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機電一體化論文:模具中采用機電一體化綜述

由于旋蓋的螺紋長度較長和螺紋成型后脫模力較大,與常規的脫模機構不同,圖4模具采用電機驅動鏈輪使螺紋型芯旋轉的方法來實現自動脫模。

模具結構特點:(1)常規的三板模結構,1模2腔,側澆口進料。(2)無拉料桿和推桿裝置,在彈簧力的作用下通過澆口推板將主流道凝料從定模板上推出,模具結構簡單。(3)模具工作可靠,操作方便,自動化程度高。(4)脫螺紋機構的主要零件有:電機、鏈輪、鏈條、推力軸承、深溝球軸承、接近開關、中間繼電器、時間繼電器等。模具的工作過程為:模具合模、注射、保壓、冷卻過程結束后,模具開模,動模開始向后運動,澆口推板18在彈簧17的作用下,將主流道凝料和塑件從動模上推出。動、定模開模到一定距離,注塑機頂桿通過動模座板16的頂出孔進入模具,使接近開關22受到感應,并發信號給中間繼電器19,啟動電機26。

電機通過主動鏈輪24、鏈條14帶動從動鏈輪8旋轉,螺紋型芯7在推力軸承5和深溝球軸承6的配合下作旋轉運動。塑件與型芯在相對旋轉運動的作用下實現自動脫模。當時間繼電器20到時后自動斷電,電機停止運轉,型芯同時停止旋轉,模具的一個工作循環過程結束。

模具中采用的機電一體化控制系統包括電器控制、機械傳動和動力元件三大部分。電器控制部分功能上包括:信號采集、信號傳遞和信號控制;機械傳動的類型有:齒輪傳動、鏈傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動以及常用機構等。動力元件有:電機、液壓泵和氣壓泵。下面主要對電器控制元件的功能和作用進行介紹。

信號采集元件信號采集元件可分為:接近開關(見圖5)、光電開關(見圖6)、信號傳感器等。圖4模具中使用接近開關作為信號采集元件。接近開關是一種無需與運動部件進行機械接觸而可以操作的位置開關,當物體接近開關的感應面到動作距離時,不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關動作,從而觸發交流或直流電器工作或給計算機裝置提供控制指令。光電開關是利用被檢測物對光束的遮擋、吸收或反射,檢測物體有或無。物體不限于金屬,所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發射器上轉換為光信號發出,接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。

信號傳遞元件圖模具中采用中間繼電器(見圖7)作為信號傳遞元件。中間繼電器是用來傳遞信號或同時控制多個電路,也可直接用它來控制小容量電機或其他電氣執行元件。繼電器的工作原理是:當某一輸入信號(如電壓、電流、溫度、速度、壓力等)達到預定數值時,使它動作,以改變控制電路的工作狀態,從而實現既定的控制或保護的目的。在此過程中,繼電器主要起傳遞信號的作用。

信號控制元件模具中采用的信號控制元件是時間繼電器(見圖8)。時間繼電器的用途是配合工藝要求,執行延時指令。時間繼電器可分為通電延時、斷電延時、循環延時、釋放延時等。時間繼電器使用于交流50~60Hz,額定電壓12~380V的控制電路中作延時元件,按預定的時間接通或斷開電路,具有延時精度高、觸電容量大、延時范圍廣等

機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛涉及工業生產過程的所有領域。初級的機電一體化產品是指采用電子技術代替和完善機械產品中的一部分,以提高產品的性能,而高級的機電一體化產品是利用機電一體化技術使機械產品實現自動化、數字化和智能化,使產品性能實現質的飛躍。旋蓋成型模具通過應用機電一體化技術簡化模具結構和提高模具性能,可為注射模上采用機電一體化技術提供參考。

機電一體化論文:傳感器技術在機電一體化中的應用

摘要:文章概述傳感器研究現狀與發展,探討傳感器在機電一體化系統中的應用,并分析我國傳感器技術發展的若干問題及發展方向。

關鍵詞:傳感器技術;機電一體化;應用

在機電一體化系統中,傳感器處系統之首,其作用相當于系統感受器官,能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境考驗,是機電一體化系統達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統狀態和對信息精確而可靠的自動檢測,系統的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現。

一、傳感器的研究現狀與發展

傳感器是能感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置,主要用于檢測機電一體化系統自身與操作對象、作業環境狀態,為有效控制機電一體化系統的運作提供必須的相關信息。隨著人類探知領域和空間的拓展,電子信息種類日益繁多,信息傳遞速度日益加快,信息處理能力日益增強,相應的信息采集——傳感技術也將日益發展,傳感器也將無所不在。

從20世紀80年代起,逐步在世界范圍內掀起一股“傳感器熱”,各先進工業國都極為重視傳感技術和傳感器研究、開發和生產。傳感技術已成為重要的現代科技領域,傳感器及其系統生產已成為重要的新興行業。

二、傳感器在機電一體化系統中的應用

傳感器是左右機電一體化系統(或產品)發展的重要技術之一,廣泛應用于各種自動化產品之中:

1.機器人用傳感器。工業機器人之所以能夠準確操作,是因為它能夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業環境的狀態,包括:其自身狀態信息的獲取通過內部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來完成,操作對象與外部環境的感知通過外部傳感器來實現,這個過程非常重要,足以為機器人控制提供反饋信息。

2.機械加工過程的傳感檢測技術。

(1)切削過程和機床運行過程的傳感技術。切削過程傳感檢測的目的在于優化切削過程的生產率、制造成本或(金屬)材料的切除率等。切削過程傳感檢測的目標有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態及切削過程辨識等,而最重要的傳感參數有切削力、切削過程振動、切削過程聲發射、切削過程電機的功率等。對于機床的運行來講,主要的傳感檢測目標有驅動系統、軸承與回轉系統、溫度的監測與控制及安全性等,其傳感參數有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態與冷卻潤滑液的流量等。

(2)工件的過程傳感。與刀具和機床的過程監視技術相比,工件的過程監視是研究和應用最早、最多的。它們多數以工件加工質量控制為目標。20世紀80年代以來,工件識別和工件安裝位姿監視要求也提到日程上來。粗略地講,工序識別是為辨識所執行的加工工序是否是工(零)件加工要求的工序;工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯,同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規程要求的位姿。此外,還可以利用工件識別和工件安裝監視傳感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成這些識別與監視將采用或開發許多傳感器,如基于TV或CCD的機器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統等。

(3)刀具(砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度(按磨鈍標準判定)或出現破損(破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱),使它們失去切(磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時,稱為刀具/砂輪失效。工業統計證明,刀具失效是引起機床故障停機的首要因素, 由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外,它還可能引發設備或人身安全事故,甚至是重大事故。

3.汽車自動控制系統中的傳感技術。隨著傳感器技術和其它新技術的應用,現代化汽車工業進入了全新時期。汽車的機電一體化要求用自動控制系統取代純機械式控制部件,這不僅體現在發動機上,為更全面地改善汽車性能,增加人性化服務功能,降低油耗,減少排氣污染,提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性,先進的檢測和控制技術已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統中,必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。

三、我國傳感器技術發展的若干問題及發展方向

傳感器技術是實現自動控制、自動調節的關鍵環節,也是機電一體化系統不可缺少的關鍵技術之一,其水平高低在很大程度上影響和決定著系統的功能;其水平越高,系統的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統中,如果不能利用傳感檢測技術對被控對象的各項參數進行及時準確地檢測出并轉換成易于傳送和處理的信號,我們所需要的用于系

統控制的信息就無法獲得,進而使整個系統就無法正常有效的工作。

我國傳感器的研究主要集中在專業研究所和大學,始于20世紀80年代,與國外先進技術相比,我們還有較大差距,主要表現在:

(1)先進的計算、模擬和設計方法;

(2)先進的微機械加工技術與設備;

(3)先進的封裝技術與設備;

(4)可靠性技術研究等方面。因此,必須加強技術研究和引進先進設備,以提高整體水平。傳感器技術今后的發展方向可有幾方面:

1.加速開發新型敏感材料:通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科,各種新技術的互相滲透和綜合利用,可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。

2.向高精度發展:研制出靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。

3.向微型化發展:通過發展新的材料及加工技術實現傳感器微型化將是近十年研究的熱點。

4.向微功耗及無源化發展:傳感器一般都是非電量向電量的轉化,工作時離不開電源,開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。

5.向智能化數字化發展:隨著現代化的發展,傳感器的功能已突破傳統的功能,其輸出不再是一個單一的模擬信號(如0-10mV),而是經過微電腦處理好后的數字信號,有點甚至帶有控制功能,即智能傳感器。

機電一體化論文:對煤礦機械機電一體化應用的現狀研究

隨著科學技術的不斷發展,對煤礦機械的性能要求也在不斷提高,電子(微電腦)控制裝置在煤礦機械上的應用將更加廣泛,結構將更加復雜,維護也將更加專業化。為幫助煤礦機械使用人員、維修人員、管理人員對煤礦機械中的電氣與電子控制裝置的功能、類別及特性有一些初步的了解和掌握,下面就這些做一下介紹與淺述。

煤礦生產中,煤礦機械的性能自動化程度及其經濟性等可以說直接影響到生產,也直接影響到煤礦供電、排水、通風、提升等的安全運行。而煤礦機械電氣與電子控制系統部分質量的好壞與性能的優劣又直接影響到機械的動力性、經濟性、可靠性,從而影響施工質量、生產效率及使用壽命等。電子(微電腦)控制系統已成為煤礦現代機械不可缺少的組成部分,同時也是評價煤礦現代機械技術水平的一個重要依據。隨著科學技術的不斷發展,以及對煤礦機電產品性能要求不斷提高,電子(微電腦)控制系統在煤礦機械中所占的比重越來越大,其功能將會越來越強,應用范圍也將越來越廣,而其復雜程度也隨之提高,這樣就對使用與維修維護這些設備的煤礦工作人員提出了更高的要求,對煤礦職工的培訓工作和對煤礦設備的管理工作也顯得尤為重要。

為適應煤礦機械對性能的要求,僅僅依靠機械和液壓技術已顯得力不從心。電子(微電腦)控制技術的發展就成了煤礦機械的必要選擇。機電一體化是一項新興的技術,將其引入到煤礦機械中,必將會給煤礦機械帶來了新的技術變革,使其各種性能有了質的飛躍。

機電一體化又稱機械電子工程學,是一門跨學科的綜合性高技術,是由微電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、機械技術、液壓技術以及其他技術相互融合而成的一門獨立的交叉學科。機電一體化技術從20世紀70年代中期開始在國外機械上得到應用。20世紀80年代以微電子技術為核心的高新技術的興起,推動了機械制造技術的迅速發展,特別是隨著微型計算機及微處理技術、傳感與檢測技術、信息處理技術等的發展及其在機械上的應用,極大促進了煤礦機電產品的性能,使煤礦機械進入了一個飛躍的發展時期。以微電腦或微處理器為核心的電子控制系統在國外機械上的應用已相當普及,在我國也是發展的方向,已成為機械高性能的體現。

目前機械的電子(微電腦)控制系統主要用以實現如下功能:

1)在線監控、自動報警及故障自診

即對煤礦機械的電動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的在線運行狀態監控,出現故障能自動報警并準確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,提高機器的工作效率,簡化設備維護檢查工作,降低使用維修費用,縮短停機維修時間,延長設備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用PLC控制,可實現多種在線監控和故障自診,還有煤礦用各種電器設備也越來越智能化。

