(fā)展。
當(dāng)前現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨向大致有以下九個(gè)方面摘要：
(1)信息技術(shù)、管理技術(shù)和工藝技術(shù)緊密結(jié)合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式會(huì)獲得不斷發(fā)展。
(2)設(shè)計(jì)技術(shù)和手段更現(xiàn)代化。
(3)成型及制造技術(shù)精密化、制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)低能耗。
(4)新型特種加工方法的形成。
(5)開(kāi)發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備。
(6)加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。
本文在安全跟車(chē)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)構(gòu)成，并給出了初步的設(shè)計(jì)方案。對(duì)車(chē)載測(cè)距技術(shù)進(jìn)行了綜合比較，確定系統(tǒng)采用毫米波多普勒雷達(dá)傳感器、超聲波傳感器和紅外線傳感器分別對(duì)前、后和側(cè)向車(chē)間距離、兩車(chē)相對(duì)速度和角度進(jìn)行測(cè)量；在結(jié)合各種防碰原理的基礎(chǔ)上，把系統(tǒng)分為主控單元子系統(tǒng)、測(cè)距子系統(tǒng)、信息采集單元子系統(tǒng)和顯示-聲光報(bào)警子系統(tǒng)四個(gè)部分，并確定了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需要的關(guān)鍵技術(shù);在安全距離的基礎(chǔ)上，對(duì)主控單元子系統(tǒng)和測(cè)距子系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)，解決了系統(tǒng)功能所需要的關(guān)鍵技術(shù)。
車(chē)輛防撞技術(shù)作為智能運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)子課題，將不斷成熟和完善，防撞系統(tǒng)的應(yīng)用可以縮短車(chē)輛間的安全行車(chē)距離，還可以實(shí)現(xiàn)安全超車(chē)，保證高速運(yùn)行車(chē)輛的安全性，提高公路運(yùn)輸效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。
關(guān)鍵詞：防撞預(yù)警；雷達(dá)；超聲波；紅外線；傳感器
英文摘要
Thetrafficsafetyconditionisbecomingmoreandmoreseriousinrecentyears,thestatisticshowsthatamongtheaccidentofhighwaytheRear-endCollisionandSideCollisionarefrequent.Ifthedriverscanbeinformedbeforetheaccidentstakeplace,thesafetylevelwillbeimprovedgreatly.Thehighwayvehicleanti-collisionwarningsystemissuchatechniquebasedontheinitiativesecurityofautomobilewhendriving
Basedonthemathematicmodelofautomobilesafefollowingdistance,thehardwareandsoftwareofthesystemarebuilt.Throughanintegratedcomparisonofdetectingtechniques,themillimeterwavefrequencymodulatedpulse-Dopplerradar、Ultrasonicsensorandinfraredsensorarechosen,whichcanmeasurethelengthwaysdistanceandtransversedistance,relativevelocityoftwovehiclesandazimuthatthesametime.Basedonreferencevarioustheoriesofanti-collisionwarningsystem,thesystemincludesfoursub-systems:themaincontrolunitofsub-system,measuringdistanceofsub-system,informationunitofsub-systemandmonitor,sound&lightalarmofsub-system.Basedonit,thekeytechnologiesinvolvedinthesystemaredetermined.Basedonthesafetydistancemodel,thesoftwareandhardwareofthemaincontrolunitofsub-systemandmeasuringdistanceofsub-systemaredesigned,thekeytechnologiesissolved.
Vehicleanti-collisiontechniqueassub-itemofIntelligentTransportSystemwillgrowupandbeperfectinfuture.Itwillshortenthesafespacebetweencarheads,actualizethesafeovertakingandguaranteevehiclesafety,soitwillhelptoincreasetransportefficiencyandkeepeconomicfastgrowth.
