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随着人工智能技术的发展和在机电一体化技术中的应用,高智能已经成为了机电一体化发展的主要方向,相关的技术和研究人员也在不断的研究,现如今高智能的机器人和数控设备已经可以代替人类完成一些危险性较高、精密度要求高、工序比较复杂的工作,节省了劳动力,也更加方便的得到了所需要的产品和服务,目前很多的研究人员逐步的将运筹学、模糊数学、心理学等多种智能化的学科逐渐引进到机电一体化技术中,这样能够有效的促进机电一体化系统判断推理能力和自主决策能力,这样能够方便人们对机电一体化设备进行控制。
2区域模块化
区域模块化也是机电一体化发展的重要趋势之一,针对使机电一体化产品的各个单元实现区域模块化管理是一项比较复杂、涉及面广的工程,例如,在进行智能减速、智能变速等相关功能研制的过程中,要充分的实现集图形、图像识别、视觉效果等其他附属的功能的控制单元等模块化,这样可以更加标准、准确的衡量相应的控制单元以及动力单元,进一步的提高各个单元的性能,也可以使机电一体化产品相应的功能之间的联系更加紧密,使一个区域模块更加有效的运行,只有这样才能方便人们对机电一体化产品的应用,提高机电一体化产品的利用程度、可装配性、可维修性等,经过研究和推理,可以得出机电一体化模块是未来机电一体化产品的主要方向,随着未来技术发展的不断深入,机电一体化产品实现模块化的步伐也在不断的加深。
3环保绿色化
机电一体化技术的发展给人们的生产和生活中带来了巨大的变化,丰富了人们的的物质生活,同时也给人们的生活环境带来了负面影响,资源的过度开发利用,加重了生态环境的负担,近些年来,越来越多的国家和组织逐渐重视到环境保护的重要性,人们环保意识的增强,要求机电一体化产品在设计、制造、使用和销毁的过程中要减少对环境的污染,因此机电产品的环保绿色化是未来发展的一大亮点,人们环境保护意识的提高,造成了一些对环境有危害且危害较大的产品失去市场价值,设计和生产绿色环保的机电一体化产品具有很广阔的发展前景,也成为未来竞争的关键所在。
4网络化
计算机网络技术近些年来的发展势头更加迅猛,这也促进了机电一体化系统的进一步的发展,计算机网络技术的兴起及发展,给人们的生产、生活带来了巨大的变革,机电一体化技术的发展也受到了计算机技术的影响,机电一体化设备通过对计算机网络技术的应用可以有效的实现远程自动化控制。计算机网络技术的应用和改革开放的不断深入,使国际上先进的机电一体化产品不断涌入我国,这也为我国进行深入的研究提供了便利条件,促进了国内机电一体化技术的发展,机电技术发展和计算机技术的发展相辅相成,因此计算机技术的不断进步也有利于存进计算机网络技术的发展,目前,利用计算机网络技术可以实促进了机电一体化技术产品更加快捷的推向市场,和生产商之间的技术交流,计算机网络技术势必会推动机电一体化技术的发展,也会继续为人们提供更多、更优质的服务。
5微型精密化
机电一体化技术向微型精密化的方向发展的主要是纳米技术的不断深入发展,机电一体化的微型精密化产品体积小、携带方便、耗能低等,这些优点使得机电一体化产品的微型精密化技术不断进步,应用范围也逐渐扩大,因此,机电一体化微型精密化技术具有比较广阔的发展前景和强大动力,但是想要实现机电一体化微型精密化需要精密的加工工艺以及先进的设备作为强大的后盾,因此需要相关的研究人员不断努力,不断提高我国先进的技术发展。
6总结
【论文摘要】:介绍了光机电一体化技术特征,研究了国内外技术现状和发展趋势,指出了未来发展前景和一些重要技术热点。
近些年来,光机电一体化技术得到迅猛发展,在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此,光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。
1.光机电一体化技术特征
光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成,相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较,光机电一体化产品具有以下技术特征。
1.1体积小,重量轻,适应性强,操作更方便
光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式,可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序,任何一台光机电一体化装置的动作,可由预设的程序一步一步控制实现,甚至实现操作全自动化和智能化。
1.2功能增加,精度大幅提高
光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制水平提高,运算速度加快,通过电子自动控制系统可精确按预设动作,其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差,达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时,由于机械传动部件减少,机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。
1.3部分硬件实现软件化,智能化程度提高
传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序,指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能,使机械控制功能内容的确定和变化趋势向"软件化"和"智能化"。
1.4产品可靠性得到提高,使用寿命增长
传统的机械装置的运动部分,一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差,导致可动摩擦、撞击、振动等加重,严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用,使装置的可动部件减少,磨损也大为减少,像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此,装置的寿命提高,故障率降低,从而提高了产品的可靠性和稳定性。
1.5融合了多种学科新技术,衍生出许多功能更强、性能更好的新产品
光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识,包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等,就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来,衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。
1.6产品系统性增强,各部分系统间协调性要求提高
光机电一体化是一门学科的边缘科学技术,多种技术的综合及多个部分的组合,使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求,这就要求各种技术扬长避短,提高系统协调性。
2.研究现状和发展趋势
2.1研究现状
自从我国实行改革开放以来,科技领域急起直追,我国的光机电一体化技术已取得明显的成效,数控产品有了很大的提高,尤其是经济型灵敏数控装置发展很快,是我国特有的经济实用产品,不但适用国内市场的需要,部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器(PC)和微电子技术控制设备也越来越多,覆盖面也日益扩大,从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此,我国自行研制和生产的光机电设备,在质量上也有重大突破,为今后的推广应用打下了良好的基础。
2.2发展趋势
光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域,成为一种新兴的学科,并逐渐成为一种产业,而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。从世界科学技术的发展情况来看,光机电一体化技术的未来技术热点主要包括:
(1)激光技术
