机电一体化内容范文

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篇1

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0094-02

“机电一体化设计基础”是很多高校为机械设计制造及其自动化专业高年级本、专科生所开设的一门专业课，旨在为高年级学生理清前三年的各专业课间的关系，能够以系统的观点和方法去分析和设计机电一体化系统，一般应为原专业基础知识的巩固和加深。但是又因为其包络了前面学习阶段学过的多门课，教材大而全，教学难度大，容易落得泛而不精、学生学习兴趣低的教学结果。笔者通过总结多年的“机电一体化设计基础”课程教学经验，提出了几种对此课程教学内容进行创新性设计的方法，供同行参考。

一、创新设计的方法

1.具体科研项目纵贯整个教学过程

一般“机电一体化设计基础”课程的教材和教学内容逐个介绍机电一体化系统的各个子系统的设计内容、要求、方法等，每个子系统对应于一章的内容，比如说机械系统、执行元件系统、微型计算机控制系统等，[1]因每章内容讲求系统全面，内容众多，这就造成了章与章之间缺乏有机联系，使得学生学起来对整个机电一体化概念缺乏深刻和系统的认识。而实际机电一体化产品或系统是机械技术、电子技术、信息处理技术有机结合的产品，各部分不可能完全脱节。为了解决以上问题，笔者探究了一种以自身科研项目为主导的教学脉络的机电一体化教学方法。

微机电系统是机电一体化系统发展的一个重要分支，对于大多数本科生，在学习本课程之前一般都没有接触过，是一个较新而且又容易勾起学生兴趣的一个概念。笔者选择适时在第一章介绍机电一体化发展方向时提出，这个是一个机电一体化发展到某一高度的重要产物，并介绍了笔者曾经主持的科研项目“体内胶囊微机电系统的研制”。笔者研制的体内胶囊微机电系统是综合应用当今先进制造技术、电子技术和计算机控制技术的产物，它是采用了小尺寸的机械和电子元器件制造出来的、体积微小的机电一体化系统，系统的尺寸单位一般以mm计算。[2]它能通过图像传感器采集体内消化道图像，并且无线发射到体外计算机接收。笔者简要介绍了系统的组成（如图1所示），并配以丰富的图片和视频介绍系统工作效果，立刻吸引了学生的注意力。又因为微机电系统技术包含了传感器技术、信息技术、机械及材料技术等，随着本课程学习的深入，在课程的后面更加详细地阐述每一个相关的技术具体所涉及的内容，同学们会对此系统有更深刻的了解。在这里就凭借科研项目打开了学生机电一体化技术学习的大门和使得它纵贯整个教学过程，使得教学内容成为一个有机整体。

2.理论联系和学习新技术

“机械工程测试技术”课程中曾经介绍过传感器的相关技术，在“机电一体化设计基础”的教材中也出现了“微机控制系统及接口设计”这一章，里面通过很多表格罗列了位移传感器、速度传感器、温度传感器等常用检测传感器的性能特点。但是课程这里又不能只是重复讲述以前所学知识，所以笔者考虑加入适当内容，对传感器知识进行拓展。

上文提到的微机电系统中含有图像传感器，它与一般的传感器不同，它是以芯片集成的方式出现和应用的，在先修课程“机械工程测试技术”中一般都没有涉及。先修课程介绍的常用传感器的原理及应用场合都比较简单，基于电阻、电容、电感原理测量应变、力、温度等等，属于传统的分立电子元器件，集成度低。但图像传感器现在与日常生活及生产的联系越来越密切，广泛应用于图像采集装置，比如手机摄像头、数码相机、监控防盗器材、机器视觉等等。图像传感器能将光信号转化成电信号输出，按照其制造工艺分为CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor）图像传感器和CCD（Charge Coupled Device）图像传感器，按照其输出信号类型分为模拟型图像传感器和数字型图像传感器，各有优缺点和相应的应用场合，如表1所示。在课程一开始提到的内窥微机电系统为什么采用CMOS图像传感器呢？这是因为CMOS图像传感器相对于CCD图像传感器有集成度高、体积小、功耗低等特点，所以尤其适合于对体积和功耗有特殊要求的微机电系统中。[3]