2)節能降耗,提高生產效率

例如井下使用的膠帶輸送機、通風機、提升機等,使用變頻起動、PLC控制系統,節電量就為30%左右,同時生產效率也大大提高了。

3)自動化或半自動化程度的提高

煤礦機械實現自動化或半自動化控制,可以減輕操作者的勞動強度,提高生產效率,并減少因操作者的經驗不足,對作業精度的影響。例如,冀中能源黃沙礦2009年投入使用的一整套薄煤綜采設備,由我國北京天地瑪坷電液控制系統有限公司與德國MARCO公司合作生產的PM31型液壓支架電液控制系統,就是微電腦控制,只要在支架操作控制器上輸入程序,支架使會自動連續動作,也可實現遠程控制和工作面無人操作。

4)其他應用

一些國外生產的輸送機、采煤機、綜掘機等采用了電子(微電腦)控制的自動變速器,能夠根據外負荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比,從而改變功率,這不僅充分利用了電動機功率,大大提高了能耗經濟性,而且也簡化了操作,降低了勞動強度,提高了設備的安全性能,提高作業人員操作的安全性。目前我國在綜合機械化采煤機上采用電子(微電腦)控制,可實現無人操作,使機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業,也配備了無線遙控裝置,可遠程遙控也可微電腦編程控制。電子(微電腦)系統的可靠性是煤礦機械非常重要的一項性能指標。由于煤礦機械一般井下作業,其直接受到潮氣、煤塵、通風、石塊、地質變化等的侵襲,此外還受到采煤振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾,工作環境非常惡劣,因此電子(微電腦)控制系統必須滿足井下性能環境要求,能在井下環境溫度下可靠、穩定地工作;抗壓強度高、抗老化,具有較長的使用壽命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入;較好耐沖擊和抗振性能;較強的抗干擾能力,系統能在各種干擾下可靠地工作。

機電一體化論文:煤礦機電一體化技術的應用及管理

機電一體化技術煤礦生產中的應用機電一體化技術包括基礎的機械技術、以及計算機與信息技術、系統技術、自動控制技術動技術。而在在礦井的生產過程中，采煤工藝的先進與否直接影響整個礦井的生產能力。因此，要盡量選用先進的采煤工藝，從而到礦井的高產高效的目的。隨著我國工業控制自動化技術的發展，煤礦機電自動化在礦上的應用目益增多。

因為煤礦是高危行業，提高機電設備自身的安全可靠程度和自動化程度，最大減少用人，是實現礦井長治久安的關鍵所在，因此煤礦機電的自動化有力推動了企業安全高效、又好又快發展。

電氣自動化在采礦機械設備中的應用采煤機從中厚煤層起步，發展到薄煤層、大功率、大采高強力滾筒采煤機。從有鏈牽引、無鏈液壓牽引方式，逐漸發展到了電磁滑差無鏈電牽引和變頻調速無鏈電牽引。液壓支架高度從薄煤、中厚到厚煤層，支架型式由占主導的掩護式，逐漸發展到有四柱支撐式低位放頂煤、兩柱式的高位放頂煤(單輸送機)、兩柱掩護式低位放項煤液壓支架等多種架型。液壓支架電液控制系統在美國、澳大利亞、德國等煤炭生產發達國家得到了普遍的應用，液壓支架電液控制系統是實現綜采工作面高產高效的關鍵技術設備，是今后發展的必然方向充分發揮機電一體化技術在煤礦開采中的作用。目前從國內煤礦的技術、經濟條件和效益出發，電液控制液壓支架主要用于年產400萬t以上的一次采全高長壁工作面，600萬t以上放項煤工作面及薄煤層高效開采工作面。將在近年內結合各礦特點嘗試液壓支架的電液控制系統。

我國電氣自動化的應用使采煤的過程更加人性化，綜采工作面裝備遠程監控及專家診斷系統的可靠性是國產采煤機研究的主要內容。該系統能夠實現綜采裝備液壓支架和采煤機的遠程監控，使采煤機根據煤層的變化實現自動割煤、煤層的軟硬自動調節采煤速度，檢驗并完善動態監測綜采支架液壓系統壓力和各受力點的狀態，自動調節支架推移輸送機的拉移等，使綜合機械化水平上一個新的臺階。

煤礦機電一體化技術礦井運輸提升產品的應用在煤礦生產中，因為現代化煤礦發展的需要，對煤礦機械化采煤提出更高的要求，因此隨之對井下、井上的運輸和提升系統的要求也就越來越高。如今，對于國外一些采煤技術比較先進的國家，煤礦井下大巷的運輸系統大多是采用帶式運輸機，他們基本上是采用直流式交流變頻裝置驅動方式，主要以電力電子器件為核心。

在我國，大多數煤礦井下生產已經實現了皮帶化，采用大巷強力帶式運輸機運輸的方式也非常普遍。另外，計算機控制系統發展也非常迅速，它們具有很多種及時故障診斷和自我保護等功能，如應用過程中的軸承溫度、倒轉、跑偏及斷帶等故障，可能在某些方面沒有面面俱到，在使用上還不能滿足一些功能，但是從發展的角度看問題，這的確是一個很好的開始。而全數字化提升機高度可靠，采用總線方式，使電器安裝大大簡化，此外，硬件配置簡單，互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機，其核心部分ascs是由雙 cpu構成的計算機系統，其性能先進、操作簡便、準確可靠。機電一體化技術在綜合機械化采煤中的應用，使設備動作趨于協調，且安全性、可靠性大為提高，操作性能更加完善，為煤炭企業帶來了更高的經濟效益。

礦井安全生產監測監控系統中的應用礦井安全生產監控系統是最能體現煤礦機電一體化的技術之一。20世紀 90年代以來，緊跟世界監測監控系統的發展潮流，我國自行研制開發出了一批具有世界先進水平的監控系統，如煤炭科學研究總院重慶分院的kj90系統、煤炭科學研究總院常州自動化研究所的kj95系統等。自此，大大小小的系統生產廠家如雨后春筍般的不斷出現，不僅為各煤礦提供了更多的選擇機會，且促進了各廠家在市場競爭條件下不斷提高產品質量和服務意識。經過多年的實踐表明，安全監測監控系統為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的作用，基本代表了我國煤礦監測監控系統的技術水平。

煤礦機電管理存在的主要問題．1機電管理職能部門作用沒有充分發揮盡管各地方煤礦一般都設置了機電管理部門，但大多數礦井機電科都承擔 2種職能：一是機電管理，二是機電生產。

機電科管理人員的主要精力放在應付生產上，管理作用沒能充分發揮。一些地方煤礦的領導對機電管理重視不夠，大量壓縮機電人員，造成機電管理人員不足，機電專業組織未能健全，機電管理網絡經常中斷，機電職能管理作用淡化，技術手段落后。

機電隊伍整體素質較低及機電技術力量薄弱一些地方煤礦機電管理人員文化較低，專業技術水平不高，未系統學習設備管理理論和企業管理理論，機電管理憑經驗進行。機電職工一般未接受機電專門技術培訓，理論知識不足，實踐經驗缺乏，違章作業經常發生。設備故障較高，因電氣失爆而引起的瓦斯、煤塵爆炸事故幾乎年年發生。用電管理 兩票三制堅持不嚴，帶電作業，約時停送電時有發生。

設備存在隱患較多設備老、舊、雜、帶病運轉，安全設施、保護裝置不全，距《煤礦安全規程》要求差距較大。提升系統缺少緩沖裝置和托罐裝置，電控系統、制動系統保護不全。井筒裝備銹蝕嚴重，末能定期防腐。有的礦井為了趕產，不能保證主副井2h的停產檢修時間，絞車的實際提升負荷超過設計提升能力。一些固定設備的電壓表、電流表、壓力表、真空表、安全閥未按規定定期校驗。井下電氣設備沒有按規定做電氣試驗，過流保護整定過大，漏電保護、煤電鉆綜保、照明信號綜合保護、輸送機保護、風電閉鎖、瓦斯電閉鎖甩掉不用或試驗及記錄不規范。井下局部接地極及連線的材質、工藝不符合要求，安裝不合格。非阻燃的電纜、輸送帶仍在井下使用。電氣設備失爆現象屢見不鮮。

改進地方煤礦機電管理的辦法重視機電管理，首先是礦井領導人重視機電管理，這是加強機電管理的關鍵。機電管理人員要經常向礦領導匯報機電工作，多提工作建議，以獲得領導的支持。

因礦制宜建立機電管理機構，授予職權，統一管理礦井機電管理機構體系不論采取哪種形式，都必須授予機電部門職權，實行統一管理。一般機電部門要具有以下職權，即：制定機電管理規章制度杈；編制部署機電工作計劃權

；設備配件分配權：制止違章作業權：追查機電事故權；檢查評比考核獎罰權：機電業務骨干調整調動工作監督權。認真落實規章制度，扎實地做好設備綜合管理，加大機電培訓。達到培訓的目的各礦應建立設備綜合管理體系，完善設備綜合管理制度，配齊設備管理人員，實行流程化管理，扎實地做好設備綜合管理工作，確保設備管理制度化、正常化、規范化。培訓上提高職工學習積極性，嚴謹機電培訓走過場。能實現要我學到我要學的轉變，培訓達到目的。

對我國煤礦機電一體化技術的思考在20世紀，我國煤礦機電一體化技術(產品)取得了較大的發展，機電一體化技術應用到了煤礦每個環節，但相對國外先進煤礦還是比較落后的。因此，要讓我國煤礦機電一體化技術達到世界先進技術水平，必須掌握信息時代機電一體化技術的特點和相關技術發展的動態。

應提高我國煤礦機電一體化產品的規范化、標準化、系列化和通用化的程度：以計算機為機電一體化的核心裝置，因為計算機運算和存貯能力非常強，且體積和功耗小，更加適合于工作空間狹小的煤礦機電一體化產品，在設計煤礦機電一體化產品時，應盡可能的選用功能強大的嵌入式計算機，從而保證工作性能更可靠：對于新開發的煤礦機電一體化產品應具有通信功能，同時，要選用很好的開放性和高可靠性的通信模塊，方便與控制網絡進行連接通信控制；煤礦機電一體化產品需要達到智能化發展水平，能判斷機電設備和周圍環境的狀態，使設備能自動適應環境并以最憂的狀態工作，同時能快速地對所采集的參數進行分析，從而對故障進行診斷，再根據這些診斷結果對以后工作過程中的故障進行預測；要對礦用傳感器進行深入研究和開發，提高礦用傳感器的可靠性和使用壽命，同時考慮傳感器的數字化、集成化、智能化和多維化，使礦用傳感器在比較惡劣的工作環境下進行信號的測量，并保證其測量；隹確度，并具有自校正、自診斷、狀態識別和自我調節等功能；要關注國內外高新技術的發展，將那些適于煤礦井下工作環境的高新技術用于煤礦機電一體化產品，從而提高煤礦現代化，達到煤礦自動化生產。

機電一體化論文:機械制造與機電一體化發展探究

1.機械制造智能化技術的發展

1.1人機互動的功能發展方向

機械制造業對圖形的精密性要求非常高。因此,必須借助計算機技術完成產品的設計與操作,通過計算機的窗口與菜單完成產品生產的操作過程,利用快速編程、藍圖編程、三維彩色動態圖形展示、圖形動態跟蹤、圖形模擬、多方向視圖、比例縮放等技術為機械制造提供技術支持,以大量的可視圖形和技術數據幫助設計者更好地完成設計過程,提高產品質量與經濟效益,同時縮短產品的生產周期,實現產品制造過程的人機互動。

1.2高效化、智能化的性能發展方向

在目前機械制造的操作系統中,高分辨率檢測元件和多CPU控制能夠提高機械制造過程的效率、精度和速度,形成系統化、科學化、規范化的數字伺服系統,使機床的運轉速度得到大幅度提升,自動化調整機械生產的信息流和物料流,以機械制造群控系統提高機械制造的效率與水平。

