發(fā)展“機電一體化”的思路和對策

主題詞：機電一體化、對策

一、機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢

自電子技術(shù)一問(wèn)世，電子技術(shù)與機械技術(shù)的結合就開(kāi)始了，只是出現了半導體集成電路，尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后，"機電一體化"技術(shù)之后有了明顯進(jìn)展，引起了人們的廣泛注意.

(一)"機電一體化"的發(fā)展歷程

1.數控機床的問(wèn)世，寫(xiě)下了"機電一體化"歷史的第一頁(yè);

2.微電子技術(shù)為"機電一體化''帶來(lái)勃勃生機;

3.可編程序控制器、"電力電子"等的發(fā)展為"機電一體化"提供了堅強基礎;

4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發(fā)展趨勢

1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此，引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，實(shí)現光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn)是能有效地改進(jìn)機電一體化系統的傳感系統、能源(動(dòng)力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢.

2.自律分配系統化——柔性化.未來(lái)的機電一體化產(chǎn)品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個(gè)子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務(wù)，同時(shí)具有本身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點(diǎn)是子系統可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動(dòng)”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個(gè)系統。

3.全息系統化——智能化。今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來(lái)越明顯，智能化水平越來(lái)越高。這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)(尤其是軟件及芯片技術(shù))的發(fā)展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡(jiǎn)單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴(lài)性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時(shí)不穩定，但在動(dòng)態(tài)(工作)時(shí)卻是穩定的。這有點(diǎn)類(lèi)似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時(shí)，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時(shí)，生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領(lǐng)域稱(chēng)為“生物——軟件”或“生物系統”，而生物的特點(diǎn)是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割?？磥?lái)，機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統化發(fā)展趨，但有一段漫長(cháng)的道路要走。

5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，就沒(méi)有必要區分機械部分和控制器了。屆時(shí)機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學(xué)是機電一體化的重要發(fā)展方向。

三、典型的機電一體化產(chǎn)品

機電一體化產(chǎn)品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類(lèi)。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車(chē)電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、CAD／CAM系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專(zhuān)用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產(chǎn)品的技術(shù)現狀、發(fā)展趨勢、市場(chǎng)前景分析從略。

四、北京發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務(wù)

機電一體化工作主要包括兩個(gè)層次：一是用微電子技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)，其目的是節能、節材，提高工效，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把傳統工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步提高一步；二是開(kāi)發(fā)自動(dòng)化、數字化、智能化機電產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。

(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢

1.北京用微電子技術(shù)改造傳統工業(yè)的工作量大而廣，有難度

(1)在700余家北京市屬工業(yè)系統的企業(yè)中，有60%以上的企業(yè)用微電子技術(shù)改造機床設備、工業(yè)窯爐、風(fēng)機電泵、生產(chǎn)過(guò)程的任務(wù)還未完成需要量的一半。

(2)北京工業(yè)系統還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術(shù)進(jìn)行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進(jìn)一步改造。

(3)北京工業(yè)系統尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術(shù)進(jìn)行改造；且610座已改造過(guò)的工業(yè)爐窯也很有進(jìn)一步應用模糊技術(shù)進(jìn)行二次改造的必要。

(4)北京工業(yè)系統CAD應用還有較大差距。目前，北京工業(yè)品設計，CAD應用率僅17%(而美、日等國已超過(guò)85%；國內先進(jìn)地區也超過(guò)了30%)；CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應用工程領(lǐng)導小組指出，“八五”期間大中型企業(yè)要達到35%，中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%；到“九五”時(shí)，按國務(wù)委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。

(5)北京工業(yè)系統共有改造價(jià)值的各種風(fēng)機電泵裝機容量50萬(wàn)千瓦，尚49萬(wàn)多千瓦用變調速技術(shù)進(jìn)行改造的任務(wù)，占總任務(wù)量的99.5%左右。

(6)工業(yè)是全市能源消耗大戶(hù)。1992年，北京工業(yè)系統占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個(gè)能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業(yè)系統萬(wàn)元產(chǎn)值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進(jìn)的工業(yè)化國家高近9倍。因此，北京工業(yè)系統節能降耗的任務(wù)非常重，而電力電子技術(shù)是節能降耗的王牌。

2.北京用機電一體化技術(shù)加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高市場(chǎng)占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業(yè)產(chǎn)品大約有3萬(wàn)種，每年約開(kāi)發(fā)試制新產(chǎn)品3000種，更新周期很長(cháng)。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場(chǎng)變化的需要，影響了北京工業(yè)產(chǎn)品的競爭能力。

1993年，北京市工業(yè)系統生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品約837種，在當年生產(chǎn)的產(chǎn)品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統主要產(chǎn)品約1200種，機電一體化產(chǎn)品不到150種機電一體化產(chǎn)品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統主要產(chǎn)品350種，機電一體化產(chǎn)品210種，機電一體化產(chǎn)品所占比例為60%；輕工系統主要產(chǎn)品總數為649種，機電一體化、智能化產(chǎn)品15種，機電一體化、智能化產(chǎn)品所占比例約2.3%；汽車(chē)工業(yè)總公司系統平均每輛汽車(chē)的總成本為3.5萬(wàn)元，每輛汽車(chē)平均裝用電子產(chǎn)品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進(jìn)水平相差甚遠；與國內先進(jìn)水平相差一半左右。