又比如电阻传感器与电容传感器，是根据传感器测量原理划分的两种常见传感器，它们分别将电阻和电感这种非电量的变化转换为电压或电流电参量的变化。学生们日常生活接触到的实际例子就是智能手机的触摸屏。智能手机手机触摸屏分为电阻式触摸屏和电容式触摸屏，它们分别应用于早期的廉价智能手机（比如5800XM）和新型智能手机上（比如iPhone），其实质就是分别对应于电阻式传感器和电容式传感器，其原理如图2所示。电阻式触摸屏当手指按在触摸屏上时，该处两层导电层接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。氧化物电阻随时间变化，需要经常校正；透光性较差，不能实现多点触摸。电容触摸屏只采用单层的ITO（由铟锡氧化物构成透明导电材料），当手指触摸屏表面时，就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此推算出触摸点的位置。[4]电容式触摸屏因为其不存在漂移和支持多点触摸，已经在日常生活中逐渐取代了电阻式触摸屏，这就引导学生在日常生活中灵活运用课堂知识，增强了对课堂知识的认受性和学习的兴趣。

3.适当引入和介绍实用的专业软件

大学早期阶段一些与专业相关的软件没有在课堂上面介绍，影响了学生今后在专业上的进一步发展和应用专业知识的能力。笔者建议在高年级学生中适当引入和介绍以下专业软件。

（1）ANSYS软件。应用相关软件可以大大方便机械结构的受力和变形分析。ANSYS软件可以用有限单元法分析结构静力学问题、结构动力学问题、温度场、流体力学等。有限单元法是当今工程技术领域中最常用最有效的数值计算方法，此软件是现代工程设计技术中的重要软件。[5]可以应用ANSYS软件分析课程中提到的胶囊微机电系统在人体中的受力情况，从而为微机电系统的材料选择和尺寸确定提供参考。

（2）MATLAB软件。学生虽然学习了高等数学、线性代数等数学知识，但是如果遇到复杂的计算问题，手算过程往往繁杂并且容易出错，因此借助相关软件就可以准确并且高效率地解决某些数学问题。MATLAB软件是工程技术领域常见的计算软件，通过它可以方便地求微积分、求解方程组、作出数学图形等。[6]通过应用MATLAB软件，计算机再不是简单的计算器，而是辅助工程计算的有力工具。

（3）Protel软件。设计电路、画电路图用AutoCAD软件局限性较大，作出来的电路图很多不符合电器标准，或者很多元器件绘制困难、作图效率低。Protel软件是一款常见的电气工程计算机辅助设计软件，包含众多的元件库和电子资源，能够轻松高效作出标准的电路图。[7]其一般只在电类专业中学习，但是机械类专业尤其是机械设计制造及其自动化专业，因为学科的交叉发展和社会上综合性人才的需要，学生往往要从事机电一体化产品的设计，不仅要懂得机械结构的设计，还要懂得电路电器设备的设计，因此掌握一款业界常用的电路图设计软件是必要和重要的。

（4）Keil C软件。学生先修课程“微型计算机原理”即单片微机，一般课堂上和教材上讲授的都是汇编语言程序。汇编语言是针对单片微机本身，是与硬件密切相关的一种编程语言，记忆困难，不容易理解，因此业界逐渐使用和发展了基于高级语言即C语言的单片微机程序。而工科类学生包括机械设计制造及自动化专业的学生，已经学习过高级语言C语言，因此他们有了应用C语言进行单片微机程序设计的基础。Keil C软件是业界广泛应用的单片微机编程软件，它既可以兼容学生学习过的汇编语言程序，也可以使用流行的高级语言C语言来编制单片微机程序。[8]应用高级语言编制单片微机程序，学习资源丰富，对学生进行课程设计、毕业设计和今后走上社会岗位从事单片微机开发都是颇有裨益的。

上面补充的软件因课时限制主要讲解其在本专业的用途和介绍简单的例子，不能在课堂上详细讲解，因此也不能作为课程考核的重点，但是对于高年级学生拓展专业知识，对以后从事专业技术工作都是有良好的启发和指导作用的。

二、总结

实施以上教学内容的创新设计方法，从课堂反映来看收到了积极的效果。并且在后续课程设计和毕业设计中学生能够灵活运用所补充的知识，专业知识应用能力得到了明显提高，为今后适应社会机电一体化人才的需要和就业择业奠定了基础。

参考文献：

[1]张建民.机电一体化系统设计[M].第三版.北京：高等教育出版社，2007.