1.3集成化、可控化的體系發展方向

隨著智能化技術在機械制造領域內的不斷應用與推廣,基于網絡數據資源的機械制造管理系統可以通過互聯網絡深入了解生產工藝流程及設計原理,實現了編程、設定、運行、操作的集成化與可控化,提高了機械設計和制作的效率。機械制造的集成化、可控化的體系發展方向以軟硬件運行速度和數控系統的集成度為依據,利用集成化CPU、RISC芯片和可編程集成線路,提高了集成電路的密度,減少/！/互聯長度和數量,從而降低了生產成本,提高了產品性能和系統可靠性。這是機械制造智能化技術的發展方向和任務。

2.機械制造智能化與機電一體化的結合發展

機械制造智能化與機電一體化的結合是機械制造業的發展方向,隨著智能化技術和機電一體化技術水平的提高,機械制造有著非常廣闊的發展前景。具體說來,機械制造與智能化技術、機電一體化技術相結合的發展趨勢表現在以下幾個方面:

2.1網絡化

網絡技術是機械制造業的重要發展方向。隨著網絡技術的推廣與普及,企業的生產經營過程發生了極大的變革。物料選擇、產品設計、零件制造、產品銷售和市場開拓的方式都發生了很大的變化,異地與跨國生產已經非常普遍,技術交流、產品開發合作和經營管理學習也在廣泛開展。機械制造企業在網絡化的發展環境下既競爭又合作,為了提高自己的競爭力不斷研發新產品和新技術,提高了機械制造業的整體水平。因此,網絡化是機械制造業的重要發展方向。

2.2智能化

在機械制造業的發展過程中,不斷吸收運籌學、人工智能、計算機技術、心理學、模糊數學、生理學、混沌動力學等新思想和新方法,在機械生產過程中模擬人類智能,使機械生產過程更具人性化。

2.3自動化

機械制造的自動化以系統技術、集成技術、人機一體化技術、單元制造技術、柔性制造技術等技術為支撐,為機械制造營造了一個現代化的生產環境,使機械制造朝著敏捷化、全球化、網絡化、智能化、虛擬化和綠色化的方向發展。

2.4系統化

機械制造的系統化表現為開發式和模式化的系統體系結構,實現了靈活組態、任意裁剪、任意組合,達到了綜合管理和系統控制的目標。此外,機械制造領域內的通信功能也在不斷增強,更加注重產品和人的關系,通過模仿生物機理來研制機電一體化產品。

3.結語

總而言之,機電一體化技術和智能化技術是科學技術發展的結果,也是生產力發展的必然產物。隨著科學技術的發展與進步,機械制造業也將不斷吸收智能化和機電一體化技術,實現機電一體化和機械制造智能化的相互融合、相互促進,不斷提高機械制造業的科技水平和生產效率,促進機械制造業走向一個新的發展階段。

機電一體化論文:發展“機電一體化”的思路和對策

主題詞：機電一體化、對策

一、機電一體化技術發展歷程及其趨勢

自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后,"機電一體化"技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.

(一)"機電一體化"的發展歷程

1.數控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;

2.微電子技術為"機電一體化''帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、"電力電子"等的發展為"機電一體化"提供了堅強基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發展趨勢

1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢.

2.自律分配系統化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

3.全息系統化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統”，而生物的特點是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。

5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。

三、典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、CAD／CAM系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發展趨勢、市場前景分析從略。

四、北京發展“機電一體化”而臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。

前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。

(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢

1.北京用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度

(1)在700余家北京市屬工業系統的企業中，有60%以上的企業用微電子技術改造機床設備、工業窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。

(2)北京工業系統還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。

(3)北京工業系統尚有近250座工業爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。

(4)北京工業系統CAD應用還有較大差距。目前，北京工業品設計，CAD應用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內先進地區也超過了30%)；CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業要達到35%，中小型骨干企業要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。

(5)北京工業系統共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。

(6)工業是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業系統占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業系統萬元產值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業化國家高近9倍。因此，北京工業系統節能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節能降耗的王牌。

2.北京用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業產品大約有3萬種，每年約開發試制新產品3000種，更新周期很長。由于更新換代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業產品的競爭能力。

1993年，北京市工業系統生產的機電一體化產品約837種，在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統主要產品約1200種，機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統主要產品350種，機電一體化產品210種，機電一體化產品所占比例為60%；輕工系統主要產品總數為649種，機電一體化、智能化產品15種，機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%；汽車工業總公司系統平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內先進水平相差一半左右。

3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在北京工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重，且不少地處城區和近郊區。近年來北京的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力

勞動中解脫出來，實現文明生產。另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。

(二)北京“機電一體化”工作的任務

北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。總的目的是促進機電一體產業的形成、為北京產業結構和產品結構調整作貢獻。

1.北京應用機電一體化技術改造傳統產業的工作重點

(1)大力采用模糊技術，工業爐窯改造應上新臺階

國內外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業爐窯比單純用計算機和PID技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業爐窯要用模糊 技術等先進電子信息技術改造完畢，其中采用模糊技術改造要在80%。

(2)積極采用數控技術，機床高備改造要達新水平

對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。

(3)努力推廣變頻調速技術，風機電泵改造要攀新高度

風機、電泵采用變頻調速后一般可節電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年，應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進的變頻調速技術。

(4)優先應用CAD／CAM技術，工業設計水平提高要有新目標

北京工業產品更新換代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業系統CAD的應用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。

2.北京機電一體化產品開發的奮斗目標

(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%。

(2)單項目標：

·機床數控化率：1995年，產量數控化率達5%，產值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。

·汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。

·PLC的開發生產能力：“八五”期間，開發能力要穩居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的PLC生產基地之一。

·“電力電子”開發生產能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產技術和第三代電力電子器件的開發技術。“九五”期間第三代電力電子器件的生產要形成經濟批量。在電力電子產品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產品；交流變頻調速裝置要達到批量生產程度；高頻電子鎮流器要能出口創匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產、開發、推廣綜合配套能力的高新技術產業。

·模糊控制器的開發生產能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發生產基地，開發出用于工業爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統典型產品來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。

·其它機電一體化產品的開發生產能力：微機控制多色印刷機要穩居全國第一；電子醫療儀器的開發、生產爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產量上全國領先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發電機組為代表的發電設備要形成綜合配套能力，打出規模效益來；數字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……

總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產業。其中，數控機床、機電一體化印刷系統、新型電子醫療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；PLC模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產品銷售額可超過25億元。機電一體化產業不僅是北京高新技術產業的主力軍，也是機電行業停工、待產、明虧、潛虧企業的出路所在。

五、北京發展“機電一體化”的對策

(一)加強統籌安排，協調發展計劃

目前，北京地區從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套發展策略和計是。同時，市政府各有關委、辦、局(總公司)也有不少相應的發展計劃與規劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議市政府責成有關機構在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出北京統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!

(二)強化行業管理，發揮“協會”作用

目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能。

“協會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口

的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作……(三)優化發展環境、增大支持力度

優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。

增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發設貸款要多向機電一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業規模化建設項目上傾斜；成立“機電一體化”發展基金，支持機電一體化生產發展等。

(四)突出發展重點，兼顧“兩個層次”

機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍 ，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。

我們認為，北京“機電一體化”發展，當務之急，重中之重是：

抓緊開發生產GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮流器等，用電力電子技術進行的節能、節材為主要目的的技術改造；

抓緊推廣應用經濟型數控系統，改造機床設備；開發生產低、中檔數控系統；

抓緊開發、生產中小型PLC，用PLC進行生產過程控制；

抓緊組織生產多色膠印機、中英文打字機、電子出版系統、中高調頻X射線疹療設備、心腦病人監護設備、30萬千瓦汽輪發電機組、模糊控制器、汽車電子高壓開關、高頻電子點火器等產品。同時要注意用變頻調速技術、電力拖動技術、模糊技術、PLC等改造供暖、供水設備，進行高層建設的現代化管理，解決交通難、出行難問題……

機電一體化論文:機電一體化系統抗干擾問題的探討

摘要：針對機電一體化系統在工業應用環境運行時，系統受到的干擾問題，進行了一定的分析，并提出了一些具體的解決辦法。

關鍵詞：機電一體化 干擾 抗干擾

機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統。機電一體化系統投入工業應用環境運行時，系統總會受到電網、空間與周圍環境干擾。若系統抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進行正常的工作，微機系統往往會因干擾產生程序“跑飛”，傳感器模塊將會輸出偽信號，功率驅動模塊將會輸出畸變的驅動信號，使執行機構動作失常，最終導致系統產生故障，甚至癱瘓。

1 干擾源

從干擾竄入系統的渠道來看，系統所受到的干擾源分為供電干擾、過程通道干擾、場干擾等，如圖1所示。

（1）供電干擾

大功率設備會造成電網的嚴重污染，使得電網電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開關的通斷，電動機的啟停等原因，電網上常常出現很高的尖峰脈沖干擾。據統計，電源的投入、瞬時短路、欠壓、過壓、電網竄入的噪聲引起CPU誤動作及數據丟失占各種干擾的90％以上。

（2）過程通道干擾

過程通道干擾主要來源于長線傳輸。當系統中有電氣設備漏電，接地系統不完善，或者傳感器測量部件絕緣不好等；及各通道的傳輸線如果處于同根電纜或捆扎在一起，尤其是將信號線與交流電源線處于同一根管道時，產生的共模或差模電壓都會影響系統，使系統無法工作。

（3）場干擾

系統周圍的空間總存在著磁場、電磁場、靜電場，如太陽及天體輻射；廣播、電話、通訊發射臺的電磁波；周圍中頻設備發出的電磁輻射等。這些場干擾會通過電源或傳輸線影響各功能模塊的正常工作，使其中的電平發生變化或產生脈沖干擾信號。

2 抗供電干擾的措施 （1）配電系統的抗干擾

抑制供電干擾首先從配電系統上采取措施，可采用圖2所示的配電方案。

其次可采用分立式供電方案，就是將組成系統各模塊分別用獨立的變壓、整流、濾波、穩壓電路構成的直流電源供電，這樣就減少了集中供電的危險性，而且也減少了公共阻抗以及公共電源的相互耦合，提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。

另外，交流電的引入線應采用粗導線，直流輸出線應采用雙絞線，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線長度．

（2）利用電源監視電路

在配電系統中實施抗干擾措施是必不可少的，但這些仍難抵御微秒級的干擾脈沖及瞬態掉電，特別是后者屬于惡性干擾，可能產生嚴重的事故。因此應采取進一步的保護性措施，即使用電源監視電路。電源監視電路需具有監視電源電壓瞬時短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電的功能；及時輸出供CPU接受的復位信號及中斷信號等功能。

3 過程通道抗干擾措施

抑制過程通道上的干擾，主要措施有光電隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線等。

（1）光電隔離

利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長線傳輸時可以將模塊間兩個光電耦合器件用連線“浮置”起來，這種方法不僅有效地消除了各電氣功能模塊間的電流流經公共線時所產生的噪聲電壓互相竄擾，而且有效地解決了長線驅動和阻抗匹配問題。

（2）雙絞線傳輸

在長線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但阻抗高，降低了共模干擾。由于雙絞線構成的各個環路，改變了線間電磁感應的方向，使其相互抵消，因而對電磁場的干擾有一定的抑制效果。

（3）阻抗匹配

長線傳輸時，若收發兩端的阻抗不匹配，則會產生信號反射，使信號失真，其危害程度與傳輸的頻率及傳輸線長度有關。

（4）電流傳輸

長線傳輸時，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。

（5）合理布線

強電饋線必須單獨走線，強信號線與弱信號線應盡量避免平行走向。

4 場干擾的抑制

防止場干擾的主要方法是良好的屏蔽和正確的接地。須注意以下問題：

（1）消除靜電干擾最簡單的方法是把感應體接地，接地時要防止形成接地環路。

（2）為了防止電磁場干擾，可采用帶屏蔽層的信號線，并將屏蔽層單端接地。

（3）不要把導線的屏蔽層當作信號線或公用線來使用。 （4）在布線方面，不要在電源電路和檢測、控制電路之間使用公用線，也不要在模擬電路和數字脈沖電路之間使用公用線，以免互相串擾。

