机电一体化的基本概念范文

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第1篇

关键词：机电一体化；基本概念；核心技术；发展进程；发展方向

中图分类号：TH-39 文献标识码： A

随着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，导致了工程领域的技术革命与改造。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、产品机构、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”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。“机电一体化”意思是机械技术和电子技术的有机结合。这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。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、机电一体化技术基本概念

机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

二、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。

三、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、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。

四、机电一体化的发展方向

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、自动化：所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。

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。

第2篇

【关键词】机电一体化；概念；构成；应用领域；发展

1、基本概念

机电一体化在机械技术的基础上，结合了微电子技术和计算机技术通过三者和其他一些学科互相渗透、互相融合的一门新技术。它的产品相较传统的机电产品，有很多优越性。

首先，机电一体化产品使用起来更安全、更放心。因为机电一体化产品大多都具备自我监控、报警及判断保护系统，一般工作时容易出现的超载、超压、短路、超温等情况都能自动而有效的处理，极大减少了事故的发生，为工人的人身安全提供了保障。其次，机电一体化产品的工作效率和质量要优于传统产品。因为相较传统产品，机电一体化产品多了自动处理信息和自我控制的机制，这样可以极大提升执行操作的准确性和效率，减少了工作人员的主观失误，是整个工作过程按最佳的路线通过，缩短了生产周期，产能大大提升。然后，机电一体化产品的操作更简单，按键更少更清晰，而且工作进程可由计算机控制指挥，使之实用性能大大提升，可自我优化。还有，机电一体化产品因为融合了多方面的技术，适用范围不再局限于一处，产品拥有及优秀的复合功能，自动化水平也大大提升，具有自动控制、补偿、校验、调节、保护、美化等多种多样的功能，应用于多领域多方面，满足了多种多样的客户群体。最后，机电一体化产品还优秀在易检修易调控。因为自动化程度的提升，使用者能通过计算机极快的调整参数，通过控制系统启动控制程序，而不需要手动更换设备的组成部分。而维修更加方便，只需事先存储全面的解决方案，产品就能凭借自身超强的自动化系统及时解决问题，很方便便捷。

2、主要技术和产品种类a

2.1主要技术

2.1.1机械技术。机械技术是根本，机电技术建立在机械技术的基础上，结合计算机技术与电子技术，最大程度发挥机械技术的特性与优点，从材料、性能、结构上实现最优化。

2.1.2计算机技术。计算机技术是控制核心，它负责信息交换、存储、计算和命令。计算机技术包括人工智能技术、专家系统技术等。

2.1.3系统技术。系统技术指将整体分解成无数个相互关联的功能单元的相关技术，其中最重要的是接口技术，它肩负着系统各部分紧密连接的重担。

2.2 产品种类

2.2.1数控机械类。执行机构为机械的产品，如洗衣机、机床等。

2.2.2机电结合类。执行机构为电子与机械相互融合的系统，如自动探伤机等。

2.2.3电液伺服类。控制机构为液压伺服阀，如电子伺服万能材料试验机等。

2.2.4信息控制类。执行机构的行动被接受的数据所控制，如传真机、打印机等。

2.2.5电子设备类。执行结构为电子设备，如电火花加工机床。

3、机电一体化产品的构成

3.1机械系统。是产品的基本骨架，支撑着其他所有系统，包括机身、框架、连接部分等。

3.2动力系统。产品整体的能量来源，维持产品的正常工作，受控制机嘻嘻处理系统控制。

3.3传感系统。检测监测产品各系统的正常工作并采集外界环境信息，将信息状变成电子信号，传输给处理单元，并经处理后返还执行。

3.4驱动系统。是产品动作部分的支撑，用以获得能量转变成相应动作，驱动执行各种指令。

3.5执行系统。即运动部件，受驱动部分驱动完成相应动作。

3.6控制及信息处理部分。含处理单元，收集各处传感器发送的电子信号，集中处理、存储、分析，并按照程序命令控制整个产品的高效工作。

4、应用领域

4.1数控机床。数控机床是应用的最主要方面之一。目前，数控机床大多使用功能比以前强大许多得多主线体系结构，而且现在设计越来越来开放，智能系统应用的越来越广泛，是现在的数控锯床能满足绝大部分客户需求。现在的数控机床功能多种多样，包括在线诊断、动态仿真、模糊控制，提升了产品功能多样化和可操控性。此外，多过程、多通道控制以及网络功能等，使数控机床能够满足人们日益提高的对复杂系统和曲面的加工要求。

4.2交流传动技术。交流传动技术主要基于微电子技术和计算机技术的基础上研发，交流传动系统具有极高的优越性。随技术的发展交流调速系统的性能已经优于直流调速系统，交流传动技术即将占领市场。

4.3FMS（柔性制造系统）。FMS是计算机技术应用的一大体现，主要由机器人、料盘、自动搬运小车、计算机、数控机床和自动化仓库等组成。柔性制造系统能实施满足提出的要求即可按规定控制生产，因此特别适用于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

4.4工业机器人。第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性。第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理分析做出一定的判断，对动作进行反馈控制表现出低级智能以开始走向实用化。第3代机器人即智能机器人具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维判断和决策在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。

5、发展趋势

5.1智能化。智能化即发展人工智能，是机器能够具有自主的计算推理能力。而这一切的基础，主要是模糊技术、软件芯片技术、信息技术以及其他一些相关技术的飞速发展。智能化是未来科技发展的必然趋势，其中就包括机电一体化产品之一，智能机器人。

5.2高速、高精度化。数控机床一直是机电一体化的一大项应用，而未来数控机床势必要比现在更快速、更精确。速度方面，机床主轴的转速、加速度都会得到极大加强。而纳米技术的发展与应用也使机床更微型更精确，这是未来的发展方向。

5.3绿色化。随着科技发展，科技生产迅速提升的同时也在危害着环境的健康。地球是我们共同的家园，人类的发展绝对不能以破坏生存条件作为代价，所以科技的发展的同时，也要求着生产的绿色化与环境保护。产品的绿色化，指的是在产品设计、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，资源浪费少、排污少、对自然生态环境影响极低。绿色化即将成为最重要的发展方向。

6、结束语

现今，机电一体化已经越来越贴近我们的生活，这是让人闻为之兴奋的美好结果。相信随着科技的不断发展，各类技术不断地水融，各学科的不断渗透和影响，机电一体化必将绽放耀眼的光华，产生更多给于我们极大方便的产品，让我们的生活弥漫着科技的芬芳。

参考文献

[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2114.

第3篇

关键词：机电一体化；产品应用；数控机床；发展趋势

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1机电一体化概述

1.1基本概念

机电一体化的英文单词是Mechatronics。它分别取了机械技术（Mechanics）的前半部分和电子技术（Electron-ics）的后半部分。通常，我们认为机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合，又称之为机械电子技术。

1.2五要素和四原则

五要素——机电一体化系统的硬件组成：指的是机电一体化系统的五大组成要素，具体包括结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素。（1）结构组成要素：系统的框架、支撑、定位、联接部件。（2）动力组成要素：为系统提供能量、动力维护运行的部件。（3）感知组成要素：对系统内外各种状况进行检测、转换、传输、分析、处理，产生控制信息。（4）智能组成要素：将感知组成要素传来的控制信息进行汇总、存储、分析、处理，发出指令。（5）运动组成要素：根据智能组成要素发出的指令，完成既定的执行功能。

四原则——机电一体化系统的运作规律：指的是五大组成要素在互相作用时必须遵循的结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。（1）接口耦合：信息交换涉及到的两个环节，通过接口耦合来解决信息模式不兼容而不能传递的问题。（2）能量转换：这也是两个环节由于模式不兼容的问题导致无法直接进行能量转换。（3）信息控制：智能组成要素完成信息的采集、传输、存储等操作。（4）运动传递：机电一体化系统的各组成要素之间通过运动传递原则达到优化不同类型运动的变换与传输。

