時(shí)間：2023-08-09 17:25:25
導(dǎo)語(yǔ)：在機(jī)電一體化研究的撰寫(xiě)旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；電機(jī)控制
中圖分類號(hào)： TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1機(jī)電一體化的發(fā)展
機(jī)電一體化在20世紀(jì)70年代是初始研究探索的時(shí)期，此階段研究者通過(guò)嘗試各種科學(xué)試驗(yàn)來(lái)提高機(jī)電器械的運(yùn)作效率和質(zhì)量。尤其在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，戰(zhàn)爭(zhēng)促進(jìn)了電子技術(shù)與機(jī)械的相互滲透融合，當(dāng)時(shí)目的是為了戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)，而戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)為為民眾服務(wù)。加快了使用地區(qū)人民生產(chǎn)生活回歸正常軌道。但由于尚處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，性能和質(zhì)量并不是特別完善，而適合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的外在環(huán)境條件尚不充分，因此其進(jìn)一步發(fā)展受到局限。后來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制、傳播技術(shù)的推廣帶來(lái)微型計(jì)算機(jī)和集成電路等技術(shù)的使用等成為了電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)相融合的前提性條件甚至決定性條件，對(duì)促進(jìn)機(jī)電一體化事業(yè)功不可沒(méi)。90年代以后，機(jī)電一體化的發(fā)展出現(xiàn)新的進(jìn)程，有一下兩點(diǎn)：第一，學(xué)術(shù)界同仁始進(jìn)一步關(guān)注機(jī)電一體化進(jìn)程的研究，由此擴(kuò)展出新的相關(guān)學(xué)科和研究重點(diǎn)，如出現(xiàn)了光機(jī)電一體化以及微機(jī)電一體化等等；第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖技術(shù)等新的研究對(duì)象興起后為機(jī)電一體化技術(shù)的推廣傳播提供了技術(shù)等方面的支持。
2 機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
目前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域即數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)機(jī)與自動(dòng)生產(chǎn)線這兩方面。數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò) 40 年的發(fā)展，在功能、操作、結(jié)構(gòu)和控制精度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)有：機(jī)電一體化采用開(kāi)放性設(shè)計(jì)，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊為符合接口標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)具有兼容性、層次性，能最大限度地提高用戶的收益；機(jī)電一體化能實(shí)現(xiàn)多過(guò)程、多通道控制，即同一臺(tái)機(jī)床能同時(shí)控制或獨(dú)立加工多種機(jī)床的和多臺(tái)機(jī)床的能力；機(jī)電一體化的應(yīng)用最終可以將物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制、刀具破損檢測(cè)都集成到系統(tǒng)中去；以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置；系統(tǒng)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一具體體現(xiàn)主要為在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)機(jī)械及自動(dòng)生產(chǎn)線等。如：郵政信函自動(dòng)分撿處理生產(chǎn)線；各種印刷包裝、高速香煙、易拉罐生產(chǎn)線等；這些自動(dòng)機(jī)或生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用了傳感技術(shù)與現(xiàn)代電子技術(shù)。近十年來(lái)，我國(guó)技術(shù)水平迅猛增長(zhǎng)，已超過(guò)了發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。
3 機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)
電機(jī)控制與保護(hù)針對(duì)的是機(jī)電相關(guān)設(shè)施的維護(hù)和保養(yǎng)。它是機(jī)電事業(yè)強(qiáng)大的后盾和不能忽略的組成部分，它的開(kāi)發(fā)使用是時(shí)展的需要也是各國(guó)政府大力提倡和推進(jìn)的一項(xiàng)措施。它的節(jié)省能耗的優(yōu)點(diǎn)使其在各個(gè)領(lǐng)域都能發(fā)揮作用，并成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮必須重視的重要環(huán)節(jié)，對(duì)它的倡導(dǎo)和規(guī)劃符合國(guó)情和民生需要，也是我國(guó)事業(yè)國(guó)際化的一項(xiàng)推進(jìn)因素。
3.1 電機(jī)控制保護(hù)裝置存在的缺陷
其實(shí)現(xiàn)階段在電機(jī)控制保護(hù)裝置中，各種非期待的狀況都有待處理。比如井下電機(jī)控制保護(hù)設(shè)備中，鼠籠式異步電機(jī)的故障率就比較高，占整個(gè)電機(jī)設(shè)備總故障率的一半以上，所以對(duì)于井下電機(jī)控制而言，可靠的控制保護(hù)裝置是保證礦井安全生產(chǎn)的重要因素之一。通常電機(jī)保護(hù)裝置的原理不外電磁原理或者電熱原理，比如通過(guò)熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，或者用熱繼電器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)等，都是這應(yīng)用這些原理的典型技術(shù)。隨著機(jī)械自動(dòng)化程度漸漸顯現(xiàn)出來(lái)，電機(jī)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)使用率高，人工的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)嫁于機(jī)械設(shè)備，而由于啟動(dòng)時(shí)間，電壓，設(shè)備開(kāi)機(jī)狀態(tài)等影響下機(jī)器的損壞率，壽命變短等問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)。電機(jī)設(shè)備研究人員希望通過(guò)長(zhǎng)期的調(diào)查和試驗(yàn)找到保護(hù)電機(jī)保護(hù)技術(shù)前景何在，得到以下結(jié)論：第一，設(shè)計(jì)之初便要考慮日后的維護(hù)保護(hù)工作，提前做好計(jì)劃安排，從頭到尾進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。第二，拓展設(shè)備養(yǎng)護(hù)問(wèn)題胡思路，創(chuàng)新保護(hù)裝置，使其發(fā)展規(guī)模發(fā)展思路更加多樣。第三，轉(zhuǎn)變管理觀察方式方法，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況一切以更好更快為目標(biāo)，及時(shí)將出現(xiàn)的問(wèn)題處理完，在此，數(shù)字化的監(jiān)管模式因?yàn)槠涓咚俸腿媸悄壳鞍l(fā)展的主要方向。
3.2電機(jī)保護(hù)控制裝置發(fā)展趨勢(shì)及前景
電機(jī)控制保護(hù)現(xiàn)狀是缺乏思路創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，近幾年針對(duì)這些問(wèn)題提出一些新的理論方法，期望推進(jìn)該事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。通過(guò)仿真計(jì)算和故障建模，并引入突破量、相位量、諧波份量、阻抗量、序份量等多種對(duì)電機(jī)故障敏感的檢測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并作相應(yīng)判斷和分析，把這些工作量提前做好的話，不但可以大大提高保護(hù)控制裝置的精度和靈感度，還可以為以后的理論研究提供依據(jù)，為今后的突破進(jìn)展提供依據(jù)。新技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)（例如在線監(jiān)測(cè)保護(hù)控制裝置的應(yīng)用等）也是電機(jī)控制保護(hù)裝置的一個(gè)重要方面。利用新的技術(shù)產(chǎn)品（例如高頻電磁波、位移、振動(dòng)、紅線、機(jī)械、電、熱、光、聲等）和理論對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)各種裝置輸出的信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行判斷，把反射的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，通過(guò)科學(xué)的分析和比對(duì)確定故障類型和嚴(yán)重程度，最后再采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施等，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)以上各種電機(jī)保護(hù)控制功能，更重要的是能在故障之前發(fā)出預(yù)警，達(dá)到提前防止故障發(fā)生，防患于未然。
電機(jī)控制與保護(hù)裝置還有一項(xiàng)很重要的發(fā)展前景就是積極配套出廠電機(jī)保護(hù)控制裝置，根據(jù)國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平發(fā)現(xiàn)自己的不足和缺陷，并根據(jù)我國(guó)現(xiàn)實(shí)狀況具體設(shè)計(jì)規(guī)劃，力求適應(yīng)中國(guó)國(guó)情。國(guó)外一些國(guó)家在電機(jī)產(chǎn)出后營(yíng)銷階段會(huì)相應(yīng)贈(zèng)送或追加配套輔助設(shè)施，這種做法對(duì)于短期可能會(huì)產(chǎn)生效益低下等印象，但長(zhǎng)遠(yuǎn)說(shuō)來(lái)使購(gòu)買(mǎi)者得到真正實(shí)惠，保證機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)效率和質(zhì)量，提高機(jī)械使用壽命，降低資源浪費(fèi)，我國(guó)在這方面明顯做得不夠，致使整個(gè)行業(yè)發(fā)展過(guò)慢。所以說(shuō)我國(guó)在這一方面應(yīng)該像國(guó)外積極學(xué)習(xí)，發(fā)展配套運(yùn)行機(jī)制，使得購(gòu)買(mǎi)效率和使用效率都提高，避免了使用者配置不當(dāng)引起機(jī)器損毀，耐用率低下而花費(fèi)高昂，一方面使出產(chǎn)者的口碑提高和產(chǎn)品進(jìn)一步推廣全國(guó)乃至世界打下基礎(chǔ)。所以說(shuō)電機(jī)與其保護(hù)設(shè)備的配套不但能夠促進(jìn)彼此的使用效果，拓寬了電機(jī)事業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的道路，對(duì)整個(gè)機(jī)電事業(yè)的科學(xué)化、人文化、世界化都是一個(gè)不小的促進(jìn)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 ；核心技術(shù) ；應(yīng)用領(lǐng)域 ；發(fā)展趨勢(shì)；
中圖分類號(hào)：TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
前言：
隨著信息化技術(shù)、自動(dòng)化水平以及管理水平的提高，機(jī)電安裝工程面臨的困境機(jī)電安裝工程項(xiàng)目是一項(xiàng)投資大、技術(shù)質(zhì)量要求高、管理復(fù)雜的工程，具有建設(shè)一次性的特點(diǎn)，其立項(xiàng)決策、工程采購(gòu)、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)等各階段往往形成各自獨(dú)立的管理過(guò)程，并由不同的單位執(zhí)行，容易出現(xiàn)互相脫節(jié)的現(xiàn)象；在整個(gè)建設(shè)期內(nèi)涉及到施工計(jì)劃、施工安全、施工進(jìn)度、 施工質(zhì)量、設(shè)備安裝、文檔管理等眾多內(nèi)容，并且工程建設(shè)牽涉多方面人員共同參與，因此在大量分工協(xié)作的工作中會(huì)產(chǎn)生很多重要數(shù)據(jù)，只有這些數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確地在各專業(yè)之間傳輸，才能完成工程預(yù)期的質(zhì)量、成本、工期等控制目標(biāo)。
