周梦程
摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。文章概述机电一体化的核心技术，分析机电一体化发展进程，提出机电一体化向智能化迈进的趋势。 关键词：机电一体化；核心技术；发展进程；发展趋势 机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异。 一、机电一体化的核心技术 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。 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。 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。 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。 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。 伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。 二、机电一体化的发展进程 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。 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。 可编程序控制器（PLC）的应用于工业：上世纪60年代后期，美国汽车制造业开发一种ModularDigitalController（MODICON）取代继电控制盘。MODICON是世界上第一种投入商业生产的PLC70年代是PLC崛起，并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了PLC的第三个发展时期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统，正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展，趋向于建立同一硬件平台，运用同一个操作系统、同一个编程系统，执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。 三、机电一体化向智能化迈进 20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有： 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。 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。 微型化：兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。 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。 系统化：其表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。一是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。 结束语： 当然，机电一体化的发展不是孤立的，与机电一体化相关的技术还有很多，并随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。 参考文献： [1]王静。浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J]同煤科技。（4） [2]石美峰。机电一体化技术的发展与思考[J]山西焦煤科技。（3） 
浅析机电专业实验实训研究【摘要】当前我国机电专业实验实训存在着一系列的问题，实验教学对高等学校的人才培养质量起着至关重要的作用。本文分析了高职高专机电专业现状对于机电专业骨干课程职业能力训练的要求，探讨了高职机电专业实验实训体系改革的内容和方法。【关键词】高职，机电，课程体系，改革实验实训作为实践性教学的一个重要环节，在培养学生形成科学的思维方法和运用实验手段去发现、观察、分析和解决问题的能力方面的作用，是其他课程所难以取代的。实验实训不仅在于帮助学生进一步理解、验证和巩固所学的理论知识，更在于作为能力培养的载体，在学生综合能力的培养、素质的提高和工程意识的形成方面具有独特的作用。正确认识实验教学对人才培养的作用，充分肯定实验实训教学在整个高职高专教育教学工作中的地位，将对高等学校提高人才培养质量起到至关重要的作用。近年来，由于客观和主观上的原因，实验实训教学改革严重滞后于理论教学改革，已明显不能适应当前形势下人才培养的需要。应该尽快把实验教学改革融入整体教学改革之中，逐步对学生进行知识、能力、素质的综合培养。一、现状分析目前，高职高专机电专业教学计划中绝大多数专业基础课和专业课均开设一定数量的实验，大多属于演示、验证性实验。众所周知，很多高职毕业生，实践操作能力很差，毕业工作后很长时间不能独立顶岗，给用人单位带来很大负担，学生的实践操作能力不能适应市场的需求，实践教学已成为高职教育发展的瓶颈。加强实践环节教学，加强学生实践技能的培养，是提高职业教育教学质量的关键。除了实验仪器陈旧、设备台套数不足、教学手段比较落后、实验教师数量不足、教学观念尚未切实转变等原因之外，还存在以下问题：重理论轻实践由于实验教学从属于理论教学，实验学时分散在各门课程之中，数量较少，因而在课程的成绩考核中所占的比例极小，且不少实验缺乏完善的考核办法，导致学生对实验课很不重视。重理论轻实践的思想依然大量存在。理论与实践教学脱节机电技术发展迅猛，出现了许多新技术、新工艺，理论教学中已及时增加了这些新的内容，而实验教学却严重滞后，实验内容长期不变，造成理论与实践教学的脱节。专业特色不明显各科实验之间的关联性较差，未形成有机的联系，尤其是机、电两方面缺少综合，无法形成专业特色。实验教学缺乏相对的独立性与整体优化，专业实验的工程特征不明显。二、改革设想专科教育的目标是培养适应社会需求、具有良好的专业技能和工程意识的一线技术人员，学习理论知识不是目的，而是为了在实践中加以应用。因此，必须彻底转变重理论轻实践的思想，充分认识实验教学在工程教育中的重要性，把培养人才的综合素质和能力作为教学的出发点和归宿，对现行的实验教学进行改革。1、机械基础系列实验本实验在学生完成了公共课后的专业基础课程学习阶段进行，主要包含工程力学、工程材料、互换性与技术测量、机械设计等课程中的有关实验内容。