Keyword:anti-collisionwarningsystem;radar;ultrasonic;infrared;sensor
1.1選題意義和背景
汽車(chē)業(yè)與電子業(yè)是世界工業(yè)的兩大金字塔，隨著汽車(chē)工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代汽車(chē)上，電子技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越來(lái)廣泛，汽車(chē)電子化的程度越來(lái)越高。汽車(chē)電子技術(shù)是汽車(chē)技術(shù)與電子技術(shù)想結(jié)合的產(chǎn)物。汽車(chē)上的電器與電子控制系統(tǒng)在汽車(chē)技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化階段的今天，地位極為重要，正在汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的分支學(xué)科，其性能的優(yōu)劣直接影響到汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、排放干凈、及舒適性等。電子控制技術(shù)在汽車(chē)上，首先應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗控制與排放進(jìn)化與排放控制，接著被應(yīng)用于底盤(pán)部分的控制，以提高行駛的穩(wěn)定性、安全性、與舒適性等。隨著交通運(yùn)輸向高密度發(fā)展，電子控制技術(shù)又進(jìn)一步應(yīng)用于汽車(chē)的乘坐安全性和導(dǎo)航等方面。
電子技術(shù)在汽車(chē)安全控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了增強(qiáng)汽車(chē)的安全、舒適和方便。應(yīng)用的電子技術(shù)主要有：電子控制安全氣囊，智能記錄儀，雷達(dá)式距離報(bào)警器，中央控制門(mén)鎖，自動(dòng)空調(diào)，自動(dòng)車(chē)窗、車(chē)門(mén)、座椅、刮水器，車(chē)燈控制，電源控制以及充電器等。近年來(lái)汽車(chē)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，主動(dòng)式汽車(chē)防撞系統(tǒng)，汽車(chē)監(jiān)測(cè)和自診斷系統(tǒng)以及汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。
在過(guò)去20~30年中，人們主要把精力集中于汽車(chē)的被動(dòng)安全性方面，例如，在汽車(chē)的前部或后部安裝保險(xiǎn)杠、在汽車(chē)外殼四周安裝某種彈性材料、在車(chē)內(nèi)相關(guān)部位安裝各種形式的安全帶及安全氣囊等等，以減輕汽車(chē)碰撞帶來(lái)的危害。安裝防撞保險(xiǎn)杠固然能在某種程度上減輕碰撞給本車(chē)造成損壞，卻無(wú)法消除對(duì)被撞物體的傷害；此外，車(chē)上安裝的安全氣囊系統(tǒng)，在發(fā)生車(chē)禍時(shí)不一定能有效地保護(hù)車(chē)內(nèi)乘務(wù)員的安全。所有這些被動(dòng)安全措施都不能從根本上解決汽車(chē)在行駛中發(fā)生碰撞造成的問(wèn)題。如果從預(yù)防撞車(chē)事故的發(fā)生的角度著眼，在提高汽車(chē)主動(dòng)安全性方面下功夫，則可在汽車(chē)安全性領(lǐng)域有較大的突破。
汽車(chē)發(fā)生碰撞的主要原因是由于汽車(chē)距其前方物體（如汽車(chē)、行人或其他障礙物）的距離與汽車(chē)本身的車(chē)速不相稱(chēng)造成的，即距離近而相對(duì)速度又太高。為了防止汽車(chē)與前方物體發(fā)生碰撞，汽車(chē)的車(chē)速就要根據(jù)與前方物體的距離變化由執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使汽車(chē)始終在安全車(chē)速下行駛。這樣就會(huì)大大提高汽車(chē)行駛的安全性，減少車(chē)禍的發(fā)生。
發(fā)展汽車(chē)防撞技術(shù)，對(duì)提高汽車(chē)智能化水平有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)境況時(shí)，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關(guān)事故的50%，迎面撞車(chē)事故的60%;1秒鐘的預(yù)警時(shí)間可防止90%的追尾碰撞和60%的迎頭碰撞。理論上，汽車(chē)防撞裝置可在任何天氣、任何車(chē)速狀態(tài)下探測(cè)出將要發(fā)生的危險(xiǎn)情況并及時(shí)提醒司機(jī)及早采取措施或自動(dòng)緊急制動(dòng)，避免嚴(yán)重事故發(fā)生。汽車(chē)防撞裝置是借助于遙測(cè)技術(shù)監(jiān)視汽車(chē)前方和后方的車(chē)輛、障礙物，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的車(chē)速自動(dòng)判斷是否達(dá)到危險(xiǎn)距離，及時(shí)向司機(jī)發(fā)出警告，必要時(shí)還可進(jìn)行自動(dòng)關(guān)車(chē)、自動(dòng)緊急剎車(chē)。
汽車(chē)要避撞就必須憑借一定的裝備測(cè)量前方障礙物的距離，并迅速反饋給汽車(chē)，以在危急的情況下，通過(guò)報(bào)警或自動(dòng)進(jìn)行某項(xiàng)預(yù)設(shè)定操作如緊急制動(dòng)等，來(lái)避免由于駕駛員疲勞、疏忽、錯(cuò)誤判斷所造成的交通事故。目前，大家都將防撞技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)著眼于車(chē)輛測(cè)距技術(shù)。