一．機(jī)電安裝工程管理的復(fù)雜性給管理者的事務(wù)處理、數(shù)據(jù)處理及項(xiàng)目管理工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)主要問(wèn)題有：
1.業(yè)務(wù)和流程管理脫節(jié)，跨部門(mén)協(xié)調(diào)困難。
2.缺乏以項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程貫穿組織業(yè)務(wù)的項(xiàng)目管理、跟蹤、報(bào)告，跨部門(mén)工作的系統(tǒng)。傳統(tǒng)項(xiàng)目管理沒(méi)有將信息技術(shù)、項(xiàng)目管理軟件和項(xiàng)目管理流程構(gòu)成一個(gè)有機(jī)結(jié)合的信息系統(tǒng)， 沒(méi)有形成網(wǎng)絡(luò)效益、反饋效益和管理知識(shí)共享的效益，造成運(yùn)作效率低下，領(lǐng)導(dǎo)如想了解工程情況主要靠出差、聽(tīng)匯報(bào)，靠人為的思維判斷，易造成對(duì)設(shè)計(jì)，施工，監(jiān)理等建設(shè)單位的控制不足，而且對(duì)內(nèi)部也缺乏控制，因此而造成不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)大。
3.項(xiàng)目太多，不能有效進(jìn)行管理和監(jiān)控。傳統(tǒng)項(xiàng)目管理缺乏項(xiàng)目范圍和項(xiàng)目系統(tǒng)的管理，原因是對(duì)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的分析和項(xiàng)目管理的分析不夠，結(jié)果容易造成分項(xiàng)工程的范圍過(guò)大或過(guò)小。通過(guò)信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃管理、合同管理、質(zhì)量管理等邁入了嶄新的階段，它提供了簡(jiǎn)單且方便的管理手段，使項(xiàng)目管理人員可以高效地處理這些變化，大幅度地減輕項(xiàng)目管理人員的重復(fù)性勞動(dòng)。
4.建設(shè)單位間知識(shí)經(jīng)驗(yàn)無(wú)法共享、積累，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的重用性不高。由于缺乏整體項(xiàng)目的知識(shí)管理運(yùn)作平臺(tái)，各項(xiàng)目之間、各單位問(wèn)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)無(wú)法共享。應(yīng)用信息技術(shù)，構(gòu)建工程項(xiàng)目知識(shí)庫(kù) ，為知識(shí)的積累、共享和創(chuàng)新提供一個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部各類型的知識(shí)整理、 存儲(chǔ)、、使用 。
二．機(jī)電安裝工程應(yīng)用信息技術(shù)的工作思路
完備的機(jī)電安裝工程信息化管理，必須是在建立科學(xué)管理制度的基礎(chǔ)上，建成一個(gè)涵蓋工程管理各部門(mén)的工程管理信息系統(tǒng)，形成對(duì)水電站機(jī)電安裝工程的計(jì)劃和進(jìn)度、成本、質(zhì)量、業(yè)主資金、工程技術(shù)和文件、材料設(shè)備采購(gòu)、工程施工及合同管理等高效統(tǒng)一規(guī)范協(xié)調(diào)的管理和控制體系，形成一個(gè)從水電站工程管理的實(shí)施層、管理層到?jīng)Q策層以及各種層次對(duì)外聯(lián)系的信息體系，從而提高水電站工程整體管理水平并為決策層提供分析決策所必須的準(zhǔn)確及時(shí)的信息具體言之。
三 機(jī)電一體化的核心技術(shù)
機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)單元等部分組成。因此，為了加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手。1.機(jī)械本體技術(shù)：機(jī)械本體包括機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置。機(jī)械本體必須從高精度、輕量化、和高可靠性等幾方面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為基礎(chǔ)材料，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮采用復(fù)合材料或非金屬材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。
2.傳感技術(shù)：傳感器的問(wèn)題集中在提高可靠性、線性度、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢(shì)。對(duì)外部信息傳感器來(lái)說(shuō)，目前主要發(fā)展非接觸型檢測(cè)技術(shù)。
3.信息處理技術(shù)：機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模／數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾問(wèn)題。
4.驅(qū)動(dòng)技術(shù)常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分兩類：一是電氣式執(zhí)行部件;二是液壓式執(zhí)行部件目前電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問(wèn)題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的步進(jìn)電機(jī)以及控制專用組件一傳感器一電機(jī)三位一體的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)。
四 機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
1.數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)：用數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備控制的一種方法，在數(shù)控加工技術(shù)方面得到了廣泛的應(yīng)用，具體表現(xiàn)在：a.自動(dòng)化程度高，開(kāi)放性設(shè)計(jì)，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標(biāo)準(zhǔn)，能最大限度地提高用戶的使用效益。b.WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實(shí)現(xiàn)二、三維加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真。并引入在線診斷、模糊控制等智能機(jī)制。c.大容量存儲(chǔ)器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不僅豐富了數(shù)控功能，同時(shí)也加強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功能。d.生產(chǎn)效率高，能實(shí)現(xiàn)多過(guò)程、多通道控制，即具有一臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺(tái)和多種機(jī)床的能力，并將刀具破損檢測(cè)、物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。e.具有加工復(fù)雜形狀零件的能力，系統(tǒng)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。f.易于建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。
2.計(jì)算機(jī)集成制造：系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是用計(jì)算機(jī)通過(guò)信息集成實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造。CI MS通過(guò)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等硬件、軟件將企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營(yíng)管理等活動(dòng)集成起來(lái)，大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)周期性，提高生產(chǎn)效率，降低
生產(chǎn)成品。CI MS的實(shí)現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合，而是全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門(mén)之間的界線，以制造為基干來(lái)控制“物流”和“信息流”，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的有機(jī)結(jié)合。
3.柔性制造系統(tǒng)：主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤(pán)、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。它可以隨機(jī)地、實(shí)時(shí)地、按量地按照裝配部門(mén)的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設(shè)計(jì)更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。采用柔性制造系統(tǒng)后，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，大大縮短制造周期，因而使成本大為降低。
五 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向
機(jī)電一體化的發(fā)展有一個(gè)自發(fā)狀況向自為方向發(fā)展的過(guò)程，現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，正朝著智能化、型化、系統(tǒng)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化以下幾個(gè)方向發(fā)展。
1.智能化：近幾年，容量越來(lái)越大，算速度的提高、感器系統(tǒng)的集成化與CNC系統(tǒng)的智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，力地推動(dòng)著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機(jī)電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能，有某種程度的判斷推理、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(dòng)，力勞動(dòng)，可以預(yù)見(jiàn)，興的智能化將會(huì)在關(guān)系到全國(guó)人類國(guó)民生計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
2.微型化：微型機(jī)電一體化技術(shù)融合，科交叉的作用。軟件技術(shù)，機(jī)電一體化的一個(gè)新的發(fā)展方向。國(guó)外稱微電子機(jī)械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過(guò)lcm，并正向微米、米級(jí)方向發(fā)展。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)具有體積小、能小、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，可進(jìn)入一般機(jī)械無(wú)法進(jìn)入的空間并易于進(jìn)行精細(xì)操作，在家用電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備、汽車、工農(nóng)業(yè)乃至國(guó)防等領(lǐng)域，有廣闊的應(yīng)用前景。
3.系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，行任意的剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強(qiáng)，RS232等常用通信方式外實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、性顯得越來(lái)越重要。機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機(jī)體，其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。