[2]陈英俊，黄平.人体胶囊式无线内窥微机电系统的设计与工作寿命研究[J].机械设计与制造，2009，（9）：40-42.

[3]陈英俊，黄平.图像传感器在体内无线内窥微机电系统的应用[J].中国医学影像技术，2009，（10）：1879-1882.

[4]电子工程专辑[EB/OL].http：//.

[5]张洪信.有限元基础理论与ANSYS应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

篇2

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）03-0121-03

一体化技能训练内容设计理念和思路

（一）训练内容设计的理念

以电子技术应用专业教学大纲为根据，以培养学生实践技能为主线，以电子技术应用专业职业岗位的技能需求为依据，以国家技能鉴定标准为参照，对课程内容进行整合，将课程内容模块化、层次化，采用项目引导、任务驱动的教学模式，实行“做中学，学中做”，将实训与理论教学有机结合，实现“教学做”一体化训练模式，解决学生知识、技能素质协调发展问题。

本课题研究坚持以学生为主体、以能力为本位、把提高学生职业技能培养放在首位，做到既为学生后续课程服务，又能直接为学生今后从事电气产品的装配与调试、电气设备的操作与维护等技术技能和职业岗位的能力培养创造必要的条件。

（二）训练内容设计的思路

训练内容设计思路如图1所示。

现状分析 课程组成员首先到企业调研，向企业人力资源部门了解企业总体岗位和电子技术应用专业涵盖的岗位。对车间主管进行访谈，了解电子技术应用专业人才成长经历以及在企业总体技术的地位和作用。与涉及电子技术应用专业岗位的一线组长进行交谈，了解他们的工作任务、岗位要求等。对操作工进行访谈，了解中职毕业生目前所面临的问题和解决这些问题的途径和方法，了解典型工作岗位、工作任务、任职要求、工作过程、所需的知识技能和能力。

培养目标分析 根据调研情况，掌握企业对本专业的岗位需求及岗位要求，把电子技术应用专业划分为三个培养方向，即电子整机装配方向、维修电工方向、家电维修方向。

教材分析 一体化训练要有与专业相配套的教材。传统的教材一般都强调理论的全面性和系统性，很难适应中职一体化训练需要。因此，编写相配套的一体化教材是进行一体化训练的根本。根据调研结果，将各方向的教学内容整合，将其模块化、层次化，共分基本知识和基本技能、专项技能、综合技能三个模块。每个模块的内容具有阶段性、先进性、实用性。模块之间具有连续性、层次性、完整性。

确定教学目标 根据完成上述学习项目所需知识、职业能力、素质要求，确定出每个学习项目的教学目标。

教学组织 以完成学习项目所需的知识和能力作为每个学习项目主要学习的知识和主要培养的能力，确定教学实施方案，并结合现代职业教育理论，选择教学方式与教学方法。

教学实践 编制教案、讲义等各种教学资料，实施基于以“项目引导，任务驱动”的教学法。

评估反馈 通过学生成绩评定，检验课程体系优劣。

一体化教学内容的设计

通过市场调查、企业用工情况及专业技术人员岗位能力要求，确定电子技术应用专业的培养方向。根据每个专业培养方向的专业技能要求，确定该专业的课程设置。然后，将开设的课程内容按科学性、合理性、实用性、适时性的原则进行整合。

