時間：2022-10-02 21:39:45
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機電一體化設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
因為要對植被進行處理，所以，園林設計機電一體化技術在實際應用中面臨的問題，與農業生產類似。因此，園林設計機電一體化機械在很大程度上與農業機械相似?，F在，園林設計機電一體化機械在實際應用中還存在許多缺陷，具體來說，包括以下幾點。
1.1種類比較少
現在市場上常見的有各種修剪機、灑水機等，這些比較單一，還有許多機電一體化機械并不常見，如移植機等。在許多發達國家，其園林設計機電一體化設備更加多樣化，在美國、歐洲等國家，其園林設計設備種類就更多，用途也更廣泛。國內也有許多知名品牌的銷售，如綠友、東方園林等，在國內還有許多生產園林機械的著名廠家，在淮安、揚州等地就有許多知名廠家。
1.2普及率低
與數十年前相比，園林設計中采用機電一體化機械的頻率雖然有所升高，但就目前來講，機械的使用率還是偏低，還不夠普及。與發達地區相比，我國大部分地方還在用半自動化機械工作，距離全自動機械工作還有一定距離。
1.3利用率較低
部分園林機電設備會投入使用，但機電設備的使用效率不高，其原因有二，一是存在人為操作的問題，錯誤的操作規程對機電設備造成很嚴重的破壞，導致維修費用升高，使成本不降反增；二是沒有將機電設備的利用效率最大化，導致資源浪費，增加了管理與維護的成本，阻礙了機電設備在園林設計方面的投入和使用。
1.4保管和維護不到位
機械是易損耗的，使用過程中難免會出現故障，但有些企業由于缺乏技術人員維修不到位，有的根本不進行定期維修，故障的機器多數被棄置倉庫，卻利用人力完成作業，這成為園林設計中機電一體化的缺點。不懂得機械結構和原理，不熟悉機械的操作，不知道如何保養機械，導致機械使用壽命降低。對上述問題，企業必須制定相關的操作規程，讓員工認真學習操作規范以及正確的使用方法。另外，在大規模使用園林機電一體化機械時引起的噪音、環境污染等問題也有待解決。機電一體化的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，專業化是必不可少的。由于各類科技學科發展及相互滲透，促使了機電一體化技術和產品在各行業、部門的飛速發展。其中機電一體化在園林設計中也得到了應用。
2機電一體化在園林設計中的應用
隨著現代化技術的廣泛應用，機電一體化技術也逐漸滲透進了園林設計。經過兩千多年的發展，中國古典傳統園林所講究的意境已經到了爐火純青的地步，雖然可能會有更好的園林出現，但是機電化已經成了一個重要的發展趨勢，這是大勢所趨。園林設計中會融入更多的機電一體化等元素。沿著這個思路走，創造園林的科技文明和傳統意境對園林現代化的普遍需求相結合，是成就上流園林的必要條件之一。
3結語
關鍵詞：可編程序控制器;發展歷程;重要作用
前言
隨著工業生產技術的發展，傳統的機械控制生產模式已經不能滿足人們對生產生活的需求，因此現代工業已經摒棄傳統的生產模式，取而代之的是集成化、規?；纳a為模式?？删幊绦蚩刂破魇侵敢杂嬎銠C技術為基礎的新型工業控制裝置，并且這種新型控制模式已經深入到了工業生產控制的各個模塊，可編程序控制器在機電一體化的設計中也越來越得到了廣泛的應用，PLC的應用也將是機電一體化設計發展的趨勢。
1.PLC的定義和發展歷程
PLC（可編程序控制器）是隨著工業發展應運而生的一種以數字運算操作為基礎的電子裝置，其工作原理是采用可以編制程序的存儲器來儲存在控制器內部的各種運算及指令，其中包括計算機技術中的順序運算、邏輯運算、算術運算等。
并通過轉換器將人們輸入指令轉換成機器能夠識別機器語言，轉換完成后將指令輸出最終達到控制機械生產的目的[1]。
上個世紀六十年代可編程序控制器的雛形就已經產生，進入七十年代后PLC技術在國外已經得到了發展，一些中小型的企業已經開始應用。經過幾十年的發展，全球經濟一體化進程加快的同時，發達國家更加注重了對可編程序控制器知識產權的保護。對于我國PLC技術來說，沒有一個從研制開發到生產的過程，而是成套的設備引進來使得可編程序控制器得到廣泛的應用。
2.PLC技術在機電一體化設計中的運用
PLC技術與其他的控制器相比，其操作更簡單、抗干擾性強、穩定性和可靠性高?；谝陨系膬烖c，使得其在化工、電子、交通、機械等工業控制領域的機電一體化設計中得到了廣泛的應用。
2.1 PLC技術在機電一體化設計中對運動控制的應用
在機電一體化設計中，PLC主要是實現控制功能，在運動控制方面，它可以有效的控制機械的直線運動和曲線運動甚至是圓周運動。在不同的工業生產中，PLC技術可以體現其不同的應用特點，在電氣生產中，PLC技術可以很大程度上提升機械生產的性能，并可將自動化水平大大的增加。在設計運動控制的混凝土攪拌生產中，運用了PLC技術可以在很大程度上保證設備的穩定運行，經過實際研究分析，PLC技術可以有效的控制機械設備故障的發生率，為生產減少了能源的消耗，并提高了生產效率[2]。
2.2 PLC技術在機電一體化設計中對數據控制的應用
在機械加工的生產過程中，PLC會與計算機數據控制器組成一個整體，在控制機械加工運算方式的同時實現對數據的控制，通過窗口軟件，技術人員可以自由的對設備間的數據進行共享并控制，從已有的PLC技術發展趨勢來看，在今后的機電一體化系統中，基于PLC技術的控制將會占據主導地位。
2.3 PLC技術在機電一體化設計中對生產過程控制的應用
對于PLC技術能否在機電一體化設計中勝任重要的工作，要看PLC技術能否很好的對工業生產中生產過程進行很好的控制，在控制的過程中，技術人員可以根據相關的數據系數做為判定控制是否合格的重要標準，例如電壓、電流、溫度、壓力等相關數據的系數。經過對相關數據系數的當前值和歷史值的對比可以在第一時間得知機械生產過程中是否出現了故障及差錯，從而保證生產的效率和企業的經濟效益。在機械控制方面，PLC技術應用最廣泛的控制方式就對生產過程控制[3]。
3.PLC技術在機電一體化設計中應用實例
3.1 PLC技術在供水系統中的應用
PLC技術在各個領域的到了廣泛的應用，例如供水控制系統。隨著城市居民對供水的大量需求，供水管網的流量必須要隨用水量的變化而隨機變化才能滿足人們不同時間段對水量需要，傳統的控制方式不能夠控制的相對準確。因此水務企業在供水系統中應用了PLC技術。PLC技術可以保證管網的壓力變化不會因為水量的變化而對供水系統產生影響。其工作原理為：當供水設備啟動后其中一臺水泵在控制器的控制下設定一定的速率升速運行，運行一段時間后，管網壓力不斷升高以后，可以將當電機的轉速穩定在某一值，當用水量增大時電機轉速可以隨著水量的增加提高到一個新值并穩定。經過控制器的一些列控制可以在一定程度上減少供水過程中的資源浪費，還可以保證供水管道不會因為供水壓力的不規律而產生的損害。
3.2 PLC技術在閘門控制系統中的應用
我國大多數的水庫閘門控制仍然采用的是相對陳舊串阻啟動控制柜，由于近些年技術和經濟的不斷發展，串阻啟動控制柜已經不能體現其控制優勢，相反的在串阻啟動控制柜越來越展現了其接線工藝復雜、設備占地面積大的劣勢。相關技術人員對原有系統的工作原理進行認真研究和現場實際考察，考察結果發現運用PLC技術的 控制器不僅可以改善原有控制器的缺點，還能使閘門升降過程中的動作更加簡單，方便操作。其工作原理很簡單，只需保證抱閘與電機同步運行
并同時監測變頻器故障等信號，將內部指令結合閘位傳感信號做成控制軟件即可。
4.結語
經過本文以上的研究和論證分析，筆者可以得出以下結論，在機械控制領域PLC已經展現了其優勢，并為機電一體化設計做出了貢獻，但是在現實的成產生活中，為了能夠實現可編程序控制器的強大功能，發揮真正的作用，還需要大家做進一步的努力，首先應該深入的了解控制器所控制的對象，其次應該將PLC技術科學合理的應用在機電一體化設計中。近年來我國機電一體化成為工業發展新亮點，隨著我國工業向智能化、網絡化發展的趨勢，PLC已經展現了其強有力的優勢和廣闊的發展空間，并且將會為我國的機電一體化進程做出巨大的貢獻。
參考文獻：
[1]武文佳，丁廣鑫，趙明艷，等.基于Solid Works&LabVIEW的虛擬原型機電一體化設計技術研究[D].西安電子科技大學，2012.