通过掌握一些本专业基本的实验手段与实验方法，进一步加深对专业基础课的理解，为后续课程的学习打下良好的基础。2、电工电子系列实验本实验主要包含电工技术、电子技术等课程的有关实验内容，1学分，可安排在第三学期。通过实验，使学生获得模拟电子、数字电子、电机等方面的基本实验技能和初步的电路分析能力。3、测试与控制系列实验本实验主要包含测试技术、单片机、电气控制与PLC、液压传动等方面的内容。培养学生在测试与控制方面的能力，通过实验，要求学生了解现代测试仪器的使用方法和利用计算机进行数据处理，初步掌握单片机、PLC控制、液压传动方面的基本实验技能，从而锻炼学生的分析、解决问题的能力。4、机电技术综合实验为了培养学生综合能力与创新能力，根据现有的实验条件，初步列出若干综合性实验项目(如表1)，今后可适当增加。让学生结合自己的毕业设计课题选做1～2个大型实验，并在教师的指导下独立完成实验的所有环节，从而得到一个全过程的完整锻炼。该实验为1学分，安排在最后学期。三、配套措施要保证基本设想的实现，并能稳步提高实验教学质量，必须改变实验室的现有模式，合并分散的同类实验室，尽快建立面向全院开设专业基础实验的实验中心，组建特色鲜明的机电工程中心。这样既有利于合理配置资源，又可改善实验学科单一、设备台套数欠缺的状况，也便于系列实验课程的开设。同时，必须对相关的教学环节加以改革和完善。(一)改革教学方法与手段改变传统实验教学方法，建立以学生为主体、以教师为主导的实验教学新模式。让学生变被动为主动，变消极为积极，使实验课程成为学生自主学习、培养创造性思维和创新能力、掌握科学技术与研究科学理论的有效途径。将现代技术引入实验室，推动实验教学手段现代化，丰富实验教学内容，扩大信息量，提高实验教学质量和效果。使学生在校期间接受较为完整的知识与操作技能的训练，为毕业后尽快适应专业工作打下坚实的基础。(二) 加强校内实训设施的完善学院在大规模基本建设的同时，为适应机电专业实践教学的需要共投入980万元，使校内实训设施进一步完善。现有机械制图实训室，CAD／CAM实训室，电工电子实训室，高性能模拟电子实训室，高性能数字电子实训室，电力拖动实训室，材料力学实验室，可编程控制器实训室，单片机实训室、钳工维修实训室等30多个。金工实训中心占地3000多平方米，有新式数控机床13台，普通机床37台，车、铣、刨、磨、线切割等种类齐全，另有电气焊实训室2个，交直流电弧焊机、氩弧焊机、气焊设备等50多台套，。机电专业的实验实训基本上能在校内完成，各实训室同时配有电脑和黑板，现场教学增强了教学的直观性，提高学生的理解能力和动手能力。 文秘杂烩网
论机电一体化技术的应用及其开展趋向摘要：机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术相互浸透的产物，是机电工业开展的必然趋向。本文简述了机电一体化技术的根本构造组成和主要应用范畴，并指出其开展趋向。关键词：机械工业 机电一体化 数控 模块化 现代科学技术的开展极大地推进了不同窗科的穿插与浸透，惹起了工程范畴的技术改造与反动。在机械工程范畴，由于微电子技术和计算机技术的疾速开展及其向机械工业的浸透所构成的机电一体化，使机械工业的技术构造、产品机构、功用与构成、消费方式及管理体系发作了宏大变化，使工业消费由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的开展阶段。 一、机电一体化的中心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处置单元和驱动单元等局部组成。因而，为加速推进机电一体化的开展，必需从以下几方面着手： （一） 机械本体技术 机械本体必需从改善性能、减轻质量和进步精度等几方面思索。现代机械产品普通都是以钢铁资料为主，为了减轻质量除了在构造上加以改良，还应思索应用非金属复合资料。只要机械本体减轻了重量，才有可能完成驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量耗费，进步效率。 （二） 传感技术 传感器的问题集中在进步牢靠性、灵活度和准确度方面，进步牢靠性与防干扰有着直接的关系。为了防止电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋向。对外部信息传感器来说，目前主要开展非接触型检测技术。 （三） 信息处置技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处置设备（特别是微型计算机）的提高应用严密相连。为进一步开展机电一体化，必需进步信息处置设备的牢靠性，包括模/数转换设备的牢靠性和分时处置的输入输出的牢靠性，进而进步处置速度，并处理抗干扰及规范化问题。 （四） 驱动技术 电机作为驱动机构已被普遍采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极开展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 （五） 接口技术 为了与计算机停止通讯，必需使数据传送的格式规范化、规格化。接口采用同一规范规格不只有利于信息传送和维修，而且能够简化设计。目前，技术人员正努力于开发低本钱、高速串行的接口，来处理信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、规范化等问题。 （六） 软件技术 软件与硬件必需谐和分歧地开展。为了减少软件的研制本钱，进步消费维修的效率，要逐渐推行软件规范化，包括程序规范化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用范畴 （一） 数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的开展，在构造、功用、操作和控制精度上都有疾速进步，详细表如今： 1、 总线式、模块化、紧凑型的构造，即采用多CPU、多主总线的体系构造。 2、 开放性设计，即硬件体系构造和功用模块具有层次性、兼容性、契合接口规范，能最大限度地进步用户的运用效益。 3、 WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和完成二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、含糊控制等智能机制。 4、 大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不只丰厚了数控功用，同时也增强了CNC系统的控制功用。 