1)高单色性,利用激光高单色性作精密测量时,可极大地提高测量精度和量程。
2)高方向性,因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力,从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。
3)高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温,可使照射点物体熔化或汽化,对各种各样材料和产品进行特种加工。
4)相干性,由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制,而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性,应用范围更广。
(2)传感检测技术
1)激光准直,能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三维空间的基准测量。
2)激光测距,其探测距离远,测距精度高,抗干扰性强,体积小,重量轻,但受天然影响大。
3)光纤探测器,在目标很小,间隔受限或危险的环境中,最常选用的是光纤探测器。
其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。
(3)激光快速成型技术
激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层,将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结,由点、线构造零件的面(层),然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场,极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。
(4)光能驱动技术
利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器,其工作原理是将光照在形状记忆合金上,反复地通、断使材料伸缩,再利用感温磁性体的温度特性,将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性,加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证,该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段,如果能发现具有优异光作用特性的动态物质,则可使光能驱动技术广泛应用。
3.结语
技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术,产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化,便具有很高的功能水平和附加价值,将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。
参考文献
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[2]梁进秋.微光机电系统国内外研究进展.光机电信息,2000(8)
[3]宋云夺编译.光机电一体化业的未来.光机电信息,2003(12)
(一)定位与培养目标不同根据人才培养分类,可分为学术型人才、技术技能型人才。教育部副部长鲁昕在2014年中国发展高峰论坛表示,我国将实行两类人才、两种模式的高考,即技术技能型人才和学术型人才的两种高考模式。技术技能型人才又分为工程师、高级技工,以及高素质劳动者三种。在高职教育体系中,高职专科的机电一体化专业定位为机电行业培养技术技能型人才,即高级技工和高素质劳动者,包括机电设备的安装维修,机电设备的操作与维护等工作。随着产业结构的升级和科学技术的高速发展,以及生产服务第一线岗位技术含量的革新和提高,对技术技能型人才提出了更高的要求。鲁昕指出之前的职业教育只讲技能,随着信息技术的发展和产业升级,技能需以技术为基础。应用本科机电相关专业作为本科层次的职业教育,就是应该在高职专科机电一体化专业基础上,培养具有较强的理论基础、实践技能和应用能力的更高层次的技术技能型人才,能够适应产业结构升级和科技水平发展对就业岗位所带来的各种变化。目前,应用本科作为职业本科教育,其定位比较模糊,在人才培养、科学研究和社会服务三者关系上,过分强调科研研究,强调理论教学,没有突出社会服务的方向,更多地定位于教学科研型大学,许多应用本科院校一心向往建成“一流本科院校”。应用本科目前的定位主要是受当今社会“重学术轻技能”思想观念和等级观念的约束和束缚,也是社会对大学的评价机制和考核标准所造成的。由于应用本科的定位模糊,因此,应用本科机电相关专业的定位也相应的比较模糊,造成了应用本科机电相关专业在培养目标上偏向学术型人才的培养,体现在教学过程中,则表现为注重学生理论知识的培养和考核,忽视学生应用能力的培养和考核。应用本科机电相关专业在定位和培养目标上,与职业教育的定位和培养目标是有很大差距的,这是制约高职专科机电一体化专业与应用本科机电相关专业实现有效衔接的一个重要因素。正是由于应用本科本身的定位和培养目标与高等职业教育的差距,使得目前机电一体化专业高职专科与应用本科的衔接,不管采用哪种方式进行衔接,都存在一定的缺陷。
(二)应用本科机电专业实践教学不足高等职业教育强调学生职业应用能力的培养。高职专科机电一体化专业,通过工学结合、校企合作、顶岗实习等方式,培养学生具备从事机电一体化设备的操作、组装、调试、维护维修等能力。应用本科机电相关专业以学科为导向,主要通过课堂讲授为主,教学效果考核往往以笔试为主,培养学生的能力通过灌输理论知识来实现。由于应用本科院校的定位以及培养目标与高等职业教育的要求存在一定的差距,以及应用本科院校在教学过程中长期以来形成的惯性,使得应用本科机电相关专业在教学过程中出现“重理论、轻实践”的现象。应用本科机电相关专业在教学过程中,强调理论教学,轻视实践。应用本科机电相关专业在实践教学方面不重视,实践条件不足,造成培养出来的学生应用能力不强。这是应用本科机电相关专业教学过程中存在的问题之一,也是妨碍高职专科机电一体化专业与应用本科机电相应专业有效衔接的重要因素之一。
(三)课程体系衔接存在问题课程体系是高职专科、应用本科各自的定位和人才培养目标的具体表现。高职专科机电一体化专业定位为机电行业职业技能型人才的培养,以实用为主,必需、够用为度,主要培养机电行业的技能型人才,即高级机电维修维护技工和高素质机电设备操作者。应用本科机电相应专业应该在高职专科机电一体化专业基础上,培养具有较强的理论基础、实践技能和应用能力的更高层次的机电行业的技术技能型人才。机电一体化专业高职专科与应用本科相应专业进行有效衔接时,应该对相应的课程体系进行设计,使其满足机电一体化专业高职专科生进入应用本科相应专业后,能够继续有效地进行学习。目前,专接本模式,课程基本与高职专科相同,不同的是教材不一样,一个是高职高专的教材,一个是本科教材而已,基本上没有相应的实践教学。专转本模式,应用本科相应专业的课程设置上,前两年基本上是机械方面课程,后面两年是电方面的课程,高职专科机电一体化专业学生进入本科后,主要就是进行电方面课程的学习。无论是专接本,还是专转本模式,高职专科机电一体化专业学生在完成三年专科学业后,进入本科阶段学习,课程衔接得不是很好,这是进行高职专科机电一体化专业与应用本科相应专业进行有效衔接需要解决的问题。