關鍵詞：機電一體化設計PLC 提升機電控技術
中圖分類號： TU85 文獻標識碼： A
前言：
當前，隨著計算機、電力電子技術及自動控制理論等的發展，機電一體化正在大踏步走進煤礦，其中礦井提升是機電一體化在煤炭行業最完美的結合之一。它是通過PLC這種先進的控制器轉化并充分實現在提升過程中提升要完成的啟動加速、等速、減速、及爬行等階段，其拖動力及速度將隨之變化，每個階段控制方式也不完全相同。
1、電控系統中PLC應用的必要性
PLC即可編程邏輯控制器，它具有邏輯控制、模擬量閉環控制、數字量的智能控制、數據采集、監控、通信聯網及集散控制。如今PLC都配有A／D、D／A轉換及算術運算功能，有的還有PID功能，這些功能使PLC在模擬量閉環控制。運動控制、速度控制等方面具有了硬件基礎；許多PLC具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應的傳感器及伺服設備，PLC可實現數字量的智能控制；PLC配合可編程序終端設備，可實時顯示采集到的現場數據及分析結果，為系統分析、研究工作提供依據，利用PLC自檢信號可以實現系統監控；PLC具有較強有力通信功能，可以與計算機或其他智能裝置進行通信機聯網，從而能方便地實現集散控制。PLC的應用通常可分為順序控制、運動控制、閉環過程控制、數據處理、通信聯網。它具有抗干擾能力強，可靠性高；控制系統結構簡單、通用性強、應用靈活；編程方便、易于使用；功能完善、擴展能力強；PLC控制系統設計、安裝、調試方便、維修方便、維修工作量??；結構緊湊、體積小、重量輕、易于實現機電一體化。
提升機是煤礦生產過程中十分重要的設備，高度可靠、安全第一、使用便利、功能強大是對提升機電控設備的基木要求。近年來，計算機控制技術取得了飛速的發展，在提升機電控系統中引入計算機控制技術已經成為時代的趨勢。PLC是一種專門應用于工業現場的計算機，因其具有大量的處理開關，故不需改變外部接線，只需通過程序改變就可修改控制程序。編程簡單、操作容易、省時省力，且PLC本身功耗低，故障率低，抗干擾能力強，可靠性高，性價比高，集成化、自動化程度高，維護簡單，能夠實現復雜程度較高的邏輯運算。可以說，在提升機電控系統中應用PLC技術，是提升機運行安全性提高、維護工作量減少、提升時間縮短、生產效率提高的有效措施。
2 、 PLC技術的功能與應用原理
PLC技術是一種較為完善的數字運算操作系統，在工業環境系統中得到廣泛應用。PLC的貯存器可依靠多種方式來就生產過程或各類型機器進行控制，如模擬的、數字的輸入與輸出等。PLC技術特性眾多，如使用便利、通用性強等。隨著國內計算機技術發展的日益深入，其于工業控制領域當中的應用越加完善。此外，PLC技術還具備自診斷和監控功能，即系統異常情況卜的運行自動終止和報警信號的發出，且能夠借助軟件來監測故障和校驗程序。依靠先進PLC技術替換了傳統的繼電器邏輯控制方式，其作為工作計算機，微處理功能十分獨特，通過對外部信號的采集來做出邏輯判斷，進而對各個執行原件進行指令傳輸，從而實現對提升機控制的自動化。
3 、 PLC在提升機電控系統中的應用
基于PLC技術的礦井交流提升機電控系統控制電路組成結構如圖所示，要由以下5部分組成：高壓主電路(包括高壓換向器、電動機、啟動柜、動力制動電源)、主控PLC電路、提升行程檢測與顯示電路、提升速度檢測、提升信號電路，其中高壓主電路部分仍采用傳統的繼電器控制電路。
圖1電控系統控制電路組成結構圖
工作過程：當井口或井底通過信號通信電路發出開車信號后，開車條件具備。司機將制動手柄向前推離緊閘位置。主電動機松閘。司機將主令控制器的操作手柄推向正向(或反向)極端位置，主控PLC通過程序控制高壓換向器首先得電，使高壓信號送入主電動機定子繞組，主電動機接人全部轉子電阻啟動，然后依次切除8段電阻，實現自動加速，最后運行在自然機械特性上。交流提升機運行時，旋轉編碼器跟隨主電動機轉動，輸出2列a／b相脈沖，分別接到主控PLC的高速計數器HSC0的a／b相脈沖輸入端，由主控PLC根據a／b脈沖的相位關系，自動確定HSC0的加、減計數方式。根據HSC0的計數值，就可以計算出提升行程并顯示。同時只根據旋轉編碼器輸出的a相脈沖，主控PLC進行加計數。根據HSC1在恒定間隔時間內的計數值，就可以計算出提升速度。
下面是PLC控制軟件主程序流程圖如圖所示。
圖2PLC控制軟件主程序流程圖
(1)初始化子程序用于對高速計數器HSC0和HSC1進行以下操作：寫控制字、定義工作模式、清零、寫設定值、設置定時中斷、連接中斷、啟動計數。
(2)制動油泵、油泵、動力制動電源、五通閥電磁鐵、四通閥電磁鐵和安全閥電磁鐵等的控制屬于交流提升機安全運行所需輔助設備的控制。
(3)制動油過壓信號、制動油過熱信號和油過壓信號的顯示控制用于交流提升機工作狀態的顯示控制。
(4)調繩閉鎖回路是在調繩過程中起安全保護作用。雙卷簡提升機換水平調繩時，調繩轉換開關1hk－3斷開，使調繩連鎖環節串入安全回路。正常運行時，1hk－3接通，調繩連鎖不起作用。
(5)提升信號回路用于對交流提升電動機啟動或減速作好準備。
(6)位置測量子程序用于測量提升機在礦井中的位置。
(7)行程顯示子程序根據旋轉編碼器的脈沖個數來顯示當前的行程位置。
(8)減速信號回路和減速信號鈴用于減速控制并且發出鈴聲提示信號。
(9)自動換向工作回路和手動正反轉工作回路分別用于自動和手動方式下對交流提升電動機進行正反轉控制。
(10)安全回路用于防止和避免交流提升機發生意外事故。
(11)定時器控制回路和轉子電阻通斷控制用于交流提升電動機啟動或減速時的轉子電阻切換控制。
(12)動力制動回路用于動力制動電源的投入與切除控制。
(13)腳踏制動聯鎖和工作閘繼電器用于交流提升電動機制動控制。
下面簡述PLC在提升機運行過程中的重要環節(梯形圖略)；
(1)安全回路通過連鎖功能保證了提升機安全、可靠運行，當出現不正常工作狀態時PLC輸出斷電信號，安全回路運行指示燈熄滅，安全閩電磁鐵不得電，提升機進行安全制動。其中安全回路由主令控制器手柄零位連鎖觸電、工作閘制動手柄連鎖觸點、測速回路斷線監視繼電器KV的動合觸點、過速保護繼電器動合觸點、常速保護繼電器動合觸點、高壓油過壓輔助動合觸點、制動油過壓輸出動斷觸點、過卷開關松繩保護開關、閘瓦磨損保護開關、調繩開關調繩閉鎖賄賂觸電等觸電、元件完成安全保護。
(2)控制回路工作過程。
開車前的準備條件：將制動手柄至全抱閘位置(通電)，主令控制器處于中間位置(接通)，個轉換開關板至所需位置；主回路和輔助回路送電；啟動油泵；如果安全回路正常，安全回路指示燈亮，解除安全制動。
提升機啟動加速：當井口發來開車信號，將制動手柄至于松閘位置，電機啟動并完成8級啟動運行。
(3)等速階段。
(4)正力減速階段。
(5)低速爬行階段。
(6)停車：當達到停車點時，換向開關被撞開，使工作閘繼電器斷電，自動實現工作制動，同時使提升機控制只能選擇反向運轉，實現自動換向，防止過卷。
4、提升機電控系統PLC的應用效果
首先，在提升機電控系統中應用PLC技術，表現出十分顯著的優越性，不但減小了控制系統體積，也簡化了提升控制系統，使控制系統故障率得到了很大程度上的減少;其次，在提升機電控系統中應用PLC技術，使得系統木身按照程序邏輯指令嚴格執行，協調了各程序間的動作配合，使體止時間得以縮短，提升機生產能力大幅度提高，從而表現出十分顯著的經濟效益;最后，在提升機電控系統中應用PLC技術，從而將提升信號與提升機控制有效地結合在一起，嚴格閉鎖了提升機的操作與信號發送，避免了人為因素所帶來的運行隱患，提高了提升機電控系統自動化程度，便利了安全生產，維護工作量和耗電量明顯減少，節能效果十分顯著。
結束語：
PLC技術在提升機電控系統中的應用表現出極大的優越性和前瞻性，是科學技術發展與工業生產需求的有機融合，依靠PLC技術應用，來建設、優化提升機電控系統，對于電控系統的性能提升十分關鍵，極具推廣意義。隨著科學技術的進一步發展和PLC應用經驗的沉淀積累，我們有理由相信，PLC技術必將在提升機電控系統乃至整個工業大環境中得到更好的應用，從而發揮出更為全面、穩定的作用。