2机电一体化的应用

机电一体化的不断发展，实现了产品整体优化，也实现了产品质量提升、生产效率提高。在新产品的生产和准备周期上，机电一体化也有其巨大优势。

2.1机电一体化在现代机械制造业中的应用

与建立在规模经济基础上，依靠规模、产量来争取竞争优势的传统机械制造业不同，先进机械制造业强调以信息为主导。表一为传统机械制造业与先进机械制造业的类比。

表一 传统机械制造业与先进机械制造业类比

本质

竞争优势

综合特点

传统机械制造业

规模经济

1、企业规模大；

2、生产批量；

3、产品结构和重复性取胜；

4、资源利用率高。

1、专业加工复杂；

2、机器替代人力。

先进机械制造业

信息产业

1、先进生产模式；

2、先进制造系统；

3、先进制造技术；

4、先进组织管理形式。

1、全球化、网络化

2、虚拟化、智能化、

3、环保协调

2.2在饮料行业中的应用

机电一体化应于食品、饮料行业已经有很长的历史了。在包装机械的开发设计和制造中，机电一体化技术发挥了非常大的作用，它的出现使包装生产线的各项指标（如自动化水平、系统控制水平、生产能力）得到了极大的提高，竞争力产生了质的飞越，远远超过同类传统的机械设备，同时也使单机的自动化程度大大提高。

2.3在钢铁企业中的应用

机电一体化技术在钢铁企业中的应用有很多。在钢铁生产的全局控制中，计算机集成制造系统（CIMS）发挥重要的作用。CIMS将生产管理的各项宏观与微观过程与人有机地联系在一起，实现了生产要素的统筹管理。在钢铁生产的传动环节，交流传动技术一出现就受到各大厂家的青睐，它使矢量控制技术得以在实现。其于交流传动技术在调速方面的巨大优势，它取代传统的直流传动指日可待。

3机电一体化产品举例

以数控机床为例，阐述机电一体化产品的实际应用。

数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量等技术，是一种高效率、高精度、多功能的先进机床，与传统机床相比有巨大优势，取代传统机床是大势所趋，是成本、技术和时间问题。

图1为数控机床工作过程原理图，图2为数控机床的组成结构。

图1 数控机床工作过程原理图

图2 数控机床的组成

4机电一体化的发展趋势

随着机电一体化越来越广泛的应用，各行各业都不断涌现出机电一体化的应用实例。每每出现机电一体化的产品，都会引起一场革命，造成一个行业的蓬勃发展或者另一个落后产业的加速衰亡。

随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

未来，机电一体化的发展趋势不可避免地向以下几个方面发展。

4.1智能化

机电一体化技术越来越成熟。首先表现在其智能化程度越来越高，甚至具备了一定的AI（人工智能，Artificial Intelligence）能力。这给用户在使用、维护上带来了极大的方便。

4.2数字化

机电一体化产品也将会更数字化，如数控机床和机器人，这也是进一步增强机电一体化产品可靠性、通用性、可操作性的重要保障。

4.3模块化

产品配件模块化的最主要好处是使产品配件标准化、系列化，不仅更加容易应用于工业生产，也使接口规则更加简单和体系化。现阶段机电一体化蓬勃发展但仍处于初级阶段，产品种类繁多而不成体系，模块化这项工作潜力巨大。

5结 语

机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合。机电一体化在各行各业中的应用越来越广泛，产品层出不穷，引领各行各业发生翻天覆地的改变。机电一体化在未来不可避免地向智能数字、模块设计生产、互联共享、人性便携和环保绿色等方向发展。

参考文献

[1]顾京.现代机床设备[M].北京：化学工业出版社，2001

[2]袁中凡.机电一体化技术[M].北京：电子工业出版社.2006.

第4篇

关键词： 机电一体化； 特点； 发展趋势

中图分类号： TH-39 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0113-02

一、机电一体化的基本概念

机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

二、机电一体化的发展概况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。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。

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、通信技术等进入了机电一体化，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；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。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“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。

三、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

1．机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础，因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

2．动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

3．传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

4．信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。

5．执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中最重要的组成部分。机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

四、机电一体化的发展趋势

1.智能化

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。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。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，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。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、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。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。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

3.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。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。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。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。

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、信息等方面具有不可比拟的优势。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。

5.绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。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，具有远大的发展前途。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。

6.系统化

系统化的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。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。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，机电一体化产品的最终使用对象是人，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。另一层是模仿生物机理，研制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研制出来的。

综上所述，机电一体化技术是众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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

参考文献：

[1] 李建勇．机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004．

第5篇

关键词：机电一体化系统；智能控制；应用；智能化

随着社会的不断发展以及微电子技术与信息技术的不断进步，大规模的集成电路也随之产生，并且得到了越来越广泛的应用。而与此同时，机电一体化技术也获得了飞速的发展，其在工业生产中也表现出越来越优越的性能。其可以从多方面提升工程的可靠性，并且可以充分满足高效性需求。首先，其可以有效减少由于工人操作而产生的失误，提高生产的高精度；其次，其可以充分确保系统运行的可靠性与稳定性。因此，加强智能控制在机电一体化系统中的应用研究，对智能化生产水平的提升具有非常重要的意义。

1 机电一体化的概述

1.1 机电一体化系统

所谓的机电一体化系统即为可以将传感器技术、电子电工技术、信息技术以及机械技术等多种技术进行有机结合，并且将其科学、合理地运用到实际的生产与生活中的一种综合性技术[1]。其工作原理主要是基于所有技术的结构耦合完成对信息的有效控制，并且最终实现能量转换。

1.2 智能控制

作为一种自动控制技术，所谓的智能控制即为利用计算机模拟人类智能，在无人干预的条件下，自主地驱动智能机器，使其完成一些比较复杂与多样的控制目的以及控制任务，最终实现控制目标的技术。其可以有效地控制那些比较复杂的系统，其具有非线性特性以及变结构特点，其工作重心主要集中在高层控制，能够有效地完成多样性的目标，可以有效满足高效能的要求等等。目前，随着社会的不断发展与科技的不断进步，智能控制也迎来了良好的发展契机，其不仅更加实用化以及工程化，而且可以与其它现代化技术互相依存，促进彼此的不断发展与完善。

2 智能控制在机电一体化系统中的应用

2.1 在机器人领域中的应用

由于机器人在动力系统中会充分体现出其时变性、非线性以及强耦合性的基本特点，而且在控制参数系统中还可以充分体现出其多变性以及多任务性的特点，因此，这都充分表明其比较适合智能控制技术的应用。目前，在机器人领域中，智能控制主要应用在以下方面：（1）机器人在行走轨迹以及行走路径跟踪方面的智能控制；（2）智能控制机器人的手臂动作与姿势；（3）智能控制机器人视觉处理以及多传感器的信息融合问题；（4）利用专家控制系统定位、规划控制以及监测机器人的运动环境等等。

2.2 在建筑工程中的应用

在建筑工程中，智能控制技术主要应用在以下方面：（1）实现对建筑物内空调的智能控制。其可以利用比例积分调节器闭环方式智能化地设置空调在夏、冬不同季节的使用模式与风阀。其不仅可以有效优化建筑内的空气质量，而且可以有效地节约能量；（2）智能控制技术在建筑物照明系统当中的应用。在此方面，智能控制技术主要是利用通信与计算机控制进行联网，然后对照明逻辑方面，照明系统节能方面以及照明时间等方面实施智能化的控制[2]。从而使得建筑工程能够顺利地开展，有效提高建筑工程效果与工程质量。

