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[關鍵詞]機電一體化 創新 發展方向

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）17-0388-01

隨著我國社會市場經濟的迅猛發展，科學技術水平得到了進一步提高，對機械制造企業提出了更高的要求。機械制造企業面臨著激烈的市場競爭，“機電一體化”已經成為一種必然的發展趨勢。通過將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術，實現機電一體化的現代化設備。

1 我國機電一體化的現狀分析

1.1 先進的機械制造技術

國內外機電一體化的發展過程中，將傳統的制造技術與先進技術成果相結合，形成了高效、靈活的制造技術。早在21世紀70年代，我國就已經制定并實施了準時生產制，將這種制度引用于自動化裝置的生產中，能夠大幅度提高生產效率，是一種科學的管理手段。到了80年代，我國機械制造企業開始改造制造裝置，提高了制造水平，進而保證了產品的更好的質量和更優異的性能，適應市場的發展需求。

1.2 自動控制儀器儀表與固態傳感器

機電一體化的發展，使得微處理技術應用于儀表中，降低了儀表結構設計的難度，增加了儀器儀表的柔度、精度和可靠性。市場上涌現了一大批自動化控制儀表，具有存儲記憶、數據采集、數據處理、自動控制等功能。此外，機電一體化促使固態傳感器的發展，傳統的力平衡機械傳感器已經被取締，發展成為了電容式、石英諧振式、半導體壓阻式等固態傳感器，代表了先進科學技術。

1.3 機器人的智能化、微型化技術

我國機電一體化向著智能化、微型化發展，在機器人開發方面也是如此。我國機械制造的機器人具有人的情感、思維，體現了機器人的高級智能。機械制造企業利用標準的機器人控制器，可以迅速組成完成某種作業的多功能機器人。

2 機電一體化的創新

2.1 結構的創新

機電一體化產品結構設計的創新，主要包括產品的機械結構、動力配置、傳動方式、周邊設備接口形式等。產品結構創新對于機械制造企業是非常重要的，通過結構的創新，才能夠實現產品的改進和產品設計的創新。

2.2 功能的創新

在功能方面，機電一體化需要充分考慮使用者和社會的要求，改進產品的制備工藝，完善產品的功能，開發出更加優異性能的產品。為了實現機電一體化產品功能的創新，機械制造企業既可以對原有的產品進行更新換代，也可以重新研制具有新功能的產品，能夠保證企業的戰略性目標和持續發展，提高企業的市場競爭力。

2.3 造型的創新

在機電一體化產品的外觀是使用者首先觀察到的，美觀的造型能夠使人更加喜愛產品。因此，機械制造企業要創新產品的外形，重視產品周邊裝置的接口和機電之間的耦合，使得產品的美觀和功能共存。例如，可以采用機電一體化CAD虛擬原型法、計算機輔助造型等方法進行產品外觀的設計，增加產品外觀的美感。

2.4 材料的創新

機電一體化產品的材料創新包括兩個方面：一是選擇具有特殊性能的新材料，如耐腐蝕、耐高溫、高強度、體積小、質量輕的材料；二是研發適用于產品的新材料，如納米材料、陶瓷材料、智能材料、高分子材料、金屬化合物等。

2.5 控制系統的創新

控制系統作為機電一體化產品的核心組成部分，受到微電子技術的影響，機電一體化產品逐漸采用了神經網絡控制、模糊控制、適用控制等策略，贏得了更廣泛的市場。

2.6 傳感元件的創新

傳感器具有微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化的特點，是一種機電一體化產品。近年來，傳感器的發展迅速，對于新型傳感器的需求也不斷增加，機電一體化產品要積極研發高性能傳感器，促進產品的創新，保證企業的發展前景。

3 機電一體化的發展方向

3.1 智能化

智能化是機電一體化產品的重要發展方向，采取先進的科學技術，根據產品的使用場合，賦予產品一定的智能化，使產品具有人的邏輯思維能力。與人類的智能相比，機電一體化產品的智能化是低級的，只能實現人的一小部分智能。

3.2微型化

機電一體化產品的微型化發展主要是指不超過1立方厘米的產品，發展方向是納米級和微米級尺寸。微型化的機電一體化產品具有體積小、運動靈活、節約能耗的特點，在信息、軍事、醫療領域具有相當高的優勢。