參考文獻：
1基于MCD機電一體化產品概念設計的意義
隨著我國信息技術、科學技術等的發展，機電一體化系統的發展成為一種必然的發展結果，而信息技術支持下的機電一體化，促進了傳統產品朝著智能化、網絡化、自動化等生產方向發展。機電一體化產品是機電一體化技術的承載者，同時也是機電一體化信息技術的體現者，在產品概念設計中，MCD機電一體化系統的應用，有重要的意義。產品概念設計的設計方法，對產品設計非常重要，概念設計也是產品設計中的關鍵，將機電一體化系統應用在產品概念設計中，可以提高產品設計的理論化、規范化、智能化、網絡化等。在產品概念設計中，因為機電一體化產品的設計具有復雜性，很多產品設計理論雖然可以對產品概念設計起到一定的作用，但是這些設計理論也為產品概念設計的機電一體化進行了限制。概念設計是產品設計中最為重要的環節，影響著產品設計的質量，為了提高設計質量，需要建立產品概念設計機電一體化設計理論，在良好的產品概念設計方案下，完成產品的機電一體化概念設計。公理化設計理論、PFD理論等，在產品的創新設計中，發揮著巨大的作用，從MCD機電一體化自身的特性進行分析，在產品概念設計中，建立完成的、系統的產品概念設計的理念、方法、方案，可以促進產品概念設計的進行，實行產品的機電一體化創新設計。在產品概念設計中，MCD機電一體化設計，為產品的創新設計提供理論、方案等，促進產品概念設計創新等。
2基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性
科學技術的發展推動了機電一體化的進行，也為工程信息技術行業的發展創造了有利的條件。在機械生產、加工、制造等行業中，機電一體化的形成和應用，使其發生了翻天覆地的變化，機電一體化主要是將主功能、動力功能、處理功能等有效的結合在一起，并引入電子信息技術，實現電子設計、軟件、設備等的結合。當前的機電一體化并沒有形成一個統一的定義，這主要是因為機電一體化自身具有復雜性，涉及到很多領域的知識、技術等，MCD機電一體化，主要是機電一體化方案，在產品的設計中，應用MCD機電一體化系統，結合機械工程、電子技術、計算機技術等，形成科學性、復雜性、融合性等特點為一體的產品設計系統，充分的利用它的功能，完成產品概念設計。為了研究基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性，我們針對產品的MCD機電一體化概念設計的內涵進行分析。概念設計是產品設計中最復雜、重要的部分，是實現從無到有、從模糊到清晰的一個過程，在信息技術、智能技術等的支持和應用下，概念設計取得了新的發展成果。應用MCD機電一體化進行產品概念設計，主要分為產品概念設計的規劃、概念設計、詳細設計、改進設計等，不同的環節中，有不同的子模塊組成部分，例如在概念設計中，分為功能設計、原理設計、功能分析等等。將MCD機電一體化應用于產品概念設計中，需要借助各種信息庫確定MCD機電一體化方案，然后進行產品概念設計。MCD機電一體化系統的交換頻率非常高，抗干擾能力強，在進行產品概念設計中，系統誤差小，結構功能非常強，將其應用在產品概念設計中，可以保證產品設計的實用性、可靠性、穩定性、規范性、經濟性，同時也有安全性和可操作性。為了研究研究MCD機電一體化在產品概念設計中的可操作性，我們以其在傳感器概念設計中的應用進行分析。在進行產品概念設計時，先進行系統的劃分，對傳感器的功能、性能等進行分析，然后檢驗傳感器子系統的傳感器的功能載體，了解傳感器的類型和用途，最后采用MCD機電一體化中的信息處理系統，對傳感器設計中的相關信息進行處理和控制，完成信息的分析、處理之后，進行MCD機電一體化產品概念設計?；ジ衅鞯犬a品的MCD機電一體化設計制造，是一個復雜的過程，其中包含了很多的子系統和子環節，每一個過程都比較的繁瑣，稍有差錯和偏差，就會造成設計制造的失敗，而且產品的設計需要很長的時間，設計制造中使用的材料價格很高，所以在產品的概念設計中，如果出現差錯，就會造成嚴重的損失。在使用MCD機電一體化進行產品概念設計中，一定要對產品的概念設計理論、方法、方案等進行仔細的審核。概念設計是中最為重要的是方案設計，要確定MCD機電一體化產品方案，需要將前面的各項工作的理論等加入其中形成一個邏輯思維，在計算機技術、網絡技術等的支持下，基于MCD機電一體化的產品概念設計，具有可行性。
3小結
社會在發展，科技在進步，經濟等取得了顯著的發展成績，科學技術、經濟的發展，推動了機電一體化的發展，促進傳統機械生產發生變化。在產品概念設計中，使用MCD機電一體化，需要結合很多的理論、方案、信息知識等，完成各方面、環節的有效結合，可以實現產品概念中MCD機電一體化的應用。MCD機電一體化為產品、軟件等的信息化的發展和設計，提供了可能性，在今后的發展，不斷的完善自身發展，為產品的概念設計等提供良好的保障。
作者：馬進 單位：沈陽出入境檢驗檢疫局
關鍵詞:中國制造2025；機電一體化；現狀；展望；863計劃
1當前機電一體化產品概念設計國內外研究現狀
1.1國內研究現狀
我國機電一體化的研究主要伴隨著“863項目計劃”而開展，我國的智能機器人等項目也在該計劃的支持下取得突飛猛進的發展，目前我國的工業化整體處于“工業3.0”左右的階段。（1）數控技術方面：截止2016年，我國數控技術經歷58年，目前國產數控機床可供品種達2000左右多種，船舶制造、航空航天等行業的發展拉動高端數控機床的發展，進而推動機電一體化進程。（2）工業機器人方面:目前，國內機器人銷量以百分之四十五以上速度增長，并且我國計劃有系統地攻關，在原有的良好基礎上更上一層，后期能立于世界先進行列之中。（3）激光術方面：近年來，激光技術發展很快，我國自1985年以來，更以每年25%以上速度增長，最近又擴大了緊湊型的高功率激光器的應用的范圍，例如，用于激光制造、汽車發動機的發展或用于空間探索的推進器系統改造。（4）互聯網應用方面：推行互聯網思維下的智能制造，蘇州紐威閥門有限公司和三一集團有限公司分別運用CAX系統和SPC工具進行智能制造，提高了效率，建立了一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。通過這幾方面可以看出機電一體化產品概念設計有著很大發展，但是離德國、美國等歐美國家還有一定的差距。
1.2國外研究現狀
機電一體化的相關研究在國外最早在上個世紀60年代開始，在九十年代后期機電一體化進入深入發展階段，并出現了“機電液”和“機電光”等一些新的分支，現階段以德國和美國為代表的發達國家工業化發展已經達到了“工業4.0”，并在國際上處于領先地位。
2未來建立機電一體化的產品概念設計理論與方法的意義
未來建立機電一體化產品概念設計理論與方法意義深遠，在新的技術不斷沖擊下，機電一體化會不斷提高，能提高我國的機械工業化水平，也是社會生產力的必然要求，能在追求特定價值功能的基礎上，實現系統的最優化，能很好地代表當今機械工業主要趨勢。
3未來機電一體化的發展展望
未來，隨著微電子技術和機械電子技術的迅猛發展，機電一體化必將注入更多新的內容，各個學科將繼續相互交叉、相互支持和互相發展，并且機電一體將朝著更加智能化、微型化、系統化和環?；较虬l展，總理在政府工作報告中指出，實施“中國制造2025”計劃，堅持創新驅動，智能轉型，強化基礎，綠色發展，加快從制造大國轉向制造強國，并且我國今年推出了“工業互聯網”和“互聯網+”概念，并且在一些高等院校舉辦“互聯網+”創新比賽，并取得不錯的效果，讓機電一體概念設計理論與方法化不斷升級，加強了工業化與信息化的緊密結合，下一階段我們將運用信息—物理融合系統（CPS）,實現大型大型工程系統實時感知、動態控制和信息服務，更好利用機電一體化解決實際問題，不斷促進中國工業化發展。
4結語
在“中國制造2025”計劃的推動下，機電一體化的研究和相關領域必將出現突飛猛進的發展，當然，與機電一體化相結合的技術（機電液和機電光）很多，相信未來在機電一體化的促使下中國工業將邁向“工業4.0”。
作者:于志業 單位:太原科技大學
參考文獻：
[1]孫彥廣。工業智能控制技術與應用[M].北京:科學出版社，2007.