1.2國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀
鑒于交通事故的不可預(yù)測(cè)性和不可絕對(duì)避免性，為了減少交通故，優(yōu)化交通秩序，利用計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)來(lái)提高道路交通安全和效率已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。二十世紀(jì)八十年代以后展開(kāi)的關(guān)于智能交通系統(tǒng)的研究，被認(rèn)為是解決各種交通問(wèn)題的一個(gè)很好的途徑。智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)有效地應(yīng)用于整個(gè)運(yùn)輸管理體系，使人、車(chē)、路環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而建立一個(gè)全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)輸綜合管理系統(tǒng)。其中智能車(chē)輛系統(tǒng)涉及到計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感器數(shù)據(jù)融合、車(chē)輛工程等諸多領(lǐng)域。視覺(jué)系統(tǒng)在智能車(chē)輛中起到環(huán)境探測(cè)和辨識(shí)作用。與其他傳感器相比，機(jī)器視覺(jué)具有檢測(cè)信息量大，單純以當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)條件出發(fā)解決，容易導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差。在實(shí)際應(yīng)用中可使用多個(gè)攝像機(jī)，或者利用高速攝像機(jī)的多幅連續(xù)圖像序列來(lái)計(jì)算目標(biāo)的距離和速度。還可根據(jù)一個(gè)攝像機(jī)的連續(xù)畫(huà)面來(lái)計(jì)算車(chē)輛與目標(biāo)的相對(duì)位移，并用自適應(yīng)濾波對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以減少環(huán)境的不穩(wěn)定性造成的測(cè)量誤差。在智能車(chē)輛領(lǐng)域，除視覺(jué)傳感外，常用的還有雷達(dá)、激光、GPS等傳感器。
利用信息感知、動(dòng)態(tài)辨識(shí)、控制技術(shù)與方法提高的主動(dòng)安全性，是先進(jìn)汽車(chē)控制與安全系統(tǒng)（AVCSS）的主要研究?jī)?nèi)容.世界各大汽車(chē)公司、大學(xué)在政府的支持下，都在開(kāi)展這方面的研究與開(kāi)發(fā)工作。日本各大汽車(chē)制造企業(yè)如豐田、日產(chǎn)、馬、本田、三菱等公司，為實(shí)現(xiàn)其運(yùn)輸省提出的發(fā)展"先進(jìn)的安全汽車(chē)(ASV)計(jì)劃"致力于新型安全汽車(chē)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，并取得了重要的進(jìn)展。豐田汽車(chē)公司使用毫米波雷達(dá)和CCD攝像機(jī)對(duì)本車(chē)的距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)兩車(chē)距離小于規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出直觀報(bào)警信號(hào)提醒本車(chē)駕駛員。日產(chǎn)汽車(chē)公司使用緊急制動(dòng)勸告系統(tǒng)，利用先進(jìn)的車(chē)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)跟車(chē)距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)需要減速或制動(dòng)時(shí)，用制動(dòng)燈亮來(lái)提醒駕駛員，并及時(shí)監(jiān)測(cè)駕駛員操縱駕駛踏板的踏踩狀態(tài)，必要時(shí)使汽車(chē)的自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)前起作用降低車(chē)速，在最危險(xiǎn)時(shí)刻自動(dòng)制動(dòng)。本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達(dá)傳感器，即使車(chē)輛在彎道行使也能檢測(cè)到本車(chē)與前方汽車(chē)或障礙物的距離降到規(guī)定值時(shí)，駕駛員仍未及時(shí)采取相應(yīng)措施，便發(fā)出警告信號(hào)。三菱和日立公司在毫米波雷達(dá)防撞方面也做了大量的研究，其雷達(dá)中心頻率主要選擇60~61GHz或76~77GHz,探測(cè)距離為120米，尼桑公司為41LV-Z配備了自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用毫米波雷達(dá)作為探測(cè)器，為巡航駕駛提供了判斷依據(jù)。