4.模塊化：模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，一項(xiàng)重要而艱巨的工程。于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、 信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的事，需要制訂一系列標(biāo)準(zhǔn)，各部件、元的匹配和接口。機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)也可以不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
5.網(wǎng)絡(luò)化：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)機(jī)電一體化有重大影響，使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類很多，面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。
6.綠色化：工業(yè)的發(fā)達(dá)使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時(shí)也使資源減少，態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染，是綠色產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)，其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)危害或危害極小，資源利用率極高。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢時(shí)能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。
作者：張海濱
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；電機(jī)控制
1機(jī)電一體化的發(fā)展
機(jī)電一體化在20世紀(jì)70年代是初始研究探索的時(shí)期，此階段研究者通過(guò)嘗試各種科學(xué)試驗(yàn)來(lái)提高機(jī)電器械的運(yùn)作效率和質(zhì)量。尤其在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，戰(zhàn)爭(zhēng)促進(jìn)了電子技術(shù)與機(jī)械的相互滲透融合，當(dāng)時(shí)目的是為了戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)，而戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)為為民眾服務(wù)。加快了使用地區(qū)人民生產(chǎn)生活回歸正常軌道。但由于尚處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，性能和質(zhì)量并不是特別完善，而適合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的外在環(huán)境條件尚不充分，因此其進(jìn)一步發(fā)展受到局限。后來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制、傳播技術(shù)的推廣帶來(lái)微型計(jì)算機(jī)和集成電路等技術(shù)的使用等成為了電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)相融合的前提性條件甚至決定性條件，對(duì)促進(jìn)機(jī)電一體化事業(yè)功不可沒(méi)。90年代以后，機(jī)電一體化的發(fā)展出現(xiàn)新的進(jìn)程，有一下兩點(diǎn)：第一，學(xué)術(shù)界同仁始進(jìn)一步關(guān)注機(jī)電一體化進(jìn)程的研究，由此擴(kuò)展出新的相關(guān)學(xué)科和研究重點(diǎn)，如出現(xiàn)了光機(jī)電一體化以及微機(jī)電一體化等等；第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖技術(shù)等新的研究對(duì)象興起后為機(jī)電一體化技術(shù)的推廣傳播提供了技術(shù)等方面的支持。
2機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
目前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域即數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)機(jī)與自動(dòng)生產(chǎn)線這兩方面。數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，在功能、操作、結(jié)構(gòu)和控制精度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)有：機(jī)電一體化采用開(kāi)放性設(shè)計(jì)，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊為符合接口標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)具有兼容性、層次性，能最大限度地提高用戶的收益；機(jī)電一體化能實(shí)現(xiàn)多過(guò)程、多通道控制，即同一臺(tái)機(jī)床能同時(shí)控制或獨(dú)立加工多種機(jī)床的和多臺(tái)機(jī)床的能力；機(jī)電一體化的應(yīng)用最終可以將物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制、刀具破損檢測(cè)都集成到系統(tǒng)中去；以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置；系統(tǒng)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一具體體現(xiàn)主要為在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)機(jī)械及自動(dòng)生產(chǎn)線等。如：郵政信函自動(dòng)分撿處理生產(chǎn)線；各種印刷包裝、高速香煙、易拉罐生產(chǎn)線等；這些自動(dòng)機(jī)或生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用了傳感技術(shù)與現(xiàn)代電子技術(shù)。近十年來(lái)，我國(guó)技術(shù)水平迅猛增長(zhǎng)，已超過(guò)了發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。
3機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)
電機(jī)控制與保護(hù)針對(duì)的是機(jī)電相關(guān)設(shè)施的維護(hù)和保養(yǎng)。它是機(jī)電事業(yè)強(qiáng)大的后盾和不能忽略的組成部分，它的開(kāi)發(fā)使用是時(shí)展的需要也是各國(guó)政府大力提倡和推進(jìn)的一項(xiàng)措施。它的節(jié)省能耗的優(yōu)點(diǎn)使其在各個(gè)領(lǐng)域都能發(fā)揮作用，并成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮必須重視的重要環(huán)節(jié)，對(duì)它的倡導(dǎo)和規(guī)劃符合國(guó)情和民生需要，也是我國(guó)事業(yè)國(guó)際化的一項(xiàng)推進(jìn)因素。
3.1電機(jī)控制保護(hù)裝置存在的缺陷
其實(shí)現(xiàn)階段在電機(jī)控制保護(hù)裝置中，各種非期待的狀況都有待處理。比如井下電機(jī)控制保護(hù)設(shè)備中，鼠籠式異步電機(jī)的故障率就比較高，占整個(gè)電機(jī)設(shè)備總故障率的一半以上，所以對(duì)于井下電機(jī)控制而言，可靠的控制保護(hù)裝置是保證礦井安全生產(chǎn)的重要因素之一。通常電機(jī)保護(hù)裝置的原理不外電磁原理或者電熱原理，比如通過(guò)熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，或者用熱繼電器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)等，都是這應(yīng)用這些原理的典型技術(shù)。隨著機(jī)械自動(dòng)化程度漸漸顯現(xiàn)出來(lái)，電機(jī)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)使用率高，人工的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)嫁于機(jī)械設(shè)備，而由于啟動(dòng)時(shí)間，電壓，設(shè)備開(kāi)機(jī)狀態(tài)等影響下機(jī)器的損壞率，壽命變短等問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)。電機(jī)設(shè)備研究人員希望通過(guò)長(zhǎng)期的調(diào)查和試驗(yàn)找到保護(hù)電機(jī)保護(hù)技術(shù)前景何在，得到以下結(jié)論：第一，設(shè)計(jì)之初便要考慮日后的維護(hù)保護(hù)工作，提前做好計(jì)劃安排，從頭到尾進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。第二，拓展設(shè)備養(yǎng)護(hù)問(wèn)題胡思路，創(chuàng)新保護(hù)裝置，使其發(fā)展規(guī)模發(fā)展思路更加多樣。第三，轉(zhuǎn)變管理觀察方式方法，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況一切以更好更快為目標(biāo)，及時(shí)將出現(xiàn)的問(wèn)題處理完，在此，數(shù)字化的監(jiān)管模式因?yàn)槠涓咚俸腿媸悄壳鞍l(fā)展的主要方向。
3.2電機(jī)保護(hù)控制裝置發(fā)展趨勢(shì)及前景
【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；煤礦機(jī)械；研究
1.機(jī)電一體化技術(shù)的含義
機(jī)電一體化是機(jī)械電子工程學(xué)科的其中一個(gè)分支，它橫跨了多個(gè)學(xué)科，主要包括機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)以及液壓技術(shù)等等，是一門(mén)多學(xué)科交叉融合的技術(shù)。它的發(fā)展開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，中期機(jī)電一體化在國(guó)外開(kāi)始使用并且逐步得到推廣，直到本世紀(jì)，伴隨計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的跳躍式發(fā)展，很多的高科技技術(shù)被直接應(yīng)用到了煤礦機(jī)械的研究以及生產(chǎn)上面，這極大地加快了機(jī)械技術(shù)的發(fā)展速度，并且使得煤礦機(jī)械進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的新時(shí)代。當(dāng)前我國(guó)的微處理系統(tǒng)已經(jīng)被很好的應(yīng)用在了煤礦機(jī)械上面，主要包含生產(chǎn)檢測(cè)以及自動(dòng)控制、提高自動(dòng)化程度、安全報(bào)警、節(jié)能減排等方面，使我國(guó)煤礦生產(chǎn)的安全性以及環(huán)保性能得到了很大的提高。先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)有機(jī)的整合了控制功能、主功能以及動(dòng)力功能，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上，引進(jìn)了微電子技術(shù)以及智能軟件技術(shù)，兩者相互結(jié)合、相互滲透，而并非集中技術(shù)的簡(jiǎn)單相加。機(jī)電一體化技術(shù)是把信息、計(jì)算機(jī)、機(jī)械以及微電子等先進(jìn)的技術(shù)結(jié)合成最佳的匹配系統(tǒng)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代研究機(jī)電一體化技術(shù)以來(lái)，在全體科研人員的不懈努力下，取得了一定程度進(jìn)步。系統(tǒng)化、智能化以及微型化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體發(fā)展方向。把先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)械中，這將在很大程度上提高煤礦開(kāi)采的安全生產(chǎn)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工作環(huán)境，同時(shí)也可以初步達(dá)到節(jié)能降耗的生產(chǎn)目標(biāo)。