（一）“3323”模式

第一个“3” 根据学生基本技能掌握情况及每个学生的兴趣、特长，将电子技术应用专业划分为三个培养方向，即电子整机装配方向、维修电工方向、家电维修方向。

第二个“3” 将每个培养方向的专业内容划分为三个模块，即基本知识、基本技能模块，专项技能模块，综合技能模块。

第三个“2” 指每个模块的教学内容都采用“项目引导，任务驱动”的教学方法。项目导入是将工程实践项目贯穿于教学的始终，用项目和任务进行新知识的引入，激发学生学习动力；任务驱动是在教学过程中，根据项目总体要求，以完成一个个具体的任务为线索，把教学内容巧妙地隐含在每个任务之中，让学生自己提出问题，并经过思考和教师的点拨，自己解决问题。项目和任务的设置与工作、生活情境紧密相连，或是直接来源于工作和生活情境，或是对工作、生活情境的改造、提炼，使得项目和任务与当前的学习内容紧密相连，学生完成任务后，即可获得相应的知识和技能，并能应用到实践中去。例如，在进行“直流稳压电源的制作与调试”项目训练中，设计如下任务：（1）识读直流稳压电源电路的工作原理。通过该任务培养学生分析电路图原理的能力，并熟悉本项目所需元器件的种类、数量，为下一任务的完成打下基础。（2）选择元器件并对其性能进行测试。在测试中培养学生对电子元器件识别、检测的能力，更要进一步提高学生的应用能力，要记忆常用典型应用电路，及所使用元器件的典型参数，这是间接经验的积累。（3）依照电路图装配电路。通过电路的装配，锻炼学生的焊接技术，巩固学生对焊接工艺、电路安装工艺的理解。（4）分析直流稳压电路的工作过程与原理。该任务是让学生掌握分析常用典型功能电路的思路和方法，培养深入识读电子电路图的能力。这里区别于“电子线路”课程的重在原理的分析与计算之处，更是要学会对常用电子电路的定性分析，能分析工作过程中元器件电参数的状态变化，与元器件的作用，为形成检测、调试和排除电路故障的专业能力奠定基础。（5）电路的测试。这是针对具体电路的检测与分析，不仅是熟悉常用电子仪器仪表的操作与使用，更是通过分析电路、使用单元功能性电路，激发兴趣、培养应用知识与技能的过程。（6）装配制作直流稳压电路板。这是电子产品装配工基本技能的训练，通过该任务的训练，使学生掌握电子电路的制作的一般流程和方法，形成电子产品装配工的基本技能。（7）测试、调试电路板。这是无线电调试工必备的基本技能，可以培养调试、排除电路故障的高级能力，培养学生综合应用处理实际问题能力，形成无线电调试工的基本技能。（8）制作电路板的实际应用。这是让学生将制作的电路板应用到实际电路中，是学习成果的实际应用环节，培养学生应用知识解决实际问题的能力，不仅加深学生对电路功能的理解，还可以对所学知识与技能加以集成，或者对现有电路进行改进与革新，产生创新的业绩，是培养创新、创业人才的有效教学手段。

第四个“3” 将一体化内容定位为三个标识。以掌握基本知识、基本技能为基础（毕业资格），以培养专业技能能力为指向（技能型），以培养专业岗位职业能力为标志（职业资格），从低端定位（取得毕业证书）向高端定位发展（专业技能证书、职业资格证书）。

（二）模块的基本结构与特点

模块的基本结构 根据确立的专业教学培养方向，考虑生源素质参差不齐的实际，结合各培养方向对专业技能的要求，把教学内容划分为三个模块，每个模块又由若干个子模块，每个子模块又由若干项目组成，其结构如表1所示。

模块的特点 （1）突出知识与能力、技能与知识培养。知识的掌握是形成能力不可缺少的前提，而能力的大小又影响着知识的掌握。理论实践一体化技能训练把传授知识与发展能力有机结合在一起，使学生成为有知识和有智慧的一代新人。技能是通过训练而获得的顺利完成某种工作任务的动作方式和动作系统，而“项目引导，任务驱动”的教学法紧紧围绕专业教学培养目标，强调在传授知识、操作技能的基础上培养学生的职业能力。（2）纵向有层次。三个模块教学内容实现三层递进，由浅入深，由简至繁，循序渐进。即由基本技能训练 专项技能训练 综合技能训练。（3）横向有交叉。打破学科系统编排课程内容，以典型职业活动内容为线索，以课题为中心，将涉及的各门学科知识编排在一起，不同学科的知识不再是孤立的，而是有机结合在一起，便于培养学生分析问题、解决问题的能力。例如，在进行电子技术的焊接训练时，除训练电烙铁的使用方法、焊接的基本要领、焊点的质量外，还将电子产品安装工艺要求一起进行训练。（4）模块内容与“三证”紧密相连。基本知识、基本技能与毕业证相连，专项技能与专业技能证相连，综合技能与职业资格证相连。（5）突出实践性和先进性。模块教学内容结合生产实际，注重将生产实践中普遍应用的新知识、新技术、新工艺、新材料技术的内容充实到教学中来，使学生在学校既能学习到扎实的基本功，又能了解到先进生产技术的应用水平，确保学生学到知识、技能及培养起来的职业能力就是当前生产实践中所需要的。（6）强化技能教学。打破多年来重理论、轻技能培养的传统，树立专业理论知识教学为技能训练教学服务，为职业能力培养服务的新观念。加大技能教学内容比重，对于理论知识强干弱枝，以“必需、够用”为度，学生在操作技能训练中体验印证理论知识，使理论知识易于理解和吸收；注重理论知识对实际操作技能训练发挥指导作用。