3.3 模塊化

模塊化是一種處理復雜系統分解為更好的可管理模塊的方式。機電一體化產品的模塊化是個復雜的過程，也是非常重要的工程，可以為機械制造企業帶來更大的經濟效益和社會地位。

3.4 人格化

由于機電一體化產品的服務對象是人，所以，產品的人性化顯得越來越重要。同時，很多機電一體化產品是模擬生物制成的，這也決定了產品具有人格化的特點。人格化的機電一體化產品是使用者迫切需要的。

3.5 網絡化

現階段，網絡技術的發展帶來了巨大的改革，網絡成為人們日常生產生活都不可或缺的。新型的機電一體化產品具有優異的性能、可靠的質量，銷量必然會很高。基于網絡技術的產品將是一大發展趨勢。

3.6 帶源化

顧名思義，帶源化是指產品本身帶有能源，是機電一體化產品的發展方向。帶源化的機電一體化產品具有獨特的優勢和好處。

3.7 綠色化

隨著人們生活質量的提高，人們越來越關注環保，綠色化產品是符合時展需求的。綠色化是機電一體化產品的新發展方向。綠色化機電一體化產品在產品的設計、生產、使用、銷毀的全生命周期過程中，幾乎不會對生態環境造成影響。

4 加強機電一體化水平的措施

4.1 加強基礎理論的研究

機電一體化是復雜的過程，涉及到不同學科的知識。要想提高機電一體化的水平，必須要加強基礎研究，熟練掌握相關領域的知識，具備扎實的專業技術，依靠科學技術的力量，制造出高質量的機電一體化產品。

4.2 重視人才引進和培養

機電一體化產品的創新需要一大批優秀人才的加入。機械制造企業要加強人才引進計劃，注重人才的培養，主要是機械設計理論、計算機軟件開發能力的培養，對不同層次和崗位的人員進行專業技能培訓。

4.3 加強產品開發和技術創新

機械制造企業要加強產品開發和技術創新，提高產品的先進性。機電一體化產品的開發和創新是國家發展和企業發展的共同需要。企業要根據市場的需要，致力于現有產品的生產，同時，要研制并開發多功能的新產品，有利于企業戰略性發展目標的實現，以便于企業社會競爭力的提升。

5 結論

我國機電一體化的現狀，主要體現在先進的機械制造技術、自動控制儀器儀表與固態傳感器、機器人的智能化、微型化技術。機械制造企業創新產品的結構、功能的、造型、材料、控制系統和傳感元件，進而實現機電一體化產品的創新。

機械制造企業要加強基礎理論的研究，重視人才引進和培養，加強產品開發和技術創新，提高企業的機電一體化水平。

參考文獻

[1] 王宣銀，陶國良，陳鷹. 機電一體化的創新及發展方向[J]. 機電一體化，2012，06：5-8.

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一、光機電一體化技術特征

光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。

1、體積小，重量輕，適應性強，操作更方便

光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設的程序一步一步控制實現，甚至實現操作全自動化和智能化。

2、功能增加，精度大幅提高

光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制?水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統可精確按預設動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

3、部分硬件實現軟件化，智能化程度提高

傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向“軟件化”和“智能化”。

4、?產品可靠性得到提高，使用壽命增長

傳統的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產品的可靠性和穩定性。

5、?產品系統性增強，各部分系統間協調性要求提高

光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術揚長避短，提高系統協調性。

二、研究現狀和發展趨勢

1、研究現狀

自從我國實行改革開放以來，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數控產品有了很大的提高，尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快，是我國特有的經濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業機械都是如此，我國自行研制和生產的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。

2、發展趨勢

光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業，而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。?從世界科學技術的發展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括。

（1）激光技術

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產品進行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術

1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。

2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環境中，最常選用的是光纖探測器。

其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。

（3）激光快速成型技術

激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結，由點、線構造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場，極大地提高了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。

（4）光能驅動技術

利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于初級階段，如果能發現具有優異光作用特性的動態物質，則可使光能驅動技術廣泛應用。

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【關鍵詞】機電一體化 現狀 發展方向

一、機電一體化的特點

（一）效率得到提高

機電一體化的產品大都具有信息自動處理的功能和自動控制的功能。新產品的檢測和控制的靈敏度、范圍以及精度都有了很大的提高。機電一體化的產品通過自動控制的系統對機械進行控制，使機械規范的進行工作，可以精確的完成來自控系統設定的動作，從而得到最佳的操作，使其不受操作者的主觀因素的影響。不但可以提高生產的效率，也大大的提高了產品的質量。

（二）使用性能得到提高

機電一體化的設備基本上都是采用了程序控制和數字顯示的方式，操作臺上的操作按鈕以及操作手柄都已經在逐漸的減少，這樣做可以使操作人員進行操作的時候簡單、方便。機電一體化的產品是以程序為根本，電子控制系統根據已設定好的程序進行指揮實現操作，系統支持重復操作。