2.3 在机械制造中的应用

目前，在最为先进的机械制造技术即为实现计算机辅助技术以及智能控制技术的完美结合，逐渐往智能机械制造技术的方向发展。而且发展的最终极目标即为可以充分地利用计算机技术代替人类的一些脑力劳动，这样就可以有效地模拟人类制造机械的活动。除此以外，智能控制技术还可以动态地模拟机械制造现状，并且可以利用传感器融合技术，实现对采集信息的预处理，从而可以有效控制模式中的各项参数数据，进行有效地修改预处理。目前，智能控制技术主要在智能学习与智能传感器以及机械故障的智能诊断等方面得到应用。

2.4 在数控领域中的应用

随着我国社会的快速发展以及科技的飞速进步，我国的机电一体化技术也在谋求更好的发展，这也对数控技术也提出了更高的标准与要求。其不但必须要充分实现诸多智能功能，而且还要延伸以及扩展出更多新的智能功能。这样数控技术就可以实现智能数据库的建立，而且还能完成智能监控与编程的目标。例如，借助于专家系统能够更加科学、综合性地分析数控领域中存在的结构以及算法不够明确的问题，再根据推理规则，合理性地推理施工现场中的数控故障信息，进而得到关于数控机械维修的可行性建议。

3 结语

总而言之，随着科学技术全球化以及现代化的发展，智能控制技术也在机电一体化系统中得到了广泛的应用。其不仅能够有效地改善人们的生活环境，而且也能够大大提高社会经济的发展水平。所以，必须要充分重视智能控制在机电一体化系统中的应用，并且要不断地研究与探索，掌握有效的应用以及运行规律，从而使得智能控制，能够在机电一体化系统中的得到更加高效以及广泛的应用，进而有效提升机电一体化的运行效率，促进社会的可持续发展。

参考文献：

[1]孟丽萍，高丽华.浅析传感器在机电一体化系统中的应用和发展[J].华章，2012，11（01）：1316-1317.

[2]陈雪梅.机电一体化系统对智能控制的有效应用的几点思考[J].河南科技，2010，08（14）：84-85.

第6篇

关键词：机电一体化；概念；构成；应用领域；发展

1 机电一体化技术的优势

1.1 使用性能改善

机电一体化产品大都数都采用数字显示和程序控制，产品上所设置的按钮和手柄数量大幅度减少，自动化程度提高，操作更加方便简单。机电一体化产品在生产过程中，通过内部的预制程度，实现电子控制系统自动指挥，重复实现全部动作。现阶段，高级化的机电一体化产品，可通过对被控对象外界环境参数的变化随即寻找最佳的工作程序，实现自动最优化操作。

1.2 调整和维护方便

机电一体化产品在安装和调试的过程中，可以直接通过控制程序改变产品的工作方式，使其适应不同用户对象的需要。这种控制程序的优势在于不用改变产品的任何零件或部位，仅仅通过一定的手段将其直接输入机电一体化产品的操作系统，就可以使原产品按照更新程序进行运作。另外，对于一些具有存储功能的机电一体化产品，企业可以预先在系统内安装若干套不同的执行程序，避免在需要时重复安装，系统也可以随时根据工作对象的需要，更换程序自动运作，提高工作效率。机电一体化的自动化监视、检验功能，可以使产品运作过程中出现故障时，设备自己做出反应并按照预设程序采取相应的整改措施，保证机电一体化产品的正常工作。

1.3 安全性能提高

大部分的机电一体化产品都具有自动报警、自动监视、自动保护、自动诊断等功能，所以如果在机电一体化产品工作过程中出现过压、过载、短路、过流等故障时，机电一体化产品可以自动采取各种有效措施，排除安全隐患，减少设备故障的危害，在一定程度上保证的安全生产，提高了设备使用的安全性。

1.4 生产质量提高

机电一体化产品一般都具有自动控制功能和信息自动处理功能，为此，在检测的精度、灵敏度、范围等方面都有了很大幅度的提高，通过自动控制系统，机电一体化产品可以不受操作者的主观影响，完全按照预定程序进行运作，确保机械的执行预期动作，保证了设备的生产能力和产品质量；另外，自动化的生产过程，提高了生产产品的效率，使得产品的生产能力大大提高。

1.5 适用面较广

相比传统的机电产品，机电一体化产品不再局限于单功能和单技术的限制，具有复合技术和复合功能，这在很大程度上提高了产品的自动化程度和功能水平。机电一体化产品大都有自动校检、自动补偿、自动化控制、自动调节、智能化以及自动保护等多种功能，可以广泛适用于不同的工作环境和工作领域，应变能力较强。

2 机电一体化技术的发展

2.1智能化。智能化即发展人工智能，是机器能够具有自主的计算推理能力。而这一切的基础，主要是模糊技术、软件芯片技术、信息技术以及其他一些相关技术的飞速发展。智能化是未来科技发展的必然趋势，其中就包括机电一体化产品之一，智能机器人。

2.2高速、高精度化。数控机床一直是机电一体化的一大项应用，而未来数控机床势必要比现在更快速、更精确。速度方面，机床主轴的转速、加速度都会得到极大加强。而纳米技术的发展与应用也使机床更微型更精确，这是未来的发展方向。

2.3绿色化。随着科技发展，科技生产迅速提升的同时也在危害着环境的健康。地球是我们共同的家园，人类的发展绝对不能以破坏生存条件作为代价，所以科技的发展的同时，也要求着生产的绿色化与环境保护。产品的绿色化，指的是在产品设计、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，资源浪费少、排污少、对自然生态环境影响极低。绿色化即将成为最重要的发展方向。

3 机电一体化技术的应用

3.1机电一体化在数控机床中的应用。随着机电一体化技术在数控机床中的应用，使得数控机床在结构、功能、操作和控制精度上都有所提高。主要体现在以下几个方面：1、数控机床的结构向着总线式、模块化、紧凑型的结构发展，在操作的过程中采用多个CPU，多主总线的体系结构。2、数控机床在设计方面对外开放程度较高，硬件体系结构的层次性和兼容性较强，可以使得用户在使用的过程中达到效益的最大化。不仅如此，还对软件进行了模块化设计，使得数控功能更加丰富，加强了整个系统控制功能。3、在数控机床的生产运行中，一台机床可以同时完成多个加工任务，也可以一次控制多台机床的运行，从而达到多过程、多通道的控制目的。

3.2智能化技术。在工业设备的生产中，重工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术不能达到生产要求，所以有必要采取智能化的控制技术对生产环节加以控制。在重工业领域，职能控制技术主要应用于产品设计、生产、控制、设备的检查以及产品质量控制等各个方面。

3.3计算机集成制造系统。GIMS是将生产人员与生产经营、生产管理和生产过程的控制有效连接在一起，从而达到生产产品的一体化控制，他不是将各分散系统进行简单组合，而是将生产的全局动态进行优化组合。这一系统打破了原有制造系统的各个部门之间的界限，以产品的生产制造为核心来控制运输流程和整个信息流程，从而实现了产品从决策到经营管理的有机结合。更进一步提高了生产效率，节约了生产资源，降低了损耗，达到了节约人力资源的目的，使得产品的库存量逐渐减少，加快了产品销售中资金的流动性和周转能力，促进了企业生产力的快速发展。

4 结束语

现今，机电一体化已经越来越贴近我们的生活，这是让人闻为之兴奋的美好结果。相信随着科技的不断发展，各类技术不断地水融，各学科的不断渗透和影响，机电一体化必将绽放耀眼的光华，产生更多给于我们极大方便的产品，让我们的生活弥漫着科技的芬芳。

参考文献

[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2114.