德國(guó)和法國(guó)等歐洲國(guó)家也對(duì)毫米波雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行了研究，特別是奔馳、寶馬等著名汽車(chē)生產(chǎn)廠商，其采用的雷達(dá)為調(diào)頻毫米波雷達(dá)（FrequencyModulationContinuousWave）,頻段選擇76~77GHz。如奔馳汽車(chē)公司和英國(guó)勞倫斯電子公司聯(lián)合研制的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)，探測(cè)距離為150米，當(dāng)測(cè)得的實(shí)際車(chē)間距離小于安全車(chē)間距離時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。該系統(tǒng)已經(jīng)得到應(yīng)用。
美國(guó)的汽車(chē)防碰撞技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)，福特汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的汽車(chē)防碰撞系統(tǒng)的工作頻率為24.725GHz,探測(cè)距離約106米。據(jù)說(shuō)該系統(tǒng)理論上能根據(jù)轉(zhuǎn)彎的角度信息自動(dòng)適應(yīng)路面的轉(zhuǎn)彎情況，僅探測(cè)本車(chē)道內(nèi)車(chē)輛的信息，從而可避免旁車(chē)道上目標(biāo)物的影響。戴姆勒-克萊斯勒公司的防撞結(jié)構(gòu)主要是兩個(gè)測(cè)距儀和一個(gè)影像系統(tǒng)，她能夠測(cè)出安全距離，發(fā)現(xiàn)前方有障礙物，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)引發(fā)制動(dòng)裝置。戴姆勒-克萊斯勒公司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，車(chē)速以每小時(shí)32.18公里/小時(shí)的速度行駛，在距離障礙物2.54cm的地方停下來(lái)。
我國(guó)汽車(chē)防碰撞系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距，近幾年相繼有一些科研院所、大專(zhuān)院校和公司廠家進(jìn)行此方面的研究。近距離報(bào)警如倒車(chē)?yán)走_(dá)現(xiàn)已蓬勃地車(chē)輛上安裝使用，但國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的中遠(yuǎn)距離測(cè)量普遍達(dá)不到要求，表現(xiàn)在最遠(yuǎn)測(cè)距距離近，測(cè)距誤差大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不滿足高速公路的安全車(chē)距離要求，需進(jìn)一步研究。
本課題，不是直接測(cè)量距離，而是從測(cè)量車(chē)與車(chē)之間相對(duì)速度的角度出發(fā)，研究利用雷達(dá)激光測(cè)距、超聲波測(cè)速及其它相關(guān)技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)高速行駛車(chē)輛的后碰及側(cè)碰問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，從而避免事故發(fā)生。
本次研究主要針對(duì)汽車(chē)防撞系統(tǒng)，對(duì)前面開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)性能進(jìn)行了改進(jìn)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
1.汽車(chē)縱向防撞系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
完成汽車(chē)防撞系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，把整個(gè)系統(tǒng)劃分成四個(gè)分工不同的子系統(tǒng)，并確定實(shí)現(xiàn)總體方案所需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。
2.汽車(chē)防撞安全距離模型的確定
結(jié)合系統(tǒng)的技術(shù)要求和車(chē)輛的行駛情況，對(duì)課題組以前提出的安全距離跟車(chē)模型進(jìn)行了改進(jìn)，使其具有更好的可靠性和實(shí)用性，對(duì)模型中的個(gè)別參數(shù)進(jìn)行重新選取，使模型及模型的參數(shù)選取更加合理。
3.進(jìn)行汽車(chē)防撞系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)并解決關(guān)鍵技術(shù)
在以前研究的基礎(chǔ)上，重新對(duì)汽車(chē)防撞系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，并且電路中硬件器件全部采用貼片封閉形式，提高硬件系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。本論文中著重論述了主控單元子系統(tǒng)和雷達(dá)工作數(shù)據(jù)發(fā)送單元的硬件設(shè)計(jì)，解決了汽車(chē)防撞系統(tǒng)中的雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)這一關(guān)鍵技術(shù)，使該課題的研究從模擬實(shí)驗(yàn)階段過(guò)渡到實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)階段。