（三）功能得到提高

機電一體化的設備具有復合功能并且得到了廣泛的應用，適用面也比較廣泛。原有的機械只具有單一的功能、單一的技術，機電一體化的設備技術不再是單純的只是單一技術，單一功能了，具有了復合的技術與功能，使得產品的自動化和功能水平上都有了很大的提高。

（四）維護得到提高

機電一體化產品維護和調整都變的方便了很多，產品在進行安裝和調試的時候，是可以通過改變程序的控制來達到改變工作方式的目的。因此，更加的適應不同對象的需要以及現場的參數發生變化時的需求。機電一體化的的產品具有自動監視的功能和自動化檢驗的功能，可以在工作的過程中針對所出現的問題自動采取措施，使其恢復正常的工作狀態。

二、機電一體化產品的結構

（一）機電一體化產品的機械系統

機械系統主要包括機身、機械傳動、框架以及連接等部分。機械系統部分是實現產品功能最基礎的部分，因此對于機械的結構要求也就更高了，需要在材料、結構、幾何尺寸以及工藝加工等方面來實現產品的多功能、高效率、節能、可靠以及小型輕量等要求。

（二）機電一體化產品的動力系統

機電一體化產品的動力功能和能量都是由動力系統來完成的。動力的系統主要包括電、氣、液等一類的動力源，一般的都是以電力為主的，比如電源、驅動電路、電動機等。

（三）機電一體化產品的傳感與檢測的系統

機電一體化產品在運行中所需要的自身和外在環境的各種各樣的參數進行轉換，使其成為能夠測定的物理量，這個過程都是由傳感器完成的。而檢測的系統就是對這些物理量進行精確的測定，從而為機電一體化產品提供運行控制所需要的各個種類的信息。

（四）機電一體化產品的控制系統以及信息處理

為了滿足機電一體化產品的功能和要求，信息處理以及控制系統接收到了檢測和傳感系統發送的信息，然后對這些信息進行一些處理、運算和一些決策，對正在運行按照要求進行控制，達到控制的功能。在產品中，信息處理以及控制系統只要是用計算機的軟件、計算機的硬件以及各種接口組成的。

（五）機電一體化產品的執行機構

機電一體化產品的執行機構想要完成要求的動作，控制信息占據這重要的地位，只有在控制信息的作用下才能完成產品的主功能。機電一體化產品的執行機構基本都是運動部件，經常性的采用電液、機械、氣動等機構。

三、機電一體化未來的發展方向

（一）機電一體化的智能化

機電一體化技術中一個重要的發展方向就是智能化。智能系統廣泛應用得到了機電一體化的研究建設的重視，最重要的應用體現在數控機床與機器人的智能化，以控制理論為基礎，融合了人工智能、計算機科學、運籌學、心理學、模糊學、混沌動力學等新的思想與方法，對人類智能進行模擬，致使新一代的產品具有了推理、自主決定、邏輯思維等各種能力，得已達到更高的控制目標，更好的為工業加強效率。

（二）機電一體化的模塊化

由于現在生產機電一體化產品的廠家與種類比較多，所以十分有必要研制和開發有著標準的機械接口、電力接口、電氣接口、環境接口模塊。同時還需要制定各項標準，這樣可以方便各個部件，單元的匹配和接口。模塊化將會為機電一體化企業鋪墊一條暢通的大道。

（三）機電一體化的網絡化

網絡技術在20世紀90年代是計算機等最為突出的成就。機電一體化的新產品一旦問世，只要是擁有獨特的功能，并且可靠性比較高，質量能夠保證，相信很快就會風靡全球。現在的網絡以及得到了普及，以網絡為基礎的各種遠程操控和監控技術正在興盛的時期，而遠程的終端本身就是一種機電一體化的產品，因此機電一體化肯定也會向著網絡的方向發展。

（四）機電一體化的微型化

微型化興起于20世紀80年代末，是指機電一體化向微型化的方面發展，國外稱之為微電子，它的特點是體積小，耗能少，運動靈活。

四、小結

經過本文的分析，可以看出，機電一體化并不是一個孤立的個體，是一個由很多科學與領域交叉融合后的產物，隨著時代的發展以及生產力的需求，機電一體化的發展是必然的，因此機電一體化的技術將會有著廣闊的發展前景。