第7篇

关键词：机电一体化 主功能 动力功能信息处理功能 控制功能

一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

（四） 具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。

（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品， 可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置， 如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

二、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础， 因此对机械结构提出了更高的要求， 需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

（三）传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

第8篇

机电一体化控制系统的拥有量反映了一个国家的经济能力和国防实力，目前我国是全世界机电一体化控制技术较先进的国家，但是机电一体化的利用率、开动率低，这样我国制造业也很难把行业中机电一体化的控化率大幅度提上去。机电一体化在工业过程控制系统中接受调节器的控制信号，确保生产过程按预定要求正常执行，执行机构无需特殊的动力源就可以保持原执行位置，可远距离传输信号，更适应采用电子信息新技术。

一、机电一体化的概念

“机电一体化”在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。机电一体化技术又称为机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。二、机电一体化技术基本概念机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

二、机电一体化技术的特点

1、安全性和可靠性。机电一体化产品都具有自动监视、报警、自动诊断等功能。在工作过程中电力故障时，能自采取保护措施，避免人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

2、工作质量提高。机电一体化产品具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的精度上很大程度的提高.近几年出新了复合加工机床，派生出各新颖的机床结构，可以采取虚拟轴机床和特殊机械结构。例如：复合型的一体化机床，在钻深孔时大大提高效率。通过自动控制系统可保证机械按照设计的要求完成预定动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而保证最佳的工作质量和产品的合格率。由于高速加工技术普及，机床主轴转速由3000～4000r/min提高到9000r/min，运动部件的加速度，其已由过去一般机床的0.4G提高到2G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。

3、使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮数量显著减少，操作技术大大简化并且方便、简单。机电一体化产品根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随即自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

4、适用面广。机电一体化产品跳出了机械机电一体化产品的单技术和单功能限制，使得产品的功能水平和自动化程度大大提高。具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护等多种功能，能满足用户需求的应变能力较强。

5、调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，通过调整控制程序以适应不同用户对象的需要，通过多种手段输入到控制系统中，事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的要求，只需给定一个代码信号输入，可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化的定位精度可以提高到提高到1mm左右，最小分辨率为的数控系统和已有产品，并且两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使机床联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度，提高了插补质量，并可进行自动拐角处理等。机电一体化产品的自动化检验和自动监事功能可对故障自动采取措施，使工作恢复正常。

6、网络化。依据机电一体化机床的基本要求，提高机床的开动率是企业合理化、最佳化的方法。因此，计算机网络制造和虚拟制造技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为制造业发展的一个主要潮流。

三、机电一体化系统设计模型

机电一体化可控的执行机构子系统是高精度匹配性和信息融合的结构，也是机电一体化系统中设计方案创新的核心。

1、F-P-A-M求解模型。它是根据总功能进行工艺动作过程的分解，通过与其它两个子系统的集成与融合设计得到机电一体化系统的方案，它的柔性化程度将多个单一功能的机械系统组合成多功能的机电一体化系统 ，用计算机控制系统取机械式的控制系统 ，提出了解模块的接口匹配策略。

2、符号表达模型。机电一体化系统需要以简图的形式表达多种可行方案，该表达方法建立在常用机电一体化系统基本功能元模块的层次上，包括文字符号，接口信息等符号，为计算机辅助机电一体化系统方案的创新设计提供了有效手段。机电一体化系统知识库来源可快速存取功能元载体并能自动产生可行的设计方案。

四、机电一体化的结构设计方法

1、硬件结构设计。一体化电动执行机构的电气控制系统结构如图所示，整个系统把可编程序控制器为整个控制系统的核心，它为用户反馈各类状态信号。该方法的优势在于易于调整两比较的标度值且能较好地维持原有的实际意义，两两比较相对优序值可以利用网状图的评价方法， 解决了无法排序方案的缺陷。

第9篇

关键词：机电一体化；发展背景；趋势

【分类号】：TU855

前言：近些年来，随着现代科学技术的飞速发展，推动了不同学科的相互交叉与渗透，并引发了几乎所有工程领域的技术革命与改造。再加之微电子技术的飞速发展及其向机械工业的渗透，机械工业的技术结构、产品结构、功能、生产方式及其管理体系均发生了巨大变化，目前，关于“机电一体化”含义尚未取得统一的定义，较为普遍的提法是“日本机械振兴协会”经济研究所对机电一体化概念所做的解释：“机电一体化是在机械主功能、功力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”随着生产和科学技术的发展，“机电一体化”还被不断地赋予新的内容。但其基本概念的含义可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术、计算机技术、传感器技术、接口技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个系统最优化而建立起来的一种新的科学技术。它使生产系统柔性化，机电产品智能化，极大地提高了生产效率。一场“机电一体化”革命蓄势待发。

一。机电一体化的发展背景

随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，这完全取决于机电一体化技术所存在的优越性和潜在的应用性能。

（一） 使用安全性和可靠性提高

机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。机电一体化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性，产品的故障率低，寿命得到了提高。

（二）生产能力和工作质量提高

机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。

（三）使用性能改善

机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作

二.形势。

我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度我国用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。

我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。

另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。

三.机电一体化的发展趋势

（一） 智能系统化

所谓智能系统化，是指机电产品系统体系结构进一步采用模式化和开放式的总线结构，机电系统各部分可以灵活组态，进行任意组合，这是机电一体化和传统机械自动化的主要区别之一。另外，机电产品的通信功能大大加强，局部网络开始被大范围地使用。总之，未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电产品开始往着生物系统化的方向发展。

（二） 微型化

未来的机电一体化将会高度融合微机械技术、软件技术和微电子技术，所以未来的机电产品系统能进行精细操作，在航空航天、生物医学和信息技术等领域都将有广阔的应用前景。

（三） 规范化

由于机电一体化产品种类繁多，研制和开发工作相当复杂，所以需要制定一系列标准来规范生产过程。在这种形势背景下，机电一体化开始向着规范化的方向发展，如此一来，不仅可以迅速开发新产品，而且还可以扩大生产规模。

（四）网络化趋势

计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产等领域都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。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。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使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络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，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐，因此机电一体化产品朝着网络化方向发展是为大势所趋。

（五）绿色化趋势

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。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，具有远大的发展前途。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。

（六） 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

（七） 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

第10篇

关键词：智能控制；机电一体化；有机融合

     当今科学技术的不断进步，智能控制和机电一体化也在不断发展，而且两者之间的相互关系也在不断地进行融合，随着机电一体化技术的不断应用，对其实际应用要求也在逐渐提升。智能控制就是在这一环境中不断发展与完善的，在机电一体化发展的大背景下，本文着重强调智能控制在此影响下与机电一体化的有机融合。

一、智能控制和机电一体化的概念介绍

     （一）智能控制的概念内涵

     智能控制是指将人工智能、信息论、自动控制和运筹学等相关学科的研究成果进行综合的发展形成的具有针对性的控制理念，主要面向比传统控制更为复杂、多样的控制任务和控制目的，为当今社会的发展带来了更为广泛的适应空间，解决了传统控制无法实现的发杂系统的控制。也就是说，智能控制要求实现无人控制，要在人力控制因素上大量减少对人工的使用，是一种完全自动化的技术。

     （二）智能控制系统类别形式

     1.分级控制系统。分级控制又称“分级递阶智能控制”，该控制的运行主要依靠自适应控制、自组织控制等前提条件。在分级递阶智能控制中涉及到3 个方面，即：组织级、协调级、执行级，每个级都有自己的作用。

     2.学习控制系统。对于人类大脑而言，学习是智慧能力的表现形式。学习控制系统一般通过对内部结构进行辨别、认知、调整后，利用对信号的循环输入和数据处理来保证良好的运行效果。学习控制系统还能结合一些非预知信息进行自动控制。

     3.专家控制系统。该智能系统实际上是将人的经验、知识、技能融合在计算机系统中的一种形式。其根据对应的程序指令运行操作。在专家系统中，常常囊括了很多理论知识，这就为智能系统在处理实际问题时提供了帮助，让处理结果具备诸多高性能。

     4.神经网络系统。目前，运用最多的则是人工神经网络控制系统。这种智能网络结构形式主要运用了神经细胞、人工神经元等构成的模式。智能控制与模仿真人是神经网络系统的主要功能，该系统是现代技术研究领域中的新课题内容。