5 軟件抗干擾技術

各種形式的干擾最終會反映在系統的微機模塊中，導致數據采集誤差、控制狀態失靈、存儲數據竄改以及程序運行失常等后果，雖然在系統硬件上采取了上述多種抗干擾措施，但仍然不能保證微機系統正常工作。因為軟件抗干擾是屬于微機系統的自身防御行為，實施軟件抗干擾的必要條件是：

（1）在干擾的作用下，微機硬件部分以及與其相連的各功能模塊不會受到任何損毀，或易損壞的單元設置有監測狀態可查詢。

（2）系統的程序及固化常數不會因干擾的侵入而變化。

（3）RAM區中的重要數據在干擾侵入后可重新建立，并且系統重新運行時不會出現不允許的數據。 抑制數據采樣的干擾可采用：數字濾波，寬度判斷抗尖峰脈沖干擾等辦法，也可采用重復檢查法，偏差判斷法來檢查判斷是否有干擾信號。而程序運行失常的軟件抗干擾措施一般有：

（1）設置WATCHDOG功能，由硬件配合，監視軟件的運行情況，遇到故障進行相應的處理。

（2）設置軟件陷阱，當程序指針失控而使程序進入非程序空間時，在該空間中設置攔截指令，使程序進入陷阱，然后強迫其轉入初始狀態。

機電一體化論文:機電一體化智能大流量電動執行機構

【論文摘要】提出一種新型電動執行機構的設計方案，詳細介紹了該執行機構各功能元件的選型與設計、閥位及速度控制原理以及各種關鍵問題的解決方法。該執行機構將閥門、伺服電機、控制器合為一體，采用8031單片機、變頻技術實現了閥門的動作速度和位置控制，解決了閥門的精確定位、閥門柔性開關、極限位置判斷、電機保護及模擬信號隔離等技術問題。現場運行情況表明，該電動執行機構具有動作快、保護完善以及便于和計算機通訊等優點。

1　引言

在現代化生產過程控制中，執行機構起著十分重要的作用，它是自動控制系統中不可缺少的組成部分。現有的國產大流量電動執行機構存在著控制手段落后、機械傳動機構多、結構復雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執行機構的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉速和其內部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調整，其通用性較弱。整個機構缺乏完善的保護和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統的安全性較差，不便與計算機聯網。鑒于以上原因，采用傳統的大流量電動執行機構的控制系統，可靠性和穩定性較差。隨著計算機網絡、現場總線等技術在工業過程中的應用，這種執行機構已遠遠不能滿足工業生產的要求。筆者設計的大流量電動執行機構，采用機電一體化技術，將閥門、伺服電機、控制器合為一體，利用異步電動機直接驅動閥門的開與關。通過內置變頻器，采用模糊神經網絡，實現閥門的動作速度、精確定位、柔性開關以及電機轉矩等控制。該電動執行機構省去了用于控制電機正、反轉的接觸器和可控硅換向開關模件、機械傳動裝置和復雜、昂貴的控制柜和配電柜，具有動作快、保護較完善、便于和計算機聯網等優點。實際運行表明，該執行機構工作穩定，性能可靠。

2　電動執行機構的硬件設計及工作原理

電動執行機構控制系統原理框圖如圖2-1所示。智能執行機構從結構上主要分為控制部分和執行驅動部分。

控制部分主要由單片機、PWM波發生器、IPM逆變器、A/D、D/A轉換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測和報警電路等組成。執行驅動部分主要包括三相伺報電機和位置傳感器。

系統工作原理：

霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號，經A/D轉換后送入單片機。單片機通過8255控制PWM波發生器，產生的PWM波經光電耦合作用于逆變模塊IPM，實現電機的變頻調速以及閥位控制。逆變模塊工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對380V電源進行全橋整流得到。

控制系統各功能元件的選型與設計：

1)單片機　選用INTEL公司生產的8031單片機，它主要通過并行8255口擔負控制系統的信號處理：接收系統對轉矩、閥門開啟、關閉及閥門開度等設定信號，并提供三相PWM波發生器所需要的控制信號；處理IPM發出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執行機構的工作狀態信號；執行控制系統來的控制信號，向控制系統反饋信號；

2)三相PWM波發生器　PWM波的產生通常有模擬和數字兩種方法。模擬法電路復雜，有溫漂現象，精度低，限制了系統的性能；數字法是按照不同的數字模型用計算機算出各切換點，并存入內存，然后通過查表及必要的計算產生PWM波，這種方法占用的內存較大，不能保證系統的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產的SA8282作為三相PWM發生器。SA8282是專用大規模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。

3)智能逆變模塊IPM　為了滿足執行機構體積小，可靠性高的要求，電機電源采用智能功率模塊IPM。該執行機構主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數為0．75。經計算可知，選用日本產的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統要求。該功率模塊集功率開關和驅動電路、制動電路于一體，并內置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關器件。

4)位置檢測電路　位置檢測電路是執行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。關鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統的電動執行機構中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區太短和溫度特性不理想而受到限制。導電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區限制、穩定性高、無溫度限制等特點。

5)電壓、電流及檢測　檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。如圖2-2所示。

6)通訊接口　為了實現計算機聯網和遠程控制，選用MAX232作為系統的串行通訊接口，MAX232內部有兩個完全相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現單片機與其它微機間的通訊。

7)時鐘電路　時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內部有114字節的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數據。

8)液晶顯示單元　為了實現人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數等信號進行設置或調試。并采用文字和圖形相結合的方式，顯示直觀、清晰。

9)程序出格自恢復電路　為了保證在強干擾下程序出格時系統能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，監視程序運行。如圖2-3所示，該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。

工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變為高電平，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產生一次復位，復位結束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復電路繼續監視程序運行。

3　閥位及速度控制原理

閥位及速度控制原理框圖如圖3-1所示。

采用雙環控制方案，其中內環為速度環，外環為位置環。速度環主要將當前速度與速度給定發生器送來的設定速度相比較，通過速度調節器改變PWM波發生器載波頻率，實現電機的轉速調節。速度調節器采用模糊神經網絡控制算法(具體內容另文敘述)。

外環主要根據當前位置速度的設定，通過速度給定發生器向內環提供速度的設定值。由于大流量閥執行機構在運行過程中存在加速、勻速、減速等階段。各階段的時間長短、加速度的大小、在何位置開始勻速或減速均與給定位置、當前位置以及運行速度有關。速度給定發生器的工作原理為：通過比較實際閥位與給定閥位，當二者不相等時，以恒定加速度加速，減速點根據當前速度、閥位值、閥位給定值的大小計算得來。

執行機構各階段運行速度的計算原理

圖3-2為執行機構的典型運行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線組成。將曲線上速率開始發生改變的那一點稱為起始段點，相應的時間稱為段起始時間，如圖3-2中的t(i)(i＝0，1，2，……)，相應的速度稱為段起始速度，如圖3-2所示v(i)(i＝0，1，2，…)。

設第i段速度的變化速率為ki，則有：

式中：Δv為兩段點之間的速度變化值，Δv＝vi＋1－vi；

Δt為兩段之間的時間，Δt＝ti＋1－ti。

顯然，當ki＝0時為恒速段，ki＞0時為升速段，ki＜0時為減速段。任意時刻的速度給定值為：

Ts為采樣周期。

變化速率ki的取值由給定位置、當前位置以及運行速度的大小確定。

4　關鍵技術問題的解決

該電動執行機構采用了最新的變頻調速技術，電機驅動功率小于5．5kW。用戶可根據需要設定力矩特性，根據控制的閥設定速度，速度分多轉式、直行程、角行程3種方式。控制系統由閥位給定和閥位反饋信號構成的閉環系統，控制特性視運行方式、速度而定，并具有自動過流保護、過載保護、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉等保護功能。

該執行機構解決的關鍵性技術問題主要有：

1)閥門柔性開關　柔性開關主要是為了當閥關閉或全開時，保證閥門不卡死與損傷。執行機構內部的微處理器根據測得的變頻器輸出電壓和電流，通過精確計算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達到或大于設定的力矩，自動降低速度，以避免閥門內部過度的撞擊，從而達到最優關閉，實現過力矩保護。

2)閥位的極限位置判斷　閥位的極限位置是指全開和全關位置。在傳統執行機構中，該位置的檢測是通過機械式限位開關獲得的。機械式限位開關精度低，在運行中易松動，可靠性差。在文中，電動執行機構極限位置通過檢測位置信號的增量獲得。其原理是，單片機將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相比較，如果未發生變化或變化較小，即認為己達到極限位置，立即切斷異步電機的供電電源，保證閥門的安全關閉或全開。省去了機械式限位開關，無需在調試時對其進行復雜的調整。

3)電機保護的實現　為了防止電機因過熱而燒毀，單片機通過溫度傳感器連續檢測電機的實際運行溫度，如果溫度傳感器檢測到電機溫度過高，自動切斷供電電源。溫度傳感器內置于電機內部。

4)準確定位　傳統的電動執行機構在異步電機通電后會很快達到其額定動作速度，當接近停止位置時，電機斷電后，由于機械慣性，其閥門不可能立即停下來，會出現不同程度的超程，這一超程通常采用控制電機反向轉動來校正。機電一體化的大流量電動執行機構根據當前位置與給定位置的差值以及運行速度的大小超前確定減速點的位置及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實現精確的微調和定位，從而將超程降到最低。

5)模擬信號的隔離。

對于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。如圖4-1所示，采用±15V和±12V兩組獨立的正負電源。若運放A的反相端電位由于擾動而正向偏離虛地，則運放A輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發光強度將增強，則使其集射極電壓減小，最后使運放A反相端的電位降低，回到正常狀態。若A的反相端電位負向偏離虛地，也可以重回到正常狀態。從而增強了系統的抗干擾性。

5　結束語

該執行機構集微機技術和執行器技術于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機是通過內部集成的一體化變頻器來控制，因此，同一臺智能執行機構可以在一定范圍內具有不同的運行速度和關斷力矩。該智能執行機構采用了液晶顯示技術，它利用內置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的開、關狀態和正常運行時閥門的開度，還可以通過菜單選擇運行參數設定，當系統出現故障時，能顯示出故障信息。總之，該執行機構集測量、決斷、執行3種功能于一體，順應了電動執行機構的發展趨勢，它的研制成功給電動執行機構的研究開發提供了新的思路。

機電一體化論文:機電一體化技術及其應用研究

摘 要 討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業中的應用以及發展趨勢。

關鍵詞 機電一體化 技術 應用

1 機電一體化技術發展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1 數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

1.2 智能化

即要求機電產品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

1.3 模塊化

由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

1.4 網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

1.5 人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

1.6 微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

1.7 集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

1.8 帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

1.9 綠色化

科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。

2 機電一體化技術在鋼鐵企業中應用

在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：

2.1 智能化控制技術(IC)

由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

2.2 分布式控制系統(DCS)

分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

2.3 開放式控制系統(OCS)

開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

2.4 計算機集成制造系統(CIMS)

鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。

2.5 現場總線技術(FBT)

現場總線技術(Fied Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。現場總線的引入導致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發展。

2.6 交流傳動技術

傳動技術在鋼鐵工業中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。

機電一體化論文:發展“機電一體化”的思路和對策

主題詞：機電一體化、對策

一、機電一體化技術發展歷程及其趨勢

自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后,"機電一體化"技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.

(一)"機電一體化"的發展歷程

1.數控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;

2.微電子技術為"機電一體化''帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、"電力電子"等的發展為"機電一體化"提供了堅強基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發展趨勢

1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢.