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關鍵詞 機電一體化；檢測與控制；課程整合

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2013）21-0074-03

傳統學科體系的界限隨現代科技發展變得模糊，呈現相互滲透和交叉的態勢。在機械工程領域，現代機械結構、檢測與控制技術往往互為條件并緊密結合。這種密切的關系促使工業生產由機械工程領域邁入以機電一體化為特征的發展新階段，從而需求大量具備機電一體化基礎理論，強調機械動手能力與機電控制能力相結合的新型機械專業人才。為適應這種需求，機械大類下機電一體化方向的教學探討逐漸被重視，檢測與控制類課程在機械專業的教學培養中的地位逐步提高。但傳統思想的影響使傳統課程和檢測與控制系列課程自成體系，內容脫節，造成學生即使熟識機械結構也無法清楚其控制運作流程。要改變知識結構上“機強電弱”的嚴峻局面，解決知識更新與課時減少的矛盾，迫切要求進行課程內容整合，開展教學改革和實踐分析。

基于傳統機械專業教學模式，如何把握好機電一體化的內涵，教學中避免機械、檢測和控制等技術的簡單組合、拼湊，如何通過課程整合和優化課程內容，探討教學中機電的合理結合，成為教學改革中的核心問題。本文從分析現階段的具體問題，突出機電一體化的需求著手，面向機械大類進行“檢測與控制”系列課程的整合和優化教學改革研究。文中主要分析如何優化課程的配置和聯系，有效使用先進的教學方法和手段，充分利用資源，將機械工程的特點和檢測與控制的課程整合為一個現代機械工程測控系統的教學體系，使學生在有限的學時內能夠掌握機電一體化的基本理論及先進技術，系統、有效地將機、電結合，從而有效提高教學質量和教學效率。

1 優化課程結構，豐富教學內容，推進課程整合

通過企業走訪、畢業生座談等方式，明確了社會對機電一體化方向人才的需求：需具備傳統機械專業扎實的機械結構設計、力學分析、切削原理等基礎理論，又要有較好的電力電子、電機傳動、測控技術等知識。檢測與控制系列課程作為機電一體化方向的主要電類課程，內容廣且復雜，單純地將檢測與控制系列課程捆綁在傳統機械專業上，是不可能達到較理想的教學效果的。因此，根據社會調研的結論，在“機為基礎，電為機用，機電合一”思想的指導下，對檢測與控制類課程內容進行整合優化。

在課程教學中改變以前慣勢，淡化課程中一些純理論的內容，如傳感器的結構形式和工作原理的繁復推導與演算過程，把重點放在常見傳感器的應用上。同時適當增加一些跨學科內容，如：如何對傳感器輸出信號進行處理；結合數控技術和機械加工工藝需求，以一些實際機電設備為例，分析機電測量與控制系統的構建；在檢測與控制中，常用的分析信號的方法和儀器以及計算機輔助虛擬軟件；等等。通過諸如此類結合機械工業中實際應用的課內整合，合理安排教學內容，增強各部分之間的銜接，使課程內容綜合化、一體化，使學生更快地形成熟練的機電一體化綜合專業技能。

現階段各種相關教材各有特點，但都把測試和控制分成兩個獨立的知識環節，導致學生不能理解測量系統與被控對象、自控系統之間的內在聯系，無法正確分析自控系統中測量信號的獲取，更無法正確進行測量儀器的選擇、配置和使用。此外，教材內容以理論分析為主，抽象枯燥，很難調動學生的學習熱情，達不到期望的教學效果。

基于這種情況，通過充分理解教材中基本內容及之間的聯系，教學中調整知識結構，大膽合理地對教材內容進行專題式整合，著眼應用，引入機械加工、數控技術等實例來分析，將學習內容按系統性、層次性的特點重新“建構”，使學生對知識有整體的把握。如在課程講授中，打破教材的局限，把常用的機械量的檢測與控制進行整合，形成溫度檢測控制系統、位移（速度、加速度）檢測控制系統等多個專題，結合工業實例，分析信號特征、傳感器選用、信號處理、自控系統結構及其動態性能分析等，將教學內容整合為全面系統的機械工業自動測控技術體系。

通過課程整合，體現了機電合一的目標。但要切實取得相應的教學效果，教學設計和教學處理尤為重要。課堂教授語言精煉，突出重點，精粗得當才能化難為易。如檢測技術中信號的采集處理都基于傳感器，而傳感器的工作原理多種多樣，后續信號處理也各不相同，講授中突出常用機械量檢測中應用到的傳感器及其信號處理系統的分析，淡化檢測的繁難理論而重應用，這樣適合機電一體化方向的要求。而對包含大量數學推導和電學、力學基礎理論的控制部分知識，講授中輔以動畫、錄像等手段，以講清基本原理和分析問題的思路為主線，從專業需求入手，以應用為主，盡可能避開繁復的數學推導，不給學生造成心理壓力。