[2]李建勇。機電一體化技術[M].北京:科學出版社，2004.
關鍵詞:機電一體化 系統 目標 實現
中圖分類號:TH-39 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(b)-0106-01
機電一體化起源于上世紀八十年代的日本,它融合了機械、自動控制、伺服傳動、電子、信息處理、傳感檢測、系統總體等多種技術,并綜合應用到實際中去的綜合技術。它不是上述技術的簡單疊加,而是在從系統理論出發根據系統功能目標和優化組織結構目標,對各組成部分及其間的信息處理,接口耦合,運動傳遞,物質運動,能量變換進行研究,組成有機的系統,集成各種技術,并在系統軟件程序和微電子的有序控制信號的作用下,使物質和能量形成有規律運動的軌跡,在多功能性、高精度、高安全性、高可靠性、低能耗等諸多方面實現多種技術功能融合成最優效果的系統工程技術。
1 機電一體化系統設計的目標
機電一體化系統的總體目標就是中和利用機械、電子、信息、控制等各種相關技術的優勢,使系統的效果最優化,從而產生良好的經濟和社會效益。具體可以分為以下幾條。
1.1 提高系統的精度
機電一體化系統采用了大量的電子裝置來代替傳統的機械傳動裝置,消除了原來的機械損耗、彈性形變所引起的誤差,簡化了系統的結構,采用電子裝置實現自動檢測和控制,從而縮小了動態誤差,使工作精度得到大幅度的提升。
1.2 增強系統的功能
由于采用了多種新型的技術,從而使傳統的機械裝置擁有了電氣產品的功能,比如系統向智能化方向發展,在自動控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學和動力學等新思想、新方法,模擬人類的功能,使它具有自動判斷、邏輯推理、自主決策等能力,以求獲得更高的控制性能。使原來的機械裝置,擁有了人工智能的功能。
1.3 提高系統的安全行和可靠性
機電一體化系統由于采用了多種新型的技術,從而使系統具有自動檢測的功能,當運行的設備中出現潛藏的故障時,系統可以實時進行在線檢測和修復,從而提高了系統的安全性和可靠性。
1.4 降低能耗、節約能源
機電一體化系統采用了一些低能耗的電子裝置,有些裝置的材料是可以重復利用的,這些綠色材料在使用時不污染生態環境,報廢后還能回收利用。這些低能耗的裝置在使用的過程中節約了能源,符合現在建設資源節約型社會的要求。
1.5 提高效率、降低成本
由于使用了機電一體化系統,在產品的研發過程中,縮短了準備時間,減少了產品的開發時間,使不合格產品的數量大大減少,提高了生產效率,降低了成本。在產品的生產過程中,機電一體化系統可以使用計算機、數控機床等輔助設備,把人們從一些復雜、危險的勞動環境中解放出來,同時生產過程又可以實現過程控制,提高了生產效率。
1.6 簡化系統的結構
傳統的產品大都采用笨重的電氣結構和機械變速裝置,這不但阻礙了生產的效率,而且也增加了系統的體積和重量,在使用和維護的過程中帶來了諸多的不便。現在采用微電子和集成電路構成的系統,不但大幅提高了生產的效率,還減小了系統的體積,簡化了結構,減輕了重量。
1.7 降低了產品的價格
隨著現代電力電子技術的發展,新型的電力電子器件層出不窮,新的生產工藝不斷出現,而且電子器件的價格也在不斷地下降,電子器件日益平民化,極大地擴展了使用的范圍。而且功能越來越完善,維護越來越方便,使用壽命在不斷地延長。所有這些因素相加導致產品的價格在不斷地下降,從而反過來擴大其應用范圍。
1.8 增加特殊的應用功能
隨著用戶對產品要求的多樣性,系統可以通過軟件編程或者是數控加工中心等來實現客戶的產品的特殊要求,生產出個性化的產品,使其滿足用戶的要求及不同現場的需求。系統對這些功能的實現,形成了控制系統的智能化的發展趨勢。
2 機電一體化系統設計的實現方法
2.1 機電互補法
機電互補法也就是我們常說的取代法,這種方法的特點是:為了逆補傳統機械裝置或者子系統的不足,而采用新型的電子元件來代替機械裝置。該方法就是改造舊產品、開發新產品或對原系統進行技術改造常用的方法,也是改造傳統機械產品的常用方法。比如用電氣調速系統取代機械式變速結構等。
2.2 融合法
融合法就是將具有一定功能的部件或者子系統按照他們的功能有機的融合在一起,構成一些具有更高性能的系統。比如激光打印機的激光掃描鏡,它就是電機的轉子軸,這是執行元件和執行機構融合的一個具體實例。機電一體化系統強調技術的融合和學科的交叉作用,各單元相互輔助、相互促進、相互提高,使整體的功能遠大于各單元的簡單相加。
2.3 組合法
組合法就是將融合法所形成的標準功能部件或者子系統,按照功能分類,采用搭積木的方式組合成各種機電一體化系統。機電一體化產品的種類繁多,生產廠家眾多,他們的產品也就五花八門,導致使用時不能通用,無形中浪費了大量的資源,因此,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、通信接口、控制接口的機電一體化系統單元子系統就顯得尤為重要。比如研制集減速、智能調速、電機控制于一身的動力單元模塊,具有遙感、圖像處理、路徑識別等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。利用這些標準單元模塊就可以迅速開發出新的產品,同時也可以擴大生產規模。這樣可以節約生產的成本,也便于后期的維修和護理。
3 結語
綜上所述,機電一體化系統設計是一項非常復雜的工程,不是單一部門能夠獨自完成的,它需要眾多行業合作才能實現。在設計系統時,應根據機械系統的結構特點來確定電氣參數,綜合運用多學科知識,充分體現機電一體化的優越性。
參考文獻
[1] 武藤一夫.機電一體化[M].北京:科學出版社,2007.