3.北京用機電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產(chǎn)品的責任重，有意義。在北京工業(yè)系統中，能耗、耗水大戶(hù)，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重，且不少地處城區和近郊區。近年來(lái)北京的工業(yè)結構、產(chǎn)品結構雖然幾經(jīng)調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領(lǐng)導部門(mén)的政出多門(mén)問(wèn)題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問(wèn)題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè)，優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問(wèn)題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)有關(guān)的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低，且具有柔性，可根據市場(chǎng)需要和用戶(hù)反映時(shí)產(chǎn)品結構和生產(chǎn)過(guò)程做必要的調整、改革，而無(wú)須改換設備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時(shí)，可為傳統的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來(lái)新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)，實(shí)現文明生產(chǎn)。

另外，從市場(chǎng)需求的角度看，由于我國研制、開(kāi)發(fā)機電一體化產(chǎn)品的歷史不長(cháng)，差距較大，許多產(chǎn)品的品種、數量、檔次、質(zhì)量都不能滿(mǎn)足需求，每年進(jìn)口量都比較大，因此亟需發(fā)展。

(二)北京“機電一體化”工作的任務(wù)

北京在機電一體化方面的任務(wù)可以概括為兩句話(huà)：一句話(huà)是廣泛深入地用機電一體化技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)；另一句話(huà)是大張旗鼓地開(kāi)發(fā)機電一體化產(chǎn)品，促進(jìn)機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M(jìn)機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為北京產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構調整作貢獻。

1.北京應用機電一體化技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)的工作重點(diǎn)

(1)大力采用模糊技術(shù)，工業(yè)爐窯改造應上新臺階

國內外成功的范例表明，應用模糊技術(shù)改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和PID技術(shù)好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時(shí)要大力推廣應用模糊技術(shù)，到2000年，對應該進(jìn)行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術(shù)等先進(jìn)電子信息技術(shù)改造完畢，其中采用模糊技術(shù)改造要在80%。

(2)積極采用數控技術(shù)，機床高備改造要達新水平

對機床設備的改造重點(diǎn)應放在經(jīng)濟型數控系統的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。

(3)努力推廣變頻調速技術(shù)，風(fēng)機電泵改造要攀新高度

風(fēng)機、電泵采用變頻調速后一般可節電20%以上，效果十分顯著(zhù)。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術(shù)的推廣應用作為重點(diǎn)來(lái)抓。到1995年，應該采用變頻調速技術(shù)改造的風(fēng)機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風(fēng)機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進(jìn)的變頻調速技術(shù)。

(4)優(yōu)先應用CAD／CAM技術(shù)，工業(yè)設計水平提高要有新目標

北京工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業(yè)系統CAD的應用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。

2.北京機電一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的奮斗目標

(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產(chǎn)品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產(chǎn)品的機電一體化率分別達到25%和60%。

(2)單項目標：

·機床數控化率：1995年，產(chǎn)量數控化率達5%，產(chǎn)值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。

·汽車(chē)電子化程度：1995年，平均每輛汽車(chē)上裝用和電子產(chǎn)品的費用不少于1000元，在整車(chē)成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。

·PLC的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間，開(kāi)發(fā)能力要穩居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的PLC生產(chǎn)基地之一。

·“電力電子”開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產(chǎn)技術(shù)和第三代電力電子器件的開(kāi)發(fā)技術(shù)?！熬盼濉逼陂g第三代電力電子器件的生產(chǎn)要形成經(jīng)濟批量。在電力電子產(chǎn)品應用方面，“八五”期間，開(kāi)關(guān)電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產(chǎn)品；交流變頻調速裝置要達到批量生產(chǎn)程度；高頻電子鎮流器要能出口創(chuàng )匯；“九五”，北京要形成一個(gè)具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)、推廣綜合配套能力的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

·模糊控制器的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術(shù)控制器的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)基地，開(kāi)發(fā)出用于工業(yè)爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術(shù)控制系統典型產(chǎn)品來(lái)；交逐步將模糊技術(shù)應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風(fēng)扇等家用電器產(chǎn)品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術(shù)普及率要達到50%以上。

·其它機電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力：微機控制多色印刷機要穩居全國第一；電子醫療儀器的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產(chǎn)量上全國領(lǐng)先；在“八五”期間，以30萬(wàn)千瓦汽輪發(fā)電機組為代表的發(fā)電設備要形成綜合配套能力，打出規模效益來(lái)；數字化、智能化儀器儀表，自動(dòng)化裝置要上品種、上批量……