2.機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用
2.1機(jī)電一體化在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是最能夠體現(xiàn)煤礦機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)的。這個(gè)系統(tǒng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展相對(duì)較晚。在上個(gè)世紀(jì)80年代，研究人員通過(guò)吸收和消化國(guó)外先進(jìn)的煤礦監(jiān)控技術(shù)，在一定程度上促進(jìn)了我們國(guó)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。在這個(gè)基礎(chǔ)上，根據(jù)我們國(guó)家現(xiàn)有的國(guó)情，研究人員自己研制出了具有比較先進(jìn)的水平的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。例如，煤炭科學(xué)總院常州研究所以及重慶分院研究所研制出的95與Ⅺ90系統(tǒng)，它們的主要特點(diǎn)就是進(jìn)一步提高了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于采煤的安全生產(chǎn)以及管理起到了非常重要的作用。
2.2機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用
電牽引采煤機(jī)研制的成功是機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用的一個(gè)典型例子。相對(duì)于傳統(tǒng)的液壓牽引式采煤機(jī)，電牽引采煤機(jī)能夠提供更大更強(qiáng)的牽引力，電牽引采煤機(jī)在下滑的過(guò)程中，可以發(fā)電制動(dòng)、節(jié)約能源，并且能夠在大傾角的煤層中牽引運(yùn)行，這種采煤機(jī)系統(tǒng)整機(jī)效率非常高，而且具有磨損小、可靠性好、維修量小和動(dòng)態(tài)特性良好的特點(diǎn)。此外，它的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率也比較高。
2.3機(jī)電一體化技術(shù)在提升機(jī)上的應(yīng)用
交直流全數(shù)字化的提升機(jī)代表了在煤礦機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的最高水平。內(nèi)裝式提升機(jī)上把驅(qū)動(dòng)和滾筒的機(jī)械結(jié)構(gòu)合二為一，總體上并用以及整合了電力電子、通信、機(jī)械、自動(dòng)控制等相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)。全數(shù)字化提升機(jī)采用總線的方式不單單大大簡(jiǎn)化了電器的安裝過(guò)程，也使得電器達(dá)到了高度可靠的程度。除此之外，硬件不但配置簡(jiǎn)單而且相互兼容。其中，我國(guó)自主研制出來(lái)的全數(shù)字化提升機(jī)，它的核心部分是由雙處理器構(gòu)成的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是很先進(jìn)的，而且它準(zhǔn)確可靠并且性能先進(jìn)。
2.4機(jī)電一體化技術(shù)在其他煤礦機(jī)械方面的應(yīng)用
液壓支架把液壓控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)的整合到了一起，這成功并有效地實(shí)現(xiàn)了成組自動(dòng)移架技術(shù)以及定壓雙向移架技術(shù)，而且避免了支架和頂板之間產(chǎn)生的沖擊載荷、實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)；真空開(kāi)關(guān)壽命長(zhǎng)、維護(hù)量小，均具備了網(wǎng)絡(luò)功能；采用微機(jī)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙調(diào)以及遙控等先進(jìn)功能。
3.機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中應(yīng)用的意義
3.1提高了礦山開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益
機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的成功應(yīng)用大幅度的提高了煤炭的產(chǎn)量、降低了用于礦山開(kāi)采的生產(chǎn)費(fèi)用、同時(shí)也增加了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，并帶動(dòng)了與此相關(guān)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、進(jìn)而推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)蓬勃的向前發(fā)展。在目前這種追求工作效率的形勢(shì)下，工作效率就是企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中制勝的重要因素之一，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用不但大大的節(jié)省了人力，對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益的提升也是明顯的，而且打破了以往的對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)的管理。
3.2提高了安全的煤礦開(kāi)采工作環(huán)境
機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用不但提高了煤礦機(jī)械本身的工作效率，而且還能夠做到安全方面的保障。在以前，傳統(tǒng)的煤礦工作環(huán)境嚴(yán)重的危害了礦工的人身安全，在煤炭的提升、采掘以及運(yùn)輸中使用機(jī)電一體化設(shè)備把負(fù)責(zé)采礦的工作人員從危險(xiǎn)的開(kāi)采工作中解脫出來(lái)，降低了發(fā)生危險(xiǎn)煤礦事故的概率。這使得礦工的人身安全得到了保障，最大程度的防止了職業(yè)病與工傷的發(fā)生。
3.3實(shí)現(xiàn)了煤礦開(kāi)采的高效生產(chǎn)一體化技術(shù)
機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上提高了礦山的開(kāi)采效率，改變了以前的落后的生產(chǎn)方式以及作業(yè)模式，極大降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
4.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
到目前為止，主要的采煤國(guó)家研制出的機(jī)電一體化煤礦機(jī)械設(shè)備都在朝著信息化、程序化、智能化的方向發(fā)展。這不僅大幅度的提高了礦山開(kāi)采的生產(chǎn)能力，而且創(chuàng)造了更加好的經(jīng)濟(jì)效益。在安全方面，也為工作人員降低了危險(xiǎn)事故的發(fā)生概率，提供了一個(gè)相對(duì)安全的工作環(huán)境。我們國(guó)內(nèi)的煤礦機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)主要的發(fā)展趨勢(shì)有：為了更好地適應(yīng)綜合自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，需要加強(qiáng)煤礦機(jī)械機(jī)電一體化產(chǎn)品的通信功能；研究并開(kāi)發(fā)以微機(jī)作為基礎(chǔ)的礦井安全監(jiān)控以及專家系統(tǒng)應(yīng)用；開(kāi)發(fā)研制擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的針對(duì)煤礦開(kāi)采的配套設(shè)備的核心裝置，積極的研制具有多種功能的煤礦機(jī)器人。
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；方法論
引言
機(jī)電設(shè)備往往是多工程應(yīng)用領(lǐng)域綜合產(chǎn)品，需要研發(fā)人員及從業(yè)使用人員具備多學(xué)科的背景知識(shí)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論從系統(tǒng)全局的角度出發(fā)，全面闡述機(jī)電一體化的設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)于研發(fā)機(jī)電設(shè)備具有極其重要的指導(dǎo)意義。在當(dāng)今工業(yè)4.0背景下，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論被賦予了更多時(shí)代使命，需要解決更多實(shí)際問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)理論研究成果早已層出不窮，本文將研究分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論的發(fā)展現(xiàn)狀。
1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論的發(fā)展階段
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論與機(jī)電一體化的發(fā)展密切相關(guān)，而機(jī)電一體化的發(fā)展歷史目前可以分為四個(gè)階段。1950—1970年代，在第三次工業(yè)革命的大背景下，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化已處于萌芽階段，但相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)沒(méi)有獲得成功與認(rèn)可。1970—1990年代，得益于集成電路和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制和通訊等技術(shù)得到突破性進(jìn)展，同時(shí)自動(dòng)化水平大大提高，機(jī)電一體化已形成獨(dú)立學(xué)科，處于初步發(fā)展階段。1990—2010年代，由于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等技術(shù)進(jìn)一步極速發(fā)展，光學(xué)、智能算法等更多領(lǐng)域知識(shí)融入機(jī)電一體化學(xué)科，機(jī)電一體化處于高速發(fā)展階段。2010年至今，在工業(yè)4.0的大背景下，由于計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真、網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)處于繁榮發(fā)展階段，將對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力作出更大貢獻(xiàn)。相應(yīng)地，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論也隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)。從1970年代開(kāi)始，最初的理論研究集中在如何定義機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要觀點(diǎn)來(lái)自歐美和日本。從1980年代末期學(xué)者開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論研究，主要是從系統(tǒng)的組成劃分角度出發(fā)，更加注重各部分的功能描述、物理特性及其相互間的邏輯關(guān)系，使人們更加深入了解機(jī)電一體化系統(tǒng)。1990年代開(kāi)始，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的極速發(fā)展與大規(guī)模普及，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論開(kāi)始有了新的發(fā)展方向，主要是從基于系統(tǒng)建模技術(shù)的仿真平臺(tái)出發(fā)，能夠模擬機(jī)電一體化系統(tǒng)，大幅節(jié)省機(jī)電產(chǎn)品研發(fā)周期與成本。
2機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論的主要觀點(diǎn)