2 以探究性教學模式，引導學生自主學習，加強實踐教學

課堂教學以引導學生自主思考、動手實踐為目的。教學中以設問—講授—歸納—解決問題的方式展開，通過課內和課外給學生提供更多的自主學習和實踐探究的機會，強化學生知識的遷移能力，使學生具備與未來職業相適應的分析和解決問題的能力。根據學生電類知識相對比較單薄的特點，明確在實踐環節上需下大力氣。如何利用現有的資源給學生提供更多的實踐平臺，來實現延伸課堂教學，擴展學習空間，鞏固和加深對理論的理解，是教學改革中需要重點解決的問題。

經過這兩年的教學改革實踐，以驗證為主的實踐教學模式被打破，為加深學生對基礎理論的理解而設置的驗證性實驗仍保留，但加大綜合性實驗和設計性實驗的比例。其中以典型檢測控制系統為實驗對象的綜合性實驗，通過分析系統的結構、選擇傳感器、分析檢測系統的動態參數和控制系統動態性能，從而提高學生運用知識進行分析和綜合的能力。增設少量綜合性較強的設計性實驗，可以綜合運用到所學電子技術、傳感器與自動檢測技術、自動控制技術、計算機等知識來分析、解決實際問題，從而幫助學生全面提高機電一體化的能力。

全面開放實驗室給學生提供自己動手、自己思考、自主探究的舞臺。學院的創新實驗室中齊備的電子元件以及單片機開發板、PCB制版設備等可以讓學生在教師指導下將自主設計的思想性產物，通過動手制作變成出色的成品。這個實驗室現今保存了近幾年來許多學生的實踐成果，而這些學生出色的動手實踐能力和扎實的機電基礎，成為他們就業的競爭資本。此外，利用學校大力支持學生科研的優勢，鼓勵和指導學生設計制作參與國家、省級創新大賽和挑戰杯等。這幾年學生取得的成績，說明部分學生的學習主動性被充分調動，實現了真正意義上的理實統一。

3 課程教學資源包的建設

檢測與控制類課程與數學聯系緊密，內容多，枯燥且難消化。在教學改革中，努力尋求信息技術與課程教學實踐中的整合點，建設完善了信息豐富的教學資源包，藉此作為學生促進知識學習和能力提高的輔助工具。教學改革中的專題式整合教學，課堂教授中將會對教材內容進行調整和組合，并涉及很多來源于教材以外的內容，沒有就此整理編寫出相應教材之前，建設相應的課程教學資源包對學生來說無疑是加深鞏固課堂內容的一個有意補充。

課程教學資源包的建設主要包含理論教學資源包、實驗教學資源包、仿真實驗平臺以及習題庫、試題庫、項目課題庫等。理論課的教學中，多樣的媒體軟件將繁復抽象的內容通過動畫形式直觀地展示給學生，如檢測類課程中傳感器的純理論不容易理解，通過Flash的小動畫來動態顯示應變片在力作用下的變形情況、加速度傳感器的運動與慣性的應用等；實行全過程的動態課件多媒體教學。一些必講的公式推導，采用講解結合PPT逐次推進演示，動態教學引起更強的關注；通過動畫、錄像等各種資源精心設計探究性教學結構，進行探究性教學，并將行業發展的最新成果及最新動態融于課程教學中，提高學生的學習興趣，引導學生自主學習。在控制部分知識的教授中，利用基于MATLAB語言建立起來的控制理論仿真實驗和教學平臺，把控制系統的分析討論以仿真圖變化來驗證，讓學生接觸到仿真軟件的使用，并且對理論教學有很好的促進作用。

在實驗課教學中，輔以實驗教學和學生創新性實驗錄像等作為教學活資源。開放實驗室、開放實驗項目，由學生通過網絡資源自行設計實驗，培養創新能力，培養學生研究性學習的興趣和能力。已經完成了基于MATLAB的控制理論仿真實驗平臺的構建，并在理論和實驗的輔助教學中收到較好的教學效果，讓學生感受了工程設計仿真軟件功能的強大。通過這個仿真實驗平臺，學生可以去分析實踐自己的想法，感受實際系統和虛擬系統的統一，從而提高學習的興趣和主動性。