總之，機電一體化技術(shù)既是振興傳統機電工業(yè)的新鮮血液和源動(dòng)力，又是開(kāi)啟北京機電行業(yè)產(chǎn)品結構、產(chǎn)業(yè)結構調整大門(mén)的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發(fā)展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會(huì )形成一個(gè)銷(xiāo)售額超過(guò)200億元的機電一體化產(chǎn)業(yè)。其中，數控機床、機電一體化印刷系統、新型電子醫療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷(xiāo)售額可超過(guò)150億元；“電力電子”的銷(xiāo)售額可超過(guò)20億元；PLC模糊控制器等銷(xiāo)售額可超過(guò)15億元；汽車(chē)電子化、自動(dòng)化智能化輕工民用電器產(chǎn)品銷(xiāo)售額可超過(guò)25億元。機電一體化產(chǎn)業(yè)不僅是北京高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主力軍，也是機電行業(yè)停工、待產(chǎn)、明虧、潛虧企業(yè)的出路所在。

五、北京發(fā)展“機電一體化”的對策

(一)加強統籌安排，協(xié)調發(fā)展計劃

目前，北京地區從事“機電一體化”研究開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套發(fā)展策略和計是。同時(shí)，市政府各有關(guān)委、辦、局(總公司)也有不少相應的發(fā)展計劃與規劃。各單位的計劃由于受各自立足點(diǎn)、著(zhù)眼點(diǎn)的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門(mén)的有關(guān)計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問(wèn)題，全市缺少綜觀(guān)全局的有權威性的發(fā)展計劃和戰略規劃。因此，建議市政府責成有關(guān)機構在進(jìn)行深入調查研究、科學(xué)分析的基礎上，制定出北京統管全局的“機電一體化”研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)計劃和規劃，避免開(kāi)發(fā)上重復，生產(chǎn)上撞車(chē)!

(二)強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會(huì )”作用

目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多門(mén)”是難哆的。因此，北京有必要明確一個(gè)“機電一體化”行業(yè)的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經(jīng)濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點(diǎn)，我們建議，盡快加強北京機電一體化協(xié)會(huì )的建設，賦予其行業(yè)管理職能。

“協(xié)會(huì )”要進(jìn)一步擴大領(lǐng)導機構——理事會(huì )的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書(shū)處的建設；要通過(guò)其精明干練的辦事機構、經(jīng)濟實(shí)體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業(yè)布點(diǎn)布局的調整，進(jìn)行發(fā)展突破口的選擇，抓好重點(diǎn)工程的試點(diǎn)和有關(guān)項目的發(fā)標、招標工作……

(三)優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度

優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過(guò)宣傳群眾，造成一種社會(huì )上下、企業(yè)內外都重視、支持“機電一體化”發(fā)展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發(fā)展“機電一體化”產(chǎn)業(yè)提供方便；盡可能為興辦開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)開(kāi)綠燈；盡力為開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品調配好資源要素等。

增大支持力度，在技術(shù)政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產(chǎn)品的發(fā)展，對未采用機電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，對有關(guān)機電一體化技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)乾地改造，對有關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)、應用項目?jì)?yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術(shù)開(kāi)發(fā)、應用中做出貢獻的單位領(lǐng)導、科技人員進(jìn)行表彰獎勵等。

在經(jīng)濟政策上，要多給機電一體化科研攻關(guān)課題、開(kāi)發(fā)應用項目利用科技專(zhuān)項基金和科技三項費用的機會(huì )；銀行發(fā)設貸款要多向機電一體化技術(shù)改進(jìn)、生產(chǎn)合資和機電一體化產(chǎn)業(yè)規?；ㄔO項目上傾斜；成立“機電一體化”發(fā)展基金，支持機電一體化生產(chǎn)發(fā)展等。

(四)突出發(fā)展重點(diǎn)，兼顧“兩個(gè)層次”

機電一體化產(chǎn)業(yè)復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍 ，有所為，有所不為。要注意抓兩個(gè)層次上的工作。第一個(gè)層次是“面上”的工作，即用電子信息技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術(shù)在淺層次上結合。第二個(gè)層次是“提高”工作，即在新產(chǎn)品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來(lái)進(jìn)行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產(chǎn)出來(lái)的新產(chǎn)品起碼正做到機電一體化。

我們認為，北京“機電一體化”發(fā)展，當務(wù)之急，重中之重是：

抓緊開(kāi)發(fā)生產(chǎn)GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮流器等，用電力電子技術(shù)進(jìn)行的節能、節材為主要目的的技術(shù)改造；

抓緊推廣應用經(jīng)濟型數控系統，改造機床設備；開(kāi)發(fā)生產(chǎn)低、中檔數控系統；

抓緊開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)中小型PLC，用PLC進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制；

抓緊組織生產(chǎn)多色膠印機、中英文打字機、電子出版系統、中高調頻X射線(xiàn)疹療設備、心腦病人監護設備、30萬(wàn)千瓦汽輪發(fā)電機組、模糊控制器、汽車(chē)電子高壓開(kāi)關(guān)、高頻電子點(diǎn)火器等產(chǎn)品。同時(shí)要注意用變頻調速技術(shù)、電力拖動(dòng)技術(shù)、模糊技術(shù)、PLC等改造供暖、供水設備，進(jìn)行高層建設的現代化管理，解決交通難、出行難問(wèn)題……