(四)教师素质由于许多应用本科院校定位于教学科研型大学,许多教师科研能力强,理论基础扎实,许多教师都是直接引进博士毕业生,这些教师是在研究型或教学研究型环境下培养出来的,缺乏在生产服务第一线工作的经验,没有在企业经历过职业锻炼,因此造成部分教师职业应用能力不强的缺点。高职教育对教师素质的要求与一般学术型本科教育对教师素质的要求不同,高职教育强调教师的双师素质,既要求教师具有扎实的理论水平,同时也要求教师具有职业背景,具有职业应用能力,否则怎么来教育、培养学生的应用能力?许多应用本科院校由于定位教学科研型,在人才引进和教师素质培养方面,注重教师人才的学术能力、科研能力。许多应用本科院校在人才引进方面明确要求引进博士,强调引进人才的学术能力,同时,应用本科院校对教师的考核以及职称的评定都是强调学术能力,要求发表一定数量的高质量的学术论文以及一定的科研项目,而几乎没有对教师的职业应用能力等方面进行考核和评定。这些原因都造成了应用本科院校的教师们更愿意从事学术科研工作,形成了“重学术轻应用”的风气。这些因素都是造成应用本科教师科研能力、学术能力强,而职业应用能力欠缺的原因。这是应用本科院校作为高等职业教育的组成部分存在的不足。机电一体化作为一名综合了机械技术、微电子技术、电力电子技术、自动控制技术、传感测试技术、软件编程技术等多门技术的专业,更加强调学生的动手应用能力,包括机械图纸绘制;机械设备的安装、维护维修;电气线路的设计、检修;程序的设计、编写等能力。因此从事机电一体化高职教育的教师更需要具备一定的应用能力。目前应用本科从事机电相关专业教学的教师应用能力的缺乏,是机电一体化专业高职专科与应用本科衔接的障碍之一。
二、解决问题的建议
将高职专科机电一体化专业与应用本科相应的机电专业进行衔接是社会发展、经济转型对机电应用型人才需求的必然要求,也是完善我国机电行业高等职业教育的需要。针对高职专科机电一体化专业与应用本科相应专业进行衔接存在的问题,提出一些建议和意见。
(一)应用本科应定位职业教育要想高职专科机电一体化专业与应用本科机电相应专业进行有效衔接,关键就是要将应用本科定位为高等职业教育。许多应用本科定位于教学研究型大学,甚至希望向一流本科学术型大学转型,这同现在社会普遍对高等职业教育存在认识上的偏差有关,同时也与当前对高等教育的评价机制有关。由于历史等一些原因,在社会上普遍存在“轻实践、重理论”的思想,特别是本科院校,认为重视实践,进行职业教育是低人一等的事情。这种思想不清除,应用本科就不可能真正向高等职业教育靠拢。应用本科的定位也与目前大学的评价机制有关。目前对大学的评价考核以及排名,主要关注的是学术成果,例如论文数量与质量,科研经费量,博士点、硕士点数量等。这就造成了许多应用型本科将学术研究放在重要的位置,将学术论文、科研课题数量作为考核教师标准。要想应用本科定位为高等职业教育,除了扭转社会对高等职业教育的观念,还必须对应用本科建立合理的评价和考核机制,国家加大对职业教育,特别是高层次职业教育的投入,可以对国民经济发展起重大作用的一些应用本科在资金、教学资源等方面进行倾斜。对应用本科教师,建立合理的评价考核机制与职称评定标准,加大对教师应用能力培养的考核,减少学术研究方面的考核,让学校和教师的重心向应用能力培养,向技术技能教育转移,使应用本科真正地定位于高等职业教育,使应用本科机电相关行业真正向职业应用型人才培养方向挺进。
(二)加大实践教学量、改善实践条件由于高职教育的关键是培养学生的职业应用能力,而培养学生的应用能力,不能只靠理论传授,应该将理论与实践结合,通过实验、实训、企业实习、校企合作等多种实践方式,达到培养学生职业应用能力的目的。高职专科机电一体化专业基本上都是根据培养目标,设置了相应的实践手段和方式来培养学生的应用能力。应用本科机电相关专业在培养学生应用能力方面还有所不足,主要也是受“重理论、轻实践”的影响。应用本科院校机电相关专业作为机电行业高等职业教育的一部分,必须转变思想,将定位转移到学生应用能力培养方面上来,加强实践实验条件的建设,同时,通过实验、实训、企业实习、校企合作,建立校外实践区。在实践教学过程中,建立起一套完善的实践教学评价体系,强调突出过程考核的重要性,激发学生学习的主动性。应用本科机电相关专业应加大实践教学量,对机电设备的设计、操作、维护维修增加学生实践机会,同时也应改善实践条件,以便更好地培养学生的应用能力。
(三)课程体系衔接由于课程体系是人才培养目标的具体表现,高职专科机电一体化专业与应用本科机电相应专业作为机电行业高职教育的两个阶段,应该从整体上对课程体系进行衔接。应用本科机电相关专业应该对课程体系进行设计,使高职专科机电一体化专业学生进入本科阶段后,能在原来基础上继续提高。针对专接本模式,应该设置好课程体系,而不是简单采用相同的课程,不同教材,应该在满足应用本科机电相关专业对学生应用能力和理论知识更高要求和需要的基础上,进行统一的课程体系设计。针对专转本模式,应用本科机电相应专业的课程设置上,应该从重视理论知识,向理论和实践并重方向发展。由于应用本科机电相关专业的机械方面课程,以及电气方面的一些基础课程被安排在前两年进行,因此,在课程设计上,可以对进入本科学习阶段的高职专科机电一体化专业学生提供机械、电气方面的选修课程,让他们能补上这些课程。
(一)内涵
机电接口主要就是机电一体化产品中机械装置与控制微机之间的接口,其是基于机电一体化而产生的。机电接口根据信息传输方向的不同,可以分为信息采集接口、输出接口[1]。在机电一体化产品中,传感器是一种较为常用的设备,在输出信号的时候,一般采用模拟量方式进行检测,时刻掌握发电机转速,并且检测差动变压器位置。然而,在输出控制量的时候,存在一个比较特殊的形式,就是数字系统。机电接口技术主要就是研究机电系统各项组成技术与子系统连接问题的综合技术,其主要包括电子技术、信息技术、机械技术等,共同构成了一个综合系统,在实际应用中,实现了信息的交互与融合,在机电系统设计中发挥了至关重要的作用。机电接口主要是由硬件与软件共同构成,在机电系统运行中,与环境及操作者之间成立一种有效连接,在物理通道中展开信息与能量的输入、转换及传输。在信息转换的过程中,需要进行有效的交互与调整,实现机电一体化技术的协调与综合,保证各系统的有效运行,充分发挥系统功能,实现预期的工作目标。
(二)分类
目前,机电接口主要包括以下几种:智能接口、动力接口、机电接口、人机接口[2]。智能接口应用较为复杂,不同技术形式产生的信息形式也不同,并且在使用过程中,可以根据不同要求展开相应的改变。在各种信息转换与传输的过程中,智能接口可以确保不同技术与子系统的有机结合,构成一个完整系统。动力接口可以有效连接动力源与机电系统,之后给予机电系统相应的驱动动力。在机电系统中,动力类型有很多种,主要包括直流电、交流电、液压等,在系统中运用不同动力类型的时候,需要选用不同的接口形式,确保系统可以正常运行。机电接口的作用就是实现各种驱动系统的有效连接,并且将驱动信号转变成执行信号,在转变的过程中满足传感器运行要求。人机接口是机电系统与操作者之间存在的接口,通过这一接口,可以在操作者眼前呈现系统运行状态,并且有效监控系统运行,实现人性化操作目标。
二、机电一体化发展及其发展趋势
(一)机电接口技术对机电一体化发展的影响
近些年来,随着社会经济的快速发展,人们生活水平的不断提高,对一些事物的要求也在明显提高。经济的快速发展离不开科学技术水平的提高,传统机械技术已经无法满足现代人们日益增长的技术需求,需要对其进行改进与完善。从而在此形势下,机电一体化技术应运而生,其主要包括电子技术、信息技术、机械技术等,充分满足了现代社会发展的技术要求。在机电一体化技术初始发展中,只是将电子技术与机械技术进行融合,接口十分简单、便捷[3]。然而,随着科学技术的不断发展与进步,机电一体化技术水平也在不断提升。目前,机电一体化技术不再是简单的机电一体化产品,逐渐形成了一个复杂的系统,其系统内部接口也日益复杂。现阶段,机电一体化技术研究越来越深入、成熟,然而,简单的技术研究已经无法满足系统的运行需求,需要充分重视其复杂性研究。针对机电一体化技术而言,其复杂性较强,如果只是单纯研究系统设计及其集成理论,根本无法充分实现系统的作用,为此,需要加深对机电接口技术的研究,在设计方面,加强对有关理论的融合,确保机电一体化系统的全面实施。在机电一体化技术发展过程中,越来越向智能化、系统化、微型化、网络化方向发展,其系统内部接口要求越来越高,不仅要确保接口技术与系统技术的有效融合,还要确保信息传输的顺畅。
(二)机电一体化发展历程及趋势
机电一体化发展主要经历3个阶段。一是,在20世纪50年代,电子技术发展越来越成熟,人们尝试在机械工业中应用电子技术,进而刺激了机械产品与电子技术的融合,初步产生机电一体化概念。二是,在20世纪80年代,机电一体化已经发展了30来年,不管是技术还是产品性能都得到了很大的提升,技术更加成熟,产品性能更加健全。三是,在20世纪90年代末,微细加工技术、电子通信技术、光学技术等得到了快速发展,并且逐渐融入发到了机电一体化当中,使得机电一体化技术越来越成熟。我国机电一体化起步比较晚,现今已经取得了一定的成绩,在机械工业中得到了广泛应用。随着信息技术的快速发展,人工智能机电一体化建设取得了很大的进步,在数控机床和机器人制造中得到了广泛运用,促进了机械工业的进一步发展。系统化发展使机械系统更加开放,为多子系统的协调发展与综合管理提供了可靠依据。同时,在绿色生产概念下,机械绿色化也是工业发展的必然趋势,是人类保护生态环境资源的重要手段[4]。