5、 能完成多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的才能，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、 系统的多级网络功用，增强了系统组合及构成复杂加工系统的才能。 7、 以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成构造紧凑的数控安装。 （二） 计算机集成制造系统（CIMS） CIMS的完成不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它突破原有部门之间的界限，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，完成从运营决策、产品开发、消费准备、消费实验到消费运营管理的有机分离。企业集成度的进步能够使各种消费要素之间的配置得到更好的优化，各种消费要素的潜力能够得到更大的发挥。 （三） 柔性制造系统（FMS） 柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它能够随机地、实时地、按量地依照装配部门的请求，消费其才能范围内的任何工件，特别适于多种类、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量消费。 （四） 工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能依据示教停止反复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏顺应性和灵敏性；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，经过计算机处置、剖析，做出一定的判别，对动作停止反应控制，表现出低级智能，已开端走向适用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功用，可停止复杂的逻辑思想、判别和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系亲密。 三、机电一体化技术的开展前景 纵观国内外机电一体化的开展现状和高新技术的开展意向，机电一体化将朝着以下几个方向开展： （一） 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的开展方向。近几年，处置器速度的进步和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法发明了条件，有力地推进着机电一体化产品向智能化方向开展。智能机电一体化产品能够模仿人类智能，具有某种水平的判别推理、逻辑思想和自主决策才能，从而取代制造工程中人的局部脑力劳动。 （二） 系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系构造进一步采用开放式和形式化的总线构造。系统能够灵敏组态，停止恣意的剪裁和组合，同时寻务实现多子系统谐和控制和综合管理。表现特征之二是通讯功用大大增强，普通除RS232等常用通讯方式外，完成远程及多系统通讯联网需求的部分网络正逐步被采用。将来的机电一体化愈加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可依据一些生物体优秀的结构研讨某种新型机体，使其向着生物系统化方向开展。 （三） 微型化 微型机电一体化系统高度交融了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的开展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸普通不超越1cm3，并正向微米、纳米级方向开展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵敏等特性，可进入普通机械无法进入的空间并易于停止精密操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等范畴，都有宽广的应用前景。目前，应用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 （四） 模块化 模块化也是机电一体化产品的一个开展趋向，是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产种类类和消费厂家繁多，研制和开发具有规范机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需求制定一系列规范，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品消费企业可应用规范单元疾速开发新产品，同时也能够不时扩展消费范围。 （五） 网络化 网络技术的飞速开展对机电一体化有严重影响，使其朝着网络化方向开展。机电一体化产品的品种很多，面向网络的方式也不同。由于网络的提高，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自身就是机电一体化产品。 （六 ） 绿色化 工业的兴旺使人们物质丰厚、生活温馨的同时也使资源减少，生态环境遭到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时期的趋向，其目的是使产品从设计、制造、包装、运输、运用到报废处置的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源应用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指运用时不污染生态环境，报废时能回收应用。绿色制造业是现代制造业的可持续开展形式。 综上所述，机电一体化技术是众多科学技术开展的结晶，是社会消费力开展到一定阶段的必然请求。它促使机械工业发作战略性的革新，使传统的机械设计办法和设计概念发作着反动性的变化。鼎力开展新一代机电一体化产品，不只是改造传统机械设备的请求，而且是推进机械产品更新换代和开拓新范畴、开展与复兴机械工业的殊途同归。 【参考文献】： 1、 李运华机电控制[M]北京航空航天大学出版社， 2、 芮延年机电一体化系统设计[M]北京机械工业出版社， 3、 王中杰，余章雄，柴天佑智能控制综述[J]根底自动化，2006(6) 4、 章浩，张西良，周士冲机电一体化技术的开展与应用[J]农机化研讨，2006(7) 5、梁俊彦，李玉翔机电一体化技术的开展及应用[J]科技资讯，2007(9)