参考文献：

[1]百度文库.电工技能训练一体化课程教学标准开发技术规程[EB/OL].[2013-04-03].http：//wenku.baidu.com/view/7b9d42146c175f0e7cd13713.

[2]吴映辉，程静.理论实践一体化教学模式的探讨[J].职业教育研究，2008（6）.

[3]汤景印.中职练考评一体化技能训练模式研究[J].职业教育研究，2013（3）.

[4]张春城.关于焊工技能训练一体化课的有效探究[J].现代企业教育，2012（22）.

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机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。

1机电一体化产品概念设计的概述

1.1机电一体化产品概念设计的内容

机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。

1.2机电一体化产品创新概念设计的意义

机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。

2机电一体化产品创新概念设计理论

2.1机电一体化产品应用到的系统原理

机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。

2.2机电一体化产品创新的概念设计方法

对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。

2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望

机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。

3结束语

机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。

作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院

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随着日新月异的技术更新，机电一体化发展对不同学科交叉渗透也有着推动。机械工程当中的微电子技术以及计算机技术发展，为机电一体化发展目标实现奠定了基础，能够实现技术结构的优化目标，在机电一体化的技术应用下，就能提高生产力水平。从理论上对机电一体化技术发展研究分析，就能从理论层面提供支持依据。

一、机电―体化技术发展历程和主要的内容分析

1.机电一体化技术发展历程分析

机电一体化主要是电子技术和机械设备的有机结合，从而将机械设备的动力以及电子技术的信息处理功能充分发挥，实现自动化的工作目标。机电一体化是建立在综合应用技术基础上发展的，在当前已经成为独立的学科，从技术层面来说，主要体现在对机电一体化的产品有效实现和使用发展。而从产品的基础层面来说，就是机械系统和微电子系统结合构成的新系统，这就成为了有着新功能的产品。机电一体化的进一步发展过程中，在功能系统的作用发挥上比较突出。机电一体化实际是综合技术的融合，并非是简单化的拼凑，而是将各个领域的优势相结合，实现概念上以及技术上的融合。

我国的机电一体化发展经历了几个重要阶段。上世纪80年代，学术界对机电一体化进行了研究，经过了几十年的努力，在理论上以及技术层面上都实现了长足发展，在数控技术方面的市场占有率也逐年提高，机械生产能力也有了大幅度提高。工业机器人的实际生产应用，对控制系统以及软件编程技术的应用等，都从很大程度上促进了生产效率的提高。在计算机集成制造系统的优化发展上也取得了瞩目成绩，已经在多个制造生产领域的发展中得到了广泛应用，发挥着重要作用。

2.国外机电一体化技术发展现状

国外的机电一体化技术发展可以分为三个阶段：第一阶段又称之为初级阶段，出现在20世纪60年代以前，这一时期是机电一体化技术的雏形，是人们不自觉地利用电子技术并且传承下来；第二阶段称之为发展阶段，出现在20世纪80年代末期，机电一体化技术的各项产品都有着很大的发展；第三阶段是深入发展阶段，出现在20世纪90年代后期，世界各国都开始研发和关注机电一体化的技术和新产品。

日本东京在1989年召开的第一届国际先进机电一体化学术会议，可以称为机电一体化技术发展阶段的标志，世界各国也从此大力推动和发展机电一体化的技术和产品的研发。在深入发展时期，机电一体化技术进入了向智能化方向的新阶段，一方面出现了光学、通信技术、微细加工技术等新的机电一体化技术和产品，另一方面对机电一体化技术的学科体系和研究方法也进行了深入的探讨。在目前，机电一体化产品开发和应用方面处于世界领先地位是日本和美国。