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪70-80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。
3机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
3.1智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。3.2模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。
3.3网络化
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.4微型化
微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。
3.6系统化
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
参考文献
一个墨守成规的教师会抑制甚至扼杀学生的创造意识,一个创新型的教师则可以启发学生的创造思维。教师只有自身创新意识增强了,才能在教学的实际过程中,将知识深化、内化为学生的知识,学生在具备了充分的知识储备后,他们不仅会增强创新意识,而且还会形成创新思维,从而提高创新能力。在日常教学中,教师应从知识的传授者变为学生学习、科技活动的指导者,学生应由被动学习的接受者变为主动者。教师要更新教育思想,转变教学理念,尊重学生的个性,鼓励学生兴趣多样化,积极开展创造性的教学活动。要营造一个宽松、民主的学习氛围,激发学生独立思考和创新思维。建设创新型师资队伍我们可以从具有双师型师资队伍中挑选,因为双师型教师具有较深厚的基础文化知识、较扎实的技术基础知识、较全面的专业知识、较强的应变和创新能力及不断更新知识的学习能力。他们将是学生自主创新能力培养的引领者和护航者。
二、注重实践教学,提高学生的创新能力
学生每一项发明创造都离不开其在实践教学过程中实践能力的培养,学生实践能力的强弱,直接关系到他们的创造发明能力。在实践教学中学生会遇到很多问题,这个时候老师应该引导学生多想几个为什么,让学生去寻找解决问题的方法,例如:在实践教学中,老师可以给学生示范该项目应该“怎样做”,为什么“这样做”,“这样做”的好处,“不这样做”的害处达到启发学生的目的;同时还应该质问学生还有没有其它“怎样做”的方法,鼓励学生找出最有效、最简便、最科学的方法,通过在这样“做”的实践过程中培养学生的创新能力。另外再多开设一些具有难度和挑战性实验项目,让学生通过这种实验体会探索新知识的过程和科研实践的艰辛与乐趣,了解科研过程和研究方法,有助于培养学生创新精神和创新能力。例如:2014年全国职业院校技能大赛高职组“数控机床装调、维修与升级改造”竞赛项目,要求3名选手在300分钟内完成数控铣床升级改造为加工中心的竞赛内容,要想完成此次任务最关键的是在数控铣床上添加过刀库后,刀库是如何按照操作者的要求完成刀具换刀的,完成刀具换刀其核心就是刀库PMC的梯形图编辑。为了充分发挥学生的自主创新能力,我在辅导学生时,讲解了数控机床刀库是如何实施换刀的,以及数控机床在换刀过程中所涉及到的各种元器件在PMC梯形图中的逻辑关系,至于具体刀库换刀PMC的梯形图的编辑,需要学生运用所学理论、技能知识自主完成。从一台数控铣床升级到加工中心这就是一个技术创新。这样不仅培养了学生的独立工作能力,更重要的是给学生提供了创新平台,培养了学生的创新意识、创新思维、创新能力。
三、参与竞赛,促进创新能力的发展
职业院校应多参与省级、国家级甚至国际间的各种创新技能竞赛,缩小同国内国际同行业在创新能力上的的差距。因为创新技能竞赛的宗旨就是“比实用、比新颖”,对培养学生创新能力来讲是一个非常重要的环节。2012年全国职业院校技能大赛高职组“数控机床装调、维修与升级改造”竞赛项目要求3名选手在360分钟内除了加工出图纸要求的试切件、完成竞赛答题记录表、项目教学方案设计、教学资源成果及展示与答辩PPT外,还要完成三轴数控机床升级为四轴的竞赛内容。
2014年全国职业院校技能大赛高职组“数控机床装调、维修与升级改造”竞赛项目要求3名选手在300分钟内完成机械拆装与电气安装、机床功能检查与故障排除、数控机床位置精度的检测、试件切削试验编程与操作、职业素养与安全意识、数控铣床升级改造为加工中心6个任务环节。这些竞赛都是围绕着技术升级考核学生的,这就要求参赛学生有一定的自主创新能力。从而激励学生,在平时的学习中就注重自身创新能力的培养。
因为要对植被进行处理,所以,园林设计机电一体化技术在实际应用中面临的问题,与农业生产类似。因此,园林设计机电一体化机械在很大程度上与农业机械相似。现在,园林设计机电一体化机械在实际应用中还存在许多缺陷,具体来说,包括以下几点。
1.1种类比较少
现在市场上常见的有各种修剪机、洒水机等,这些比较单一,还有许多机电一体化机械并不常见,如移植机等。在许多发达国家,其园林设计机电一体化设备更加多样化,在美国、欧洲等国家,其园林设计设备种类就更多,用途也更广泛。国内也有许多知名品牌的销售,如绿友、东方园林等,在国内还有许多生产园林机械的著名厂家,在淮安、扬州等地就有许多知名厂家。
1.2普及率低
与数十年前相比,园林设计中采用机电一体化机械的频率虽然有所升高,但就目前来讲,机械的使用率还是偏低,还不够普及。与发达地区相比,我国大部分地方还在用半自动化机械工作,距离全自动机械工作还有一定距离。
1.3利用率较低
部分园林机电设备会投入使用,但机电设备的使用效率不高,其原因有二,一是存在人为操作的问题,错误的操作规程对机电设备造成很严重的破坏,导致维修费用升高,使成本不降反增;二是没有将机电设备的利用效率最大化,导致资源浪费,增加了管理与维护的成本,阻碍了机电设备在园林设计方面的投入和使用。
1.4保管和维护不到位
机械是易损耗的,使用过程中难免会出现故障,但有些企业由于缺乏技术人员维修不到位,有的根本不进行定期维修,故障的机器多数被弃置仓库,却利用人力完成作业,这成为园林设计中机电一体化的缺点。不懂得机械结构和原理,不熟悉机械的操作,不知道如何保养机械,导致机械使用寿命降低。对上述问题,企业必须制定相关的操作规程,让员工认真学习操作规范以及正确的使用方法。另外,在大规模使用园林机电一体化机械时引起的噪音、环境污染等问题也有待解决。机电一体化的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握,专业化是必不可少的。由于各类科技学科发展及相互渗透,促使了机电一体化技术和产品在各行业、部门的飞速发展。其中机电一体化在园林设计中也得到了应用。
2机电一体化在园林设计中的应用
随着现代化技术的广泛应用,机电一体化技术也逐渐渗透进了园林设计。经过两千多年的发展,中国古典传统园林所讲究的意境已经到了炉火纯青的地步,虽然可能会有更好的园林出现,但是机电化已经成了一个重要的发展趋势,这是大势所趋。园林设计中会融入更多的机电一体化等元素。沿着这个思路走,创造园林的科技文明和传统意境对园林现代化的普遍需求相结合,是成就上流园林的必要条件之一。
3结语
关键词:煤炭机械;机电一体化
煤矿机电一体化技术在这一时期显得尤为重要,它使机械、电子技术和液压控制技术有机的结合,极大地提高了煤矿机械的各种性能,如安全性、经济性、可靠性、操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命、方便安装拆除、便于维护等。目前以微机或微处理器为核心的电子(微电脑)控制装置(系统)在煤矿机械中的应用已很普及,电子控制技术已深入到煤矿机械的许多领域,如提升机和采煤机,提升机的PLC系统,采煤机的变频控制系统和PLC系统操作等,煤矿机械的在线状态监控与故障自诊、故障报警等。随着科学技术的不断发展,对煤矿机械的性能要求也在不断提高,电子(微机)控制装置在煤矿机械上的应用将更加广泛,结构将更加复杂、维护也将更加专业化。特别是,随着我国进口及国产煤矿机械数量的逐年增加,如何用好,管好这些价格昂贵的煤矿机械,使其发挥最大的效率,是煤矿机电部门所面临的一个重要的问题。为帮助煤矿机械使用人员、维修人员、管理人员对煤矿机械中的电气与电子控制装置的功能、类别及特性有一些初步的了解和掌握,下面我就这些做一下介绍与浅述。