4.按照系統(tǒng)的功能需求，制定了各子系統(tǒng)之間通訊的通訊規(guī)約，并用MCS-51匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主控單元子系統(tǒng)軟件和雷達(dá)測(cè)距子系統(tǒng)中雷達(dá)通訊數(shù)據(jù)發(fā)送單元軟件。
5.在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)裝車(chē)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)所要求的各種性能。
1.3本文的主要工作和內(nèi)容安排
本文在第一章緒論中闡述了汽車(chē)防撞技術(shù)產(chǎn)生的背景及現(xiàn)實(shí)意義，主要研究?jī)?nèi)容并對(duì)現(xiàn)有的防撞技術(shù)進(jìn)行了歸納和總結(jié)，進(jìn)而提出本課題的研究思路和新穎所在;第二章主要闡述了測(cè)距傳感器的選擇，并且確定了三種測(cè)距方法；第三章進(jìn)行了報(bào)警系統(tǒng)防撞模型的建立;第四章進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;第五章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，第六章為結(jié)論與展望。
目錄
第一章緒論1
1.1選題意義和背景1
1.2國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀2
1.3本文的主要工作和內(nèi)容安排5
第二章幾種測(cè)距方式的比較和選擇6
2.1激光方式7
2.2超聲波方式8
2.3紅外線方式9
第三章系統(tǒng)模型的建立10
3.1追尾防撞模型的建立10
3.1.1模型建立的理論依據(jù)10
3.1.2模型的建立12
3.1.3模型的討論17
3.1.4模型參數(shù)的討論18
3.2超車(chē)側(cè)向防撞模型的建立19
3.2.1模型的建立19
3.2.2模型參數(shù)的選擇26
3.2.3模型的最小轉(zhuǎn)角與最大轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)分析28
第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)30
4.1單片機(jī)的性能特點(diǎn)30
4.1.1單片機(jī)的選擇30
4.1.2MCS-51單片機(jī)的主要性能31
4.1.3單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求31
4.2追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32
4.2.1測(cè)量距離通道的設(shè)計(jì)32
4.2.2測(cè)速通道的設(shè)計(jì)33
4.2.3開(kāi)關(guān)量輸入通道的設(shè)計(jì)34
4.2.4轉(zhuǎn)向、油門(mén)、制動(dòng)信號(hào)的采集35
4.2.5聲光報(bào)警的設(shè)計(jì)36
4.2.6顯示裝置的設(shè)計(jì)39
4.2.7電源設(shè)計(jì)43
4.2.8電路板的電源保護(hù)裝置和電源的抗干擾的設(shè)計(jì)44
4.2.9"看門(mén)狗"電路的設(shè)計(jì)44
4.3系統(tǒng)主要傳感器47
4.3.1毫米波雷達(dá)傳感器48
4.3.2超聲波傳感器53
4.3.3紅外線傳感器55
4.3.4霍爾車(chē)速傳感器55
4.3.5轉(zhuǎn)向角度傳感器59
4.3.6制動(dòng)踏板傳感器60
4.3.7油門(mén)傳感器61
4.3.8路面狀況選擇開(kāi)關(guān)61
4.4系統(tǒng)總體電路圖64
第五章報(bào)警系統(tǒng)軟件程序的實(shí)現(xiàn)65
5.1系統(tǒng)報(bào)警方式65
5.2程序設(shè)計(jì)思想65
5.3程序的實(shí)現(xiàn)66
第六章結(jié)論與展望71
6.1結(jié)論71
6.2展望71
參考文獻(xiàn)73
附錄76
本論文中雖然對(duì)安全距離模型進(jìn)行了改進(jìn)，但仍需進(jìn)一步改進(jìn)和細(xì)化，采用一定的控制理論和算法，使模型更具有科學(xué)性、可靠性和可操作性。本系統(tǒng)現(xiàn)階段只是就危險(xiǎn)情況實(shí)現(xiàn)了向駕駛員報(bào)警，事實(shí)上由于駕駛員的反應(yīng)性有差異及注意力不集中、疲勞駕駛等因素的存在，有時(shí)未必能及時(shí)采取減速、剎車(chē)等措施，因此系統(tǒng)下一步的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剎車(chē)的功能，使駕駛員的安全更有保障。
（1)本系統(tǒng)只是在理論上討論了汽車(chē)防碰撞的問(wèn)題，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和時(shí)間問(wèn)題還沒(méi)有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
(2)本系統(tǒng)還應(yīng)該進(jìn)一步在復(fù)雜天氣(雨、雪、大霧)，潮濕、冰雪路面上進(jìn)一步測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能。
(3)在本系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)車(chē)輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，使車(chē)輛的舒適性和主動(dòng)安全性得到提高.