2.自律分配系統化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

3.全息系統化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統”，而生物的特點是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。

5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。

三、典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、CAD／CAM系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發展趨勢、市場前景分析從略。

四、北京發展“機電一體化”而臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。

前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。

(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢

1.北京用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度

(1)在700余家北京市屬工業系統的企業中，有60%以上的企業用微電子技術改造機床設備、工業窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。

(2)北京工業系統還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。

(3)北京工業系統尚有近250座工業爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。

(4)北京工業系統CAD應用還有較大差距。目前，北京工業品設計，CAD應用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內先進地區也超過了30%)；CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業要達到35%，中小型骨干企業要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。

(5)北京工業系統共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。

(6)工業是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業系統占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業系統萬元產值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業化國家高近9倍。因此，北京工業系統節能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節能降耗的王牌。

2.北京用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業產品大約有3萬種，每年約開發試制新產品3000種，更新周期很長。由于更新換代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業產品的競爭能力。

1993年，北京市工業系統生產的機電一體化產品約837種，在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統主要產品約1200種，機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統主要產品350種，機電一體化產品210種，機電一體化產品所占比例為60%；輕工系統主要產品總數為649種，機電一體化、智能化產品15種，機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%；汽車工業總公司系統平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內先進水平相差一半左右。

3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在北京工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重，且不少地處城區和近郊區。近年來北京的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。

另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。

(二)北京“機電一體化”工作的任務

北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。總的目的是促進機電一體產業的形成、為北京產業結構和產品結構調整作貢獻。

1.北京應用機電一體化技術改造傳統產業的工作重點

(1)大力采用模糊技術，工業爐窯改造應上新臺階

國內外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業爐窯比單純用計算機和PID技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業爐窯要用模糊 技術等先進電子信息技術改造完畢，其中采用模糊技術改造要在80%。

(2)積極采用數控技術，機床高備改造要達新水平

對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。

(3)努力推廣變頻調速技術，風機電泵改造要攀新高度

風機、電泵采用變頻調速后一般可節電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年，應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進的變頻調速技術。

(4)優先應用CAD／CAM技術，工業設計水平提高要有新目標

北京工業產品更新換代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業系統CAD的應用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。

2.北京機電一體化產品開發的奮斗目標

(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%。

(2)單項目標：

·機床數控化率：1995年，產量數控化率達5%，產值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。

·汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。

·PLC的開發生產能力：“八五”期間，開發能力要穩居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的PLC生產基地之一。

·“電力電子”開發生產能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產技術和第三代電力電子器件的開發技術。“九五”期間第三代電力電子器件的生產要形成經濟批量。在電力電子產品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產品；交流變頻調速裝置要達到批量生產程度；高頻電子鎮流器要能出口創匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產、開發、推廣綜合配套能力的高新技術產業。

·模糊控制器的開發生產能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發生產基地，開發出用于工業爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統典型產品來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。

·其它機電一體化產品的開發生產能力：微機控制多色印刷機要穩居全國第一；電子醫療儀器的開發、生產爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產量上全國領先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發電機組為代表的發電設備要形成綜合配套能力，打出規模效益來；數字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……

總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產業。其中，數控機床、機電一體化印刷系統、新型電子醫療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；PLC模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產品銷售額可超過25億元。機電一體化產業不僅是北京高新技術產業的主力軍，也是機電行業停工、待產、明虧、潛虧企業的出路所在。

五、北京發展“機電一體化”的對策

(一)加強統籌安排，協調發展計劃

目前，北京地區從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套發展策略和計是。同時，市政府各有關委、辦、局(總公司)也有不少相應的發展計劃與規劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議市政府責成有關機構在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出北京統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!

(二)強化行業管理，發揮“協會”作用

目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能。

“協會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作……

(三)優化發展環境、增大支持力度

優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。

增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發設貸款要多向機電一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業規模化建設項目上傾斜；成立“機電一體化”發展基金，支持機電一體化生產發展等。

(四)突出發展重點，兼顧“兩個層次”

機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍 ，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。

我們認為，北京“機電一體化”發展，當務之急，重中之重是：

抓緊開發生產GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮流器等，用電力電子技術進行的節能、節材為主要目的的技術改造；

抓緊推廣應用經濟型數控系統，改造機床設備；開發生產低、中檔數控系統；

抓緊開發、生產中小型PLC，用PLC進行生產過程控制；

抓緊組織生產多色膠印機、中英文打字機、電子出版系統、中高調頻X射線疹療設備、心腦病人監護設備、30萬千瓦汽輪發電機組、模糊控制器、汽車電子高壓開關、高頻電子點火器等產品。同時要注意用變頻調速技術、電力拖動技術、模糊技術、PLC等改造供暖、供水設備，進行高層建設的現代化管理，解決交通難、出行難問題……

機電一體化論文:淺談加強機電一體化專業學生實習教學的措施

在當前競爭激烈的市場經濟形勢下,企業對員工綜合職業素質的要求,尤其是對專業技能的要求不斷提高。職業學校要主動適應這種要求,必須進一步強化實習教學管理,把提高學生的職業技能水平看作是辦學質量的重要標志。機電一體化專業學生的實習教學應切實解決好以下幾個問題。

一、加強機電一體化專業實習教學的環節管理

1、制訂切實可行的實習教學計劃。

實習計劃應根據實綱并結合現代企業對人才類型的需要合理安排制定。

目前,機電一體化專業就業崗位的需求有三個方向:1、機電一體化設備制造與維修;2、機床數控技術應用;3、自動機(線)的運行與維修。要按照不同的專業化方向,對主要基礎實習教學作相應的調整。對于機電一體化設備制造與維修方向,基礎實習教學的重點應放在機械方面,要加強鉗工與電工電子實習訓練,使學生達到中級鉗工的操作水平;對于機床數控技術應用方向,應加強學生的車工實習及數控機床編程與操作實習,使學生達到中級車工的操作水平;對于自動機(線)的運行與維修方向,應向電的方面適當偏移,加強電工及單片機與可編程控制器實習,使學生達到中級電工的操作水平。在制定實習教學計劃時,采用分階段實習和集中實習相結合的方法。即在二年級第一學期安排四周的階段實習,進行鉗工、電工的有關基本操作入門實習;在二年級第二學期結合專業課教學,每周安排一天半到二天實習課,進行車工基本操作技能訓練,達到初級車工操作水平;在三年級安排頂崗實習,通過嚴格的專業技能訓練逐步使學生達到中級車工操作水平,并能赴工廠生產實習,使學生接觸現代企業生產與管理實際,并將所學專業技術運用于生產中。

2、編寫針對性較強的實習補充教材或實習指導書。

機電一體化專業教學實習包括入門實習、提高實習、強化實習。目前,機電類實習教材尚不能與當前的實習教學需要相配套。因此,為加強實習教學內容的針對性,應組織教師編寫具有本校機電一體化專業特色的實習補充教材或實習指導書,要體現實習過程的連貫性、實習階段目標的漸進性。各實習階段要有明確的實習目的、任務、內容、方法和考核要求等。

3、規范實習教學過程管理。

實習教學具有生產性的特點,完全不同于理論課教學。實習教學過程管理是指對實習教學過程中影響實習教學質量的諸多因素進行組織、協調和控制,使實習教學按計劃、有秩序地進行。實習教學管理包括對對實習教學設施設備工具、對學生的管理和對整個實習教學過程的管理等,其中對實習教學過程的管理尤為重要。實習教學不是將學生安排到實習工廠交待一下實習課題、示范一下操作過程就可以了,要嚴格按照入門指導、巡回指導、結束指導的實習教學程序要求實施全過程管理。特別是巡回指導,是實習教師發揮主導作用、實施因材施教、加強個別指導、提高實習教學效果的重要環節。規范實習教學過程管理對于加強學生專業技能訓練,提高實習教學質量至關重要。

4、嚴格實習考核要求。

實習考核要求是實現教學目標的具體體現,科學合理的考核要求能夠增進學生學習的自信心和積極性。實習考核要求應根據學生實際,采取分層次步步過關的方式,使學生通過自身的不斷努力一步步地達到考核要求。對于少數在規定實習課時內不能達到考核要求的學生,實習教師要適當安排其他時間開小灶,進行個別輔導,使其達到實習教學目標的要求。實習考核要求應與勞動部門的職業技能考核標準接軌,達到中級工職業技能水平。

二、加強機電一體化專業實習教師隊伍建設

實習教學目標的實現,實習教師起著主導作用。職業學校要加強實習教師隊伍的建設,建立一支高質量的”雙師型“實習教師隊伍。目前,一些職業學校機電一體化專業實習教師存在專業技能水平不高、實習教學組織能力欠缺的現象。

三、加強實習基地建設

實習設施、設備是實習教學的物質基礎和前提條件。要提高機電一體化專業畢業生的職業技能水平,必須確實建設好校內外實習基地。

1、 建好校內實習基地。

按照職業學校機電一體化專業現代化建設的要求,職業學校應建設相對完備的、具有一定先進性的,與培養目標、教學計劃相適應的校內實習基地。添置的設備既要具有一定的先進性還要具備足夠的數量。機電一體化專業有了校內實習基地,就可以按照實綱和企業用人要求適時調整實習計劃,根據學生的學習實際合理設計實習課題,實習教學質量的提高就有了保證。

2、廣泛建立校外實習基地。

廣泛建立校外實習基地,與現代企業保持較為密切的聯系,以滿足學生畢業前頂崗實習的需要。學生在企業中實習,能夠接觸到先進的生產設備,學到先進的生產工藝和加工方法,拓寬視野,并且能學以致用,將所掌握的專業知識和操作技能應用于生產實踐中。同時學校在與企業的交往過程中,還可以了解現代企業對員工綜合素質的要求、征求企業對學校辦學的建議,以便對教育教學的方方面面進行改革與調整。

機電一體化論文:機電一體化技術的發展淺論

論文關鍵詞：機電一體化；技術；現狀；產品；制造技術；發展趨勢

論文摘要：機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,本文簡述了機電一體化技術的基本概要和發展背景。綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

1 機電一體化概要

機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

2 機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，不取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

3 機電一體化的發展趨勢

3.1 智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.2 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3.3 網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

3.4 微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

3.5 綠色化

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

3.6 系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

結語

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

機電一體化論文:淺談電工新技術在機電一體化中的應用

摘 要：文章從電工新技術的發展談起，對電工新技術在機電一體化中的應用作詳細分析，并著重探討電工新技術的特點，歸納、總結出相關結論，供同行參考借鑒。

關鍵詞：電工新技術；機電一體化；應用

電工新技術目前已在機電一體化中得到了廣泛應用，依靠電工新技術研發制作的機電一體化產品種類眾多，為機電一體化事業的發展起到了巨大的推動作用。分析電工新技術的基本功能，當該技術應用到機電一體化以后，不但能有效改善機電一體化產品的生產環境，提高機電產品工作效率，還能減少能源浪費，實現生產節能。下面筆者結合電工新技術的發展概述，對機電一體化中應用到的電工新技術作詳細分析。

1 電工新技術分析

1.1 電工新技術是促進國民經濟發展的關鍵因素

電工新技術的發展帶動了我國國民經濟的增長，它借助自身技術優勢，一方面解放了國民生產力，有效促進了生產效率的提高，另一方面降低了生產能耗，為社會主義建設做出了貢獻。總的來說，電工新技術促進了國民經濟的發展，為社會進步以及人民生活品質的提升創造了條件。