3.国内机电一体化技术发展现状

我国的机电一体化技术与日本、欧美等先进国家相比仍有一定差距，如当前国内外在开发煤矿机电大功率厚煤层电牵引采煤机的机电一体化新技术方面。主要表现在以下几个方面：一是总体技术上，国外Eickhoff公司开发的SL500系列采煤机，截高范围2.0m～6.0m，可达截割功率2×825kW，而国内引进6LS3，6LS5和7LS5型6台，SL500型3台，EL3000型1台，最大装机总功率1860kW，最大截高才5.5m，差距主要在可靠性和使用寿命方面；二是工况检测、故障诊断技术上，目前国外使用微机控制、传感器多、信息量大、显示屏大、显示点多等特点，而国内却达不到这一水平；三是自动调高技术上，基于位置传感器和计算机的记忆截割技术在国外比较容易实现，而国内在研采煤机仍未实现记忆截割。

4.机电一体化技术主要内容分析

机电一体化技术涉及的内容比较丰富。机电一体化技术方面主要从系统工程角度分析。在对电子以及机械技术的应用下，能将两者得以有机结合，就能充分发挥综合技术的应用优势。因此，机电一体化技术涵盖技术以及产品两个层面的内容。机电一体化系统，也就是产品方面，是通过多个特定功能机械以及电子技术要素构成的整体，使人们的实际生产制造的需求得到满足。机电一体化系统所涵盖的装置要素比较多，其中的执行装置以及传感器等都是比较重要的装置要素。

除此之外，机电一体化内容中的系统设计思想也比较重要。这就涵盖了控制论以及系统工程方法论等内容。机电一体化的思想也简称为一体化思想。这一思想的应用对人机一体化以及机电液一体化等发展目标都能有效实现。机电一体化工程作为电子和机械工程集合，通过机电一体化技术设计制造体系应用，在实际应用中的作用发挥也比较显著。

二、机电一体化产品特征类别和核心技术分析

1.机电一体化产品特征类别分析

机电一体化的产品特征也比较鲜明。机电一体化产品的结构比较简单，产品的轻细巧等特征比较突出，并且比较容易实现标准化、模块化的设计制造。机电一体化的产品记忆以及信息处理功能比较突出，能够将产品的高效性以及智能化的优势充分发挥，并能起到自动监视的功能和诊断功能等，在产品的安全可靠性上也能有效提高，可通过负荷以及运行情况加以有效调整控制。

另外，机电一体化的a品类型也比较多。机械产品当中一部分控制功能及机构用电子装置替代，其中比较常见的有机电一体化照相机以及打印机等产品。此外，比较典型性的产品有着较为完整性的结构，其中比较常见的就是工业机器人以及自动绘图机等。简单地依靠机械以及电子无法制造这些产品，两者结合，就能够大大提高可运行效率。还是一种类型是通过微电子装置替代原设备的信息处理机构，比较常见的产品有全电子式电话交换机以及电机调速装置等内容。

2.机电一体化核心技术分析

机电一体化的核心技术比较多。计算机和信息技术是比较重要的应用技术，能够发挥信息交换以及存取和运算等作用。计算机以及信息技术当中的专家系统技术以及人工智能技术也是比较常用的。机电一体化核心技术中的系统技术，是通过整体概念对多种相关技术进行组织应用的，其中接口技术就是比较常用的。为保障计算机的通信，要对数据传递格式进行规格化以及标准化呈现。目前这一应用技术中的开发成本比较低，在高速串行接口的应用方面比较突出。

机电一体化核心技术当中的机械本体技术是比较重要的应用技术。这一技术主要应用于对性能的改善以及质量的减轻等层面。当前的机械产品通常是将钢材作为主要材料。为减轻产品质量，要在结构上加以优化，并加强非金属材料的应用。这一技术的应用响应速率得到了很大提高，在整体的效率上也得到了有效提高。

C电一体化核心技术当中的信息处理技术以及传感技术也是比较常见的应用技术。信息处理技术的应用中，将微型计算机在实际工作中加以科学应用，就能从整体上提高信息处理的效率，在信息的安全可靠性方面也能有效保障，提高了抗干扰能力。而传感核心技术的应用有着高灵敏度以及抗干扰能力，在当前的技术进一步升级下，对光纤电缆传感器的应用比较重要。