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自從航空業(yè)誕生以來(lái)，由飛機(jī)中的FOD所造成的事故或者技術(shù)故障的事件屢屢發(fā)生。從飛機(jī)制造商的角度來(lái)講，F(xiàn)OD在生產(chǎn)制造過(guò)程中的發(fā)生的可能性非常高。飛機(jī)上的FOD是危及其飛行安全的嚴(yán)重隱患，飛機(jī)的組件、部件及整機(jī)內(nèi)不允許有任何FOD的存在。
1 定義
外來(lái)物（Foreign Object Debris），是指不屬于最終產(chǎn)品但卻遺留在其中的外來(lái)物質(zhì)或物件，這些外來(lái)物品都有可能損害或降低產(chǎn)品的性能[1]。外來(lái)物損傷（Foreign Object Damage），任何由外來(lái)物引起的損傷，可以是物理上的損傷也可以是經(jīng)濟(jì)上的損失。外來(lái)物包括：工具，裝配零件，加工鐵屑和裝配過(guò)程中的外來(lái)物（例如在裝配，運(yùn)輸和包裝時(shí)使用的任何消耗品）。其他潛在的FOD包括個(gè)人物品，如食品和飲料、硬幣、珠寶首飾、鈕扣、鉛筆、回形針、手機(jī)、打火機(jī)等。
2 FOD溝通和意識(shí)[2]
導(dǎo)致FOD的原因有兩種：一是FOD培訓(xùn)不到位，對(duì)FOD的危害認(rèn)識(shí)不足，工作人員缺乏防范意識(shí)；二是激勵(lì)約束機(jī)制不健全，認(rèn)為移除FOD不是自己工作，不愿主動(dòng)承擔(dān)。所以，有關(guān)FOD的培訓(xùn)和管理制度是必不可少的。
2.1 培訓(xùn)
裝配人員應(yīng)經(jīng)過(guò)有關(guān)FOD預(yù)防和管理培訓(xùn)，才能進(jìn)行工作。FOD培訓(xùn)的主要目標(biāo)是增加員工對(duì)FOD的發(fā)生的原因和影響的了解，提高FOD預(yù)防意識(shí)。
培訓(xùn)內(nèi)容包括兩個(gè)部分：（1）基礎(chǔ)培訓(xùn)：FOD預(yù)防的基礎(chǔ)知識(shí)；（2）周期培訓(xùn)：定期檢討及更新，以吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。培訓(xùn)人員包括：運(yùn)營(yíng)和質(zhì)量工作人員，包括管理人員，支持（即制造部門(mén)，物流，供應(yīng)商），其他人員（如采購(gòu)，客戶服務(wù)）。
2.2 FOD意識(shí)
（1）管理層參與：管理層必須支持和負(fù)責(zé)FOD預(yù)防計(jì)劃并參與其實(shí)施，并提醒員工，F(xiàn)OD將最終影響飛機(jī)的安全。保證新員工在參加完FOD預(yù)防培訓(xùn)課程之后，才能允許他們開(kāi)始工作。參觀者或與裝配不相關(guān)的人員禁止進(jìn)入工作區(qū)域。如圖1，在工作區(qū)域周?chē)O(shè)置警戒圍欄。
管理層應(yīng)該支持和鼓勵(lì)員工報(bào)告發(fā)現(xiàn)的FOD或缺失的工具（即使是員工自己的過(guò)失）。解釋“錯(cuò)誤”和“違反”區(qū)別。員工丟失工具是一個(gè)錯(cuò)誤；但不報(bào)告這個(gè)錯(cuò)誤是違反規(guī)定的行為，則將被認(rèn)為是一個(gè)事故。
（2）員工意識(shí)：提高員工關(guān)于FOD產(chǎn)生的前因后果的意識(shí)，提醒預(yù)防避免FOD要求，促進(jìn)所有員工通過(guò)指定的標(biāo)準(zhǔn)和良好的做法的實(shí)施積極參與。在工作區(qū)域里，應(yīng)該有可視化的警示，如FOD標(biāo)識(shí)、地面標(biāo)記、警戒圍欄、海報(bào)等[4]。
人的因素方面，管理的附著力和員工的意識(shí)是防止FOD的關(guān)鍵因素。
2.3 整理整潔
整理整潔和“隨手清潔”，這些工作旨在保持工作區(qū)域干凈整潔[3]，提高產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)建一個(gè)安全的和更令人滿意的工作環(huán)境，把多余物從工作場(chǎng)所移除。要求工作完成后立即清掃工作區(qū)域，每次轉(zhuǎn)移位置或當(dāng)工作停止時(shí)，清掃工作區(qū)域，當(dāng)工作碎片有轉(zhuǎn)移到看不見(jiàn)或難以到達(dá)的區(qū)域時(shí)，立即清掃。如果員工在工作前需要對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，他應(yīng)該在完成工作后去除防護(hù)材料。