關鍵詞：高職；機電；一體化模塊
一、一體化模塊教學概述
一體化教學模式是指在企業里學習實際操作和在職業學校學習理論知識平行進行，是企業訓練與學校教育密切結合起來。接受雙元制職業教育的學生，70%的時間在企業，30%的時間在學校。一體化教學是順應當前職業技術教育發展而產生的一種教學模式，理論一實踐一體化，即將課堂教學搬到實際操作室，把理論教學與實際操作融為一體，通過一體化教師的講解、演示、巡回輔導等教學手段，讓學生通過聽、看、練等手法全面調動大腦的學習動機，使學生更快，更牢固地掌握所學知識。其主要特征是強調學生參與教學全過程，強調學生互相合作解決實際問題，強調以模塊為基礎的經驗性知識培養。一體化模塊教學模式要求理論教學與實踐教學內容的一體化，課程以模塊的形式組織，教師在知識、技能、教學能力上的一體化，同時還包含教學場所的一體化、教材教案的一體化、教學組織過程的一體化。
（一）機電一體化模塊教學的內涵
一體化模塊教學模式要求理論教學與實踐教學內容的一體化，課程以模塊的形式組織，教師在知識、技能、教學能力上的一體化，同時還包含教學場所的一體化、教材教案的一體化、教學組織過程的一體化。因此，一體化模塊教學絕不是理論教學和實習教學在形式上的簡單組合，而是從學生技能技巧形成的認知規律出發，實現理論與實踐的有機結合。
通過一體化模塊教學，實現了理論和實踐的高度統一，教學更加直觀、更加易學，突出操作技能的訓練，使學生既具備必要的理論知識，又具備熟練的操作技能，還具有較強的發展潛能，學生畢業后能很快適應生產崗位，體現技工學校教育的特色，為社會輸送高素質的技能型人才。
（二）機電一體化模塊教學的基本特征
一體化模塊教學具有很多明顯的特征，它與傳統的教學模式相比較主要具有職業定向性，情境性，互動性，實用性，高效性等基本特征。
1.職業定向性
一體化模塊教學能夠實現與專業培養目標的一致性。一體化模塊教學的教學內容是以模塊的形式來劃分的，它不僅能滿足學校教學大綱的要求，還能根據實際情況與企業生產實踐相對應，有的甚至可以與工作崗位相吻合，因此課程的職業定向性十分明確。一體化模塊教學的教學形式，以及課程內容都體現出很好的職業定向性。
2.情境性
一體化模塊教學把理論教學與技能訓練融為一體，學生在教師的指導下，通過對課程，對生產，對社會實踐創設有挑戰性的問題情境，實現教學與現實情境的溝通與融合。一體化模塊教學能使學生在真實的現場來感知所學的內容，能在現實的操作過程中學習專業技能知識，進一步理解消化專業理論知識。
3.互動性
一體化模塊教學的學習不是既定的，而是動態變化的，是由模塊教學內容和研究方式交互作用而生成的。一方面，學習者不斷地從模塊課程內容中感知、提取信息，進行“交互”，正確理解事物運動狀態與規律的表征，形成自己的心智結構；另一方面，不同學習者具有不同的經驗世界，從而對某個問題有不同的看法，通過相互爭辯，討論，交流，實踐，共同解決問題，可以形成更豐富、深刻的理解，從而獲取更多的知識與經驗。
4.實用性
“一體化模塊教學”可以實現理論與實踐的一體化，課程內容是經過教師反復篩選編制的，課程內容的深度和廣度以實際工作需要為尺度的，課程重點在于職業技能的學習和養成，突出“寬基礎”和“雙融合”的原則。一體化模塊教學的課程以能力為導向，能合理的處理專業基礎知識與專業技能之間的關系，產學結合，突出實踐，從而形成連貫的、全面的、完整的教學體系，具有很強的實用性。
5.高效性
“一體化模塊教學"的課程設置打破了原有課程的模式，對知識和技能體系重新組合，刪除了那些交叉重復的內容，可以有效的避免講授知識的重復和理論實訓課程的脫節，使學生的專業知識學習和專業技能的掌握相輔相承。
二、確立機電專業一體化教學采取的措施
（一）機電理論和實踐一體化教學體系
樹立綜合職業能力的課程觀，確立適合地域經濟發展的機電專業的培養目標現代職業教育課程觀的主要體現在以下幾個方面：第一，課程目標由“知識主體”轉變為“學生主體”。教學目標是學生個體以及他們心理和行為的變化。為此要研究學生的認識和學習規律，要使學生的各種學習任務與學生的學習規律保持一致。第二，教育導向要逐步轉變為“企業專家導向”。傳統的課程的設計通常由教育部門來決定，由于角色和角度的約束，課程往往側重學科知識的系統性，易脫離市場實際。一體化本位課程則要求更多地聽取、吸收、采納機電行業專家們的意見和建議，以更好地把握職業崗位現在和將來對從業人員的能力要求。第三，綜合職業教育能力課程的中心是學生，教師將成為學習的促進者和組織者。為適應個體差異，學生可以有不同的課程內容和學習進度。
（二）構建一體化實訓教學場所
（1）在實訓基地仿真實訓。校內實訓基地應滿足機電仿真實訓f的需要，加大軟、硬件設施投入，再造校內實習、實訓真實工作場景，使學生在校內基地進行仿真實踐，切實培養其職業素養和技能。機電專業教師進行相應實訓指導，實現職業技能與職業素養一體化培養。
（2）在校外實訓基地現場實訓。校外實訓基地主要是企業，為高職院校學生提供包括基本技能和綜合能力兩方面的真實的實踐環境。由于學生在校外實訓基地是頂崗培訓，在各個實訓項目中均安排了技能訓練。通過有關設備及工具的使用，掌握本專業儀器設備的操作技能并熟悉其原理、結構和性能等，為學生今后工作打下基礎。另外，學生在實習期間不僅能取得實際工作經驗，還能培養團隊協作精神、群體溝通技巧、組織管理能力和領導藝術才能等個人綜合素質。
參考文獻：
[1]陶曉峰.高職機電實訓一體化教學改革研究.南昌大學，2010-2
【關鍵詞】空間站；機械臂；關節；機電一體化
1前言
隨著我國航天事業的不斷發展，空間機械臂在空間站建造、設備維護和科學實驗中起到了積極的作用，是空間站實現在軌組裝和維護的關鍵設備。由于太空殊環境和我國科技水平的制約，對空間機械臂的設計與控制問題的研究一直是該領域的熱點問題。其中機電一體化關鍵作為機械臂的關鍵組成部分，對空間機械臂的控制精度有著重要的影響。根據空間站的建設要求，基于機電一體化技術對為機械臂的關節進行設計，對滿足機械臂的可靠性、集成性和智能性特點具有積極的意義。
2機電一體化關節的總體設計
2.1機械臂的構成
空間機械臂主要包括地面控制臺、在軌控制系統、末端作業工具系統、移動基座系統、視覺系統、末端效應器系統、結構與機構系統、關節及其驅動控制系統八個部分。其中，關節、臂桿等結果與末端的效應器連接，然后通過關節旋轉來實現機械臂的空間運動。
2.2機械臂和關節的功能要求
根據空間站的設計要求，機械臂需要完成如下功能：（1）協助空間站的維護、建設和維修，保證空間站的正常運轉；（2）為航天員提供援助以增強其行動能力和安全性，減少其出艙次數；（3）最大限度降低航天員作業風險，進行環境的安全檢查。
關節是機械臂的重要組成部分，通過關節的速度、位置和力閉環控制，進而實現機械臂的旋轉運動和多自由度運動，關節的功能要求包括：（1）為機械臂提供操作負載與驅動能力；（2）為機械臂提供緊急制動功能，以及結構保護和運動角度限制等功能；（3）實現機械臂的高精度測量和控制；（4）實現機械臂與中央控制系統間的信息交互功能；（5）關節局部損壞或功能失效時，提供方便的在軌拆卸安裝接口。
2.3機電一體化關節設計方案
因為機電一體化關節需要實現傳動、制動、驅動、驅動控制、溫度信號采集、位置和速度信號采集和通訊等多種功能，同時關節的重要和體積也受到嚴格的限制，因此在設計過程中要克服在滿足功能要求的前提下盡可能的小型化、輕量化特點，并要求關節具備足夠的環境適應性和可靠性。為了克服這些難點，機電一體化關節的集成設計步驟主要包括如下幾步：（1）以調研為基礎，確定機電一體化關節的整體設計方案，主要包括零部件和傳感器的選型、中心孔走線以及冗余設計方案等；（2）首先根據實際的功能要求和性能參數分配零件的性能指標，要仔細核對關節內所有位置零部件的尺寸和接口；（3）進行關節內部結構和電氣控制硬件的設計；（4）設計關節的控制算法，并編寫相應的控制軟件；（5）完成關節結構和相應軟件的生產后，要對關節的性能和功能進行測試。
3機電一體化關節控制研究
3.1關節控制模式
根據中央控制器的指令，關節控制主要實現如下三種模式：
3.1.1位置控制
進行位置控制時，關節控制系統會從中央控制器位接收位置指令，然后使用速度、電流和位置三閉環結構，對速度、電流和位置控制器進行環路設置，最后再通過傳感器得到關節轉速、電機等效電流和末端位置等信息，以此作為控制環路的閉環反饋。
3.1.2速度控制
進行速度控制時，關節控制系統會從中央控制器接收速度指令，然后使用電流、速度雙閉環結構，對速度和電流控制器進行環路設置，然后再通過傳感器對關節轉速與電機等效電流進行采集和計算，以此作為控制環路的閉環反饋。
3.1.3力矩控制
力矩控制是系統柔順控制的一種備份模式，關節控制系統會從中央控制器接收力矩指令，然后使用電流和力矩雙閉環結構，對力矩和電流控制器進行環路設置，最后通過傳感器對關節的輸出力矩和電機等效電流進行采集和計算，以此作為控制環路的閉環反饋。
3.2關節控制方法
3.2.1關節模型
機電一體化關節包括伺服電動機與諧波減速器兩部分，其中，減速器柔輪與具有一定剛度的扭轉彈簧等效。由于系統控制會受到摩擦和外界干擾的影響，因此首先建立關節系統的力學模型。根據該模型，可以對后續矢量控制等參數進行計算設置。
其中，表示關節的輸出軸位置，表示電機軸的位置，表示負載慣量，表示扭轉彈簧的剛度系數，表示減速比，表示非線性摩擦力矩，表示電機慣量，電機的阻尼系數；表示驅動力矩。
3.3.2矢量控制過程
關節控制系統包括速度環、電流環和位置環三部分，是一個三閉環的調節系統。關節運動的控制過程要保證運動在不同負載和變負載擾動下都保持平穩性，鑒于關節運動較低的速度和對關節位置動態響應能力的較低要求，其控制算法要重點解決關節的柔性影響，以實現振動的抑制控制，即降低振動的幅值和次數。
柔性關節扭轉振動抑制涉及到級聯動力特性、高精度定位控制設計和低速非線性摩擦補償等問題。另外，機械臂的位型和負載變化也會造成機械臂關節空間的轉動慣量出現時變的特性。運動控制算法主要包括狀態空間反饋、計算力矩前饋和PID控制加柔性補償等。其中，PID技術能夠根據經驗對參數進行設置，靈活性較高，因此控制性能良好，目前很多成型產品都采用了經典的線性PID增量控制算法。如果對動態響應的要求不高，則可以使用PI控制方式對轉速、電流和位置閉環進行控制，摩擦模型一般使用動態模型進行模擬，并在控制器上進行補償。除此之外，考慮到諧波減速器的剛度要求，需要進行柔性扭轉控制補償，并使用變參數PI設計，尤其是在負載面對大范圍變動的情況下，控制系統要先根據實際情況對多個控制參數進行設定，然后在線切換調整，以保證機械臂的運動平穩性要求。
4結論
本文從設計和控制兩個方面對機電一體化的空間機械臂關節進行了介紹。關節是機械臂的重要組成部分之一，隨著我國空間技術的發展，基于機電一體化技術的空間機械臂關節設計和控制技術必將得到進一步的完善和拓展。
【參考文獻】
[1]張慧芳.空間機械臂鎖緊裝置設計與分析[D].哈爾濱工業大學.2006.