表1～3列出了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論發(fā)展各個(gè)階段對(duì)應(yīng)的主要觀點(diǎn)。不難看出，表1是各國(guó)研究組織對(duì)機(jī)電一體化的定義，其從最初的機(jī)械與電子簡(jiǎn)單相疊加，發(fā)展到包含機(jī)械、電子、電氣、通訊、控制、網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科交叉融合，并且直到現(xiàn)在仍在不斷更新，一直在反映著工業(yè)科技和理論研究的最新方向，但缺點(diǎn)是未能對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論進(jìn)行深入的研究。相比于表1對(duì)應(yīng)的僅僅定義機(jī)電一體化階段，表2對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行了深入的設(shè)計(jì)方法論研究，都各自提出了自己的設(shè)計(jì)理論，更加全面地闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵。例如德國(guó)達(dá)姆施塔特大學(xué)的RolfIsermann在自己的研究論文里提出機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)五塊論，把機(jī)電一體化系統(tǒng)比作人，由五個(gè)部分組成，包括控制、動(dòng)力、傳感、操作和結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)大腦、心臟、五官、四肢及軀體，不過(guò)缺點(diǎn)是對(duì)各部分的特點(diǎn)和融合設(shè)計(jì)考慮較少。表2中的方法論缺點(diǎn)在于太偏重于理論方面研究，雖然嘗試著引入數(shù)學(xué)物理模型，但不能較好地描述實(shí)際系統(tǒng)，面對(duì)日益復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)越來(lái)越吃力。如表3所示，由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中起到了越來(lái)越大的作用，而仿真軟件平臺(tái)的核心技術(shù)理論在于建模，研究者紛紛提出基于各自建模理論的機(jī)電仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)或系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論，部分軟件在機(jī)電設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和商業(yè)化，例如20-Sim、AMESim和Dymola等。
3機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法論發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)
從機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論的發(fā)展來(lái)看，未來(lái)方向會(huì)越來(lái)越圍繞計(jì)算機(jī)仿真為核心來(lái)建設(shè)，主要發(fā)展趨勢(shì)如下：
3.1多個(gè)軟件聯(lián)合仿真成為方法論關(guān)鍵技術(shù)
在計(jì)算機(jī)技術(shù)日益進(jìn)步的今天，很多商業(yè)機(jī)電仿真軟件建模模型庫(kù)更加接近物理實(shí)際，算法更加豐富，界面更利于互動(dòng)，操作更加容易，兼容性和穩(wěn)定性更好，功能越來(lái)越強(qiáng)大，但是在多學(xué)科仿真方面還不夠完善。而機(jī)電產(chǎn)品往往涉及到機(jī)械、電氣、電子、氣動(dòng)、液壓、熱力學(xué)、磁場(chǎng)、光學(xué)等多學(xué)科，目前單一的仿真軟件無(wú)法擅長(zhǎng)上述所有學(xué)科建模，因此將各機(jī)電軟件自身最擅長(zhǎng)的學(xué)科聯(lián)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合仿真，提出相應(yīng)方法論，可以達(dá)到最佳效果。
3.2方法論更加注重機(jī)電系統(tǒng)各組成部分邏輯
由于仿真軟件模型越來(lái)越能反映實(shí)際物理模型，機(jī)電系統(tǒng)模型更加真實(shí)，方法論對(duì)于基于純數(shù)學(xué)工具建立機(jī)電模型的能力要求在逐步削弱，而基于機(jī)電仿真的設(shè)計(jì)方法論會(huì)更加注重機(jī)電系統(tǒng)各組成部分的邏輯建設(shè)，使各軟件或各理論模型更加融會(huì)貫通地結(jié)合。
3.3方法論更加注重機(jī)電系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)
方法論應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段提出評(píng)價(jià)方法，利于優(yōu)化設(shè)計(jì)評(píng)估。由于機(jī)電仿真軟件功能的強(qiáng)大，進(jìn)行機(jī)電設(shè)計(jì)時(shí)可以利用軟件自帶的優(yōu)化算法，在關(guān)鍵設(shè)計(jì)階段不斷進(jìn)行優(yōu)化?；蛘咧苯犹岢鱿鄳?yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化方法，在設(shè)計(jì)流程中，把仿真和試驗(yàn)作為其中的工具或步驟，來(lái)達(dá)到高效優(yōu)化的目的。
3.4方法論更加注重機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
借助于計(jì)算機(jī)仿真，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論能夠更加快速地融合各學(xué)科知識(shí)，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的周期必然變短，方案種類變多，創(chuàng)新元素也必然更容易產(chǎn)生、表達(dá)和實(shí)現(xiàn)，從而能更加高效地實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
3.5工業(yè)4.0將會(huì)在方法論中得到體現(xiàn)
工業(yè)4.0的重要特征是大數(shù)據(jù)化，本質(zhì)上是廣義工業(yè)智能物聯(lián)網(wǎng)信息共享交互，這也將在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論的發(fā)展中成為必然趨勢(shì)。例如方法論可以在設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、優(yōu)化過(guò)程中每一個(gè)步驟都被數(shù)據(jù)化記錄，和機(jī)電產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)維和退役過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性能優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向物聯(lián)，可以在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中預(yù)測(cè)問(wèn)題、解決問(wèn)題以及優(yōu)化設(shè)計(jì)。
4結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：多傳感器；機(jī)電一體化；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；融合方案
機(jī)電一體化技術(shù)屬于機(jī)械電子工程技術(shù)，融合機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、微電子技術(shù)等多種實(shí)用技術(shù)。隨著社會(huì)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械工程行業(yè)的自動(dòng)化需求逐年增多。在現(xiàn)今自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用廣泛的大背景下，將機(jī)械工程行業(yè)和自動(dòng)化技術(shù)手段有機(jī)結(jié)合，是發(fā)展機(jī)械工程行業(yè)的絕佳機(jī)會(huì)[1]。多傳感器信息融合下的機(jī)電一體化系統(tǒng)是近年來(lái)新興的機(jī)電一體化技術(shù)。多傳感器信息融合技術(shù)可以融合多種信息數(shù)據(jù)并進(jìn)行自動(dòng)分析，可以在設(shè)定規(guī)則前提下對(duì)感知信息加以融合，提高感知數(shù)據(jù)的描述精確度，以便達(dá)到優(yōu)化機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果的目的。因此，有必要對(duì)多傳感器信息融合下機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件、硬件設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行深入分析。
1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)是多傳感器信息融合下機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，主要包括傳感器裝置啟動(dòng)與復(fù)位電路設(shè)計(jì)、傳感器裝置電源設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。
1.1傳感器裝置啟動(dòng)與復(fù)位電路設(shè)計(jì)
復(fù)位電路在機(jī)電一體化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制終端具有不可或缺的重要地位。傳感器裝置的啟動(dòng)與復(fù)位依托于系統(tǒng)控制器。為了避免傳感器內(nèi)部突發(fā)性故障，需要設(shè)定手動(dòng)復(fù)位電路，當(dāng)電路在特殊時(shí)刻被觸發(fā)時(shí)，可通過(guò)及時(shí)復(fù)位初始值，避免對(duì)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生影響?？梢?jiàn)，機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)傳感器啟動(dòng)與復(fù)位電路設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)程度需求較高，這也是多傳感器融合技術(shù)所需硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的啟動(dòng)及復(fù)位部分電路設(shè)計(jì)要求十分嚴(yán)格，尤其是遠(yuǎn)端控制的系統(tǒng)，具有更高的設(shè)計(jì)需求。在微處理裝置中，處理中心裝置的開(kāi)啟方式及開(kāi)啟規(guī)律是由微裝置內(nèi)部芯片決定的，通過(guò)存儲(chǔ)單元內(nèi)部模塊相互映射形成。在傳感器啟動(dòng)與復(fù)位裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行引腳模塊設(shè)計(jì)，以便明確機(jī)電一體化系統(tǒng)與傳感器模塊的開(kāi)啟規(guī)律[2]。根據(jù)開(kāi)啟與復(fù)位規(guī)律不同進(jìn)行優(yōu)化選擇，電路會(huì)進(jìn)入不同的啟動(dòng)/復(fù)位模式，通過(guò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果確定存儲(chǔ)裝置是否被當(dāng)作啟動(dòng)模式的開(kāi)啟節(jié)點(diǎn)，由于數(shù)值演算不同，開(kāi)啟位置同樣可以在內(nèi)部存儲(chǔ)裝置中，隨后進(jìn)行復(fù)位部分電路的運(yùn)行控制。
1.2傳感器裝置處電源設(shè)計(jì)