1.2 電工新技術的定義與發展趨勢

所謂電工新技術，實際就是指在當前并未實現規模化應用，但具有一定效益的電工技術。隨著時代與社會文明的不斷進步，電工新技術在國民生產中起到的作用越來越大，成為了21世紀最具活力和最具生命力的電工技術。追究電工新技術的發展原因，它實際是在傳統電工技術基礎上發展起來的，是知識經濟時代下出現的電工新理論、新知識、新材料以及新工藝等集多種表現形式于一體的新電工技術。電工新技術從20世紀下半葉開始發展，當時盛行的電工新理論有等離子物理、生物電磁學、電磁流體力學等等，新技術則主要有放電應用技術、磁流體發電技術、電磁診斷技術等。在21世紀的今天，電工新技術的發展已經邁上了一個新臺階，除了原有的電工技術、理論、設備、材料在各行各業得到了廣泛應用以外，電工新技術還向納米技術、生物工程技術、網絡技術方向發展，成為了國民經濟發展中的中堅力量。

2 電工新技術在機電一體化中的應用

電工新技術當前已經在機電一體化中有了較為普遍的應用，比如生產中常見的自動監控制技術、觸摸屏技術、運動控制卡等，都屬于電工新技術的范疇。詳細分析如下：

2.1 自動控制技術

自動控制技術與自動控制系統的應用是電工新技術的一種主要表現形式。以自動控制系統為研究對象，該系統的基本特點是能實現自動化控制。將該系統應用到機電一體化中，系統能對機電設備的運行狀態進行連續測量，并結合測量數據推斷出設備偏差，及時采取相應措施對偏差進行處理，盡可能的將偏差降低到最小。在機電一體化自動控制中，為了將自動化控制系統測量的快速性、穩定性、精確性體現得更加充分，往往會選擇采用比例控制器、積分控制器等對系統進行控制。工業大革命之后，市場對機電一體化產品的精度、性能、使用可靠性等性能要求越來越高，而為了滿足市場要求，機電一體化產品內部所采用的控制器性能也隨之越來越好，全閉環數字式伺服系統的出現使得自動控制技術在機電一體化產品中的應用地位越來越高，既能滿足系統自動控制技術要求，又能提高系統控制與調節精度，為機電一體化產品自動化控制與調節的實現奠定了堅實的技術基礎。因此，現代機電一體化產品大多選擇該類伺服系統來實施產品控制。

2.2 pc的應用

pc，實際指可編程控制器。該控制器是上世紀60年代生產出來的一種工業控制裝置，技術基礎建立在計算機控制技術和通信技術上，既具有計算機控制功能，又能實現通信，所以該控制器在出現以后，便被廣泛應用于機械生產自動化控制中。pc技術產生初期，常用的pc大多只具備邏輯控制、定時和記數功能，通常將只能實現這三項功能的可編程控制器稱為可編程邏輯控制器。隨著電子技術和大規模集成電路的廣泛應用，plc的功能日趨完善，性能不斷提高。plc已經發展為集計算機技術，自動控制技術、通信技術、過程控制技術于一身的電子裝置。目前plc正朝智能化、網絡化方向發展。plc作為一種新型的工業控制裝置。用計算機編程軟件代替繼電控制的硬件接線，既發揮計算機優點，又考慮電器操作人員習慣，始終保持大眾化特點。plc具有可靠性高、編程方便、對環境要求低、與其他裝置連接方便等優點。plc控制系統與繼

電順序控制系統的比較：plc控制系統大部分為軟件控制，系統結構緊湊、體積小；plc控制器內部全部為“軟接點”，動作快，系統的控制功能改變一般需要修改程序；plc控制系統的設計、施工、調試周期短plc控制系統具有較強的自檢、監控功能，可靠性高，適用范圍廣。特別是可編程計算機控制器pcc與傳統的plc相比較能更好的實現分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件設計，不僅滿足了實時控制的要求還可以按照用戶的實際要求任意修改。

2.3 運動控制卡的應用

運動控制卡是一種基于pc機及工業pc機、用于各種運動控制場合的上位控制單元。它包括脈沖輸出、脈沖計數、數字輸入、數字輸出、d/a輸出等功能。它變頻器的工作原理主要是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，來實現電機的變速運行的設備。以達到無極變速，從而縮短電機方向和轉速的時間，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電逆變成交流電。它可以發出連續的、高頻率的脈沖串，通過改變發出脈沖的頻率來控制電機的速度，改變發出脈沖的數量來控制電機的位置，用于控制步進（直線）電機或伺服電機。所以變頻器因調速性能好、效率高、性能穩定、可靠性高等這些優點，使其在數控伺服、機械、同步傳動等多種場合都得到了廣泛的應用，因此，變速器調速技術已逐漸成為電氣傳動自動化的一項核心技術。

3 結束語

綜上所述，我國當前的電工新技術在機電一體化產品中的應用極為廣泛，成為了機電一體化產品實現自動化控制的必要措施。電工新技術以其獨有的技術特點，為機電一體化發展創造了眾多有利條件，促進了機電一體化自動控制的實現。總的來說，電工新技術的發展為機電一體化技術的進步做出了貢獻，它不僅省去了多余的社會勞動力，實現了機電一體化產品的自動化控制運行，還減少了能源消耗，對社會進步起到了巨大作用。

機電一體化論文:淺析機電一體化在煤礦機械中的作用

摘 要：機電一體化已經成為了煤礦機械發展的主要趨勢，作為新時代的煤礦業，其正處于一個更新換代的轉折點，現在的煤礦機械正處在一個向機電一體化方向發展的時代，隨著國家對煤礦安全生產的重視，煤礦設備投入的不斷增加，煤礦機械也處在一個更新換代的時期。煤礦業在投入設備的基礎上重視安全生產，文章著重對煤礦生產中機電一體化情況進行了探討，并闡釋了其在煤礦生產中的主要作用。

關鍵詞：機電一體化；煤礦機械；作用；應用

科技的進步為新時代的各行各業都帶來了新型的先進技術，煤礦業也不例外，在煤礦生產中對于機械性能的要求也不斷的在提高，煤礦機械中微電腦的應用會更加的廣泛，且機械結構會更加復雜，其對于維護的要求也向著更加專業的方向發展。以下就通過文章對煤礦機械中電子裝置的控制功能、特性和類別以及電氣的功能、特性和類別進行初步的介紹。用以幫助工作人員以及管理人員更加了解煤礦機械。

1 機電一體化的產生與應用

機電一體化又稱機械電子工程學，是一門跨學科的綜合性高技術，是由微電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、機械技術、液壓技術以及其他技術相互融合而成的一門獨立的交叉學科。目前各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。

在現代的煤礦生產中，機械性能會直接影響到煤礦的產出，機械的自動化程度以及經濟性都會對生產造成一定的影響，也會對煤礦的供電、通風以及排水、提升造成安全性影響。煤礦機械的經濟性、可靠性以及動力性會直接受到機械電氣以及電子系統中控制部分的性能以及質量好壞的影響，在此影響下會直接對機械的壽命施工質量以及生產效率造成影響。微電子系統在現代煤礦生產中越來越不可或缺，已經成為了現代煤礦機械的核心組成部分，同時，也成為了評判煤礦機械水平的標準之一。隨著科技的進步和機械技術的發展，煤礦機電在性能上不斷提高，微電子開始在煤礦機械中得到廣泛的應用、推廣，成為了煤礦機械的重要組成部分。換言之，煤礦機械系統的復雜程度會越來越高，功能也會越來越強大，應用范圍相對也會隨之變廣，但是隨之而來的問題便是其維護和維修要求也相對開始變得越來越專業，這就使得煤礦的工作人員所面臨的專業機械問題更加復雜。為了更好的適應更加復雜的機械設備以及控制系統，對煤礦員工的技術培訓就顯得尤為重要，同樣對設備的管理也成為了煤礦管理工作的中心內容。

隨著開采技術的提高，以及新時期對于煤礦生產的要求，煤礦機械的使用中僅僅依靠液壓技術以及機械技術已經不能滿足現代機械性能要求。對于煤礦機械應用，現代化的生產要求煤礦機械具有更好的可控性，更加智能化。因此微電子的技術引入成為了煤礦機械的必然發展趨勢，在對煤礦機械的控制上微電子控制成為了必然的選擇。機電一體化作為新興的技術，以其獨特的適應性開始受到煤礦業的關注，將機電一體化技術引入煤礦生產的機械設備中，不僅僅是對于煤礦機械的技術革新，同時也使得煤礦機械設備從性能上有了本質的改變。

機電一體化又被稱作電子機械工程學，是一門綜合性技術，同時也是一門跨學科技術，由多種學科技術（計算機技術、微電子技術、自動控制技術、信息技術以及液壓技術）相互融合形成的交叉學科，卻又獨立于上述任何一門學科。機電一體化的技術最先得到應用是在上世紀七十年代，得以應用于國外機械中。而隨著微電子技術在八十年代末期逐步的發展，并成為了核心技術開始，機械制造的發展速度日新月異，并且隨著微處理、計算機、檢測、傳感以及信息處理等技術在煤礦機械中得到引用并逐步發展，對煤礦機電產品性能產生了極大的促進，使得煤礦機械發展進入了一個快速轉變階段。目前以微處理器或者是微電腦為核心的電控系統已成為了我國煤礦機械的發展趨勢，雖然同發達的西方國家相比，我國的微控系統還存在一定的差距，但是隨著技術的引入和研究發展，煤礦機械技術的提升也會十分迅速。

我國煤礦業引入微電子控制系統主要用于對煤礦機械功能進行提升，其主要實現了以下幾方面功能。

2 在線監控、自動報警及故障自診

即對煤礦機械的電動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的在線運行狀態監控，出現故障能自動報警并準確地指出故障的部位，從而改善操作員的工作條件，提高機器的工作效率，簡化設備

護檢查工作，降低使用維修費用，縮短停機維修時間，延長設備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用plc控制，可實現多種在線監控和故障自診，還有煤礦用各種電器設備也越來越智能化。

3 節能降耗，提高生產效率

例如井下使用的膠帶輸送機、通風機、提升機等，使用變頻起動、plc控制系統，節電量就為30%左右，同時生產效率也大大提高了。

4 有效提高生產的自動化、半自動化

自動化煤礦機械設備是今后的發展趨勢，而半自動化的機械設備應用也會越來越廣泛，不但從勞動強度上減輕了操作人員的負擔，同時也是對生產效率的有效提升。另外可以最大程度避免由于操作人員經驗不足而對作業精度造成的影響。微電子在煤礦機械設備中的應用也是其自動化智能化發展的重要保障，去推廣以及應用，使得機械系統的構造越來越復雜，但是功能以及適用范圍也會隨之而擴大。

5 其他應用

一些國外生產的輸送機、采煤機、綜掘機等采用了電子（微電腦）控制的自動變速器，能夠根據外負荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比，從而改變功率，這不僅充分利用了電動機功率，大大提高了能耗經濟性，而且也簡化了操作，降低了勞動強度，提高了設備的安全性能，提高作業人員操作的安全性。目前我國在綜合機械化采煤機上采用電子（微電腦）控制，可實現無人操作，使機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業，也配備了無線遙控裝置，可遠程遙控也可微電腦編程控制。電子（微電腦）系統的可靠性是煤礦機械非常重要的一項性能指標。由于煤礦機械一般井下作業，其直接受到潮氣、煤塵、通風、石塊、地質變化等的侵襲，此外還受到采煤振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾，工作環境非常惡劣，因此電子（微電腦）控制系統必須滿足井下性能環境要求，能在井下環境溫度下可靠、穩定地工作；抗壓強度高、抗老化，具有較長的使用壽命；密封性能好，能防止水分和污物的侵入；較好耐沖擊和抗振性能；較強的抗干擾能力，系統能在各種干擾下可靠地工作。