     (三)机电一体化系统中的智能控制

     机电一体化系统中，智能控制的主要特点是对环境的识别和符合的识别上，而在传统的控制技术中，则主要是对运动学方程以及函数等数学模型进行描述，在这一点上，智能控制有了很大地改变。另外，智能控制能够实现混合控制形式，不但能够实现传统控制技术中的主要技术特点，而且能够实现开闭环控制及定量控制等手段，大大地提高效率。

二、智能控制与机电一体化融合的必要性

      从20世纪末开始，世界上许多国家的机电一体化技术已经有了智能控制发展的新阶段。这些发展取得了巨大成果。其一，把先进的通信技术和光学技术等应用到机电一体化中，使得加工技术得到了很大的提高，其精细度更加深入，而且随之而出现了诸如微机电一体化和光电一体化等最新的技术结构；其二，对于机电一体化的研究也更加深入了，对于机电一体化的系统研究，如其系统建模分析、设计和集成等方法，而且在机电一体化学科体系上的研究也更加深入了。另外，机电一体化的应用也更加广泛，在神经网络技术和人工智能控制以及光纤技术等很多的创新领域都得到了广泛的应用和发展。这些表现都说明了机电一体化技术的发展具有广泛的应用价值和发展空间。

      机电一体化的未来发展是以智能化作为主要方向的，智能控制的优劣直接决定机电一体化系统的整体水平。而且智能控制目前已经被用在很多方面，包括各种行业，凡是能够使用机电一体化的地方，都能够与智能控制技术相结合。

三、智能控制对机电一体化的影响

     （一）能够优化控制效能

     由于智能控制能够实现的功能非常全面，特别是在模块化设计中，剪裁性的应用也比较广泛。所以，机电一体化中结合使用智能控制技术，能够使智能控制实现的功能在机电一体化中顺利实现，这样就能够保证机电一体化系统达到原有设计目的。

     （二）可以提高加工精度

     与旧的系统相比较，智能控制系统融合了各种高速芯片与交流数字系统，促使机床实践的精度得到了大大的提高。数控机床中的核心技术指标就是其加工精度，精度是决定机床产品是否合格的最直接的影响因素。

     （三）对程序的控制有效性

     操作程序是系统运行的主要指令，根据加工产品的尺寸、精度来编制操作程序才能使产品加工后达到智能效果。所以程序的有效控制是智能生产的核心与关键。

     （四）能够较好地改进生产方式

     智能控制在生产实践体现最为明显的作用是，缩短加工实践、优化操作的流程，最后实现复合式的加工生产方式。借此来满足了多控制加工的需要，可以有效的减少人工操作的次数，加工程序的优化得到了更大的满足于体现。

四、智能控制与机电一体化融合的具体体现

     （一）智能控制与数控领域的融合

     数控是从属于机电一体化的领域，主要应用于模具制造、机械加工等行业。数控技术是一种全新的技术，由于其主要应用于机械加工以及模具制造等方面，所以对智能控制技术要求也比较高，在加工运动推理和决策等方面要求具有一定的延伸性和模拟性，在网络通信制造能力方面则要求其扩展的知识处理功能。智能控制技术能够有效的弥补经典控制理论可能带来的多方面的不足，如信息模糊等状况，这样就能使最终效果达到最好。

     （二）工业生产中应用智能控制

     智能控制应用在工业生产中能够极大地提高工业生产效率。在工业工艺过程中，如专家控制器和神经元网络控制器等控制器的设计中，就可以引进智能控制。工业生产过程是一个庞大复杂的生产过程，单单利用人工是难以完成的，对整个工艺的操作和控制、以及对整个过程故障的诊断等都需要智能控制的参与，而且智能控制在未来的工业生产中将占据绝对主导地位。

     （三）智能控制在交流伺服系统中的运用

     在机电一体化产品中，伺服系统是其主要组成部分，而伺服系统的合理性将决定产品的最终质量、性能等，而伺服系统又是一种非常复杂的整体结构，所以其参数的改变非常频繁，容易受到各种因素的影响，这就容易导致很多不确定的因素 ，而智能控制能够减少这些不确定因素，使交流伺服系统更加稳定的工作，所以把智能控制应用于交流伺服系统中，能够有效地促进交流私服系统的工作效率。

     （四）智能控制在机械制造中的应用

     在现有的机械制造中，人力占据了很重的一部分，但是随着现代科技的发展，这越来越不符合时代的要求。机械制造的未来发展方向是智能化的新技术方向，所以，应当按照现在的现实情况把原有的经典机械理论和现代的计算机技术以及智能控制技术进行有机结合，这样能够是机械制造效率和准确度都大大提高，而且同时能够节省很大一部分人力。

     总而言之，智能控制是未来的发展趋势，而机电一体化也是未来的发展趋势。智能控制的发展并不同于机电一体化，两者虽然有着某些区别，更重要的是两者之间存在着重要的联系，所以智能控制和机电一体化的相互融合也将成为未来的发展方向。在科学技术不断进步的今天，采用适当的方法做到使智能控制和机电一体化之间的相互融合是决定我国科技发展的重要内容。

     参考文献：

     [1] 左武峰.试探机电一体化技术未来的发展[J].中小企业管理与科技.2010(6).

第11篇

关键词：机电一体化 技术产品 制造技术 发展趋势

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-00144-02

1.机电一体化的基本概念

根据系统功能目标和优化组织目标。机电一体化发展至今也已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。由此而产生的功能系统

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。机电一体化是从系统的观点出发，合理配置与布局各功能单元，还将被赋予新的内容。并使整个系统最优化的系统工程技术，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，是综合运用机械技术、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、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，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。具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。即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眼神，还能赋予许多新的功能。其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，但是发展到机电一体化后。“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面，其主要功能依然是代替和放大的体力，机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，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。而不是机械技术、微电子技术以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。因此，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。

2.机电一体化的优越性

（1）显著提高设备的使用安全性。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，使用安全性和可靠性提高，机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。避免和减少人身和设备事故。能自动采取保护措施。（2）保证最佳的工作质量和产品的合格率。通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响。生产能力和工作质量提高，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，使得生产能力大大提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，同时。生产效率比普通机床提高5～6倍。（3）机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示。使得操作大大简化并且方便、简单，操作按钮和手柄数量显著减少。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，使用性能改善。系统可重复实现全部动作，高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序。实现自动最优化操作。（4）机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能。使其应用范围大为扩大，具有复合技术和复合功能，例如。满足用户需求的应变能力较强，能应用于不同的场合和不同领域，。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。具有复合功能并且适用面广。（5）机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。即可按指定的预定程序进行自动工作，使工作恢复正常，对于具有存储功能的机电一体化产品，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，然后根据不同的工作对象。调整和维护方便，机电一体化产品在安装调试时。只需给定一个代码信号输入，可以事先存入若干套不同的执行程序，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。

3.机电一体化产品的构成及特点

（1）机械系统。这部分是实现产品功能的基础，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求，机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。因此对机械结构提出了更高的要求。（2）动力系统。驱动执行机构工作以完成预定的主功能，机电一体化产品以电能利用为主。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能。动力系统包括电、液、气等动力源，包括电源、电动机及驱动电路等。（3）传感与检测系统。为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。（4）信息处理及控制系统。信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，机电一体化产品中。并对其进行相应的处理、运算和决策，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成，根据机电一体化产品的功能和性能要求，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。（5）执行机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构，其性能好坏决定着整个产品的性能。因而是机电一体化产品中最重要的组成部分，机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，执行机构是实现产品目的功能的直接执行者。共同完成所规定的目的功能。实现产品的主功能，。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