對(duì)于傳感器中的不同芯片，為了使其正常工作，最好的辦法是仔細(xì)調(diào)整電壓，以滿足不同傳感器裝置的供電電壓需要。其中的核心芯片及傳感芯片等需要使用單獨(dú)芯片—電源匹配配置設(shè)計(jì)，通過(guò)串聯(lián)后為對(duì)應(yīng)芯片模塊提供對(duì)應(yīng)電壓，完成傳感裝置處電源設(shè)計(jì)，便于進(jìn)行精準(zhǔn)化的電路切換。但是受到不同傳感芯片型號(hào)的影響，正常運(yùn)行時(shí)所需電壓也不同，因此利用相應(yīng)裝置儀器進(jìn)行電壓的切換必不可少，這樣做不僅可以保持電壓穩(wěn)定，也可以避免傳感器裝置受電量變化影響，出現(xiàn)電壓異常波動(dòng)[3]。很多時(shí)候?yàn)闈M足多傳感器信息融合需求，需要重新設(shè)計(jì)芯片模塊電壓，以保障信息融合的精準(zhǔn)程度，防止傳感器內(nèi)部電源對(duì)數(shù)據(jù)融合產(chǎn)生影響。無(wú)論何種核心芯片或傳感芯片，都需要供電才能進(jìn)行信息融合，并且設(shè)計(jì)電源無(wú)法完全避免各個(gè)芯片間無(wú)差別電壓，也無(wú)須保證各個(gè)芯片間工作過(guò)程中電壓完全一致。傳感器裝置電源設(shè)計(jì)中具體選擇的裝置與儀器需要視具體情況而定，相應(yīng)地要隨情況變化而設(shè)計(jì)，如果選擇的穩(wěn)壓器沒(méi)有太高的壓差，那么代表電壓的交流大體穩(wěn)定、安全性高，而且可以在出現(xiàn)電壓下降的情況下，終止電源供電，實(shí)現(xiàn)電源保護(hù)。在重新開(kāi)啟電源裝置后，裝置儀器會(huì)重新正常運(yùn)行，避免在整體實(shí)驗(yàn)中使芯片裝置受到諸如電源等硬件運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，保障芯片正常運(yùn)行。通過(guò)傳感裝置區(qū)域的設(shè)置得知，傳感裝置中各部分電壓需求不盡相同，不過(guò)芯片裝置的電源電壓大體處于固定數(shù)值之下，因此可以通過(guò)改變穩(wěn)壓裝置中模塊產(chǎn)品的參數(shù)，改變具體電源電壓數(shù)值，達(dá)到傳感器裝置處電源設(shè)計(jì)目的。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在多傳感器信息融合下，機(jī)電一體化系統(tǒng)擁有了更好的信息數(shù)據(jù)源，促使我國(guó)機(jī)械工程制造行業(yè)發(fā)展更具智能化。在硬件設(shè)計(jì)條件的支持下，進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)合模型的建立，對(duì)多傳感器裝置的配置效果展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)結(jié)合模型的建立本質(zhì)上是為了進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理分析，進(jìn)行不同方面和級(jí)次的信息整合。這些信息主要包含機(jī)械產(chǎn)品及機(jī)電工程的信息數(shù)據(jù)等，分別來(lái)自不同的信息源，因此不能保證完全避免數(shù)據(jù)互補(bǔ)或重合情況。多傳感器信息融合技術(shù)模型的構(gòu)建便是通過(guò)規(guī)則限定對(duì)多傳感器的感知信息進(jìn)行整合歸納，使多來(lái)源數(shù)據(jù)的具體信息得到融合化處理，且利用機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)合步驟加以構(gòu)建。以信息收集時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行多傳感器裝置信息結(jié)合的分類，從而達(dá)到將信息序列整合到不同時(shí)間域的目的，利用滑動(dòng)彈框的功能達(dá)到精準(zhǔn)降噪的目的。同時(shí)，軟件系統(tǒng)需要對(duì)屬性變化的具體規(guī)律進(jìn)行探究，利用時(shí)間數(shù)據(jù)多余信息結(jié)合的技術(shù)將頻域特點(diǎn)加以引導(dǎo)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)測(cè)量位置中進(jìn)行信息序列的再次整合，獲得整合之后的信息。在屬性信息位置上，依據(jù)信息序列本身特點(diǎn)向量數(shù)據(jù)，探尋其內(nèi)外的正向聯(lián)系，并在同位置利用此聯(lián)結(jié)后的向量數(shù)據(jù)，通過(guò)多傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合手段進(jìn)行空間位置的數(shù)據(jù)整合，在此基礎(chǔ)上用結(jié)合信息布置決策命令。根據(jù)以上過(guò)程敘述，研究設(shè)計(jì)情形。在滑動(dòng)窗口單元模塊中設(shè)定含有多個(gè)信息數(shù)據(jù)，并設(shè)定在不同傳感裝置中，其中部分裝置所構(gòu)成的信息序列，包括裝置內(nèi)部信息，依據(jù)滑動(dòng)窗口單元模塊將諸多信息序列模塊加以分割，并將其認(rèn)定為機(jī)電一體化系統(tǒng)的處理基礎(chǔ)模塊[4]，用以確保信息內(nèi)互相聯(lián)結(jié)時(shí)不同時(shí)間窗口單元里裝置測(cè)量信息的精確性。進(jìn)行傳感裝置的實(shí)際控制時(shí)發(fā)現(xiàn)，收集信息包括不同的聲音信息，如真實(shí)信息與雜音信息。此時(shí)通過(guò)假設(shè)方法，計(jì)算雜音的方差信息與均值數(shù)據(jù)。利用函數(shù)g（s）公式將具有屬性度量的時(shí)間模塊的特點(diǎn)變化用數(shù)據(jù)形式展現(xiàn)出來(lái)，發(fā)現(xiàn)這種變化的規(guī)律特點(diǎn)。在進(jìn)行賦值公式的計(jì)算測(cè)量后，得到傳感裝置真實(shí)信息的具體規(guī)律，以此達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)效果。
3模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路
進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)的軟件與硬件設(shè)計(jì)分析之后，再進(jìn)行假設(shè)裝置齊全時(shí)所能操作的模擬實(shí)驗(yàn)思路探析，以檢驗(yàn)此次研究機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路的可行度。模擬實(shí)驗(yàn)的具體數(shù)據(jù)可以用來(lái)與通過(guò)文中設(shè)計(jì)思路得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以直觀地認(rèn)定實(shí)驗(yàn)成功與否[5]。通常在模擬實(shí)驗(yàn)中，需要利用機(jī)械工程作業(yè)進(jìn)行布置模擬，放置真實(shí)情況中可能出現(xiàn)的雜音數(shù)據(jù)[6]。在傳感裝置可收集的信號(hào)類型的基礎(chǔ)上添加適度雜音數(shù)據(jù)，進(jìn)行信號(hào)變化波動(dòng)規(guī)律的探析，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[7]。此時(shí)，可以通過(guò)繪制線形表格進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)變化波動(dòng)的直觀展示，以便更好地理解數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析處理，運(yùn)用相關(guān)的測(cè)量公式檢測(cè)波幅起落情況，判斷降噪水平是否有所提高，并通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)均值的不同確認(rèn)最終成果。在機(jī)電一體化系統(tǒng)目標(biāo)追蹤的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)量后可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，時(shí)間導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常增大，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)誤差比起舊方法明顯有所減少，通過(guò)多傳感器裝置的輔助，機(jī)電一體化系統(tǒng)裝置降低了雜音數(shù)據(jù)阻礙能力水平[8]。
4結(jié)束語(yǔ)
在多傳感器信息融合技術(shù)的輔助下進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)硬件單元與軟件單元兩個(gè)部分功能的設(shè)計(jì)，在硬件上進(jìn)行了啟動(dòng)部分電路與復(fù)位部分電路設(shè)計(jì)的探討以及供電電源的設(shè)計(jì)，減小傳感裝置中元件受到電壓等外部因素的干擾。在軟件方面通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)合模型的建立，提高了數(shù)據(jù)降噪的精準(zhǔn)控制能力，真正利用了不同傳感裝置的數(shù)據(jù)結(jié)合技術(shù)。結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路證實(shí)，通過(guò)多傳感器融合技術(shù)指導(dǎo)下的機(jī)電一體化系統(tǒng)硬件、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠減少機(jī)電一體化系統(tǒng)雜音數(shù)據(jù)，對(duì)提升傳感器信息的精準(zhǔn)度具有促進(jìn)作用。多傳感器信息融合技術(shù)與傳統(tǒng)單傳感器信息技術(shù)相比，更貼近數(shù)據(jù)的真實(shí)情況，參考價(jià)值更高。
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關(guān)鍵詞機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用
1機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展
機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
1.1數(shù)字化
微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。
1.2智能化
即要求機(jī)電產(chǎn)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(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。
1.3模塊化
由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。
1.4網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
1.5人性化
機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。
1.6微型化
微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(MicroElectronicMechanicalSystems，簡(jiǎn)稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)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(tǒng)。自1986年美國(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺(jué)傳感器），各種微構(gòu)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(jī)器人等）。
1.7集成化
集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過(guò)軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。
1.8帶源化
是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。
1.9綠色化
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。
2機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用
在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：
2.1智能化控制技術(shù)(IC)
由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)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(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。
2.2分布式控制系統(tǒng)(DCS)
分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。DCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。DCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。
2.3開(kāi)放式控制系統(tǒng)(OCS)
開(kāi)放控制系統(tǒng)(OpenControlSystem)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_(kāi)放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開(kāi)放控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。
2.4計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)
鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過(guò)程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來(lái)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫(kù)存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。
2.5現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FBT)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FiedBusTechnology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線?，F(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致DCS的變革和新一代圍繞開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線化PLC(ProgrammableLogicController)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。