6 結束語

科學技術的進步所帶來的便是煤礦機械的發展，而機械技術的發展使得煤礦機械在性能上的適應性越來越高。隨著機電一體化程度的加深，以及先進技術的引入，我國的煤礦機械技術發展開始向著微電子控制系統轉變，在應用上更加的廣泛，同時對于相關維修以及管理工作人員的專業素養要求也越來越高。即便如此，機電一體化也越來越得到廣大煤礦業生產者以及管理者的推崇，在應用中不斷的吸取經驗，從而得以發展提高。雖然世界機電一體化的微電子控制技術發展較早，但是我國的技術應用起步較晚，因此在煤礦的生產上還存在很多的差距。但是社會對于煤礦生產的要求不會因此而降低，因此機電一體化變革刻不容緩，需要煤礦生產工作中每一個環節的相互配合，以及每一個環節的工作人員的共同努力。

機電一體化論文:試談基于機電一體化的煤礦企業科技管理研究

摘 要：本文對機電一體化技術進行了概述, 簡要介紹了機電一體化技術的發展歷程和趨勢, 論述了機電一體化技術的研究在煤礦生產中的重要意義, 重點介紹了機電一體化技術在煤礦生產中的應用。

關鍵詞：煤礦企業 機電一體化 科技管理

1.機電一體化技術概述

“機電一體化”(mechatronics)是集機械、電子、計算機和信息技術等多種技術有機結合的一門交叉綜合技術。機電一體化是在機械的主功能、動力功能和控制功能上引進計算機和電子技術,將機械裝置和電子設備以及軟件等緊密結合起來,相互滲透,相互融合而形成的一門新興的綜合技術。它的本質不僅是單純地利用電子技術來簡化或替代機械，更重要的是將機械系統、微電子和計算機技術、信息技術組成了最佳系統。

機電一體化技術具有增強生產的安全性和可靠性、具有自動監視、報警、診斷等功能,大大簡化了操作步驟并且簡單、方便;適用面廣、生產、應變能力強、工作質量高；它的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施,使工作恢復正常。

2.我國的機電一體化技術

我國制造的機電一體化產品都具有智能化、程序化、信息化的特點,以及設備體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優點,它的廣泛應用減輕了勞動強度,提高了生產力水平。然而,我國的機電一體化技術與發達國家相比差距還很大,具有自主知識產權的核心技術不多,今后應加強研究具有自主知識產權的核心裝置，同時增加產品的通信功能,以適應綜合自動化的需要;開發以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監測以及微處理器、計算機和專家系統的應用等;機器人仍然是機電一體化技術今后研究的重點之一。

3.機電一體化技術研究在煤礦生產中的重要意義

3.1 提高勞動效率，機電一體化產品的應用使過去落后的生產方式得到極大的改變,大量新型自動化電子設備的使用徹底轉變了煤礦的作業模式,明顯降低了工人的勞動強度,大幅提升了勞動生產率,極大地提高了勞動效率。

3.2 提高了勞動安全保障，傳統的煤礦工作環境非常惡劣,高負荷地工作會嚴重影響到礦工的身體健康和生產安全。采用機電一體化設備進行煤炭的采掘、運輸、提升等,不僅可以使礦工從繁重的體力勞動中解脫出來,而且還能降低發生事故和危險的幾率,提高安全生產效率。

3.3 增加了經濟效益和礦工的勞動收入，煤礦機電一體化技術的運用使得煤炭的產量大幅提高,增加了企業的經濟效益,同樣使礦工的勞動收入有所提高,改善礦工的生活質量。煤礦企業的快速發展帶動了其它相關行業的快速發展,對地方經濟的快速發展起到積極的推動作用。

4.機電一體化技術在煤礦中的應用

4.1 機電一體化技術在采煤機中的應用。機電一體化技術在采煤機的一個典型應用就是電牽引采煤機。它具有許多液壓牽引采煤機不具備的優勢和特點:良好的牽引特性。在采煤機前進時它可以提供牽引力,在采煤機下滑時它還可以進行發電制動;可用于大傾角煤層。牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器,可用在40°～50°傾角的煤層,而不需要其它防滑裝置;運行可靠,使用壽命長。與液壓牽引不同的是電牽引采煤機除電動機的電刷和整流子有磨損外,其它元件沒有磨損,因此運行可靠,使用壽命長,維修量小;反應靈敏,動態特性好，結構簡單，效率高。電牽引采煤機機械傳動結構輕便簡單,只做一次轉換，電能轉換為機械能,轉換效率可高達99%,而液壓采煤機的電能轉換機械能的轉換效率只有65%～70%左右。

4.2 機電一體化技術在提升機中的應用。目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設備是礦井提升機,為全數字化交直流提升機。尤其是內裝式提升機,在結構上將滾筒和驅動合二為一,大大簡化了機械結構,充分體現了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。而全數字化提升機高度可靠,采用總線方式,使電器安裝大大簡化,此外,硬件配置簡單,互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機,其核心部分ascs是由雙cpu構成的計算機系統,其性能先進、操作簡便、準確可靠。

4.3 機電一體化技術在帶式輸送機中的應用。近幾年來帶式輸送機已成為機電一體化技術的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的cst可控軟啟動裝置。它是一種專門為煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設計的軟驅動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺cst驅動。由于尚未解決動態分析和在線監控技術以及啟動延遲技術,我國帶式輸送機一般為3點驅動,對輸送機的單機長度和運量存在一定的限制。而且,輸送機的監控設備的功能、可靠性、靈敏度和壽命都與發達國家相比存在顯著的差距。

4.4 其他煤礦機電一體化設備液壓支架則向電液控制方向發展,將計算機技術與液壓控制有機結合,實現定壓雙向鄰架或成組自動移架,避免對頂板和支架產生沖擊載荷。煤礦供電要求是供電要可靠,質量要高,能滿足大功率設備。因此應該推廣節能型產品。高壓開關柜采用維護量小,使用壽命長的真空開關。目前高、低開關柜普遍采用了“微機保護”,具備網絡功能,可以實現遠程遙控、遙測、遙信和遙調。

5.結語

機電一體化技術是企業信息化的重要支撐技術,目前已經成為礦山綜合自動化的基礎。機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用和推廣,極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力,為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭工業生產打下了扎實的基礎。

機電一體化論文:接口技術在機電一體化中的運用研究

隨著信息技術等的發展,機電一體化已經成為一種發展趨勢,同時也為人們的生產、生活提供了更多的便捷。接口是幾點一體化產品的重要組成部分,有效運用接口,可以更好地將幾點一體化產品中的各個組件有機地連接起來,使機電一體化產品的運行能夠更加順暢、有效。因此,接口技術的研究與運用,直接影響著機電一體化產品的運用效能,相關工作人員應該積極創新接口技術,滿足機電一體化技術不斷發展的需求,進而提高機電一體化產品的質量,更好地為人們的生產、生活服務。

1 簡述接口、接口類型與接口連接方式

機電一體化系統,即是將機械系統與電子系統有機地聯系到一起,從而發揮機械電子的優勢,提高機電一體化產品的應用性能。而接口是機電一體化產品的重要組成部分,它是連接機械系統與電子系統各個模塊的重要組件,具有調節、匹配、緩沖等性質,可以有效地轉換電平、增加功率,使機電一體化產品的性能得到提高;一些技術人員將接口加設抗干擾材料,可以將電子系統與控制系統之間相互隔離,防止兩個系統之間的信號受到干擾,影響電子系統與控制系統運行的可靠性;接口的運用,還可以進行電路轉換,保證機電一體化產品中各個系統之間電流量的匹配,進而提高機電一體化產品的運行效率。

不同的機電一體化產品,其性能、工作原理等都存在差異,自然接口也不完全相同。也就是說,在運用接口技術連接子系統的各個模塊時,需要運用到不同的接口。技術人員根據實際情況將接口分成兩類,即機電接口與人機接口。機電接口是指執行機構驅動系統與傳感器之間的接口,它可以模擬信息的輸入與輸出,并為機電一體化系統提供平穩的電流,以保證機電一體化產品能夠保持一個有序的運行狀態;人機接口是指工作人員或者技術人員與計算機之間的接口,這種接口可以將工作人員的指令,利用計算機網絡進行編碼形成有效的信息數據,并通過接口在各個子系統之間相互傳遞信息,以滿足實際需要。

2 接口技術在機電一體化中的運用

2.1 概述接口技術

在機電一體化技術發展的過程中,接口技術是隨之發展起來的新型技術。顧名思義,它是將機電一體化中各個組件、系統相互連接,使其發揮最佳效用的技術。接口技術在機電一體化產品中的應用,可以更加有效地使機電一體化產品中各個復雜的子系統模塊之間有效地連接起來,促進其數據、信息的傳遞與轉換,使機電一體化產品的性能得到提高。而隨著接口技術的發展,機電一體化技術也將得到更快的發展,并將向著網絡化、綠色化、智能化、模塊化方向發展,機電一體化產品的性能也將越來越高,為人們生產、生活提供更多的便利。

2.2 接口技術在機電一體化中的運用

眾所周知,接口技術在機電一體化中的應用,大大提高了機電一體化系統的性能,同時也促進了機電一體化技術的發展。那么,接口技術到底是怎樣運用到機電一體化系統中的呢？

第一,連接機電一體化系統中的各個子系統模塊,充當“開關通道”。在機電一體化系統中,各個子系統模塊相互連接,再通過電子系統進行智能化控制,將信息系統中的數據、信息進行傳遞與轉換,使各個系統模塊都能夠在電子系統的控制下運作。要想實現以上功能,就必須有連續的電流,而在接口技術運用下的接口可以充當“開關通道”,工作人員只需正確操作開關執行器,為系統模塊之間的連接提供連續的、平穩的電流,就可以有效實現以上功能。

第二,工作人員可以根據需要手動接口,滿足工作需求。工作人員在操作監控機電一體化系統運作時,通過人機接口使系統按照工作人員的需要進行運作,這種被稱為人機接口。人機接口主要分成輸入與輸出接口,工作人員只需按照需要將指令通過硬件輸入系統,系統就會按照需要將指令編碼成信息數據,并通過接口傳遞給各個系統模塊,輸出相應的狀態、運行參數等,以實現工作人員監控機電一體化系統的目的,滿足工作需要。

第三,運用接口技術,可以有效提高系統輸出信號的質量。傳統的機電一體化技術中,接口的運用還不是很成熟,導致系統顯示的數據、信息等質量不高。隨著接口技術的不斷發展,越來越多的機電一體化系統在運用接口技術之后,有效地提高了數據、信息輸出的質量。工作人員能夠有效控制輸出的數據、信息等運行參數,對這些數據、信息等進行有效的調整,就可以實現監控生產過程的目的。

2.3 運用接口技術需要注意的問題

接口技術是在機電一體化技術上發展起來的,所以在運用接口技術的時候,需要注意以下問題。技術人員在運用接口技術將接口連接于各個子系統模塊之間,需要注意接口技術是否與機電一體化技術相匹配,是否能夠符合機電一體化產品在性能上的要求,這些都是技術人員需要思考的問題。只有合理選擇、運用接口技術,才能為機電一體化產品的性能正常發揮起到基礎的作用;任何技術在運用過程中,都需要進行調試,以確保技術運用的科學性、合理性與可靠性。同樣,接口技術的運用也需要進行智能調試。一般來說,技術人員在運用接口技術連接各個子系統模塊之后,就要及時地進行系統測試與接口的智能調試,這樣才能在第一時間發現問題、解決問題,保證機電一體化產品的可靠運行,也可以為以后接口技術的發展提供參考;接口在使用過程中,人機接口是比較常見的,它是根據實際生產需要而進行的人工調整的接口,也就是說,這種接口是可調的。因此,技術人員運用接口技術必須積極思考機電一體化產品的實際生產效能,并注重接口技術的各項指標能夠按照要求合理調控,結合實際情況運用接口技術。這樣的接口技術才能保證機電一體化系統可以按照需要隨時進行調控,實現智能化、網絡化,提高接口技術的運用效果。

