第1章 概述

工程背景

从20世纪五六十年代开始，科学技术飞速发展，电视机和电冰箱等家用电器开始进入家庭，人类对物质的需求日益增加，对于设计和制造业而言，必须通过不断的技术创新和大幅度的生产率提高才能适应日趋激烈的市场竞争，因此发达国家掀起了工厂自动化的研究热潮。

1）大规模集成电路制造工艺的提高

1959年，德州仪器公司首先宣布建成世界上第一条集成电路生产线。1962年，世界上出现了第一件正式的集成电路产品。20世纪60年代初，国际上出现的集成电路产品，每个芯片上的元件数在100个左右；到1967年，一个芯片上可集成1000个晶体管，这标志着大规模集成阶段的开端；到1976年，一个芯片上可集成1万多个晶体管；进入20世纪80年代，一个芯片上有几万个晶体管的大规模集成电路已经很普遍了，并且正向超大规模集成电路发展。如今，已出现属于第五代的产品，在不到50 mm2的芯片上集成的晶体管数激增到200万个以上。

2）微处理器和计算机技术的进步

随着VLSI大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，微处理器的面貌日新月异，从单片集成上升到系统集成，性能价格比不断提高，微处理器字长从4位、8位、16位、32位一直发展到64位，工作频率从不到1 MHz上升到数GHz。目前，以最新微处理器为核心的第五代计算机将把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起，具有形式推理、联想、学习和解释能力。它的系统结构已突破传统的冯·诺依曼机器的概念，实现高度的并行处理。

3）传感器技术的进步

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在20世纪80年代就声称世界已进入传感器时代。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识到信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展，而惊呼“大脑发达、五官不灵”。从20世纪80年代起，传感器开始受到普遍重视，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”。美国国防部将传感器技术视为关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为6大核心技术，德国视军用传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，前苏联军事航天计划中的第5条列有传感器技术。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，近十几年来其产量及市场需求年增长率均在10%以上。传感器技术已成为当今世界令人瞩目的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术一起构成信息产业的三大支柱。

正是计算机技术、通信技术和传感器技术的高速发展，为机电一体化相关领域技术的进步奠定了基础。目前，典型的机电一体化产品从机器人、汽车、数控机床、飞机、导弹、航天飞机到智能冰箱、空调、数字电视机、DVD、数码相机等，已遍及人类生产、生活的各个领域。