煤矿生产中,煤矿机械的性能自动化程度及其经济性等可以说直接影响到生产;也直接影响到煤矿供电、排水、通风、提升等的安全运行。而煤矿机械电气与电子控制系统部分质量的好坏与性能的优劣又直接影响到机械的动力性、经济性、可靠性,从而影响施工质量、生产效率及使用寿命等。电子(微电脑)控制系统已成为煤矿现代机械不可缺少的组成部分,同时也是评价煤矿现代机械技术水平的一个重要依据。随着科学技术的不断发展,以及对煤矿机电产品性能要求不断提高,电子(微电脑)控制系统在煤矿机械中所占的比重越来越大,其功能将会越来越强,应用范围也将越来越广,而其复杂程度也随之提高,这样就对使用与维修维护这些设备的煤矿工作人员提出了更高的要求,对煤矿职工的培训工作和对煤矿设备的管理工作也显得尤为重要。
煤矿生产施工要求煤矿机械具有以下性能:皮实耐用且维修简单、生产效率高且节能降耗,自动化程度高且操作简单,施工质量好,精度高;性能稳定,工作可靠,安全性高,使用寿命长;具有较好的经济性,即高的技术价格比和低的制造与使用成本;工人劳动强度低,操作员的工作条件好;具有在线运行状态监视,故障自诊及自动故障报警功能,能及时准确地指出故障部位,减少停机维修时间。
为适应煤矿机械对性能的要求,仅仅依靠机械和液压技术的已显得力不从心。电子(微电脑)控制技术的发展就成了煤矿机械的必要选择。机电一体化是一项新兴的技术,将其引入到煤矿机械中,必将会给煤矿机械带来了新的技术变革,使其各种性能有了质的飞跃。
机电一体化又称机械电子工程学,是一门跨学科的综合性高技术,是由微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合而成的一门独立的交叉学科。机电一体化技术从70年代中期开始在国外机械上得到应用。80年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起,推动了机械制造技术的迅速发展,特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等的发展及其在机械上的应用,极大促进了煤矿机电产品的性能,使煤矿机械进入了一个飞跃的发展时期。以微电脑或微处理器为核心的电子控制系统在国外机械上的应用已相当普及,在我国也是发展的方向,已成为机械高性能的体现。目前机械的电子(微机)控制系统主要用以实现如下功能:
1、在线监控、自动报警及故障自诊,即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控,出现故障能动报警并准确地指出故障的部位,从而改善操作员的工作条件,提高机器的工作效率,简化设备维护检查工作,降低使用维修费用,缩短停机维修时间,延长设备的使用寿命。如采煤机上变频器就采用PLC控制,可实现多种在线监控和故障自诊,还有煤矿用各种电器设备也越来越智能化。
2、节能降耗,提高生产效率。例如井下使用的胶带输送机、通风机、提升机等,使用变频起动、PLC控制系统,节电量就为30%左右,同时生产效率也大大提高。
3、自动化或半自动化程度的提高煤矿机械实现自动化或半自动化控制,可以减轻操作者的劳动强度,提高生产效率,并减少因操作者的经验不足,对作业精度的影响。例如,冀中能源黄沙矿2009年投入使用的一整套薄煤综采设备,由我国北京天地玛坷电液控制系统有限公司与德国MARCO公司合作生产的PM31型液压支架电液控制系统,就是微电脑控制,只要在支架操作控制器上输入程序,支架使会自动连续动作,也可实现远程控制和工作面无人操作。
4、其他应用
2.先进教学手段的应用。(1)运用多媒体进行直观教学。课程中的原理图、梯形图、程序及电路图较多,利用Authorware、Powerpiont制作成多媒体课件,集文字、图片、动画和声音于一体,不仅仅大大减少了老师课堂上画图的时间,而且学生兴趣倍加,容易理解,提高了教学效率,增大了课堂教学的信息量。(2)联系生活,启发学生思维。课堂教学重在理论联系实际,运用生活中的实例,既有助于学生对理论知识的掌握,又有益于提高学生的兴趣和对实际问题的思考能力。如在讲解三相异步电机的变频调速时,结合变频空调原理和特点,来分析变频空调与普通空调之间的区别,从而阐述变频调速的优点,学生增加了生活知识和学习的趣味性。(3)与时俱进,激发学生的求知欲。教师应该与时俱进,了解课程最新的技术动态,并把它传授给学生,只有这样才能激发学生的求知欲,真正的把课教好。如在介绍直流电机中,运用高速磁悬浮列车的例子给学生进行了讲解,从而大大提高了学生的兴趣、求知欲和学习的动力。
3.改革优化实践环节。实践教学是技术应用能力形成的重要环节,也是高职专业教育教学的重点。为了培养学生专业技术能力,改革传统的实践教学模式,将实践教学分为三个阶段进行:(1)实验技能训练。实验技能训练主要包括专业基础课和专业课中的实验,使学生掌握基本实验仪器的使用,基本数据的测量、采集和基本实验方法的运用。(2)单项技能训练。单项技能训练主要包括金工实习、数控实训等,学生进行基本技能(钳工、机加工、电工)、职业基本素质(数控车、数控铣、加工中心的编程和操作)的训练。通过训练使学生掌握相应的技能,参加职业资格考核取得数控工艺员或数控车、铣、加工中心操作工等级职业资格证书。(3)综合技能训练。综合技能训练主要包括生产实习、顶岗实习等,学在实训中,采用边教、边学、边做的教学方法,通过典型零件数控加工案例引导教学设计,针对实际零件数控加工任务讨论工艺解决方案,并在加工现场实施,形成不同零件加工效果的直观比较和认识,以合作完成实训教学过程。融“理论、示范、练习、反馈”于一体,将“教、学、做”合而为一。有效培养学生的技术应用能力。生根据实际生产任务,在不同的岗位上完成实践任务,毕业后实现“零距离上岗”。
(四)建设特色课程
在课程设置上根据对企业人才需求情况和对近几年毕业生就业情况的调查,以工作过程为导向,以工作任务或产品为载体,根据学生就业岗位群的任职要求,参照相关的职业资格标准,通过与企业有关人员共同论证,进行课程设置。课程内容的确立与工作过程各阶段的任务密切相关,在与企业的深度耦合中,通过对职业岗位群从业人员和与职业岗位群有关的人员及专家进行调查,通过对在职业岗位上工作的学生的描述,经过分析、归纳、整理、综合,确立职业岗位工作过程中不同阶段的工作任务,将工作任务和内容转化为学习领域的课程内容,通过对工作过程各阶段的各级工作任务的使用频率和难易程度进行分析,确定适用于不同层次的专业核心课程内容和学时安排。
(五)总结
机电专业教学中必须坚持“面向现代,面向世界,面向未来”的发展方针,从实际出发,确定教学改革思路、培养目标,深入改革课程体系、教学方法和教学内容,使专业人才培养与未来社会发展需要相适应。在对学生的培养方面要做到:1.培养学生的综合应用能力、实际动手能力、工程设计和创新能力,学生能根据一般的设计要求和动作流程完成整个控制系统的设计。2.提高教学质量,培养了学生的学习兴趣。3.在实验和设计中增强了他们的团队合作精神。从一个目的、两个原则的教改思想出发,抓好课程理论、实践、考核的每一个教学环节,不仅充分发挥了学生的开拓创新精神,而且充分调动教师教学和教改的积极性,在教与学两个积极性的推动下,教学质量得以大幅度提高,使高校为社会主义现代化建设培养出更多优秀的人才。
【论文关键词】机电一体化教学改革专业特色
【论文摘要】针对机电一体化专业教学不能满足经济快速发展的需求这一现状,提出了以实践为导向的机电一体化教学改革。阐述了机电教学改革的必要性、思路和方法,提出在实践环节深化改革,在专业培养方案上努力突出专业特色的重要性,淡化了原专业课和专业基础课的界限,对课程实践教学进行了改革,体现了机电教学的特色。
【参考文献】
[1]张超,刘爱云,王娜,叶婷.高职机电一体化专业教学计划改革初探[J].中国科技信息,2007(22):202-204.
[2]李巧萍.生本教育理念来源于实践服务于实践[J].现代教育论丛,2002(5):6-20.
[3]魏增菊.机电一体化教学改革[J].平原大学学报,2007,24(5):93-95.