通過分析整合后的知識體系，以覆蓋課程主要內容，涉及基本概念、系統計算、綜合分析問題等諸方面，建立相應的習題庫，方便學生復習。考試上，對基本理論的考核采取閉卷的方式。但針對課程的應用性要求，總評成績中加強實踐操作的記分權重，鼓勵學生結合機械原理及其設計的相關知識，從結合學生實際知識結構建立的項目課題庫中挑選題目自己動手設計制作，以期正確引導學生全面掌握知識，會學會用，增強對今后工作的適應能力。

4 結語

過去兩年的面向機電一體化方向的教學中，積極推進課程結構和知識結構的整合，加強機電有機融合，形成機電一體化方向合理的檢測控制類課程的教學結構。推行了多媒體教學和課堂互動式教學；針對機電一體化的要求對教學內容進行了提煉，不斷完善和擴充教學資源包；引入工程軟件，通過實際應用和仿真分析，強化教學效果；結合工程實例和設計實例，設置綜合性和設計性實驗環節，開展探究性的教與學。課程的整合和優化改革，對引導學生自主學習有積極作用，是機械專業下的機電一體化方向機電合一教學的發展趨勢。

參考文獻

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【關鍵詞】：機電一體化；技術；發展趨勢

隨著社會不斷進步，機電一體化技術不斷發展完善，極大的提高了社會生產力。機電一體化技術是一門具有自身體系的學科，在科技迅速發展的前提下，不斷賦予一體化技術新的內涵。機電一體化系統的實體部分，主要是機械部分與電子部分，又通過信息技術把這些部分有機結合在一起，從而構成更為先進的產品，具體包括成型和設計、系統集成、執行器和傳感器、智能控制、機器人、制造、運動控制、振動和噪聲控制、微器件和光電子系統、汽車系統、其他應用等方面內容。因此，本文首先分析了機電一體化產品的優越性，接著論述機電一體化技術的發展方向，同時提出合理化意見和建議。

一、機電一體化技術發展現狀

機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，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、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，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。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。機械工程技術由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系。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，還被賦予許多新的功能，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。也就是說，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延伸，智能化特征是C電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

二、機電一體化技術發展趨勢

機電一體化在發展過程中，涉及很多行業和學科，比如計算機、光學、電子以及機械等。但是就目前的發展而言，我國的機電一體化技術與發達國家存在較大的差距。當前機電一體化技術發展方向主要體現以下幾個方面：

1.智能化。智能化成為機電一體化發展的重要方向，尤其是人工智能越來越得到廣泛的應用，比如機器人與數控機床的應用。同時計算機科學、模糊書序額以及生理學等學科的發展，給當前機電一體化的智能化發展提供了更多的新方法和方向。同時隨著微處理器的性能越來越完善，為機電一體化產品智能化創造良好的外部條件。

2.模塊化。在實際生產過程中，由于機電一體化種類很多，相應的機械、電氣、動力以及動力借口也十分的復雜。因此，要研制智能調速和機電一體化的動力單元，提高視覺和圖像等功能的控制單元，最大限度的提高機械裝置的操作的效率。通過標準單元，可以有效提高新產品開發的效率，促進生產規模的擴大。另外，為了保證產品質量，還要不斷完善相應的標準，做好機電產品的匹配。

3.網絡化。網絡技術的發展促進了當前生產力的變革，對促進全球經濟一體化起到了重要的推動作用，為機電一體化產品提供廣闊的市場。比如各種遠程控制和監視技術的終端設備就是機電一體化產品。同時隨著局域網技術的發展和應用，給社會發展帶來了極大的便利。因此，機電一體化技術也會朝著網絡化方向發展。

4.微型化。在實際生產過程中，機電一體化朝著微觀方向發展。微型化就是要朝著微米和納米的方向發展。微型的機電一體化產品，占有空間較小，耗能很低，很有很強的量活性，被廣泛的應用在社會的各個方面，具有無法比擬的優勢。作為機電一體化技術的新尖端分支而倍受重視，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并且向微米、納米級發展，讓機電耗能更少，運動更加的靈活。微型機電一體化發展的技術關鍵點就是微機械技術，因此，為促進機電一體化技術的良性發展，可以采用超精密技術。

5.環保化。隨著工業技術的迅速發展，給人們的生產生活帶來了翻天覆地的變化，在享受豐富的物質生活同時，也面臨著資源不斷減少和環境污染問題，成為制約社會發展的主要因素。因此，在機電一體化產品生產過程中，要進行綠色環保設計，提高機械系統的可回收性，降低原材料消耗，降低機械系統對環境的污染，最大限度的保護環境，避免對環境和人類身體健康造成危害，提高資源的利用率，做好資源的循環利用。因此，節能、環保也是機電一體化技術發展的重要方向。