2.6交流傳動(dòng)技術(shù)
傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過(guò)直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。
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關(guān)鍵詞:工程教育；專業(yè)認(rèn)證；機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革
1前言
為了促進(jìn)機(jī)械專業(yè)的跨越式發(fā)展和國(guó)際化進(jìn)程，進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量、社會(huì)聲譽(yù)和國(guó)際視野，促進(jìn)本科畢業(yè)生的國(guó)際交流，為工程師執(zhí)業(yè)資格認(rèn)證奠定基礎(chǔ)[1]，從2013年下半年開(kāi)始，貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)始著手準(zhǔn)備進(jìn)行工程教育認(rèn)證，于2014年順利通過(guò)該認(rèn)證。在以“認(rèn)證”為目標(biāo)，不斷促進(jìn)教學(xué)改革的過(guò)程中，全院教師始終堅(jiān)持以能力為導(dǎo)向，重在加強(qiáng)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量和利用學(xué)科知識(shí)分析解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力[2]；同時(shí)以學(xué)生為中心，以不斷優(yōu)化和改進(jìn)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，建立、建設(shè)優(yōu)質(zhì)的課程體系和師資隊(duì)伍，配備必要的教研設(shè)備。在“迎接認(rèn)證”、不斷改進(jìn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些專業(yè)課程存在的問(wèn)題，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的工程性不強(qiáng)為代表，主要體現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容缺乏實(shí)際工程拓展，課程教學(xué)方法有待拓寬，特別是工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為機(jī)械電子工程方向一門(mén)重要的專業(yè)課，亟待相關(guān)教學(xué)改革，以適應(yīng)工程教育認(rèn)證的要求。
2現(xiàn)狀與問(wèn)題基本現(xiàn)狀
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)機(jī)械電子工程方向的一門(mén)重要的專業(yè)課程，目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)能力，掌握機(jī)械系統(tǒng)元部件設(shè)計(jì)和微機(jī)控制系統(tǒng)及其接口設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)機(jī)電結(jié)合的專門(mén)人才。本課程的基本任務(wù)是使學(xué)生掌握對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的分析應(yīng)用和設(shè)計(jì)基本方法。該課程涉及的機(jī)械傳動(dòng)部件、電機(jī)、微機(jī)接口技術(shù)和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思路等，可以說(shuō)是對(duì)本專業(yè)前期所學(xué)專業(yè)課程進(jìn)行融合、需要實(shí)踐深入消化和提高認(rèn)識(shí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。并且貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院不僅是機(jī)械電子工程方向開(kāi)設(shè)本課程，機(jī)械制造和農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)方向也開(kāi)設(shè)了本課程，學(xué)生普遍反映教學(xué)枯燥，工程實(shí)踐性不強(qiáng)，部分知識(shí)無(wú)法理解。為了使機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程與“工程教育認(rèn)證”要求相適應(yīng)，更好地幫助學(xué)生掌握本門(mén)課程知識(shí)內(nèi)容和加強(qiáng)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，需要對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革研究。主要存在的問(wèn)題貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院于21世紀(jì)初開(kāi)始在機(jī)械電子工程專業(yè)方向的本科班開(kāi)設(shè)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，隨著十多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累，已形成一套較為完善的教學(xué)方案和體系。但是隨著技術(shù)的不斷革新，社會(huì)和工作崗位對(duì)學(xué)生要求的不斷提升，越發(fā)覺(jué)得本課程的傳統(tǒng)教學(xué)中存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1）教學(xué)內(nèi)容陳舊，過(guò)于側(cè)重機(jī)械結(jié)構(gòu)的講解。通過(guò)工程教育認(rèn)證評(píng)估，充分和企業(yè)溝通后，發(fā)現(xiàn)一些課程所教授的內(nèi)容和技術(shù)已經(jīng)在當(dāng)下機(jī)電產(chǎn)品中被新技術(shù)所取代。另外，由于在教授本課程前有單片機(jī)原理、接口技術(shù)和機(jī)械控制工程等課程，在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)中都會(huì)以典型機(jī)電系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為主，使“機(jī)”和“電”在教學(xué)過(guò)程中不能充分結(jié)合。2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施不足，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受到限制。本專業(yè)擁有的機(jī)電一體化教學(xué)設(shè)備較少，有的僅僅停留在十字工作臺(tái)、單片機(jī)和傳感器方面，對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和優(yōu)化部分的實(shí)驗(yàn)暫時(shí)空缺，這不利于學(xué)生提高感官認(rèn)識(shí)。3）教學(xué)方法單一，缺乏與工程實(shí)際的聯(lián)系。現(xiàn)有教學(xué)基本上是以課堂教學(xué)為主，輔以少量實(shí)驗(yàn)，大多采用講授法通過(guò)多媒體教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行授課，而且大多是紙上談兵，課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)同工程實(shí)踐聯(lián)系甚少，與“工程教育認(rèn)證”的要求存在差距。4）學(xué)生反映學(xué)習(xí)難度大，應(yīng)用能力不強(qiáng)。在教學(xué)過(guò)程中，一些學(xué)生反映部分知識(shí)點(diǎn)難以理解，不清楚這些知識(shí)能“干什么”，能解決什么問(wèn)題。另外，從考試反饋來(lái)看，學(xué)生對(duì)綜合應(yīng)用機(jī)電技術(shù)的能力還有待提高，特別是不能將一些來(lái)自工程實(shí)際的問(wèn)題和書(shū)本知識(shí)結(jié)合起來(lái)分析。
3教學(xué)改革教學(xué)內(nèi)容的改革
1）樹(shù)立“機(jī)電結(jié)合”的系統(tǒng)教學(xué)思路。機(jī)電一體化的目的是提高產(chǎn)品或系統(tǒng)的附加價(jià)值，實(shí)現(xiàn)多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、小化方向發(fā)展。因此，機(jī)電一體化的研究方法不能只是簡(jiǎn)單拼湊，應(yīng)該從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案開(kāi)始到各元部件選擇到系統(tǒng)最終成形的全過(guò)程，都要貫徹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想[3]。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)也是如此。在課程講述過(guò)程中，如果只是根據(jù)教材的章節(jié)順序進(jìn)行講解，會(huì)在學(xué)生腦海中形成一個(gè)個(gè)的知識(shí)孤島。因此需要將整個(gè)課程用幾個(gè)典型案例把所有章節(jié)貫穿起來(lái)，做到前后呼應(yīng)。如在教學(xué)“機(jī)械結(jié)構(gòu)”中的“機(jī)架和支撐穩(wěn)定性”時(shí)，可以和“元部件特性分析”中的“靜、動(dòng)態(tài)特性分析”結(jié)合起來(lái)，在講機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)就引入控制工程中的一些知識(shí)點(diǎn)。另外，教材的最后一章有很多案例，可以根據(jù)這些案例的特點(diǎn)，將其穿前面的章節(jié)講解，在講授每一部分內(nèi)容時(shí)都結(jié)合案例，并將系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法融于其中，不僅利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，還可以舉一反三、加深理解。2）選擇性地介紹章節(jié)重點(diǎn)。要有選擇性地介紹機(jī)電一體化各組成部分。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)部件，要重點(diǎn)講解傳動(dòng)原理和典型結(jié)構(gòu)，一些特殊的部件可以留給學(xué)生自學(xué)。對(duì)于執(zhí)行元件和控制器由于在先修課程中有所學(xué)習(xí)，因此對(duì)其基礎(chǔ)知識(shí)不做詳細(xì)介紹，重點(diǎn)內(nèi)容放在典型元件特性及其驅(qū)動(dòng)和接口部分。這樣既可以避免使學(xué)員因重復(fù)學(xué)習(xí)而失去興趣，又可以有更多的時(shí)間放在牢固樹(shù)立系統(tǒng)的觀點(diǎn)，深入理解組成機(jī)電一體化系統(tǒng)的各構(gòu)成要素之間的關(guān)系。3）以“看得見(jiàn)、摸得著”的機(jī)電產(chǎn)品為突破口。要更多地從教學(xué)團(tuán)隊(duì)科研真題和本地企業(yè)合作項(xiàng)目尋找典型案例，讓更多的案例“看得見(jiàn)，摸得著”。一方面可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀企業(yè)，另一方面要鼓勵(lì)一些教師展示機(jī)電一體化方面的科研樣機(jī)，讓學(xué)生可以直接參與教師科研課題。同時(shí)要及時(shí)更新案例，給學(xué)生展示最新的技術(shù)和產(chǎn)品，了解機(jī)電一體化產(chǎn)品的前沿；還要充分給予成績(jī)較好者學(xué)習(xí)空間，特別是對(duì)于一些比較復(fù)雜或精度要求高的運(yùn)動(dòng)定位控制和智能控制,可以讓學(xué)生結(jié)合學(xué)過(guò)的自動(dòng)控制理論知識(shí)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制算法，為研究生階段的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。教學(xué)方法的改革教學(xué)方法是教學(xué)過(guò)程的核心，教師的教學(xué)方法一定程度上決定了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸收情況。