3 預(yù)防和控制方法
3.1 區(qū)域分類(lèi)
FOD預(yù)防和控制適用于每個(gè)工作區(qū)域，F(xiàn)OD潛在的風(fēng)險(xiǎn)取決于兩個(gè)因素：
（1）飛機(jī)制造過(guò)程各個(gè)階段：工裝設(shè)備、部件組裝、飛機(jī)總裝、試飛、交付等；（2）飛機(jī)內(nèi)部空間特性：低可達(dá)性、低能見(jiàn)度、多種干預(yù)措施。
每個(gè)區(qū)域必須被理解為一個(gè)組合：部件裝配、飛機(jī)總裝、飛機(jī)內(nèi)部區(qū)域（例如航電灣，機(jī)翼油箱、貨艙等）。
FOD潛在區(qū)域根據(jù)工作狀況進(jìn)行區(qū)分，如表1。
區(qū)域劃分，讓員工在不同的區(qū)域，對(duì)FOD給予不同的關(guān)注度，避免了不必要的人力、物力的浪費(fèi)。
3.2 工具管理
飛機(jī)裝配制造企業(yè)里面的工具不同于汽車(chē)裝配，不但工具數(shù)量多，而且存在很多特殊的工具。所以工具管理是預(yù)防FOD的一部分，同時(shí)工具管理同時(shí)也是適航檢查的要求。
（1）工具負(fù)責(zé)制：工具分配到站位，由站位單獨(dú)管理，責(zé)任到人。每個(gè)工具柜都有其特定位置，并貼有用特定的地面標(biāo)識(shí)。工具柜有專(zhuān)門(mén)人員負(fù)責(zé)，做好每日的清查。每個(gè)工具應(yīng)標(biāo)有一個(gè)永久的，可讀和可追溯的識(shí)別號(hào)碼[4]。公用工具上應(yīng)該有站位號(hào)和工具號(hào)，個(gè)人工具應(yīng)該有個(gè)人號(hào)和工具號(hào)。
（2）工具檢查：每個(gè)工具箱里面放置影子板[3]，每件工具都有其特定的標(biāo)記和形狀的位置。員工在工作開(kāi)始前和工作結(jié)束后檢查工具時(shí)候就一目了然，假如丟失了工具很容易被發(fā)現(xiàn)，降低了FOD發(fā)生的可能性。
同時(shí)每個(gè)工具箱都附有一個(gè)工具清單，內(nèi)容包括工具的圖片、工具號(hào)、數(shù)量、負(fù)責(zé)人。工具丟失時(shí)，可以根據(jù)工具清單查找丟失工具的詳細(xì)信息。工具箱負(fù)責(zé)人每天都要對(duì)工具進(jìn)行檢查，并確認(rèn)簽字。
（3）工具設(shè)計(jì)：工具設(shè)計(jì)和規(guī)范通過(guò)改進(jìn)檢測(cè)和他們的儲(chǔ)存條件減少工具零件在飛機(jī)里風(fēng)險(xiǎn)。工具規(guī)格，完善的檢測(cè)和存儲(chǔ)，可以降低風(fēng)險(xiǎn)的異物。工具規(guī)格，無(wú)異物必須要考慮。設(shè)計(jì)工具時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)在低能見(jiàn)度和低可使用這些考慮因素。應(yīng)考慮到檢測(cè)工具及零件的可見(jiàn)性/保護(hù)材料。
3.3 硬件管理
（1）保護(hù)裝置：在飛機(jī)的整個(gè)總裝過(guò)程中，包括大部件運(yùn)輸、部件組裝、涂裝、試飛、交付，每個(gè)階段都要注意防護(hù)，以防止FOD的發(fā)生。如圖4（a）是為了預(yù)防大部件在運(yùn)輸時(shí)FOD的進(jìn)入，（b）為前后機(jī)身對(duì)接時(shí)的防護(hù)，防止在對(duì)接時(shí)，鉆孔的鐵屑和使用的消耗品進(jìn)入或破壞已經(jīng)裝配好的部分，如保溫棉、線纜和油管等。
防護(hù)設(shè)備（邊緣保護(hù)、帽、封面、過(guò)濾器）應(yīng)進(jìn)行清潔和保護(hù)以防止意外損壞。一旦安裝完畢，未經(jīng)授權(quán)禁止去除防護(hù)設(shè)備。
（2）零件和消耗品：零件包括螺釘、螺帽、開(kāi)口銷(xiāo)、鉚釘、墊圈等，將他們放到離站位比較近的零件儲(chǔ)存柜里統(tǒng)一管理，按需領(lǐng)取，既方便員工領(lǐng)取，又能降低FOD的發(fā)生。如圖5。