另外，机电一体化核心技术当中的软件技术以及驱动技术也是较为常用的技术。软件技术应用是和硬件协调应用的。在软件研制成本降低的前提下提高生产维修效率，以及软件的标准化应用是发展的重要课题。在驱动技术的应用下，在响应速度上也能有效提高，对控制专用组件以及传感器和电机三位一体的作用发挥也比较重视。

三、机电一体化技术应用领域和发展趋势探究

1.机电一体化技术应用领域分析

机电一体化技术的广泛应用对我国的经济水平提高起到了积极促进作用。机电一体化技术的应用在当前社会发展中的作用也愈来愈突出。通过多年的发展以及技术优化，机电一体化技术在数控机床的应用使之结构、功能和控制精度等都得到了有效提高，在总线式以及紧凑型的结构应用下，使得数控机床的结构得到了优化。应用CPU以及多主总线体系结构，进行开放性设计等，能提高接口的标准化，实现使用效益最大化呈现。通过智能化以及WOP的实现，机电一体化数控机床系统就能实现二维以及三维的动态加工仿真。信息存储大容量的模块化设计使得控制功能也得到了有效提高，可有效实现多过程以及多通道控制。

例如：当前市场上的CK0632数控机床就是采用机电一体化设计的数控机床，外型大气美观，用途广泛，操作方便。机床主轴采用高度精密滚动轴承之承，回转精度高。机订导轨采用耐磨铸铁，经过超音频淬火能够长期稳定地保证机床加工精度。CK0632数控机床机床也可实现自动控制，完成车削多种零件的内外圆、端面、切槽、任意锥面、球面、及各种公英制圆、圆锥螺纹等工序。此外，CK0632数控机床还有配有完备的S.T.M.功能，可以发出和接收多种信号控制自如的加工过程。目前，CK0632数控机床广泛应用于电器、仪表仪器工业、汽车、摩托车配件、轴承照相器材、电影机械、五金工具及其他高精度复杂零件的加工制造。

机电一体化在工业机器人领域当中的应用也比较突出，第二代机器人的设计中，对各种传感元件进行了科学应用，这样在作业的信息获得以及操作对象的信息获得都比较方便。计算机技术的应用能准确判断分析对操作信息的处理，并进行反馈控制。在第三代的机器人设计中，就通过多感知功能的应用，有效实现复杂化的逻辑思维以及判断和决策等，在作业的独立性层面有着充分体现。

2.机电一体化技术发展趋势

随着时展以及技术进步，机电一体化技术也会向着智能化方向迈进。这也是当前的机电一体化和传统机械自动化的重要不同。近些年，我国在处理器技术上的进步以及传感器系统的集成化目标实现，对机电一体化的智能化发展目标实现提供了有力支持。智能化机电一体化目标实现和实际的应用，对人的操作和工作量的减少能发挥积极作用，可有效减少人的脑力劳动。

机电一体化技术的网络化发展将实现。网络技术在当前的发展比较迅速。进入新的时代，在网络技术的支持下，机电一体化的网络化目标将得到实现，在远程控制技术的应用作用上将更加突出，同时会提高机电一体化的功能性以及安全性。

机电一体化技术的系统化趋势比较突出，也就是在系统结构上的模式化以及开放式的总线结构应用，对系统的灵活性组态就有着鲜明呈现。在系统化的发展中，能加强通信功能，可实现远程以及多系统的通信。

篇5

机电一体化源于西方国家，最早主要是集合了机械技术、电子技术以及计算机技术，后期经过多年的发展也被引入到我国的机电行业中。机电一体化技术在国外的发展比较早，近些年经过不断的发展和完善，国外在该领域的理论知识和实际应用都比较成熟，所以其应用也比较广泛，且应用效果较显著。但是相对于西方发达国家，我国的机电一体化技术发展的比较晚，所以理论知识可能还不是很系统，但是相关领域的工作人员一直致力于对这方面内容的研究，部门领域也取得了不错的成效。然而现代社会是智能化社会，要确保机电一体化的有效发展，就必须分析机电一体化向智能化迈进的趋势，以此保障其发展方向的正确性。