3 結語

總而言之,隨著我國工業化進程的不斷深入,各種相關技術也在不斷發展。機電一體化技術作為促進工業化與機械化發展的重要技術之一,對我國社會建設與人們生活水平的提高有著重要的意義。而接口作為機電一體化產品的重要組成部分,接口技術的發展也影響著機電一體化技術的發展。所以,相關技術人員應該積極創新接口技術,從各個方面提高機電一體化產品的質量,進而促進機電一體化產品在社會建設中重要作用的發揮。

機電一體化論文:高職機電一體化專業課程體系構建之技術路徑

摘要：本文從分析學科課程體系不符合職業教育特征的角度出發，提出構建高職機電一體化專業工學結合一體化課程體系的必要性，論述了機電一體化專業課程體系構建的技術路徑，分析了機電一體化專業課程體系實施過程中需要重點解決的三個問題。

關鍵詞：高職；機電一體化專業；一體化課程體系；技術路徑

近年來，隨著國外先進職業教育課程建設理念與技術的逐步引進與推廣，工學結合作為職業教育的重要特征也逐漸得到認同。廣州市工貿技師學院順應國內外市場對技能型人才的需求，即技能人才需具備綜合職業能力和奠定持久的職業生涯發展，在機電一體化專業建設中，提出構建工學結合的一體化課程體系的工作目標，并在具體的教學中實施。

機電一體化專業課程體系改革的必要性

長期以來，我國職業教育所采用的課程體系多為學科課程體系，其基本特征是以學科內容為中心設計課程，依據不同學科之間的相關性，按照先后順序開設教學科目。雖然學科課程體系具有邏輯性和系統性較強的優點，但是，隨著科學技術和產業組織結構的發展，其缺點也日益凸顯，如學科課程忽略世界的整體性，將原本內在統一的科學、藝術、道德割裂開來；學科課程強化“精英文化”，強化少數人利益，與“大眾文化”割裂開來；學科課程以灌輸學科知識為宗旨，過多倚重接受學習，忽視發現學習、探究學習、行動學習在人的發展中的價值，忽視社會經驗的獲得和實踐能力的形成；學科課程的系統性不能等同于職業活動的系統性，學科課程所強調的抽象概念和理論與職業教育的應用性、實踐性要求不相符。

進入新時期，現代企業和社會管理步入了以過程為導向的綜合化運作時代，強調勞動者專業能力、社會能力及方法能力的綜合運用，孤立的學科課程體系與此需求相去甚遠。因此，改革長期徘徊在職業教育領域的學科課程體系，構建適應社會經濟發展和企業用人需求的新課程體系勢在必行。

在機電一體化專業的學科課程體系中，課程主要分為專業基礎課程和專業實訓課程，專業基礎課程強調《工廠電氣控制技術》、《電工電子技術》、《機械制造技術》、《單片機與接口技術》、《液壓與氣動技術》、《自動檢測技術》、《機電一體化技術與系統》等專業理論知識的學習，專業實訓課程強調《金工基本技能實訓》、《機電設備拆裝》、《電子電工專項技能實訓》、《機電一體化技術實訓》基本操作技能的訓練，不管是理論知識的學習，還是單項技能的訓練，學科課程體系均從片面的片段的角度看待本專業的整體性職業活動，沒有與完整的工作過程建立一種直接的聯系，對專業人才完成一項綜合性工作任務所需的綜合職業能力培養非常有限。因此，改革機電一體化專業的學科課程體系，構建工作過程導向的課程體系勢在必行。

機電一體化專業課程體系改革的技術路徑

職業教育是為人們勝任職業活動和通過職業活動實現人的發展而提供的教育，具有完整的工作過程是職業教育的基本要求，因此，職業教育過程中的媒介和手段都應是工作化的，必須將具體的工作情境置于教學過程之中，并以工作性思維來構建教學過程，根據職業教育的特征和規律，課程設計開發要體現“在工作中學習，在學習中工作”的理念。

基于工學結合的一體化課程體系改革理念，在機電一體化專業課程體系構建中，課程的設計和開發必須以工作為基礎，并保證以工作為基礎的教學過程必須產生勝任現實工作的能力。校企合作的核心是認識企業的工作形態和工作內容，并將其充分而有效地呈現于教學過程之中，聘請企業專家參與課程建設、簽訂校企合作合同、組織師生企業實習，其目的都是為了保證“工作呈現”的有效性。

因此，在機電一體化專業課程體系構建中，本專業一體化課程體系的開發設計技術路徑如下：行業、企業情況分析和崗位工作分析召開實踐專家訪談會提取典型工作任務一體化課程轉化確定學習任務設計教學計劃編制學習材料（工作頁等）開發投入實施。

行業、企業情況分析和崗位工作分析通過企業調研，與企業實踐專家訪談，與企業工程技術人員探討，觀摩企業實際生產運作等途徑，分析行業、企業實際工作情況和對技能人才的用人要求，確定本專業技能人才的就業領域有：電氣設備和機電一體化設備的運行、安裝、調試與維修；電氣、機電產品生產現場的工藝實施；儀器儀表的配置、檢測、調試與維修；機電一體化工程項目的施工、維護及技術服務；機電類產品的營銷與售后服務；機電設備的技術改造、技術管理、產品輔助開發等。

召開實踐專家訪談會，提取典型工作任務向若干機電一體化行業的企業一線人員發放“實踐專家工作職責調查表”，分析企業一線技能型人才的個人工作經歷和現從事崗位工作職責、工作內容，從而遴選符合參加實踐專家訪談會條件的企業實踐專家。學校確定課程開發主持人、專業骨干教師及聘請的實踐專家之后，召開實踐專家訪談會。會上，在課程開發主持人主持，專業骨干教師配合下，引導企業實踐專家填寫個人“實踐專家職業發展階段分析表”，“實踐專家職業發展階段分析表”要求每位企業實踐專家列舉從進入機電一體化行業開始到成為實踐專家的發展過程的若干階段及其每一階段所從事過的、有挑戰性的、完成工作的過程能夠提高工作能力的有代表性的工作任務實例。待所有實踐專家填寫個人“實踐專家職業發展階段分析表”后，課程開發主持人引導實踐專家配合，從所有填寫后的“實踐專家職業發展階段分析表”中提取代表性工作任務，最后根據人才培養目標要求分析確定典型工作任務并按從入行到實踐專家的職業發展階段進行排序。機電一體化專業提取的典型工作任務，按照初級——中級——高級——技師的職業發展排序，通過企業實踐專家分析，共提取了“機電設備裝配、調試與維護”、“電氣控制柜的安裝調試”、“機電一體化系統疑難故障診斷與檢修”等16個典型工作任務。

轉化確定學習領域課程根據職業教育規律和目標，按照一個典型工作任務轉化為一門學習領域課程的原則，在企業實踐專業和學校專業骨干教師的共同討論分析下，將職業行動領域中的典型工作任務轉化為職業教育領域中的學習領域課程。機電一體化專業最終確定的學習領域課程有：“電氣安裝”、“機電設備疑難故障檢修”、“機電一體化系統設計”等16門課程，每門課程均體現一項完整的工作任務。

設計學習任務，編制教學計劃根據地區區域經濟發展水平和學校教育教學基本條件，對應每一門課程，開發設計若干學習任務。學習任務可以直接來源于企業，也可以由學校根據工作任務要求設計開發，但它原則上是一個完整的工作任務，能體現完整的工作過程。機電一體化專業開發設計的學習任務有：“工具和儀表檢修”、“齒輪傳動機構拆裝與測繪”、“常見機床動力電路安裝與檢測”、“自動生產線總裝與調試”等58個。在學習任務的排序上遵循由易到難的排列原則，低年級設計數量較多的引導性較強的學習任務，高年級設計數量較少的綜合性和開放性較強的學習任務，完成所有學習任務的，其目標實現之和應該大于或等于所屬一體化課程的目標。學習任務設計完成后，根據學校實際師資情況和設施設備情況，以及教育教學秩序要求，確定每個學習任務的學習與工作時間，編排可執行的教學計劃。

學習材料（工作頁等）開發，投入實施根據學習任務的目標要求，學校專業骨干教師到相關企業收集企業實際生產任務的工作素材、行業標準、企業標準、工作規范要求等，運用編寫學習材料的規范要求和技術方法，聘請企業專家與專業骨干教師共同編制教學材料，例如工作頁。學習材料開發完畢后，學校組織行業企業專家和課程開發專家評審課程體系成果材料，評審通過后投入實驗。

機電一體化課程體系的實施

目前，廣州市工貿技師學院機電一體化專業的四年制預備技師班、三年制高級技工班均采用工學結合的一體化課程體系實施教學，其教學效果得到廣大師生的一致認可。主要體現在以下四點：（1）新課程不僅讓學生掌握知識和技能，而且注重培養學生的信息處理能力、與人合作能力等關鍵能力，有利于學生持久的職業生涯發展；（2）新教學模式基本扭轉了學生被動聽課的習慣，使學生轉變成為探究知識的主體，可以提高學習主動性，增加學習興趣；（3）學生的創造能力、工作能力、應變能力都能通過課堂學習得到鍛煉，對培養學生的成就感、承受挫折能力等有較大幫助；（4）學校的學習工作站比較類似企業的實際工作環境，能夠滿足學習需求。

通過一個周期的實施，總結出課程實施要重點從教學組織模式、師資團隊建設及學習工作環境建設三方面考慮，才能保證課程構建和實施均能取得成功。

教學組織模式課程實施應該以學生為中心，即學習的主體是學生，學生學習的目的就是勝任工作、適應社會和職業發展，因此必須將學習作為工作過程（即教學過程）的中心，以學生自主理解和完成工作任務作為教學的基本手段，并指導學生將理解和完成具體工作任務的能力轉化成為適應變化的策略。學校的一切資源，包括教師資源都是學生實現這一完整過程的基礎，都應服務于學生的學習過程（即工作過程）。按照完成一項工作的基本思路，課程實施應具有完整的工作過程：獲取信息——制定計劃——做出決策——實施計劃——檢查控制——評價反饋。

師資團隊建設由于工學結合的一體化課程強調學生自主完成若干完整的學習任務，學習任務由工作任務轉化而來，在課程實施過程中，教師僅僅起到引導和服務的作用，因此，對教師的工作實踐經驗，對工作的認識和理解均提出了較高要求。目前，職業教育界的教師多來自大專院校，缺乏企業實際工作經驗的占大多數，勢必對工學結合的一體化課程實施帶來影響，所以，學校在考慮推一體化課程實施的同時，要在學校與企業之間建立一個長期合作的師資培養通道，讓教師適應并逐漸勝任新課程的實施。

學習工作環境建設一體化課程實施需要與學習任務相匹配的教學媒體和設施設備，創設盡量真實的學習工作環境，讓學生有機會完成與典型工作任務內容相一致的學習任務，因此，學習工作環境的建設并不僅僅是為了技能的重復操作訓練而購置大量的設備，要從完成一項工作任務所需的綜合性資源建設的角度出發，從促進學生自主學習的學習資源建設的角度出發，規劃設計學習工作環境，也叫學習工作站。機電一體化專業的學習工作環境建設中，每一學習工作站均劃分信息檢索區、學習區、實訓區、工具區、學業成果展示區等五大區域，方便學生自主檢索學習工作過程所需的資源，養成遵循企業工作規范和作業流程的習慣，并能夠在這個環境中實現學生之間的互動交流，互相學習。

總之，構建實施機電一體化專業的工學結合一體化課程體系是一項系統工程，不僅僅是一種課程組織方式的改革，而是一種更深刻的課程價值觀的變革。課程是為學生提供教育服務的直接載體，建設符合企業用人要求、能夠保證學生持久職業生涯發展的課程是我們義不容辭的責任和義務。