本文作者：郝娟、肖定國、賈玉平 單位：北京理工大學機械與車輛學院
“機電一體化”是微電子技術向機械工業滲透過程中逐漸形成的，涉及機械學、電子學和信息科學的新興交叉學科[1]。作為機械類專業的一門重要課程，《機電一體化系統設計》對培養學生的創新能力和機電產品設計能力具有重要作用[2]。由于綜合了多門學科，該課程所涉及的知識點量多面廣，而且有些內容學生在相關的課程中接觸過，如果在教學過程中不加注意，容易使本門課程變成“炒剩飯”，影響學生的學習興趣和教學效果。本文針對課程學習中存在的問題，結合作者多年的教學經驗，從教學內容、教學方式兩個方面提出了改革措施。
一、課程存在問題
《機電一體化系統設計》的教學內容各部分內容差別很大，連續性差，教師在講授過程中，必須將各個章節的內容有機聯系起來；此外，各部分內容又相對獨立，若講授時一視同仁，不分主次，往往給學生造成是在重溫舊知識的感覺，甚至搞不懂學習這門課程的真正目的是什么[3]。《機電一體化系統設計》的主要任務是使學生樹立正確的系統設計思想，培養理論聯系實際、調查研究、刻意創新的能力，使學生掌握機電有機結合的理論、機電一體化系統設計的基本規律及基本方法，具備機電一體化產品的設計能力。僅靠傳統的課堂授課是無法實現這個任務目標的，必須從教學內容和教學方式上作出改革。
二、教學內容改革
1.以系統設計思想為主線。機電一體化的目的是提高產品或系統的附加價值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源，并使產品結構向輕、薄、短、小化方向發展，從而不斷滿足人們生活的多樣化和生產的省力化、自動化需求。因此，機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊，應該從系統設計方案開始到各元部件選擇到系統最終成形的全過程都要貫徹系統設計的思想。首先是從整體角度及可行性方面對系統進行多種整體方案設計；然后對其機械機構、執行元件、微機控制系統、檢測傳感裝置等組成部分及相關接口進行細節設計；最后對系統性價比進行衡量，得出優化設計方案，選擇原則是在保證目的功能要求與適當壽命的前提下不斷降低成本。以上三個環節相互影響，一般在緒論里講第一個環節，在此環節讓學生了解一個典型的機電一體化系統或產品整體上的五大功能構成和五大功能要素，在進行系統整體方案設計時可能有多種選擇，需要結合系統的功能要求、技術指標和成本控制多方面因素進行綜合評價，優化出最佳的方案。以設計精密數控機床為例，從總體上對其五大功能和功能要素進行分解，分解的結果可以用功能矩陣來表示[4]，最終設計方案的選擇取決于能否提高產品或系統的附加價值。第二個環節分別講述構成機電一體化的功能要素，盡管每一功能要素在內容上相對獨立，但它們作為機電一體化系統或產品組成部分，通過廣義接口聯系在一起，彼此相互影響，學生只有認識了這一點，才能從總體上把握機電一體化的系統設計思想。還以設計精密數控機床為例，為了達到高精度，可以選用精密機械，但這勢必造成系統成本的增加，而且，成本有可能隨著精度要求的提高成幾何倍數增加。另一個可行的方法是采用軟件補償來提高精度，但這會對微機控制系統和傳感檢測系統提出新的要求。第三個環節是對系統性能的綜合評價，評價的結果不符合要求時還有可能需要對整體方案或各個功能要素重新選擇，直至滿足要求為止。在課程講述過程中，僅僅介紹系統設計思想，既抽象又枯燥，若能結合實際案例，學生就會在潛移默化中逐漸領略機電一體化系統設計方法的精髓。一般教材在后面的章節中都會給出很多的案例，建議這些案例不要都放在最后講，找出一個或幾個典型案例，在講授每一部分內容時都結合該案例，并將系統設計方法融于其中，既利于學生對知識的掌握，又能起到舉一反三的作用，便于學生分析和設計其他的機電一體化產品。
2.以理論聯系實際為導向。高等學校培養的是具有創新能力的高級應用型人才，即具有較高的綜合素質，寬厚扎實的專業理論，并能將理論應用于解決實際問題，且有創新實踐能力的高級專門人才。機電一體化系統設計綜合性較高，知識點量多面廣，并且內容抽象，學生很難在有限的課時內完全掌握；而對于從事該門課程教學的教師來講，不能只注重理論知識的講解，要以理論聯系實際為導向。為此，課前要做大量的準備，廣泛積累素材以豐富課堂教學效果，將抽象的道理通俗化、形象化，加深學生的印象。如有時教材上只介紹某些元部件的工作原理，學生即使明白其工作原理了，但對其長什么樣卻知之甚少，更談不上怎么用了?？梢岳镁W絡平臺下載很多產品樣本，產品樣本主要是推銷產品用，一般會詳細介紹產品的外形和應用，將教材和樣本二者結合在一起講述，無形中就將理論和實際聯系在一起了。此外，還可以在授課過程中加強演示驗證內容，俗話說百聞不如一見，有的知識應用性較強，理論比較抽象，很難通過講的方式讓學生掌握，但通過實驗或者觀看視頻等，立刻就撥開云霧見晴天了。如在講光電編碼器時提到，光電編碼器的輸出信號可以經過2倍頻或4倍頻以提高檢測分辨率，用語言描述時學生不容易理解，把光電編碼器信號引出來，用示波器一看，一目了然。當然也可以通過《機電一體化系統設計》課程設計，讓學生利用所學親自參與機電一體化產品設計，在設計過程中通過查閱資料、技術調研、設計加工、組裝調試等可進一步加強學生理論聯系實際的能力。
三、教學方式改革
明確了教學內容，還要通過適當的方式將知識傳授給學生。首先要培養學生的學習興趣，學生對某一學科有興趣，才會不知疲倦，才會有靈感，才會樂在其中，既能提高學習效果，又能成為創新的動力和源泉。如在講述第一章緒論時，在引出機電一體化的概念和內涵后，不是把重點放在對概念的進一步解釋上，而是以圖片或錄像的方式列舉了大量機電一體化產品實例。這些實例中大部分來自生活或生產實踐，學生在觀看這些實例的過程中，對這些產品的神奇功能產生了濃厚的興趣，自然就會產生探個究竟甚至親自進行設計的愿望。其次，要重視學生的基礎知識，如果說興趣是前進的動力，那么基礎知識就是成功的基石，學生要想真正掌握這門技術，必須擁有牢固的基礎知識。在講數控部分內容時，很多同學說參加過數控編程的實習活動，會用G代碼編程，當問到編程的幾個坐標系時，卻沒有幾個人真正明白，但數控機床的坐標系是編程的基礎，是數控加工的參照，如果連參照都不知道在哪兒，怎么能真正掌握數控技術呢？最后，對授課內容要“避輕就重”，機電一體化作為綜合學科，包含的內容較多，不同專業培養目標不同，講課的重點也不應一樣，在講述時要結合專業“避輕就重”。“避輕”就是對學生有一定基礎的內容少講，“就重”就是對學生難以理解、接觸較少的內容重點講。機械類專業的學生機械基礎較好，對機構的力傳遞、運動傳遞容易掌握，對執行元件的學習基礎較弱，但這部分內容在機電一體化系統中有重要的地位，因此要重點講述。