传感器是一种检测装置,其测量对象是被检测系统的信息,然后将其以不同的形式进行传输、处理和管理等工作,从而能够实现对被检测系统信息数据的自动测量和控制。简单来说,传感器的作用就是类似于人的感觉器官,帮助机电一体化系统探索和发现系统当中存在的问题。因此,将传感器技术应用于检测机电一体化系统的操作对象以及运行环境状态,能够精确、快速的获取机电一体化系统的运作信息,有效地提高了机电一体化系统的运行水平。目前,传感器技术已经被广泛用于人们的生活和生产当中,引起了人们的高度重视。但是与此同时,由于传感器技术在我国的起步较晚,在发展过程中仍然存在着一些局限性,因此为了提高传感器技术的精确度,还需要对其进行进一步的改进与完善。
2传感器技术在机电一体化中的应用价值
机电一体化技术包含机械制造技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术以及人工智能技术等多方面内容,在发展过程中直接导致了自动化技术的产生。而从某种程度上说,传感器技术是机电一体化发展过程中不可缺少的关键技术,影响着机电一体化系统的自动化程度,具有非常重要的应用价值。
2.1传感器技术在机械加工过程中的应用
众所周知,在机械加工的过程中,需要检测的地方有很多,下面将从两个个方面进行简要介绍:第一,将传感器技术应用于机械的切削过程和机床运行过程。现阶段,在切削方面,传感器技术主要是对切削过程中的机械设备切削力的变化状态进行控制,通过分析这个过程当中的相关数据,从而实现对设备运行状态的了解,保证切削过程的顺利进行,提高切削过程的生产效率,以及降低材料的消耗量。将传感器技术应用到机床的运行当中,主要是为了对机床的驱动系统、温度进行检测,从而保证机床运行的安全性,通过分析得到的相应参数,从而不断提高机床的运行效率和精度。第二,将传感器技术应用到工件的生产过程。与切削和机床的运行过程相比,工件的生产过程监视是非常重要,而且研究和应用也是最早、最多的。首先,在加工之前需要对所用的加工设备和坯件进行自动检查,从而保证加工过程的正常进行,比如说自动判断和调整坯件的夹持方位等;其次,在加工过程中,也有严格的要求,对切削的剫、力度、扭矩等参数都需要进行自动检测,以保证加工条件处于最佳状态,除此之外,对于在这个过程中加入传感技术的其他目的还在于提高切削过程的生产效率;最后,在加工完成之后还需要对工件的合格与否进行测量,例如工件的尺寸、粗糙程度、形状等,由于检查的过程比较繁琐和复杂,所以这些检测需要能够自动的进行,并且可以将检测结果直接输入到下一道程序,从而选用合格的产品。
2.2传感器技术在汽车行业中的应用
近年来,随着传感器技术在汽车行业中的广泛应用,现代汽车不断朝着智能化、小型化和电子化发展,进入了全新时期。目前,在汽车的制造过程中,为了实现汽车的机电一体化,需要用自动控制系统来代替传统的机械式控制装置,将先进的监测和控制技术扩大到汽车的全身,从而全面改善汽车的功能,不断增加汽车的人性化服务、减少排气污染和汽油损耗、提高汽车的安全驾驶和舒适性。比如说,在实现汽车的一体化过程中,凡是和电子控制有关的系统或是装置都离不开传感器的应用,尤其是在安全报警装置、信息装置和自动变速器等装置当中,所以这也要求传感器能够适应恶劣的环境,无论是尘土弥漫还是风雨交加的时候,都能够保证具有很好的密封性,与此同时还应该具备一定的抗干扰能力,尤其是安装在汽车发动机内的传感器,需要能够承受得住发动机在工作时的高温和高压环境。
3我国传感器技术在机电一体化中的发展现状和未来方向
论文摘要:机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电一体化技术的发展趋势。
现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
1机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪70-80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。
3机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
3.1智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。3.2模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。
3.3网络化
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.4微型化
微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。
3.6系统化
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
参考文献
1.机械技术:是机电一体化的基础,机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应,利用其高、新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上变更,满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。
2.计算机与信息技术:其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
3.系统技术:即以整体概念组织应用各种相关技术,从全局角度和系统目标出发,将总体分解成相互关联的若干功能单元,接口技术是系统技术中一个重要方面,是实现系统各部分有机连接的保证。
4.自动控制技术:其范围很广,在控制理论指导下,进行系统设计,设计后的系统仿真,现场调试,控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
5.传感检测技术:是系统的感受器官,是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强,系统的自动化程序就越高。
6.伺服传动技术:包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置,伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
二、机电一体化的发展进程
1.数控机床问世:自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段,尤其是在1999年后,国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金,使数控设备制造市场一派繁荣。
2.微电子技术的发展:我国的集成电路产业起步于1965年,经过30多年发展,已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。
3.可编程序控制器(PLC)的应用于工业:上世纪60年代后期,美国汽车制造业开发一种ModularDigitalController(MODICON)取代继电控制盘。MODICON是世界上第一种投入商业生产的PLC.70年代是PLC崛起,并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟,全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了PLC的第三个发展时期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是:在保留PLC功能的前提下,采用面向现场总线网络的体系结构,采用开放的通信接口,如以太网、高速串口;采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准;从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统,正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展,趋向于建立同一硬件平台,运用同一个操作系统、同一个编程系统,执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。
摘要:机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。文章概述机电一体化的核心技术,分析机电一体化发展进程,提出机电一体化向智能化迈进的趋势。
关键词:机电一体化;核心技术;发展进程;发展趋势
机电一体化技术是面向应用的跨学科技术,是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速,机电一体化产品更日新月异。
一、机电一体化的核心技术
1.机械技术:是机电一体化的基础,机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应,利用其高、新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上变更,满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。
2.计算机与信息技术:其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
3.系统技术:即以整体概念组织应用各种相关技术,从全局角度和系统目标出发,将总体分解成相互关联的若干功能单元,接口技术是系统技术中一个重要方面,是实现系统各部分有机连接的保证。
4.自动控制技术:其范围很广,在控制理论指导下,进行系统设计,设计后的系统仿真,现场调试,控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
5.传感检测技术:是系统的感受器官,是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强,系统的自动化程序就越高。
6.伺服传动技术:包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置,伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
二、机电一体化的发展进程
1.数控机床问世:自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段,尤其是在1999年后,国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金,使数控设备制造市场一派繁荣。