6.系統化。系統化的主要特點就是結構的開放式和模式化，要求整個系統能夠進行靈活的組合和裁剪。同時不斷加強通信功能。就目前而言，機電一體化發展趨勢更加重視人與產品之間的關系，賦予產品更多的智能和情感。另外，還要要求產品能夠模仿生物激勵。

綜上所述，機電一體化技術是許多科學技術發展的結晶，，是社會生產力客觀要求。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現的問題進行分析、判斷、推理、構思和決策機電一體化技術將成為機械工業的主角，在各方面均可帶來顯著的經濟效益和社會效益。因此，我國要不斷總結經驗教訓，引進國外先進的技術，促進我國機電一體化技術又好又快的發展。

參考文獻：

[1]成文斌. 機電一體化技術的現狀和發展趨勢研究[J]. 科技致富向導，2012，02：239.

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【關鍵詞】機電一體化；核心技術；智能化；傳感技術

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A

隨著科技的進步與工業的發展，不同學科之間的相互聯系共同發展的現象越來越普遍，這些都極大的推動了社會生產力的進步，使工程技術掀起了一場 革命，促進了機電一體化的形成與發展。所謂機電一體化，就是指一種幾種學科相互交叉形成的復合技術，其是機械技術與其他高科技技術相互結合而形成的新的產物，也是現代社會發展形勢下工業的必然發展方向。這對于提高機械工業的生產技術、產品結構、管理模式等都是具有很大推動作用的。目前我國的機電一體化已經取得一定的發展成果，但相較于其他發達國家來講，還是有著一定的差距，還必須要不斷的進行改革發展，提高科技水平，以促進國內機電一體化水平的提高。

一、機電一體化的核心技術

一般來講，機電一體化主要是由兩大部分組成，即軟件技術與硬件技術。其中硬件的組成部分大致有機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分，因而若要進一步的提高機電一體化的發展，就必須要對這些核心技術進行不斷的創新與改進。

1、機械本體技術。機械本體對于機電一體化技術的影響主要體現在其性能的高低、質量的和精度的大小等幾點內容上，而當前的機械主要是以鋼材為主要的原材料，因而在減輕其質量時，可以考慮從更換質輕的材料入手，用非金屬的復合高性能材料作為機械的主要結構材料，以此來減少驅動系統的負荷，以提高控制系統的效率，從而實現降低能耗、提高機電效率的目的。

2、傳感技術。傳感器的最大作用是為了提高其通信能力，即其可靠性的大小、靈敏度與精確度的高低都是影響到機電一體化的技術水平水平的。

傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。

3、信息處理技術

機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。

4、驅動技術

電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。

5、接口技術

為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

6、軟件技術

軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、機電一體化技術的主要應用領域:數控機床、計算機集成制造系統（CIMS）、柔性制造系統（FMS）、工業機器人。

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。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70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。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。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，

三、機電一體化技術的發展前景

縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：

1、智能化

智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

2、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，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。

3、微型化

微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。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。

4、模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，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、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。

5、網絡化

網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。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。

6、綠色化

工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。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，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。

綜上所述，機電一體化技術是眾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。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。

參考文獻：

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關鍵詞 機電一體化；計算機技術；微電子技術；發展趨勢

中圖分類號TH-39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）87-0043-02

從機械工程發展的角度來說，機電一體化技術的發展決定了機械工程技術革命的發展方向。自上世紀末開始，機械工程領域便發生了巨大的變化，以微電子技術和計算機技術為核心的機電一體化技術迅速發展，并且快速滲透到機械工程領域，對機械生產的結構設計、功能設計以及管理方式等產生了巨大的影響，促進了我國機械工程的不斷發展，同時也促進了工業生產革命的巨大變革。近幾年，隨著通信技術、微細加工技術等新技術越來越多的應用到機械工程領域中，機電一體化技術也發生了巨大的變革，并且向著網絡化、智能化的方向不斷發展。