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師根據(jù)課程教學(xué)大綱的要求，在課堂上為學(xué)生講解教學(xué)大綱上規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，按部就班地向?qū)W生灌輸知識(shí)，學(xué)生完全處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，教學(xué)效果大打折扣。為了有效提高學(xué)生積極性和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，可以將課堂講授、討論、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)和實(shí)地參觀結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)主動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。例如：在介紹“滾珠絲杠”和“導(dǎo)軌副”時(shí)可以將實(shí)物拿到課堂上，先拋出問(wèn)題并讓學(xué)生進(jìn)行拆裝，再讓學(xué)生分組討論結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和問(wèn)題，最后有針對(duì)性地講解難點(diǎn)和強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)內(nèi)容；“單片機(jī)與接口技術(shù)”的講授可以開(kāi)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，提供單片機(jī)平臺(tái)，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)，并要求演示；在講解“機(jī)電一體化系統(tǒng)的元、部件的特性分析”時(shí)可以開(kāi)展上機(jī)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合MATLAB軟件仿真模塊，讓學(xué)生產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí)。課程實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)“工程教育認(rèn)證”的核心就是要確保畢業(yè)生達(dá)到全球行業(yè)認(rèn)可的機(jī)械工程從業(yè)人員基本要求。因此，為了讓學(xué)生更好地掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)基礎(chǔ)理論和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力，提升畢業(yè)生的機(jī)械行業(yè)從業(yè)能力，需加強(qiáng)本課程的課程實(shí)驗(yàn)建設(shè)。首先，要整合現(xiàn)有校內(nèi)實(shí)驗(yàn)資源。本課程綜合性強(qiáng)，很多實(shí)驗(yàn)需要和其他課程實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，如與機(jī)械傳動(dòng)、微機(jī)原理和控制工程等課程。其次，要積極構(gòu)建新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。特別是機(jī)電一體化典型系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方面，亟待購(gòu)置新設(shè)備，開(kāi)發(fā)新實(shí)驗(yàn)。最后，可以整合校外合作單位實(shí)驗(yàn)資源，開(kāi)設(shè)一些與工程實(shí)踐緊密結(jié)合的課程實(shí)驗(yàn)和基于仿真軟件的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析實(shí)驗(yàn)?？己朔绞降母母锉菊n程各章節(jié)具有一定獨(dú)立性，涉及機(jī)械和電子技術(shù)各個(gè)方面。針對(duì)此特點(diǎn)，考核方法應(yīng)該重在應(yīng)用與綜合，不應(yīng)以識(shí)記為主，所以考試形式由原來(lái)閉卷改為開(kāi)卷。這樣可以減輕學(xué)生考試壓力，把學(xué)習(xí)的重點(diǎn)放在知識(shí)的應(yīng)用和解決實(shí)際問(wèn)題的能力訓(xùn)練上。考核可以采用試卷（開(kāi)卷）、實(shí)驗(yàn)、報(bào)告或者作品（機(jī)電一體化系統(tǒng)）等多種形式，加大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和平時(shí)表現(xiàn)的成績(jī)占比，解決了實(shí)際問(wèn)題或提出了創(chuàng)新方法就可以獲得高分。
4結(jié)束語(yǔ)
隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程所涉及的知識(shí)和技術(shù)發(fā)展尤為迅猛，而且所涉及的知識(shí)面非常廣，因此要滿足工程教育的認(rèn)證要求，就必須從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)方法等方面都進(jìn)行改革創(chuàng)新。在教學(xué)內(nèi)容上強(qiáng)調(diào)以系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為主線，在教學(xué)方式中重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，努力拓展課程實(shí)驗(yàn)，不拘泥于考核形式。這些變革將會(huì)更進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最大限度地提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，達(dá)到工程教育認(rèn)證的要求。
作者:曹陽(yáng) 楊桃月 張大斌 蔡家斌 楊綠 單位:貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
參考文獻(xiàn)
[1]蒲彧.美國(guó)工程學(xué)士能力培養(yǎng)研究[D].大連:大連理工大學(xué),2010.
關(guān)鍵詞：煤礦企業(yè)；機(jī)電一體化；研發(fā)；利用
中圖分類號(hào)：TH－39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000－8136（2012）11－0127－02
電氣自動(dòng)化技術(shù)的普及和運(yùn)用，讓煤礦采煤技術(shù)和流程更加科學(xué)化，更加人性化，這也是煤礦現(xiàn)代化自動(dòng)化發(fā)展的需要，是實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化采煤的需要。機(jī)電一體化和電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)用，提高了綜合采集裝備液壓支架的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了采煤、運(yùn)輸?shù)倪h(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控。煤礦機(jī)電一體化技術(shù)是目前煤礦生產(chǎn)中礦井運(yùn)輸應(yīng)用最為普遍的新技術(shù)，為進(jìn)一步提升煤礦機(jī)電一體化技術(shù)裝備產(chǎn)品的性能和技術(shù)，提高使用效率，筆者結(jié)合多年的工作實(shí)踐對(duì)煤礦機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，對(duì)煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)和探索。
1煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、信息化
目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品已在國(guó)內(nèi)外很多煤礦企業(yè)廣泛推廣與應(yīng)用。主要包括國(guó)產(chǎn)的以計(jì)算機(jī)為核心的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、煤礦安全生產(chǎn)圖像監(jiān)控系統(tǒng)、礦井供電系統(tǒng)、電牽引采煤機(jī)、全數(shù)字直流提升機(jī)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控的掘進(jìn)機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)、膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)備、礦井生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備、數(shù)字化信息化管理系統(tǒng)設(shè)備、數(shù)字化生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備等。煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品在智能管理、生產(chǎn)調(diào)度、財(cái)務(wù)管理、人力資源配置、設(shè)備安裝調(diào)試、煤炭銷售以及辦公自動(dòng)化等方面都發(fā)揮了應(yīng)有的作用，使煤礦企業(yè)生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)了智能化，設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，財(cái)務(wù)人事管理實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化，產(chǎn)品銷售實(shí)現(xiàn)了信息化，為安全、可靠、增效、高效生產(chǎn)提供了可靠保障。
2加強(qiáng)和改進(jìn)煤礦機(jī)電管理的辦法
2.1加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，建立機(jī)電管理機(jī)構(gòu)，明確管理職責(zé)
首先，加強(qiáng)煤礦企業(yè)機(jī)電管理的領(lǐng)導(dǎo)，建立健全管理機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化責(zé)任意識(shí)；其次，要建立健全機(jī)電管理網(wǎng)絡(luò)，做到自上而下，從下往上，全員管理，相互監(jiān)督，相互協(xié)調(diào)，機(jī)電管理，人人有責(zé)。
2.2加強(qiáng)學(xué)習(xí)，開(kāi)展培訓(xùn)，提高機(jī)電管理水平
加大對(duì)企業(yè)研發(fā)人員學(xué)習(xí)和研發(fā)的投入，建立定期和不定期學(xué)習(xí)培訓(xùn)制度，鼓勵(lì)企業(yè)科技人員技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品研發(fā)，及時(shí)學(xué)習(xí)和掌握國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，不斷更新煤礦企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)備，做好升級(jí)換代，努力提升機(jī)電技術(shù)管理水平。
2.3建立健全并落實(shí)好各項(xiàng)規(guī)章制度
最有效的、最人性化的管理就是制度管理，制度面前人人平等，這是做好機(jī)電管理工作的保證。因此，要建立健全各種規(guī)章制度，如機(jī)電設(shè)備管理制度、機(jī)電運(yùn)輸配件管理制度、機(jī)電設(shè)備定期檢查檢修制度、礦井防爆設(shè)備檢查員管理制度、礦井停送電管理制度、設(shè)備定期檢測(cè)檢驗(yàn)制度、電力調(diào)度管理制度、機(jī)電運(yùn)輸事故造查報(bào)告制度、機(jī)電運(yùn)輸干部上崗檢查制度、機(jī)電運(yùn)輸包機(jī)包修制度、機(jī)電運(yùn)輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理制度，并建立健全監(jiān)督獎(jiǎng)懲制度，確保管理制度的落實(shí)。
2.4扎實(shí)地做好設(shè)備綜合管理工作
對(duì)煤礦企業(yè)設(shè)備的管理是機(jī)電管理的重要內(nèi)容，記錄掌握技術(shù)性能運(yùn)行狀態(tài)，建管設(shè)備檔案，編制審查設(shè)備購(gòu)置、更新、改造、修配、報(bào)廢，對(duì)設(shè)備實(shí)行全過(guò)程的監(jiān)督和管理。煤礦企業(yè)結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓ぷ鲗?shí)際，建立機(jī)電設(shè)備綜合管理體系和技術(shù)運(yùn)行體系，健全機(jī)電設(shè)備綜合管理的一系列規(guī)章制度，科學(xué)合理的調(diào)配設(shè)備管理人員，積極有效地開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)，扎實(shí)開(kāi)展安全管理教育工作，深入細(xì)致做好自查和定期檢查督查工作，確保設(shè)備管理精細(xì)化，制度管理規(guī)范化，技術(shù)管理科學(xué)化，安全生產(chǎn)高效化。
3思考與建議