2.微电子技术的发展:我国的集成电路产业起步于1965年,经过30多年发展,已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。
3.可编程序控制器(PLC)的应用于工业:上世纪60年代后期,美国汽车制造业开发一种ModularDigitalController(MODICON)取代继电控制盘。MODICON是世界上第一种投入商业生产的PLC.70年代是PLC崛起,并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟,全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了PLC的第三个发展时期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是:在保留PLC功能的前提下,采用面向现场总线网络的体系结构,采用开放的通信接口,如以太网、高速串口;采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准;从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统,正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展,趋向于建立同一硬件平台,运用同一个操作系统、同一个编程系统,执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。
4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现:以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术,它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就,成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科,对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。
三、机电一体化向智能化迈进
20世纪90年代后期,各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面,光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头角,出现了光机电一体化和微机电一体化等新支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地,也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有:
1.智能化:是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。
2.网络化:20世纪90年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.微型化:兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。
4.绿色化:机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前途。
5.系统化:其表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能的大大加强,特别是“人格化”发展引人注目,即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。一是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理,研制各种机电一体化产品。
结束语:
当然,机电一体化的发展不是孤立的,与机电一体化相关的技术还有很多,并随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。
参考文献:
[1]王静。浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].同煤科技。2006.(4)
[2]石美峰。机电一体化技术的发展与思考[J].山西焦煤科技。2007.(3)
1.1优化火电厂机械系统依照现代火电厂的机械系统构成,其电厂一体化技改工作应该把系统优化需求当作前提,以此实现安全运行以及节能降耗的技改目标。依照我国构建节约型社会的目标需求以及我国实施节能减排的战略需求,火电厂在进行生产运营中应该不断地采取有效的措施对电力生产技术与设备进行优化。火电厂一体化技改工作应该先从优化燃烧系统着手,通过应用一体化技术来使污染物排放得到降低,并使锅炉燃烧效率得到提升,从而使我国节能减排的最终目标得以顺利的实现。同时,依照技改工作需求,电厂燃烧系统的一体化应该从调整炉膛温度、二次风量与风温、一次风量与风温以及烟气排放温度等方面着手,有效地对控制系统中的闭环控制进行优化以及对一体化技术的具体应用,有效地使锅炉热效率得到提升,并有效地使氮氧化物的排放量得到降低。在对火电厂进行技改的过程中,不仅要对锅炉燃烧系统进行优化,还要对电除尘优化体系、生产实时监控体系以及高低压变频调速体系等实施一体化技术改造与应用。同时,还应该通过一体化软件技术方式与硬件技术方式,有效地使电厂生产效率得到提升。此外,还应该从电厂生产系统的具体情况着手,对软件技术、驱动技术、传感技术、接口技术、信息处理技术以及机械本体技术等进行分析。在对火电厂进行技术改造的过程中,还应该有机地与电厂设备具体情况和电厂生产的自动化需求进行结合,从而使电厂节能效果得到提升,并使电厂技改目标得以顺利的实现。
1.2构建技改评测机制为了保证机电一体化的相关技改工作目标可以顺利实现,在对火电厂进行技术改造的过程中,还应该构建完善的技改测评机制。基于一体化技术的具体应用及其获得的效果,电厂在进行电力生产的过程中,应该有效地对工作经验、技术储备以及人员培训等进行分析,并在该前提下,认真地对科学发展观进行落实与贯彻,从而使电厂节能效果得到提升。同时,依照一体化技改方案以及电厂设备的具体情况来实施评测以及模拟分析,从而对技改方案的适用性与科学性进行保证,并对技改目标的顺利实现进行保证。
1.3火电厂技改工作的相关原则在火电厂中,依照机电一体化的相关技术改造需求,在进行技术改造的过程中,应该严格地遵循技术改革工作的相关原则,并把满足电厂在线控制管理、高效运行以及节能运行等工作需求当作前提,从而使火电厂可以顺利地实现自动化需求。在对火电厂进行技术改造的过程中,不仅要对其机电一体化技改工作进行重视,还应该对其投资回报率进行重视。同时,把实现实际应用需求当作前提,并加强技术更新、效益分析以及分项执行等工作,从而对电厂技改工作的社会效益与经济效益进行保证,并使技改工作目标可以更加顺利的实现。
2火电厂技改工作的未来发展
现阶段,我国在实施节能减排战略的过程中,其火电厂技术改造工作是实施节能减排工作的关键。针对火电厂污染物排放以及厂耗等因素的需求,其火电厂应该不断采取有效的措施,促使技术改造工作可以更加顺利地得到开展。通过一体化技术所具备的优势,促使现代电厂可以顺利地实现节能减排的目标。最近几年,我国火电厂的一体化技术改造工作在一定程度上获得了很大的发展与进步,既有效地使电厂能源消耗得到了降低,还有效地使火电厂排放污染物的量得到了降低,从而为我国环保工作的顺利开展提供了坚实的基础。基于一体化技术的具体应用及其获得的效果,电厂在进行电力生产的过程中,应该有效地对工作经验、技术储备以及人员培训等进行分析,并在该前提下,认真地对科学发展观进行落实与贯彻,从而使电厂节能效果得到提升,并使电厂技改工作目标可以更加顺利的实现。
3结语
常州轻工职业技术学院与中国百兴集团合作开办5个“百兴班”的过程是由浅层次的“订单培养”向实现多层次、全方位的“校企一体化”深层合作的过程。“百兴班”是依托学院电子电气工程系机电一体化技术专业组建的。机电一体化技术专业是学院重点建设专业,是江苏省特色专业,培养面向江苏省制造业,从事工业自动生产线、数控设备、工业机器人及其作业单元的的安装调试、操作运行、维护维修、营销策划、技术改造等生产一线工作的高素质技能型人才。机电一体化技术专业在常州和苏南地区享有良好的社会声誉,中国百兴集团选择和常州轻工职业技术学院合作办学,正是因为机电一体化技术专业能够为企业的发展提供不间断的高端技能型专门人才的支撑,增强企业的发展后劲和核心竞争力。开办“百兴班”也提高了中国百兴集团直接参与办学的积极性,中国百兴集团从人才、技术、资金、场地、设备等方面全面支持学院,促进了学院整体办学能力和水平的提升。
(一)组建“百兴班”的实践探索
“百兴班”主要是根据中国百兴集团的岗位需求而进行的订单式人才培养,在课程的设置方面主要由中国百兴集团提出意见:以机电一体化技术专业课程为主,加入材料加工、电子商务、市场营销等课程。学校主要承担理论基础教育任务,为学生离校到企业开展顶岗实习奠定理论基础。企业主要承担实际岗位基础知识和基本技能的培训任务。只有这样才能够使课程内容与职业标准对接,教学过程与生产过程对接,从而在最大程度上实现培养企业需要的技能型、应用型、复合型人才的目标。具体操作有两种模式:第一种模式,08级和10级百兴班采用这种运行模式,学生主要来自机电一体化技术专业。在制订培养方案时,坚持“共性”与“个性”相结合的原则。校企双方经缜密协商,就省特色机电一体化技术专业设置基础上,制订实施性教学计划,并突出个性化要求。其最主要的特点是,培养学生突出企业岗位技能要求,强化企业文化熏陶和强调实践环节等特定内容。按照车间储备管理人才、车间质量管理人员、车间设备维修人员、车间先进设备操作人员的培养标准,对学生的素质要求、技能要求,都有明晰的课题进行考核。具体的操作方式,如下图:第二种模式,09级、11级和12级百兴班采用这种运行模式,学生来自于机电一体化技术、高分子材料、市场营销等专业。在这种模式下,学校根据百兴集团提出的具体岗位要求,在学院电子电气工程系、轻工工程系、经管系等学生中广泛宣传。在企业和学校的双管齐下下针对不同专业,不同知识技能结构的学生,为企业培养既可以面向车间,又可以面向产品销售等其他岗位的优秀人才。
(二)校企合作育人