1 机电一体化概述

正如上文所讲最早机电一体化技术只是融合了机械、电子以及计算机技术，但在现代社会的影响下，很多新型的微控电子技术、智能自动化等也被融入到机电一体化技术中。按照有关理论基础研究，也可认为其是结合各系统的功能特点对组成要素进行系统性的分析和研究，然后将其融合起来进行有效的工作，在系统中通过信息流动实现对微电子系统地控制，最终产生规律性的能量与物质运动。

2 机电一体化的发展进程

2.1 数控机床阶段

数控机床阶段，起源于上世纪六十年代，但是人们自然会用电子技术的初步结果改善机械产品性能，数控机床就是此阶段的重要产物，但因电子技术的发展限制使得开发的产品应用不是很广泛。

2.2 微电子技术阶段

这一阶段机电一体化技术开始被用在工业设计与制造中，对促进了工业化生产的发展。比如在当时的汽车行业中微电子产品基本占产品总数的七成以上，后来又引入了集成电路，进而提升了制造精度，基本实现了信息化应用。

2.3 PLC控制阶段

进入这一发展阶段显示了机电一体化的可编程控制发展。第三阶段的发展时间比较长，主要是完成了单机向多CPU控制转变的发展过程。PLC机电一体化的常用控制有SCADA、DCS及ESD系统。在PLC控制阶段的发展后期，其还完成了现场总线布设，实现了网络化应用。

2.4 新技术阶段

在PLC阶段的发展基础上机电一体化最终完成了新技术的应用。第四阶段的新技术主要是：

2.4.1 信息技术

信息技术，即应用信息处理的方式获得并加工机电信息，以此提升机电一体化技术的经济效益，比如传感技术及通信技术都属于信息技术。

2.4.2 模糊技术

模糊技术，顾名思义其主要是处理模糊信息，突破传统固定的逻辑思维约束。

2.4.3 激光技术

激光技术，提升了技术的集中控制度，主要用在穿孔和打孔中。

3 机电一体化向智能化的迈进趋势分析

在上世纪九十年代后期，国外的很多发达国家逐步开始了机电一体化向智能化方向迈进的趋势。当时的微控制器发展为机电产品数字化发展奠定了良好的基础，再加上计算机网络技术的迅猛发展，整体上就为数字化设计和制造提供了很好的平台，比如虚拟设计技术以及计算C集成制造技术等。但是要实现数字化，在机电一体化产品的可靠度、操作性等方面的要求就会更高一些。为满足上述种种要求，就要保证机电一体化产品的智能性，主要是确保其能具备和人类思维逻辑相似的功能，以此进行判断推理、自主决策，还能方便远程操作、诊断以及维修。举例说明，比如在CNC数控机床上增添人机对话功能，同时还布设智能I/O接口以及工艺数据库，这样就能方便后期的操作级维护。近几年，在模糊控制、小波理论以及混神经网络等智能技术的影响下机电一体化技术的发展又进入了新的阶段。因为不论如何机电一体化产品的使用者都是人类，所以怎样赋予机电一体化产品一定的情感，使其更加人性化就显得很重要，这同样也就要求后期发展中不仅要关注产品性能，还应该重视其色彩、形态等内容与环境的协调性，这样人类使用时就会有艺术享受，家用机器人就是一种典型的代表。另外现代社会的主要问题是资源短缺和环境恶化，所以，为保证实现可持续发展，在机电一体化发展中也应该注意绿色产品概念。对这点而言也就是要求设计、制造的产品使用时不会造成环境污染，而且在产品报废后还能进行分解和再生利用。综上所述，在机电一体化向智能化迈进地过程中，还应该注重产品的环保化，这样才能保障机电一体化技术发展的有效性和正确性。

4 结束语

总而言之，智能化是现代社会整体的发展方向，所以确保机电一体化技术能符合时展的要求，就必须研究其智能化迈进的趋势，这同样也是机电一体化技术发展地必然趋势，为此要求相关人员应该在明确机电一体化基础内容的基础上，结合其发展进程加强对其智能化迈进趋势地进一步研究，以此促进机电一体化技术的更好更快发展。

参考文献

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[3]库尔班江玉素因.机电一体化系统中智能控制的应用浅析[J].科技资讯，2015（01）：82.