1 . 机电一体化系统的理论基础系统论、信息论、控制论的建立，微电子技术，尤其是计算机技术的迅猛发展，引起了科学技术的又一次革命，导致了机械工程的机电一体化。系统论、信息论、控制论无疑是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
开展机电一体化技术研究时，无论在工程的构思、规划、设计方面，还是在它的实施或实现方面，都不能只着眼于机械或电子，不能只看到传感器或计算机，而是要用系统的观点，合理解决信息流与控制机制问题，有效地综合各有关技术，才能形成所需要的系统或产品。
给定机电一体化系统目的功能与规格参数后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程为机电一体化工程。实施机电一体化工程的结果，是新型的机电一体化产品，如图1—6所示。
系统工程是系统科学的一个工作领域，而系统科学本身是一门关于“针对目的要求而进行合理的方法学处理，，的边缘科学。系统工程的概念不仅包括“系统”，即具有特定功能的、相互之间具有有机联系的许多要素所构成的一个整体，也包括“工程”，即产生一定效能的方法。早在1978年，钱学森就指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。”机电一体化技术就是系统工程科学在机械电子工程中的具体应用。具体地讲，就是以机械电子系统或产品为对象，以数学方法和计算机等为工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，以便充分发挥人力、物力和财力，通过各种组织管理技术，使局部与整体之间协调配合，实现系统的综合最优化。
系统工程是数学方法和工程方法的汇集。
机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、微电子等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最优化的综合性技术。小型的生产、加工系统，即使是一台机器，也都是由许多要素构成的，为了实现其“目的功能”，还需要从系统角度出发，不拘泥于机械技术或电子技术，并寄希望于能够使各种功能要素构成最佳结合的柔性技术与方法。机电一体化工程就是这种技术和方法的统一。表1—3为系统工程与机电一体化工程的特点比较。
机电一体化系统是一个包括物质流、能量流和信息流的系统，如何有效地利用各种信号所携带的丰富信息资源，赠有赖于信号处理和信息识别技术。考察所有机电一体化产品，就会看到准确的信息获取、处理、利用在系统中所起的实质性作用。
将工程控制理论用于机械工程技术而派生的机械控制工程为机械技术引入了崭薪的理论、思想和语言，把机械设计技术由原来静态的、孤立的传统设计思想引向动态的、系统的设计环境，使科学的辩证法在机械技术中得以体现，为机械设计技术提供了丰富的现代设计方法。
2. 机电一体化系统的关键技术如果说系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，那么微电子技术、精密 机械技术就是它的技术基础。微电子技术的进步，尤其是计算机技术的迅速发展，为机电一体化技术的进步与发展提供了前提条件。正是有了计算机，才使机械、电子、信息的一体化得以实现。有了计算机日新月异的发展，才有了机电一体化技术蓬勃发展的景象。
同时，在机电一体化技术的发展中，不能低估精密机械加工技术对它的贡献。机电一体化产品中的许多重要零部件都是利用超精密加工技术制造的，就连微电子技术本身的发展也离不开精密机械技术。例如，大规模集成电路制造中的微细加工就是精密机械技术进步的成果。因此可以说，精密机械加工技术促进了微电子技术的不断发展，微电子技术的不断发展又推动了精密机械技术中加工设备的不断更新。
由于机电一体化是一个工程，是一个大系统，因此它的发展不仅要依靠信息技术、控制技术、机械技术、电子技术和计算机技术的发展，还要依靠其他相关技术的发展，同时也要受到社会条件、经济基础的影响。机电一体化技术内部各种因素的联系以及外部条件的影响关系如图1-7所示。其中的主要因素固然是发展机电一体化技术的必备条件，但各种相关技术的发展及外部影响因素的相互配合也是必不可少的。
发展机电一体化技术所面临的共性关键技术主要包括精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、接口技术、信息处理技术、自动控制技术、系统总体技术等。
(1) 精密机械技术精密机械技术是机电一体化的基础，因为机电一体化产品的主功能和构造功能大都是以机械技术为主体来得以实现的。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战和变革。在机电一体化产品中，它不再是单一地完成系统间的连接，系统结构、重量、体积、刚性与耐用性方面对机电一体化系统都有着重要的影响。机电一体化产品对机械部分零件部件的静、动态刚度、热变形等机械性能有着更高的要求。特别是关键零部件，如导轨、滚珠丝杠、轴承、传动部件等的材料、精度对机电一体化产品的性能、控制精度影响极大：机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，实现结构上、材料上、性能上的变更.满足减轻重量、缩小体积、提高精度和刚度、改善性能的要求。
