機(jī)電一體化是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域，涉及到當(dāng)代先進(jìn)自動化制造業(yè)所需的技能集合。機(jī)電一體化專業(yè)人員在機(jī)械、電子和計(jì)算的交匯點(diǎn)上創(chuàng)建更簡單、更智能的系統(tǒng)。機(jī)電一體化是預(yù)期自動化和制造業(yè)增長的重要基礎(chǔ)。機(jī)電一體化涉及到機(jī)器人技術(shù)、控制系統(tǒng)和電機(jī)電子系統(tǒng)。

一、什么是機(jī)電一體化

機(jī)電一體化(Mechatronics)是一門工程學(xué)的分支，專注于設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)既有機(jī)械部分又有電子部分的產(chǎn)品。這個(gè)術(shù)語由工程師Tetsuro Mori于1969年首次提出，用來描述電氣控制系統(tǒng)與它們調(diào)控的機(jī)械設(shè)備之間的協(xié)同作用。此后，這個(gè)術(shù)語的含義擴(kuò)展到包括多個(gè)其他學(xué)科的整合，包括計(jì)算機(jī)工程、系統(tǒng)工程和編程。

作為一種設(shè)計(jì)理念，機(jī)電一體化重視系統(tǒng)思維和跨學(xué)科解決問題的方法。在信息技術(shù)(IT)領(lǐng)域，不久前的DevOps運(yùn)動打破了軟件開發(fā)和運(yùn)維之間的壁壘，鼓勵(lì)I(lǐng)T專業(yè)人員在跨部門團(tuán)隊(duì)中合作。機(jī)電一體化在工程領(lǐng)域也引發(fā)了同樣的變革。在許多行業(yè)中，工程師今天必須在跨學(xué)科的合作團(tuán)隊(duì)中工作，以確保他們設(shè)計(jì)的復(fù)雜、高度集成的系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行。

二、應(yīng)用

要理解機(jī)電一體化的概念，可以簡單地考慮一下當(dāng)今的汽車。普通汽車今天擁有25至50個(gè)中央處理單元(CPU)，用于控制機(jī)械功能。駕駛員輔助系統(tǒng)(DSS)如防抱死制動系統(tǒng)就是用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的;當(dāng)傳感器識別到一個(gè)或多個(gè)車輪鎖住時(shí)，電子控制系統(tǒng)接管剎車功能。汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)也是用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的;每個(gè)輪胎內(nèi)部都有一個(gè)傳感器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到車載電子控制系統(tǒng)。如果一個(gè)輪胎的氣壓過低，控制系統(tǒng)中的嵌入式軟件會向車輛儀表板發(fā)送警報(bào)，一個(gè)輪胎的氣壓指示圖標(biāo)會點(diǎn)亮。甚至汽車的氣囊也是用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的;汽車前部的微電機(jī)(MEM)將在傳感器數(shù)據(jù)表明急劇減速時(shí)部署氣囊。

全面思考讓工程師在推進(jìn)自動化和機(jī)器人技術(shù)方面取得了巨大的進(jìn)展。這也使他們能夠創(chuàng)建更智能、更小巧以及在納米技術(shù)水平上高效的產(chǎn)品組件。為了成功運(yùn)營、診斷和維護(hù)電機(jī)機(jī)械化的自動化設(shè)備，支持技術(shù)人員需要在正規(guī)和非正規(guī)方面經(jīng)常進(jìn)行再培訓(xùn)。全球最大的高科技制造公司之一西門子(Siemens AG)提供了機(jī)電一體化的專業(yè)認(rèn)證計(jì)劃，越來越多的大學(xué)和學(xué)院也提供這一新興技術(shù)的課程。

根據(jù)美國勞工部的數(shù)據(jù)，機(jī)電一體化是就業(yè)的新興增長領(lǐng)域。除了汽車行業(yè)，依賴機(jī)電一體化的行業(yè)還包括航空航天、家電設(shè)計(jì)和維修、銀行、能源和電力生產(chǎn)與分配、農(nóng)業(yè)、食品加工、制造業(yè)、采礦和醫(yī)療保健。

盡管許多機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的實(shí)施意在運(yùn)行在后臺，可能容易被忽視，但波士頓動力(Boston Dynamics)、麻省理工學(xué)院(MIT)和本田(Honda)等公司的這些機(jī)電一體化機(jī)器人給觀眾帶來了一種難以忽視的奇妙體驗(yàn)。

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