1 機電一體化技術

機電一體化技術是建立在機械技術、微電子技術、計算機與信息技術、傳感器與檢測技術、自動控制技術、電力電子技術、驅動技術以及系統總體技術等高新技術群體基礎之上的一種高新技術，是包括技術基礎，技術原理在內的、使機電一體化產品或系統得以實現、使用和發展的技術。隨著科學技術的都不斷進步，機電一體化技術在機械領域和電子領域等多種科學相互滲透的過程中逐漸形成，現代科學研究將機電一體化分為技術和產品來年各個主要的組成部分。可以說，機電一體化技術的形成與發展是符合市場經濟發展規律和科學技術發展規律的技術，其本身具有強大的生命力，能夠應用到任何機械設計和生產領域中，并且通過微電子技術和計算機技術的有效結合，實現了機械設備的自動化和智能化，在工程制造、煤礦生產等領域都獲得了廣泛的運用。機電一體化技術的技術優勢可以歸納為以下幾點：第一，高安全性。機電一體化技術所具有的監視、報警以及自動保護等功能使其在眾多的領域中都獲得廣泛關注，其所具有的自動保護功能具有較高的安全性能，最大限度的減少設備和人員的傷害，以此促進了設備使用性能的提升。第二，高生產能力。機電一體化產品具有很強的信息處理和控制功能，尤其是在檢驗和控制方面具有很高的靈活性。由于機電一體化本身帶有完善的控制系統，其能夠按照設計要求自動完成動作，并且保證產品的質量具有較高的合格率，而隨著科學技術的不斷進步，機電一體化的生產能力也將獲得進一步提高，自動化程度也將越來越強。第三，使用性能。機電一體化產品具備數字顯示和控制程序，用自動程序代替了手工控制程序，不僅降低了人員工作強度，同時更可以在短時間內完成大量的重復動作，且保證產品合格的生產質量。第四，具有較高的可靠性。機電一體化產品的運行可以通過控制系統來實現，只要在控制系統中輸入相關的控制程序，便可以實現有效的運行。同時，機電一體化產品能夠對正在加工和運行的設備系統進行自動檢驗和監控，能夠及時發現故障并且做出準確的處理，以此保證生產活動持續、穩定的進行。

2 機電一體化技術的應用

2.1工業機器人領域

工業機器人領域的應用是機電一體化技術的典型應用，在汽車裝配、食品加工等領域都有著工業機器人的廣泛應用，不僅能夠促進產品質量的提升，同時也能夠極大的降低工業生產的成本，促進企業效益的不斷提升。

2.2數控機床領域

數控機床技術也是機電一體化技術一種具有代表性的應用，在過去的多年時間里，我國數控機床的技術的發展智能依靠模仿國外先進的技術來實現，而機電一體化技術的運用，實現了機床主軸和傳動系統的自主設計與生產，而且數控加工的精度也在不斷提高，對于我國工業生產來說，起到了巨大的推動作用。

2.3計算機集成制造系統

計算機集成制造系統是計算機領域發展的另一個新高度，其將傳統的生產部門劃分形式進行完全的變革，從訂單系統，到產品的研發與生產，完全利用計算機集成制造系統來實現。

3 機電一體化技術的發展趨勢

未來機電一體化技術的將向著以下幾個方向發展：第一，智能化。智能化是機電一體化技術發展的主要方向，其通過計算機控制系統的運用，將人工智能等技術越來越多的運用到機電一體化設備中，從而個人實現設備獨立的判斷和學習能力，進而實現自主決策；第二，網絡化。隨著計算機網絡技術的不斷發展，機電一體化技術的網絡化發展也將成為一種必然。當前的很多機電一體化設備都要依賴于網絡技術來實現控制，而未來的機電一體化技術在網絡技術的運用方面將更為廣泛和成熟，而且可以實現網絡系統與工業機器人等終端設備的連接，從而形成一個完整的生產系統，利用計算機集成技術實現系統的控制。第三，微型化。機電一體化技術的發展影受到了越來越多的重視，而隨著其應用范圍的日漸廣泛，在體積與能耗方面也將向著體積更小、更具有靈活性、功耗越來越低的方向發展，光刻技術、蝕刻技術的發展也將為機械元件的生產提供更為細致的工具，這將促進機電一體化產品將向著越來越微型化的方向發展，這也將促進機電一體化技術運用到更廣泛的領域中。

4結論

隨著科學技術的都不斷發展與進步，越來越多的高新科技也將更多的運用到機械工程領域，而融合多種先進技術成果的機電一體化技術也將具有更高的可靠性，其本身所體現出來的智能化與網絡化趨勢也將促進機電一體化技術的日漸成熟，應用空間也必將越來越大，這對于我國機械工程領域的發展無疑將起到巨大的推動作用。

參考文獻

[1]芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社，2004.

[2]章浩，張西良，周士沖.機電一體化技術的發展與應用[J].農機化研究，2006（7）.

[3]梁俊彥，李玉翔.機電一體化技術的發展及應用[J].科技資訊，2007（9）.