序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇機電一體化技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

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一、機電一體化的基本概念

機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產(chǎn)品是在機械產(chǎn)品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產(chǎn)出來的新一代產(chǎn)品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅(qū)動技術以及系統(tǒng)總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品相比，機電一體化產(chǎn)品具有下述優(yōu)越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。

（二）生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高。機電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機構(gòu)按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時，由于機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作的自動化，使得生產(chǎn)能力大大提高。例如，數(shù)控機床對工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機床提高5～6倍。

（三）使用性能改善。機電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預設的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體化產(chǎn)品可通過被控對象的數(shù)學模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作。

（四）具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產(chǎn)品跳出了機電產(chǎn)品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產(chǎn)品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調(diào)節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式空氣斷路器具有保護特性可調(diào)、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。

（五）調(diào)整和維護方便。機電一體化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時，可通過改變控制程序來實現(xiàn)工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產(chǎn)品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產(chǎn)品的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取措施，使工作恢復正常。

機電一體化技術和產(chǎn)品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領域，因此，機電一體化產(chǎn)品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產(chǎn)品的功能，可以將其分成下述幾類。

①數(shù)控機械類。主要產(chǎn)品包括數(shù)控機床、機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)以及全自動洗衣機等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為機械裝置。

②電子設備類。主要產(chǎn)品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置。

③機電結(jié)合類。主要產(chǎn)品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置和機械裝置的有機結(jié)合。④電液伺服類。主要產(chǎn)品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為液壓驅(qū)動的機械裝置，控制機構(gòu)是接受電信號的液壓伺服閥。

⑤信息控制類。主要產(chǎn)品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產(chǎn)品的主要特點是執(zhí)行機構(gòu)的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機電技術的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。

二、機電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點

機電一體化產(chǎn)品的功能是通過其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來共同實現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來看，機電一體化產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電一體化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術就構(gòu)成了機電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。

（一）機械系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品的機械系統(tǒng)包括機身、框架、機械傳動和聯(lián)接等機械部分。這部分是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎，因此對機械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求。

（二）動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作以完成預定的主功能。動力系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機電一體化產(chǎn)品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅(qū)動電路等。

篇（2）

2區(qū)域模塊化

區(qū)域模塊化也是機電一體化發(fā)展的重要趨勢之一，針對使機電一體化產(chǎn)品的各個單元實現(xiàn)區(qū)域模塊化管理是一項比較復雜、涉及面廣的工程，例如，在進行智能減速、智能變速等相關功能研制的過程中，要充分的實現(xiàn)集圖形、圖像識別、視覺效果等其他附屬的功能的控制單元等模塊化，這樣可以更加標準、準確的衡量相應的控制單元以及動力單元，進一步的提高各個單元的性能，也可以使機電一體化產(chǎn)品相應的功能之間的聯(lián)系更加緊密，使一個區(qū)域模塊更加有效的運行，只有這樣才能方便人們對機電一體化產(chǎn)品的應用，提高機電一體化產(chǎn)品的利用程度、可裝配性、可維修性等，經(jīng)過研究和推理，可以得出機電一體化模塊是未來機電一體化產(chǎn)品的主要方向，隨著未來技術發(fā)展的不斷深入，機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)模塊化的步伐也在不斷的加深。

3環(huán)保綠色化

機電一體化技術的發(fā)展給人們的生產(chǎn)和生活中帶來了巨大的變化，豐富了人們的的物質(zhì)生活，同時也給人們的生活環(huán)境帶來了負面影響，資源的過度開發(fā)利用，加重了生態(tài)環(huán)境的負擔，近些年來，越來越多的國家和組織逐漸重視到環(huán)境保護的重要性，人們環(huán)保意識的增強，要求機電一體化產(chǎn)品在設計、制造、使用和銷毀的過程中要減少對環(huán)境的污染，因此機電產(chǎn)品的環(huán)保綠色化是未來發(fā)展的一大亮點，人們環(huán)境保護意識的提高，造成了一些對環(huán)境有危害且危害較大的產(chǎn)品失去市場價值，設計和生產(chǎn)綠色環(huán)保的機電一體化產(chǎn)品具有很廣闊的發(fā)展前景，也成為未來競爭的關鍵所在。

4網(wǎng)絡化

計算機網(wǎng)絡技術近些年來的發(fā)展勢頭更加迅猛，這也促進了機電一體化系統(tǒng)的進一步的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡技術的興起及發(fā)展，給人們的生產(chǎn)、生活帶來了巨大的變革，機電一體化技術的發(fā)展也受到了計算機技術的影響，機電一體化設備通過對計算機網(wǎng)絡技術的應用可以有效的實現(xiàn)遠程自動化控制。計算機網(wǎng)絡技術的應用和改革開放的不斷深入，使國際上先進的機電一體化產(chǎn)品不斷涌入我國，這也為我國進行深入的研究提供了便利條件，促進了國內(nèi)機電一體化技術的發(fā)展，機電技術發(fā)展和計算機技術的發(fā)展相輔相成，因此計算機技術的不斷進步也有利于存進計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，目前，利用計算機網(wǎng)絡技術可以實促進了機電一體化技術產(chǎn)品更加快捷的推向市場，和生產(chǎn)商之間的技術交流，計算機網(wǎng)絡技術勢必會推動機電一體化技術的發(fā)展，也會繼續(xù)為人們提供更多、更優(yōu)質(zhì)的服務。

5微型精密化

機電一體化技術向微型精密化的方向發(fā)展的主要是納米技術的不斷深入發(fā)展，機電一體化的微型精密化產(chǎn)品體積小、攜帶方便、耗能低等，這些優(yōu)點使得機電一體化產(chǎn)品的微型精密化技術不斷進步，應用范圍也逐漸擴大，因此，機電一體化微型精密化技術具有比較廣闊的發(fā)展前景和強大動力，但是想要實現(xiàn)機電一體化微型精密化需要精密的加工工藝以及先進的設備作為強大的后盾，因此需要相關的研究人員不斷努力，不斷提高我國先進的技術發(fā)展。