在制造过程的机电一体化系统中，经典的机械理论与工艺借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。这里原有的机械技术以知识和技能的形式存在，是任何其他技术代替不了的。如计算机辅助工艺规划(cAPP)是目前cAD/cAM系统研究的瓶颈，其关键问题在于如何将广泛存在于各行业、企业、技术人员中的标准、习惯和经验进行表达和陈述，从而实现计算机的自动工艺设计与管理。
(2)传感检测技术在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及与工作过程有关的相应信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送人信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。机电一体化产品要求传感器能快速和准确地获取信息并且不受外部工作条件和环境的影响，同时检测装置能不失真地对信息信号进行放大、输送和转换。
传感器技术自身就是一门多学科、知识密集的应用技术。传感原理、传感材料及加工制造装配技术是传感器开发的3个重要方面。作为一个独立器件，传感器的发展正进入集成化、智能化研究阶段。把传感器件与信号处理电路集成在一个芯片上，就形成了信息型传感器;若再把微处理器集成到信息型传感器的芯片上，就是所谓的智能型传感器。
与计算机发展相比，传感器的发展显得缓慢滞后，难以满足技术发展的要求。许多机电一体化装置(如类人机器人)不能达到满意的效果或无法实现设计的关键原因，在于没有合适的传感器，因此大力开展传感器研究，对于机电一体化技术的发展具有十分重要的意义。
(3)伺服驱动技术伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题，它涉及设备执行操作的技术，对所加工产品的质量具有直接的影响。机电一体化产品中的执行元件有电动、气动和液压等类型，其中多采用电动式执行元件，驱动装置主要是各种电动机的驱动电源电路，目前多由电力电子器件及集成化的功能电路构成。
执行元件一方面通过接口电路与计算机相连，接受控制系统的指令;另一方面通过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作。因此，伺服驱动技术直接影响着机电一体化产品的功能执行和操作，对产品的动态性能、稳定性能、操作精度和控制质量等产生决定性的影响。例如，直流伺服电动机的控制性能、速度及转矩特性的稳定性;交流电动机系统的变频调速、电流逆变技术，电磁铁的体积大小、工作可靠问题;液压与气动执行机构的精度、响应速度等技术问题都是机电一体化系统设计中急待研究的技术。
(4)接口技术机电一体化系统是机械、电子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素和子系统之间的接口极其重要。从系统外部看，输人/输出是系统与人、环境或其他系统之间的接口;从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统。因此，各要素及各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统最重要的设计任务之一往往就是接口设计。
(5)信息处理技术信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输人、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。信息处理得是否及时、准确，直接影响机电一体化系统或产品的质量和效率，因而也是机电一体化的关键技术。
在机电一体化产品中，实现信息处理技术的主要工具是计算机。计算机技术包括硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等。在机电一体化产品中，计算机信息处理装置是产品的核心，它控制和指挥着整个机电一体化产品的运行。信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率，因此计算机应用及信息处理技术已成为促进 机电一体化技术发展和变革的最活跃的因素。
人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术。
(6)自动控制技术所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。自动控制技术的广泛应用，不仅大大提高了劳动生产率和产品质量，改善了劳动条件，而且在人类征服大自然、探索新能源、发展空间