機電一體化是一門不斷發展、高技術密集的新型交叉學科，所涉及的知識量多面廣，本文針對課程存在的問題，基于作者的教學實踐經歷，從教學內容、教學方式提出了改革措施，在教學內容上強調以系統設計方法為主線，以理論聯系實際為導向，在教學方式中重視培養學生的學習興趣和基礎知識，對授課的內容不是一刀切，而是避輕就重。通過這些改革措施，取得了較為滿意的教學質量和效果。
【關鍵詞】高職；機電一體化；實踐教學；設計；
中圖分類號：G718.5
實踐教學包括實驗和實習實訓教學，是專業課程教學中的關鍵環節。實踐教學環節不僅能使學生進一步理解、驗證和鞏固所學的理論知識，也能使學生在實踐環節中進一步提高自己的學習能力、動手能力、解決問題的能力，而且對于工程意識的形成方面是其他環節所難以取代的。所以，如何有效設計實踐教學環節以提高學生的學習興趣和實踐能力，就顯得十分必要。
一、合理設計實踐性課程體系
高職教育有別于本科教育，它培養的是技能型人才，不僅要求培養的學生具備專業知識，還必須具備對專業知識的綜合應用能力。實踐環節在其中起到了至關重要的作用。學院以技術應用能力為主體設計實踐教學計劃，協調理淪教學和實踐教學時間的比例，教學計劃中相對減少理論課教學時數，增加實踐教學時數，并將理論和實踐教學有機結合起來，做到先實踐后理論，邊實踐邊理論，理論與實踐同步同時教學。與此同時，強化實踐教學考核管理，制定完備的各類實踐教學環節的大綱。實踐教學大綱是開展實踐教學的指導性文件，對每個實踐教學環節、項目的教學目標、內容、要求、形式、手段、學時安排，與理論教學的銜接以及考核方式、方法等作出明確的規定，使實踐教學規范化。
二、加強校內外實訓基地建設，完善實訓條件
實踐教學離不開優良的實踐教學場地和設備。學院十分重視校內外實訓基地建設。經過幾年的建設，學院內已建成多媒體計算機實訓機房、金工實習基地、電子電工實訓室等實踐場所；同時，學院依托泰豪集團豐富的專業人才資源和設備，在泰豪集團內建設多個實訓中心：沖壓實訓中心、數控編程加工中心、焊接實訓中心、發電機實訓中心、液壓與氣壓傳動等實訓中心；并積極在校外拓展實訓基地。以滿足學生的實踐教學需要。
三、專業技能訓練
學院在實踐教學內容上，形成了包括基本技能、專業技能和技術應用或綜合能力訓練課程的實踐教學體系。大一主要注重專業基本技能，大二主要提升專業技能，大三頂崗實訓主要培養技術應用綜合能力。大一在學院的金工實習基地主要進行鉗工、車削、銑削、磨削、鉆削、測量與裝配等實訓，在學院的多媒體計算機實訓機房主要進行AutoCAD繪圖實訓，在學院的電子電工實訓室主要進行電子電工實訓；大二在泰豪集團實訓中心主要進行數控編程加工、鍛壓、焊接、電機與拖動、液壓與氣壓傳動等實訓，在校外實訓基地主要進行PLC應用實訓、機電一體化綜合實訓，在學院的多媒體計算機實訓機房主要進行CAD/CAM實訓，同時要進行《機械設計》與《PLC應用技術》課程設計。通過大一、大二的專業技能實訓，掌握基本的專業技能，為適應頂崗實習崗位打下堅實的基礎。
四、頂崗實習
按照國家"高等職業院校要保證在校生至少有半年時間到企業等用人單位頂崗實習"中的文件精神，學院將機電一體化專業大三學生安排到泰豪集團下屬的康富電機、電力電氣、電機電源等公司進行為期一年的頂崗實習。學院和實習單位共同制定和實施實習計劃，共同對學生實習進行考核管理。具體做法是：實習單位指定專人負責實習學生的日常管理工作，并隨時與學院保持聯系，單位挑選各個崗位上技能過硬的技術能手作為學生實習的指導老師，挑選經驗豐富的工程技術人員作為學生畢業設計的指導老師。學院則由負責實習的專業教師負責指導和跟蹤，定期到實習單位與學生交流，檢查學生實習課程完成情況，及時與實習單位溝通。在實習期間，實習單位給實習學生發一定的生活補貼，以緩解家庭經濟比較困難學生的經濟壓力，解除學生實習的后顧之憂。學生進入公司后，首先由實習單位對學生進行面試，合理安排實習崗位。實習共分三個階段，分別是實習適應期、實習培養期、頂崗實習期。實習的每個階段，都制定了相應的實習課程和要達到的能力目標，由企業和學校共同進行考核，只有考核合格，方能進入下一階段實習。各階段實習內容為：
（1）實習適應期：適應由學校到企業環境的轉變，感受真實的工作環境。熟悉產品及工藝流程，并養成安全操作意識；初步掌握工作方法和技能，能在指導老師的指導下及時有效地完成相關工作。
（2）實習培養期：熟練掌握實習崗位工作技能和工作方法，能逐步適應并獨立完成相關工作任務；建立良好的工作態度，具有正向積極的思維方式，培養團隊精神并善于協作、共享，有服務意識。
（3）頂崗實習期：不斷提升工作技能，獨立完成崗位職責。此階段公司組織學生參加技術職業等級考試，指導學生完成畢業設計。
學院大三學生在集團內部企業頂崗實習，真正深入到產業一線進行現場體驗與實際操作，具備真設備、真環境、真氛圍、真生產的特性，不僅提高了學生的實用技能，更能讓學生提前感受企業文化與管理理念，對學生走上工作崗位，融入社會大有益處。
六、結語
實踐教學環節是高職教育中十分重要的環節，在教學中不斷探索行之有效的教學方法是每所院校和每個教師的使命。行之有效的實踐教學，學生在獲得畢業證書的同時亦可獲得職業資格證書，并在企業頂崗實習中成為合格的企業員工，真正實現了人才培養與就業零距離，這樣培養的人才深受企業歡迎。
主要參考文獻
[1]張忠福.高職教育實踐教學的思考[J].職教論壇，2004（8）.
Abstract: Taking electromechanical integration control system as an example, this paper discussed the connection technology dividing it into man-machine connection and the mechanical and electrical connection, and based on this, it analyzed the impact of the mechanical and electrical connection technology to electromechanical integration and put forward that the mechanical and electrical connection technology promoted the development of electromechanical integration inevitably.