消耗品包括抹布、刷子、毛筆、手套、口罩等，工作前統(tǒng)一領(lǐng)取，使用過(guò)的消耗品集中放入垃圾箱里。
（3）個(gè)人物品：個(gè)人物品，是指員工隨身的物品，如首飾、香煙、打火機(jī)、硬幣、食物等。[6]個(gè)人儲(chǔ)物柜應(yīng)該安放在工作區(qū)域附近，這樣有利于員工取放。員工在工作前應(yīng)該掏空口袋和將他們放到個(gè)人物品的儲(chǔ)物柜中。
3.4 區(qū)域關(guān)閉和最終檢查
區(qū)域關(guān)閉被認(rèn)為是防止FOD最后的機(jī)會(huì)。區(qū)域封閉前，應(yīng)進(jìn)行FOD檢查，并采取擦拭、吸除等檢查FOD的措施[7]；裝配的間歇和裝配完成后，應(yīng)對(duì)飛機(jī)上特殊開(kāi)口進(jìn)行密封保護(hù)。
任何結(jié)構(gòu)在封閉前，都應(yīng)該設(shè)置FOD檢查工序，并提交檢驗(yàn)檢查，確認(rèn)封閉區(qū)域內(nèi)無(wú)FOD后方可封閉工作區(qū)域。如果有任何疑問(wèn)（不能直接看到的東西），要去和區(qū)域的負(fù)責(zé)人討論關(guān)于你的疑問(wèn)。
4 FOD報(bào)告及持續(xù)改善
4.1 FOD報(bào)告
所有已經(jīng)發(fā)生或潛在FOD事故都應(yīng)該報(bào)告和調(diào)查。當(dāng)一個(gè)FOD事故發(fā)生時(shí)，員工應(yīng)立即停止操作，開(kāi)始調(diào)查，判斷原因。同時(shí)，根據(jù)FOD發(fā)生的原因和糾正方法，提供一個(gè)合理的工作方式來(lái)避免類(lèi)似事件的發(fā)生。
FOD事件報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：日期、 部件名稱(chēng)、類(lèi)型、零件序列號(hào)、零件的位置、發(fā)現(xiàn)時(shí)間、發(fā)現(xiàn)人員、怎么樣發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OD的描述（包括分析發(fā)生時(shí)間、分析者、怎樣分析），根本原因、糾正措施、報(bào)告人等。應(yīng)該把報(bào)告的重點(diǎn)放在誰(shuí)來(lái)負(fù)責(zé)FOD的跟蹤和趨勢(shì)分析。同時(shí)也應(yīng)該確保所有受影響的人員都意識(shí)到所在區(qū)域可能發(fā)生的FOD。
4.2 持續(xù)改善
每一次FOD的發(fā)現(xiàn)，都應(yīng)該作為一個(gè)積極的例子，進(jìn)行持續(xù)改善[8]。FOD預(yù)防和管理的目標(biāo)是避免FOD發(fā)生，設(shè)置為管理層和員工提供檢查結(jié)果，問(wèn)題區(qū)域和發(fā)展趨勢(shì)，事件/事故報(bào)告，并反饋進(jìn)展。員工需要獲得特定的信息，工作之前知道哪些是錯(cuò)誤，他們可以預(yù)期改善流程。讓員工知道他們哪些做的是對(duì)的或哪些是不對(duì)的，反饋對(duì)工藝改進(jìn)至關(guān)重要。
5 結(jié)語(yǔ)
FOD的預(yù)防和控制直接關(guān)系到飛機(jī)的質(zhì)量安全，是飛機(jī)制造企業(yè)十分重視的事情。FOD的控制是需要全體員工參與并不斷發(fā)展和完善的工作。隨著員工FOD意識(shí)的提高，檢測(cè)技術(shù)的不斷更新，F(xiàn)OD發(fā)生的幾率將會(huì)大大降低。
參考文獻(xiàn)：
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[3]李大南.航天型號(hào)產(chǎn)品多余物及其預(yù)防和控制標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施檢查[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2006.
[4]府大興，崔春梅，徐正.星載天線總裝集成多余物控制[J].電子機(jī)械工程，2010.
[5]航空制造工程手冊(cè)（第2版）飛機(jī)裝配[M].航空工業(yè)出版社，2010.