常州轻工职业技术学院的人才培养目标是为经济建设服务,培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的、具有理论知识、实践技能和职业素质的综合职业能力的应用型人才。“百兴班”是学院与中国百兴集团合作育人的一项有益尝试,培养模式是以校企联合为平台,以工学交替为手段,融学校的专业知识教育和在企业的工作实践为一体,旨在加强学生服务岗位的能力,提高人才培养质量。1.校企共同塑造优良班集体。企业配备专门人员,直接参与班级管理。学院在管理中按照“百兴文化”的要求,重视学生思想道德建设,并作为重要的考核内容。在学生到企业进行认识实习和顶岗实习的时候,学校安排班主任经常到企业走访,并了解学生的表现,及时与企业相关人员进行沟通,共同培养学生成长成才。同时,将百兴集团“纳百川之势,兴恒久伟业”的理念融入平时的教学之中,这些举措得到了企业的充分肯定。2.校企合作练就学生过硬本领。根据合作要求,特别重视人才培养方案中实习环节,明确阶段性实习课题目标、课时分配等,学院严格按照计划进行质量考核。需在百兴集团岗位上才能完成的实践教学环节,由百兴集团派出优秀工程技术人员与学院教师共同配合完成。3.引入激励机制、竞争机制。企业在市场上的竞争异常激烈,每个员工都必须具备竞争意识。为了让百兴班学生有竞争压力,百兴集团明确规定,对勤奋好学、积极向上、考核优秀的学生,实行“百兴”奖学金制度,并由公司人力资源总经理周加清亲自颁发,以资鼓励。对学习不认真,实习不努力,表现较差的学生一经发现即采取一对一督促,帮助其进步。经过四年来的实践,“百兴班”学生的竞争意识、知识水平、操作技能、人格修养和团队精神等方面明显优于其他普通班级。
(三)校企合作就业
校企合作订单班不但可以提高学生的知识技能,也可以促进学生和企业的交流,增进感情,有助于企业下一步的招聘工作。通过高职院校和企业合作建立实习、实训基地,不但可以提高学生的实践动手能力,还可以让学生切身感受企业生活,帮助他们正确的认识企业,从而促进大学生就业。总之,企业可以充分利用校企合作的平台,和高职院校合作一起培养人才,在培养的过程中去挖掘人才、发现人才、吸引人才,为他们今后选拔、招聘符合企业要求的应用型人才打好坚实的基础。“百兴班”是中国百兴集团订单培养的产物,每一届“百兴班”学生的培养都是根据企业的需求来进行的。比如,11级“百兴班”全部培养的是产品销售方面的人才。这个班在组建的时候就考虑到企业的需求,在电子电气工程系机电一体化技术专业和经管系市场营销专业范围内对学生进行宣讲,有针对性地成立了就业岗位为产品销售的班级。对没有营销专业知识的机电一体化技术专业的学生专门加了电子商务和市场营销类课程模块,对有市场营销知识的管理系同学则开设了材料加工基础课程模块。正在企业顶岗实习的12级“百兴班”则主要面向生产车间的运行和管理进行人才培养。根据企业需求培养人才,要求以能力本位替代知识本位,以经验学习替代书本学习,以操作型知识学习与能力训练替论知识与思维型训练,着重培养学生的基本职业素质、综合职业能力和就业竞争力。学生一旦进入实习期,直接到中国百兴集团顶岗实习。实习结束后签订协议者就业月薪达到3000元以上,提高了学生职业技能和就业能力。
(四)校企合作发展
随着五届“百兴班”的举办,常州轻工职业技术学院和中国百兴集团之间的联系日益紧密,双方的合作领域逐步拓宽,从合作办学、员工培训、师资互聘、设立企业基金、共建实验室、共同开发课程、共同组织课题申报到专利开发等,校企合作正一步步向纵深推进。“校企合作”的生命力在于“多赢”,“百兴班”的发展满足了学校、企业和学生三方的需求,也符合政府大力倡导的“学校要为地方经济发展提供智力和人才支持”的政策。同时,在机电一体化技术专业建设上,因为有企业相关的人才、设备和技术的支持,专业建设也获得了长足的进步,教师通过下企业,也得到了锻炼和成长,真正实现了多赢。
二、成效与反响
(一)校企合作办学,有利于高职院校事业发展
校企合作办学有利于高职院校完善专业建设和课程体系设置。校企双方商讨共同制定教学计划的成效在于学生在高职院校课堂上所学的理论知识和企业所需技术人员的知识接轨,学生掌握的专业技能和企业所需员工的专业技能接轨,学生所形成的专业素养和企业对员工的素养要求接轨。由此才能使高职院校毕业生和市场接轨,实现充分就业。通过校企合作,有助于推进高职院校“产、学、研”一体化发展,提高高职院校科研能力,并进一步促进学校课程建设。其中,常州轻工职业技术学院电子电气工程系教师与百兴合作开发的“轻工自动机电气系统的安装与调试”课程13年获国家级精品资源课程立项。
(二)校企合作办学,促进企业进一步壮大
校企合作有助于实现校企双方资源共享。高职院校科学研究氛围相对浓厚,人力资源较丰富,有较强的科研创新能力。通过校企合作办学,让高职院校师生直接参加企业的生产实践和技术创新,有助于校企共同研究科学项目、共同解决技术难题、共同开发新产品新技术,有助于企业提高科研水平,提升解决技术难题、开发新产品的能力。常州轻工职业技术学院为百兴集团完成员工培训上百人次,同时协助企业完成省级工程中心的检查验收,并为企业申报专利提供帮助,这些合作促进了企业的进一步壮大。
(三)校企合作办学,有利于提高大学生就业竞争力
校企合作办学促进大学生接受多种优秀文化熏陶。通过合作平台,常州轻工职业技术学院“爱岗敬业、自强不息”的学校文化与中国百兴集团“诚信、责任、求精、创新”的企业文化相互交融,对于学生而言,既感受了校园文化的熏陶,又接受了企业文化的培育,有利于提高自身的综合素质,提高自身的就业竞争力。同时校企合作有助于提高大学生的实践操作能力,对“百兴”班的同学而言,校企合作使他们提早接触到企业、生产,提高了他们运用理论知识解决具体问题的能力。08“百兴班”的卞奇同学,进入中国百兴集团实习和就业期间,因为表现突出,已担任公司薄膜事业部车间主任助理、生产班长,深受公司领导赏识;09“百兴班”的刘亚军同学,在公司从事EVA材料的销售,短短两年内,即成长为企业的销售新星,拥有固定客户多人,业绩骄人;10“百兴班”的高士强同学,岗位是车间维修电工,负责电器设备的正常维护和排故,被安排到新车间,能力有大幅度提升。
三、政策建议
首先,具备自动监视以及自动报警与保护等多种功能,不仅大大减少了劳动力,而且提高了机电设备的安全性与可靠性;其次,机电一体化技术能够满足不同客户的不同需求,因而其应用范围尤为广泛;再次,机电一体化技术集合机械与电子两大主流技术,通过对先进技术的有机整合,使自身具备强大的功能,使调整维护工作更为便捷。将机电一体化技术运用于煤矿生产中,不仅有助于大幅度减少劳动强度,改善工作环境,而且可以降低能源消耗,提高安全系数并加快煤矿生产进程。
2煤矿生产中的机电一体化技术
2.1在煤矿采掘工程中的应用
煤矿采掘工程作为煤矿生产的基础工程,对整个生产活动的效率有着重要的影响及作用,在煤矿采掘工程中引入机电一体化技术具有不容忽视的现实意义。在现阶段的煤矿开采作业中多采用电牵引采煤机,与传统液压牵引采煤机不同,电牵引采煤机不需要复杂的防滑设施,其具有良好的牵引性能,能够适用于倾斜度较大的煤层,可以提供较大的牵引力,并且在下滑过程中能够进行自动发电制动。除此之外,电牵引采煤机以其简单灵敏的结构及良好的动态性有效减少了电能的损耗,维护方便,运行高效且具有较高的可靠性、耐用性以及安全性,对提高煤矿生产效益有着巨大的推动作用。
2.2在矿井提升系统中的应用
矿井提升系统注重的是煤炭从井下被提升至地面环节的效率以及质量,随着机械化采煤程度的不断提高,现代煤矿生产对矿井提升系统的要求也更加严格。机电一体化技术应用于矿井提升系统中无疑对提高煤矿生产效率有重要的意义,其中以全数字化交直流提升机为典型应用。全数字化交直流提升机无需配备专门的绞车司机,将驱动结构与滚筒进行有效结合,并对机械与计算机、电力电子、自动控制等多种技术进行有机融合,通过同步运行的两台计算机进行相互检测与备用即可实现对煤矿生产过程的实时监测与故障记忆。全数字化交直流提升机以其简单化的硬件设备和较强的兼容性使矿井提升系统在效率和安全性方面都得到了较大的改善。
2.3在煤炭运输过程中的应用
现代化煤矿生产作业中,井下运输多采用皮带式运输机。与传统运输机不同,皮带式运输机多通过计算机进行控制,有着简单的驱动结构,其主要驱动方式为直流式变频装置,可以有效保障煤矿运输过程的稳定。大巷强力运输机的广泛应用大大提高了煤炭运输的效率和质量;CST可控软启动装置则采用机、液、电一体化技术,极大地改善了运输机的驱动现状,有效提高了煤矿的运输效益。近些年来,皮带运输以其在运输煤炭过程中的连续性、稳定性、高效性以及自动化等优势,已经逐渐成为煤炭运输的主流方式。
2.4在煤矿安全监控系统中的应用
机电一体化技术通过在设备中安装传感器以及设备检测装置,以计算机为媒介实现远程管理与控制,优化了机电一体化设备的管理;另外,在煤矿主扇中安装有变频设备,通过对风量和频率的调节实现自动化,进而节约能源、降低消耗;从液压支架向电液控制和自动移驾的转变可以有效防止对顶板和支架的冲击;采用微机保护技术使高压开关柜具备远程遥控功能;真空开关的使用可以有效延长高压开关柜的使用寿命从而大大减少维护工作量。这些都是机电一体化技术在煤矿安全监控系统中的广泛应用,不仅有效改善了设备的运行效率,也极大提高了设备的安全性能。
2.5在机电设备维护维修中的应用
在煤矿生产作业中,由于工作环境的复杂性,导致机电设备往往会出现一些故障性问题,因此机电设备的维修维护工作非常重要。机电一体化技术在机电设备维修维护中的应用可以有效缩短维修维护周期,提高效率。机电一体化设备中先进的传感系统可以根据传感器反馈的信息对设备故障及时地进行确定,并通过计算机对故障类型进行备案,很大程度上节约了检修维护时间,实现煤矿生产的经济性与高效性。另外,机电一体化设备无需对故障进行一步一步地排除,只需查询计算机数据库即可确定其故障代码进而确定设备故障,具有较强的高效性。
2.6在其他生产环节中的应用
除上文所提到的诸多环节外,机电一体化技术在其他生产环节也有涉足。如螺杆式空压机智能控制系统的应用,在有效实现对电动机过载、缺相、错相等的保护功能的同时,也具备记忆存储、故障诊断、远程通信等增值功能。此外,还有微机保护与高压开关的结合等。
3机电一体化技术的发展前景
近些年来,我国的机电一体化技术在不断发展中改进,在不断改进中完善,已经相继取得很大进步,但是与发达国家相比,仍然存在一定的差距,有着较大的发展空间。我们必须不断改进与创新,以满足现代煤矿生产的要求,进一步加深其在我国煤矿生产中的应用。
3.1网络化
机电一体化,顾名思义即机械与电子的有效结合,机电一体化技术较为注重设备运行系统与控制系统间的通信连接,其发展偏向网络化。大多数煤矿企业通过网络化平台实现对设备运行以及故障排除等方面的远程控制及优化管理。随着电子信息技术的发展,机电一体化技术的网络化已经成为一种必然的发展趋势。
3.2智能化
机电一体化技术一大显著的特点即较高的自动化与智能化,系统具备正常人的逻辑思维能力、判断能力以及自我选择能力,采用智能机器人来适应复杂的开采环境,能够实现设备的无人管理,煤矿生产中的机电一体化技术正朝着这个方向不断迈进。
3.3绿色化