關鍵詞: 機電一體化;接口技術;人機接口;機電接口
Key words: electromechanical integration;connection technology;man-machine connection;mechanical and electrical connection
中圖分類號:TH16文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)14-0044-01
0引言
機電一體化系統是機械、電子和信息等各種技術融合為一體的綜合系統,其構成要素與子系統之間的接口部分就顯得極為重要。在機械系統和電子系統各種技術的復合過程中,接口技術很重要,機電接口技術是解決如何把機電及相關領域技術有機地融為一體,從而設計出最優的機電一體化產品的研究領域,其性能的好壞對整個系統的綜合性能起著決定性作用。
1機電一體化系統的設計
在早期的機電一體化系統中,機械部分的設計是系統設計的中心。電能僅用于驅動,為系統提供動力。利用直流電動機的變速功能雖然可以簡化機械系統的傳動結構,但因為無法控制運動部件的行程,因而程序自動化仍然是系統控制設計的主要目標。驅動電動機不再是機械運動鏈的起點,而成為聯結機械運動和動力以及控制的接口。機電一體化系統設計已從“純”機械的設計延伸到控制領域。計算機、數字電路、傳感器以及自動控制理論已成為系統設計師不可或缺的知識基礎。信息技術和軟件設計已經成為表達系統設計思想和協調自動化工作的重要工具。機電一體化技術是一個不斷發展和完善的過程。產品精度和生產效率對機電一體化系統提出了不斷改進伺服驅動性能和發展控制算法的要求,而性能優良的伺服驅動既拓展了機械系統的功能、簡化了傳統的機構,又要求機械系統具有合理的慣量和更好的系統動態性能。傳感器的在線監測確保了系統安全可靠的運行,反饋的信息通過閉環確保了先進控制理論的實現和產品的質量要求。機、電、信息的密切交叉已經使機電一體化系統中各部分的互相聯結和影響成為設計必須綜合考慮的重要內容。機電接口技術作為機電一體化設計的核心已經受到專家和學者越來越多的關注。
2機電接口技術的內涵
機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統,其子系統之間的接口極為重要,從某種意義上說,機電一體化系統設計就是接口的設計。但現在對于機電接口技術的研究較少,通過對機電一體化系統進行總結和歸納,我們提出了機電接口技術的概念,形成了如下幾點認識。
2.1 機電接口技術的內涵機電接口技術是一門新興的技術,它研究機電一體化系統中各組成部分(子系統)和各組成技術之間的接口問題。研究這門技術是為了更有效地進行系統中信息能量的交互,融合各種技術,實現機電一體化系統最優化設計。
2.2 機電一體化系統接口(簡稱機電接口)的功能機電接口傳遞和轉換信息和能量,并將機電一體化各組成技術的特性融為一體。機電接口包括硬件和軟件,硬件主要在子系統之間或人與機電一體化系統之間建立連接,為信息和能量的輸入/輸出、傳遞和轉換提供物理通道。軟件主要是提供系統信息交互、轉換、調整的方法和過程,協調和綜合機電一體化組成技術,使各子系統集成并融合為一個整體,實現新的功能。
2.3 機電接口的分類①人―機接口。人與機電一體化系統之間的接口,通過此接口,可以監視系統的運行狀態,控制其運行過程,即通過人―機接口能夠使系統按照人的意志進行工作。人-機接口是雙向的,硬件包括輸入/輸出設備,主要有顯示屏、鍵盤、按鈕等。②動力接口。動力源連接到驅動系統的接口,為驅動系統提供相應的動力。根據系統所需的動力類型不同如直流電、交流電、氣動、液壓等,動力接口的形式也有很大的不同。但動力接口有一個共同的特點,能夠通過較大的功率。③智能接口。智能接口主要存在于三處,控制系統到驅動系統、驅動系統到傳感器、傳感器到控制系統。智能接口的應用情況相對比較復雜,但可以得出它的一些共性:智能接口傳遞和轉換各種信息,按照不同技術的要求改變信息形式,使不同的子系統、不同的技術能夠集成在一起,形成完整的系統。通常,智能接口是軟件表現出的功能連接。④機―電接口。執行機構與驅動系統和傳感器之間的接口。將驅動信號轉換成執行機構所需的信號,或將執行機構的機械信號轉換成傳感器所需的信號。
3機電接口技術對機電一體化發展的影響
社會需求推動機電一體化技術的發展。當傳統的機械技術無法滿足日益增加的社會需求時,機械技術與電子技術、信息技術等結合形成的機電一體化技術就成了機械技術發展的必然。相應的系統內部的接口也就變得越來越復雜。機電一體化技術的各組成技術的研究已經進行得非常深入且日趨成熟,同時,人們也意識到單純發展和研究各組成技術并不能保證機電一體化系統的最優化。而機電接口技術正為它們提供了一種有效的方法來進行系統研究,并將系統設計、集成和融合理論應用到實際的設計當中。目前,機電一體化正在向著智能化、模塊化、網絡化等方向發展,智能化必然要求系統各部分的結合要更加緊密,信息傳遞和反饋更加迅速準確。從機電一體化發展方向對機電接口技術的要求來看,機電接口技術的研究與發展已經成為必然,同時,機電接口技術的研究與發展也必然對機電一體化技術的發展起促進作用。
4結論
機電一體化系統是機械系統不斷融合各種新技術、新知識發展起來的。因此,從機械技術發展起來的機電一體化技術的復雜性和多學科性就決定了此技術的研究重點是各種技術在機械技術上的融合與創新。機電接口技術是研究機電一體化系統中的接口問題,使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢,使系統各部分有機的結合在一起,形成完整的系統。機電接口技術是在機電一體化技術的基礎上發展起來的,隨著機電一體化技術的發展而變得越來越重要。同時機電接口技術的研究也必然促進機電一體化的發展,促進機電一體化系統理論的發展。
參考文獻:
[1]李運華等.機電控制.北京:北京航空航天大學出版社,2008.
關鍵詞：機電一體化；發展趨勢；應用分析；
1 機電一體化概述
日本企業界在1970年左右最早提出“機電一體化技術”這一概念，它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結合在一起構成的一個新詞，取名為“Mechatronics”，意思是機械技術和電子技術的有機結合，機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術，目前正向光機電一體化技術方向發展，應用范圍愈來愈廣泛。
2 機電一體化的發展現狀
機電一體化的發展總共經歷了3個階段。上世紀60年代以前是機電一體化發展第一階段（初級階段）。這個時期，人們主要利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。第二個階段是上世紀70-80年代（快速發展階段）。這一時期計算機技術、控制技術、通信技術都得到了快速發展，為后來的機電一體化發展奠定了技術基礎。而大規模、超大規模集成電路與微型計算機的迅猛發展，則為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。第三階段則是上世紀90年代后期至今，這一階段機電一體化技術開始向智能化方向邁進，進入深入發展時期。此時光學、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。我國則是從上世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。
3 機電一體化技術的應用
（一）機床數控領域
機電一體化在數控機床領域的發展已經有40年的歷史，在技術領域有了進一步的提高，無論是在結構上功能上還是在操作上都發展的比較完善。類型具有總線式、模塊化、緊湊型的結構，在開放性設計中，這種設計硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性的，可以大大提高用戶的使用效益和智能化的。在機電一體化的系統研究中分出多級的網絡，這樣能使復雜加工系統的作業能力的運行。
（二）計算機集成制造系統的領域及工業機器人
計算機系統的組合不是分散的子系統的組合，它是由全局的實踐總結出最優的系統的組合，它需要各個部門加強溝通，圍繞制造展開工作。當產品的集成度越高，就能夠使各個生產要素間的配置更加合理和完善。工業機器人首先出現的是不夠靈活的半機器人，它根據示范的動作進行重復的運動，在工作中，不會考慮工作環境和作業對象的變化。而現代的機器人，里面裝有不同的傳感元件，機器人可以作業環境和對象做出簡單的信息判斷，并能做出簡單的分析。這是機電一體化發展的新成果，也是其發展的前景所在。
4 機電一體化技術的發展方向分析
機電一體化是機械工業發展的進步的表現，近年來，機電一體化在國內外都有了全新的發展，并且廣泛的被人們用于各個行業，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。進入21世紀機電一體化技術將向以下幾個方向發展。
（一）機電一體化發展的智能化、數字化趨勢
首先機電一體化發展的智能化趨勢。機電一體化的發展打破了傳統機械自動化或者半自動化的局面，實現了智能化，這也是今后機電一體化的重要發展方向。嵌入式智能控制的算法運用，使機電一體化的產品發展為智能化，是模擬人腦的人工智能的產品，它可以根據系統的設置來做出判斷以及決策，可以取代人們的部分腦力勞動。其次機電一體化發展的數字化趨勢。奠定機電產品數字化的基礎是微控制器及其發展（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則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。
（二）機電一體化發展的網絡化趨勢
網絡技術在20世紀90年代異軍突起，其興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育以及人們的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。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡將各種家用電器連接成計算機為中心的計算機集成家電系統（CIAS），使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。
（三）機電一體化發展的微型化、模塊化趨勢
首先機電一體化將向微型化方向發展。機電一體化產品生產的廠家很多，但是如果統一開發標準機械、電氣、動力等方面的機電一體化產品并不是一件容易的事情，制定統一的標準，才能使各部件、單元匹配成功。機電一體化的生產商也可以根據自己產品的需要或者國外最新的產品的模型來進行創新，更新換代自己的產品，并不斷地擴大生產規模，使機電一體化的發展走向正規化和統一化。其次機電一體化將向微型化方向發展。在20世紀80年代末機電一體化向微型機器和微觀領域發展。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t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。
（四）機電一體化發展的綠色化、系統化趨勢
首先機電一體化發展的綠色化趨勢。所謂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。工業經濟給人們生活帶來了巨大變化。在人民物質豐富、生活舒適的同時資源卻在減少，生態環境在不斷惡化。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。其次機電一體化發展的系統化趨勢。系統具有隨時分解組合的功能，這種功能實現了多子系統互相調和以及整合的需要，機電一體化的系統功能，不但運用在通信系統以外，還運用在遠程通訊以及互聯網系統，局域網也慢慢的采用。機電一體化在系統方面未來的發展，是會越來越考慮人的因素，模擬人的智能的，甚至可以模擬生物的結構來發展。