4.机电一体化的发展趋势

（1）智能化。使机电一体化产品具有与人完全相同的智能。机器人与数控机床的智能化就是重要应用，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，诚然。则是完全可能而又必要的，以求得到更高的控制目标，这里所说的”智能化”是对机器行为的描述。是不可能的，也是不必要的，模拟人类智能，但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，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，人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视。使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力。（2）模块化。研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模，这样。这需要制定各项标准，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。由于利益冲突，显然，模块化是一项重要而艰巨的工程。以及各种能完成典型操作的机械装置，以便各部件、单元的匹配和接口。无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定。（3）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。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。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。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是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（home net）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（computer integrated appliance system，CIAS），使人们在家里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朝着网络化方向发展。（4）微型化。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），并向微米、纳米级发展，即超精密技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，微型化兴起于20世纪80年代末。它包括光刻技术和蚀刻技术两类，泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。（5）绿色化。人们呼吁保护环境资源。资源利用率极高，另一方面，于是。工业的发达给人们生活带来了巨大变化，设计绿色的机电一体化产品。生态环境受到严重污染，绿色化是时代的趋势，具有远大的发展前途，对生态环境无害或危害极少。机电一体化产品的绿色化主要是指，符合特定的环境保护和人类健康的要求。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，资源减少。报废后能回收利用，生活舒适，回归自然；一方面，物质丰富，使用时不污染生态环境。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中。（6）系统化。许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的，表现是通信功能的大大加强。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化产品的最终使用对象是人。另一层是模仿生物机理，一层是，赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，系统可以灵活组态，特别是对家用机器人。其高层境界就是人机一体化，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。研制各种机电一体花产品，事实上，一般除RS232外。还有RS485、DCS人格化，进行任意剪裁和组合，系统化的表现特征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。

第12篇

关键词：船舶与海洋工程专业硕士培养《机电一体化技术》课程教改项目教学法

前言

从2009年起，我国开始培养全日制工程硕士，接受应届本科生报考。这种新的研究生教育模式，在短时间内得到迅速发展。

船舶与海洋工程作为国家级重点学科，在浙江海洋学院最早开展专业型硕士研究生培养与教育。以培养具有良好的职业素养、能独立担负本专业领域技术工作的，创新能力，创业能力和实践能力强的高层次应用型专门人才为目标，重点培养掌握船舶与海洋工程领域坚实的基础理论和系统的专业知识，能运用先进技术独立解决船舶与海洋工程技术实际问题的能力。具体分为：船舶与海洋结构物设计制造，轮机工程，水声工程，海洋工程和海洋油气工程5个大方向。

与学术型硕士不同，专业型硕士学历教育时间短，发展规模迅速壮大，不少单位和导师在培养过程中遇到了诸多问题。

船舶与海洋工程专业型硕士培养存在的问题

1、专业型硕士与学术型硕士的培养模式区别不明显

应用型人才培养是以能力培养的系统化取代知识培养的系统化。高校探索专业型硕士的培养，也进行了一定的改革，但在具体操作过程中，由于高校“学术至上”的传统，导致“重科研、轻应用”的现象较为普遍。由于学校应用型导师不足，在课程设置上，缺乏实用性较强的课程。

2、专业型硕士的教育实践环节落实不到位

专业型硕士的培养，尤其强调实践环节，大多有至少半年或一年的要求。但由于导师研究任务多、实践基地建设不足等问题，加上企业对研究生培养没有相关经验，往往使得专业型硕士的实践环节落实不到位。

3、专业型硕士的社会认可度不够

由于认识不足等原因，部分学校在研究生招生过程中就出现了高分成为学术型硕士，低分成为专业型硕士的现象，导致专业型硕士的“先天不足”。此外，从目前的就业情况来看，专业型硕士的整体就业情况差于学术型硕士，成为不良的反馈刺激，挫伤了专业型硕士的学习积极性。

加强课程建设有助于专业型硕士培养质量的提升

研究生培养质量是一个系统工程，它包括生源质量、课程教学、导师队伍、教学管理、科研条件等诸多因素，但其中课程教学却是保证研究生培养质量的基础，它对研究生知识结构的拓宽、科研能力的提升起着至关重要的作用。因此，如何加强课程建设已成为当前提高研究生教育质量的重要突破口。

教学方法是实现课程目标的主要手段。国外推广Seminar教学法，加强案例教学，重视启发式教学。与国外研究生的教学方法相比，我国研究生课程教学方式明显缺少研究性，灌输倾向比较严重，基本上还属于“保姆式”、“填鸭式”教学，不能引导学生自主学习，更不能激发学生的探究与发现精神。为了适应现代科学技术的发展和社会的需要，就要求我们树立新型的思维观，采用多种形式的教学法，突出研究生的参与主导作用，因此，研究和实践创新的教学内容与方式将有助于专业型硕士培养质量的提升。

《机电一体化技术》项目教学法的实践

1、《机电一体化技术》课程介绍

《机电一体化技术》是实用性非常强的课程，对船舶与海洋工程的专业硕士来说具有重要的意义。目前我校把该课程列为专业主干课，32学时，2学分，所用教材是梁景凯主编的《机电一体化技术与系统》（机械工业出版社，2009年）[6]。本课程旨在让学生熟练掌握机电一体化的基本概念和基本要素以及各部分的作用，了解机电一体化的相关技术和发展趋势，并结合实例分析机电一体化技术在机电产品中的应用。

2、《机电一体化技术》项目教学法的实践

在学习“第3章伺服传动技术”的第4节“步进电动机控制系统”时，我们采用项目教学法，设计了这样的任务：要求学生自己选用某一种类型的控制器，控制步进电机按三相六拍的方式运行，实现正转、反转、加速、减速等功能。具体任务包括：设计控制系统硬件电路、画出电路原理图、元器件布线图、设计控制程序、系统调试、运行，提交设计报告。

项目确定后，接下来便是分组实施，以小组为单位，既体现合作性，又体现独立性，分组时要注意学生的搭配[7]。全班10人，被分成4个组，每个组选出1名组长负责本组的实施，分组后各组便争先恐后地开始查资料、自学，甚至向其他老师咨询，不亦乐乎。在实施过程中，我们注重启发和引导，让学生自己去分析发现的问题，使他们在解决问题的过程中学习。

经过1周的团队合作，4个组都完成了任务，都感到很欣慰。接下来让学生进行自我评估，并讲解、展示各自的成果。最后我们对各组进行点评，首先充分肯定了同学们的成绩，点赞各组在实施过程中的靓点。经过这样一次尝试，不仅各组完成了规定的任务，在老师的启发下，学生自己又将这几种控制方式的优缺点进一步进行了比较，结果如表1所示。

结束语

专业学位研究生教育是我国研究生教育的重要组成部分，为使其更好地应用于社会，服务社会，针对目前普遍存在的培养质量问题，积极探索高效的教学方法，并在实践中不断充实和完善具有深远意义。

以《机电一体化技术》课程为例在我校船舶与海洋工程专业学位研究生中实施项目教学法，激发了学生的兴趣，收到了良好的效果，对其他课程的教学改革也具有一定启发作用。

参考文献：

[1]张嵘峰.船海专业产学研结合培养专业硕士研究生的机制探索[J].船海工程，2014，43（1）：39-41.

[2]杨国华.船舶与海洋工程全日制专业学位研究生培养研究[J].宁波大学学报（教育科学版），2015，37（4）：115-118.

[3]周宏，蒋志勇，王岳等.基于专业学位硕士的船舶与海洋先进制造技术培养模式研究[J].江苏教育学院学报（自然科学版）， 2012，28（6）：1-3.

[4]李峥，李锋，张旭.专业学位研究生培养质量保障体系研究――以船舶与海洋工程领域为例[J].江苏科技大学学报（社会科学版），2013，13（1）：104-108.

[5]刘永泉.加强研究生课程建设提高研究生培养质量[J].黑龙江教育，2008，62（5）：27-28.

[6]梁景凯.机电一体化技术与系统[M].北京：机械工业出版社，2009年.

第13篇

[论文摘要]机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。

一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

（四）具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。

（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。

②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。

③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。

⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

二、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础，因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

（三）传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

第14篇

关键词 机电一体化；检测与控制；课程整合

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）21-0074-03

传统学科体系的界限随现代科技发展变得模糊，呈现相互渗透和交叉的态势。在机械工程领域，现代机械结构、检测与控制技术往往互为条件并紧密结合。这种密切的关系促使工业生产由机械工程领域迈入以机电一体化为特征的发展新阶段，从而需求大量具备机电一体化基础理论，强调机械动手能力与机电控制能力相结合的新型机械专业人才。为适应这种需求，机械大类下机电一体化方向的教学探讨逐渐被重视，检测与控制类课程在机械专业的教学培养中的地位逐步提高。但传统思想的影响使传统课程和检测与控制系列课程自成体系，内容脱节，造成学生即使熟识机械结构也无法清楚其控制运作流程。要改变知识结构上“机强电弱”的严峻局面，解决知识更新与课时减少的矛盾，迫切要求进行课程内容整合，开展教学改革和实践分析。

基于传统机械专业教学模式，如何把握好机电一体化的内涵，教学中避免机械、检测和控制等技术的简单组合、拼凑，如何通过课程整合和优化课程内容，探讨教学中机电的合理结合，成为教学改革中的核心问题。本文从分析现阶段的具体问题，突出机电一体化的需求着手，面向机械大类进行“检测与控制”系列课程的整合和优化教学改革研究。文中主要分析如何优化课程的配置和联系，有效使用先进的教学方法和手段，充分利用资源，将机械工程的特点和检测与控制的课程整合为一个现代机械工程测控系统的教学体系，使学生在有限的学时内能够掌握机电一体化的基本理论及先进技术，系统、有效地将机、电结合，从而有效提高教学质量和教学效率。

1 优化课程结构，丰富教学内容，推进课程整合

通过企业走访、毕业生座谈等方式，明确了社会对机电一体化方向人才的需求：需具备传统机械专业扎实的机械结构设计、力学分析、切削原理等基础理论，又要有较好的电力电子、电机传动、测控技术等知识。检测与控制系列课程作为机电一体化方向的主要电类课程，内容广且复杂，单纯地将检测与控制系列课程捆绑在传统机械专业上，是不可能达到较理想的教学效果的。因此，根据社会调研的结论，在“机为基础，电为机用，机电合一”思想的指导下，对检测与控制类课程内容进行整合优化。

在课程教学中改变以前惯势，淡化课程中一些纯理论的内容，如传感器的结构形式和工作原理的繁复推导与演算过程，把重点放在常见传感器的应用上。同时适当增加一些跨学科内容，如：如何对传感器输出信号进行处理；结合数控技术和机械加工工艺需求，以一些实际机电设备为例，分析机电测量与控制系统的构建；在检测与控制中，常用的分析信号的方法和仪器以及计算机辅助虚拟软件；等等。通过诸如此类结合机械工业中实际应用的课内整合，合理安排教学内容，增强各部分之间的衔接，使课程内容综合化、一体化，使学生更快地形成熟练的机电一体化综合专业技能。

现阶段各种相关教材各有特点，但都把测试和控制分成两个独立的知识环节，导致学生不能理解测量系统与被控对象、自控系统之间的内在联系，无法正确分析自控系统中测量信号的获取，更无法正确进行测量仪器的选择、配置和使用。此外，教材内容以理论分析为主，抽象枯燥，很难调动学生的学习热情，达不到期望的教学效果。

基于这种情况，通过充分理解教材中基本内容及之间的联系，教学中调整知识结构，大胆合理地对教材内容进行专题式整合，着眼应用，引入机械加工、数控技术等实例来分析，将学习内容按系统性、层次性的特点重新“建构”，使学生对知识有整体的把握。如在课程讲授中，打破教材的局限，把常用的机械量的检测与控制进行整合，形成温度检测控制系统、位移（速度、加速度）检测控制系统等多个专题，结合工业实例，分析信号特征、传感器选用、信号处理、自控系统结构及其动态性能分析等，将教学内容整合为全面系统的机械工业自动测控技术体系。

通过课程整合，体现了机电合一的目标。但要切实取得相应的教学效果，教学设计和教学处理尤为重要。课堂教授语言精炼，突出重点，精粗得当才能化难为易。如检测技术中信号的采集处理都基于传感器，而传感器的工作原理多种多样，后续信号处理也各不相同，讲授中突出常用机械量检测中应用到的传感器及其信号处理系统的分析，淡化检测的繁难理论而重应用，这样适合机电一体化方向的要求。而对包含大量数学推导和电学、力学基础理论的控制部分知识，讲授中辅以动画、录像等手段，以讲清基本原理和分析问题的思路为主线，从专业需求入手，以应用为主，尽可能避开繁复的数学推导，不给学生造成心理压力。

2 以探究性教学模式，引导学生自主学习，加强实践教学

课堂教学以引导学生自主思考、动手实践为目的。教学中以设问—讲授—归纳—解决问题的方式展开，通过课内和课外给学生提供更多的自主学习和实践探究的机会，强化学生知识的迁移能力，使学生具备与未来职业相适应的分析和解决问题的能力。根据学生电类知识相对比较单薄的特点，明确在实践环节上需下大力气。如何利用现有的资源给学生提供更多的实践平台，来实现延伸课堂教学，扩展学习空间，巩固和加深对理论的理解，是教学改革中需要重点解决的问题。

经过这两年的教学改革实践，以验证为主的实践教学模式被打破，为加深学生对基础理论的理解而设置的验证性实验仍保留，但加大综合性实验和设计性实验的比例。其中以典型检测控制系统为实验对象的综合性实验，通过分析系统的结构、选择传感器、分析检测系统的动态参数和控制系统动态性能，从而提高学生运用知识进行分析和综合的能力。增设少量综合性较强的设计性实验，可以综合运用到所学电子技术、传感器与自动检测技术、自动控制技术、计算机等知识来分析、解决实际问题，从而帮助学生全面提高机电一体化的能力。

全面开放实验室给学生提供自己动手、自己思考、自主探究的舞台。学院的创新实验室中齐备的电子元件以及单片机开发板、PCB制版设备等可以让学生在教师指导下将自主设计的思想性产物，通过动手制作变成出色的成品。这个实验室现今保存了近几年来许多学生的实践成果，而这些学生出色的动手实践能力和扎实的机电基础，成为他们就业的竞争资本。此外，利用学校大力支持学生科研的优势，鼓励和指导学生设计制作参与国家、省级创新大赛和挑战杯等。这几年学生取得的成绩，说明部分学生的学习主动性被充分调动，实现了真正意义上的理实统一。

3 课程教学资源包的建设

检测与控制类课程与数学联系紧密，内容多，枯燥且难消化。在教学改革中，努力寻求信息技术与课程教学实践中的整合点，建设完善了信息丰富的教学资源包，藉此作为学生促进知识学习和能力提高的辅助工具。教学改革中的专题式整合教学，课堂教授中将会对教材内容进行调整和组合，并涉及很多来源于教材以外的内容，没有就此整理编写出相应教材之前，建设相应的课程教学资源包对学生来说无疑是加深巩固课堂内容的一个有意补充。

课程教学资源包的建设主要包含理论教学资源包、实验教学资源包、仿真实验平台以及习题库、试题库、项目课题库等。理论课的教学中，多样的媒体软件将繁复抽象的内容通过动画形式直观地展示给学生，如检测类课程中传感器的纯理论不容易理解，通过Flash的小动画来动态显示应变片在力作用下的变形情况、加速度传感器的运动与惯性的应用等；实行全过程的动态课件多媒体教学。一些必讲的公式推导，采用讲解结合PPT逐次推进演示，动态教学引起更强的关注；通过动画、录像等各种资源精心设计探究性教学结构，进行探究性教学，并将行业发展的最新成果及最新动态融于课程教学中，提高学生的学习兴趣，引导学生自主学习。在控制部分知识的教授中，利用基于MATLAB语言建立起来的控制理论仿真实验和教学平台，把控制系统的分析讨论以仿真图变化来验证，让学生接触到仿真软件的使用，并且对理论教学有很好的促进作用。

在实验课教学中，辅以实验教学和学生创新性实验录像等作为教学活资源。开放实验室、开放实验项目，由学生通过网络资源自行设计实验，培养创新能力，培养学生研究性学习的兴趣和能力。已经完成了基于MATLAB的控制理论仿真实验平台的构建，并在理论和实验的辅助教学中收到较好的教学效果，让学生感受了工程设计仿真软件功能的强大。通过这个仿真实验平台，学生可以去分析实践自己的想法，感受实际系统和虚拟系统的统一，从而提高学习的兴趣和主动性。

通过分析整合后的知识体系，以覆盖课程主要内容，涉及基本概念、系统计算、综合分析问题等诸方面，建立相应的习题库，方便学生复习。考试上，对基本理论的考核采取闭卷的方式。但针对课程的应用性要求，总评成绩中加强实践操作的记分权重，鼓励学生结合机械原理及其设计的相关知识，从结合学生实际知识结构建立的项目课题库中挑选题目自己动手设计制作，以期正确引导学生全面掌握知识，会学会用，增强对今后工作的适应能力。

4 结语

过去两年的面向机电一体化方向的教学中，积极推进课程结构和知识结构的整合，加强机电有机融合，形成机电一体化方向合理的检测控制类课程的教学结构。推行了多媒体教学和课堂互动式教学；针对机电一体化的要求对教学内容进行了提炼，不断完善和扩充教学资源包；引入工程软件，通过实际应用和仿真分析，强化教学效果；结合工程实例和设计实例，设置综合性和设计性实验环节，开展探究性的教与学。课程的整合和优化改革，对引导学生自主学习有积极作用，是机械专业下的机电一体化方向机电合一教学的发展趋势。

参考文献

[1]孙晓华，等.机电一体化创新人才培养模式的研究与实践[J].中国教育技术装备，2012（36）：76-78.

[2]杨冠琼.机械工程测试技术教学实验系统的研究[D].重庆：重庆大学，2011（4）.

第15篇

PLC（ProgrammableLogicalController）为可编程序逻辑控制器的简称，指的是一种采用可编程的存储器，用于控制器内部程序的相应指令，并通过相应生产指令来控制不同类型的机械设备或生产过程的一种技术。PLC技术以微型处理设备为依托，统筹计算机技术、自动控制技术以及通信技术三者协调发展的工业技术。可编程逻辑控制器的主要结构有电源、CPU（中央处理单元）、存储器、输入输出接口电路及某些具体的功能模块和通信模块构成。[1]根据PLC的组成结构，可以分为整体式和模块式。用于教学过程中的三菱FX2N系列PLC、西门子S7-200PLC等都属于整体式的小型PLC装置。[2]机电一体化又称机械电子学，可有效地实现机械装置、电子化设计以及软件的结合。[3]PLC技术在工业应用中因使用方便、编程简单、性价比较高、硬件配套齐全、适应性强等特点，在机电一体化中得到了广泛的应用。各行各业的生产装备设计、制造以及后期维护都与机电一体化专业知识息息相关。目前教学过程中最能体现我国机电一体化水平的是智能机器人。机器人作为人工智能及神经网络技术的载体，其中可编程逻辑控制器在机器人的运动控制、开关逻辑控制等方面有着不可替代的地位。

2三菱PLC在机电一体化中的应用分析

随着工业进程的不断加快，我国工业自动化程度越来越高，对工业应用中的PLC开关逻辑控制技术、PLC数据处理技术等的要求越来越高。三菱PLC是大连三菱电机生产的产品,目前在市场上拥有较高的占有率，由于优异的性能在工业中应用广泛。2.1位置控制。位置控制是目前工业进城过程中比较重要的方面，在工业生产中发挥着非常重要的作用。三菱PLC应用于机电一体化的位置控制体现在可应用可编程逻辑控制器对步进电机进行智能控制，使工业生产过程中的步进电机绕组发出符合生产需求的脉冲信号，从而对步进电机进行合理定位，进一步对步进电机实现有效地圆周运动、直线运动等位置控制指令。[4]三菱PLC在机电一体化中的应用主要是通过某个单独的输入输出模块完成，具有强大的抗干扰能力和可靠性等优点，并能保证工业设备的安全、稳定运行。2.2开关逻辑控制。三菱PLC在机电一体化中的开关逻辑控制也是其PLC应用较为广泛的一个方面。PLC技术的出现使传统的电气电路逐渐退出了历史的舞台，在工业智能化进程中广泛应用,有效地实现了在机电一体化中开关量的逻辑控制。三菱PLC既可实现对工业设备的单独控制，又可实现集群控制，可满足工业一体化中的多重应用需求，在印刷机、各种生产应用流水线中应用广泛。将三菱PLC技术引入CNC机床数控系统中体现出优越的数据处理性能和图像显示性能，并能很好地完成逻辑处理任务。另外，PLC技术与CNC机床数控装置的的连接可实现开关逻辑控制电路的高可靠性，特别在对经济性要求较高的数控机床、数控机床改造等方面，三菱PLC体现出极大的优势，发展空间广阔。2.3数据处理。随着科学发展速度的加快以及计算机技术的普遍应用，三菱PLC技术也在不断拓展自身功能。目前三菱PLC的计算功能主要包括逻辑运算、矩阵以及函数运算等众多方式，运用计算功能对数据处理主要有数据检索、数据采集、数据存储空间和数据的模数转换等方面。PLC体现出来的优点在于可在工作过程中将采集得到的数据与自身存储器中原始数据进行比较，进而完成对采集数据的处理。PLC作为可编程逻辑控制器，因其不单单为简单的编辑器，还存在存储空间，在数据丢失时还可提供紧急数据备份，这在日常生活中是非常实用的。除此之外，三菱PLC的数据处理功能在大型机电控制系统中应用十分广泛，大多数食品工业中的数据处理采用的均为三菱PLC技术。2.4通信模块。PLC中的通信模块目前也是在机电一体化中应用较多的一个方面。PLC中的通信模块可同时满足相同PLC产品之间的通信，也可为不同设备之间的相互通信提供很大的便利。三菱PLC在不断进行技术革新的过程中，还推出特有的PLC通信系统网络，只有产品拥有相同网络协议的通信接口，便可十分便利的进行有效通信。随着工业生产自动控制水平的不断提高，PLC的通信模块的通用化程度也会逐渐普及。

3结语

三菱PLC在位置控制、开关逻辑控制、数据处理等方面优势明显，目前三菱PLC的产品规模正朝着极大、极小的方向发展，大规模产品的输入输出口可达到14336个，小规模的产品正朝着模块化方向发展。从产品结构来看，三菱PLC的产品构成模块及比例构成在不断更新，各种专有模块不断出现。在我国经济结构转型升级过程中，PLC技术将会成为引领我国科技发展不断进步的强大引导力，在机电一体化中应用越来越广泛。

作者:张丽 单位:山东省济宁市金乡县职业中等专业学校

【参考文献】

[1]傅致勇.三菱PLC技术在现代工业电气自控系统中的应用[J].数字技术与应用，2012，(06):24.

[2]王哲禄，蔡晓东.高职“PLC、变频器和触摸屏综合应用技术”课程的行动导向教学研究[J].新课程研究(中旬刊)，2016，(02):53-54+64.