篇（3）

機電一體化發(fā)展至今已經(jīng)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(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，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(jù)系統(tǒng)功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產(chǎn)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(qū)別。機械工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)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(diào)節(jié)與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產(chǎn)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，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

2機電一體化的發(fā)展狀況

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。（2）20世紀70—80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的出現(xiàn)，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術和產(chǎn)品給予很大的關注和支持。（3）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(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)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(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。

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

3機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展。機電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面：

3．1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。

3．2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環(huán)境接口等的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。由于利益沖突，近期很難制定出國際或國內(nèi)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)，還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3．3網(wǎng)絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到、質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)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(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術的應用使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

3．4微型化

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

3．5環(huán)?；?/p>

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)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(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)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(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前景。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

3．6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)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)而研制出來的。

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

參考文獻：

［1］李建勇．機電一體化技術［M］．北京：科學出版社，2004.

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機電接口主要就是機電一體化產(chǎn)品中機械裝置與控制微機之間的接口，其是基于機電一體化而產(chǎn)生的。機電接口根據(jù)信息傳輸方向的不同，可以分為信息采集接口、輸出接口[1]。在機電一體化產(chǎn)品中，傳感器是一種較為常用的設備，在輸出信號的時候，一般采用模擬量方式進行檢測，時刻掌握發(fā)電機轉(zhuǎn)速，并且檢測差動變壓器位置。然而，在輸出控制量的時候，存在一個比較特殊的形式，就是數(shù)字系統(tǒng)。機電接口技術主要就是研究機電系統(tǒng)各項組成技術與子系統(tǒng)連接問題的綜合技術，其主要包括電子技術、信息技術、機械技術等，共同構(gòu)成了一個綜合系統(tǒng)，在實際應用中，實現(xiàn)了信息的交互與融合，在機電系統(tǒng)設計中發(fā)揮了至關重要的作用。機電接口主要是由硬件與軟件共同構(gòu)成，在機電系統(tǒng)運行中，與環(huán)境及操作者之間成立一種有效連接，在物理通道中展開信息與能量的輸入、轉(zhuǎn)換及傳輸。在信息轉(zhuǎn)換的過程中，需要進行有效的交互與調(diào)整，實現(xiàn)機電一體化技術的協(xié)調(diào)與綜合，保證各系統(tǒng)的有效運行，充分發(fā)揮系統(tǒng)功能，實現(xiàn)預期的工作目標。

（二）分類

目前，機電接口主要包括以下幾種：智能接口、動力接口、機電接口、人機接口[2]。智能接口應用較為復雜，不同技術形式產(chǎn)生的信息形式也不同，并且在使用過程中，可以根據(jù)不同要求展開相應的改變。在各種信息轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)倪^程中，智能接口可以確保不同技術與子系統(tǒng)的有機結(jié)合，構(gòu)成一個完整系統(tǒng)。動力接口可以有效連接動力源與機電系統(tǒng)，之后給予機電系統(tǒng)相應的驅(qū)動動力。在機電系統(tǒng)中，動力類型有很多種，主要包括直流電、交流電、液壓等，在系統(tǒng)中運用不同動力類型的時候，需要選用不同的接口形式，確保系統(tǒng)可以正常運行。機電接口的作用就是實現(xiàn)各種驅(qū)動系統(tǒng)的有效連接，并且將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)變成執(zhí)行信號，在轉(zhuǎn)變的過程中滿足傳感器運行要求。人機接口是機電系統(tǒng)與操作者之間存在的接口，通過這一接口，可以在操作者眼前呈現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)，并且有效監(jiān)控系統(tǒng)運行，實現(xiàn)人性化操作目標。

二、機電一體化發(fā)展及其發(fā)展趨勢

（一）機電接口技術對機電一體化發(fā)展的影響

近些年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對一些事物的要求也在明顯提高。經(jīng)濟的快速發(fā)展離不開科學技術水平的提高，傳統(tǒng)機械技術已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人們?nèi)找嬖鲩L的技術需求，需要對其進行改進與完善。從而在此形勢下，機電一體化技術應運而生，其主要包括電子技術、信息技術、機械技術等，充分滿足了現(xiàn)代社會發(fā)展的技術要求。在機電一體化技術初始發(fā)展中，只是將電子技術與機械技術進行融合，接口十分簡單、便捷[3]。然而，隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，機電一體化技術水平也在不斷提升。目前，機電一體化技術不再是簡單的機電一體化產(chǎn)品，逐漸形成了一個復雜的系統(tǒng)，其系統(tǒng)內(nèi)部接口也日益復雜?，F(xiàn)階段，機電一體化技術研究越來越深入、成熟，然而，簡單的技術研究已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)的運行需求，需要充分重視其復雜性研究。針對機電一體化技術而言，其復雜性較強，如果只是單純研究系統(tǒng)設計及其集成理論，根本無法充分實現(xiàn)系統(tǒng)的作用，為此，需要加深對機電接口技術的研究，在設計方面，加強對有關理論的融合，確保機電一體化系統(tǒng)的全面實施。在機電一體化技術發(fā)展過程中，越來越向智能化、系統(tǒng)化、微型化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展，其系統(tǒng)內(nèi)部接口要求越來越高，不僅要確保接口技術與系統(tǒng)技術的有效融合，還要確保信息傳輸?shù)捻槙场?/p>

（二）機電一體化發(fā)展歷程及趨勢

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2構(gòu)建思路

機電一體化專業(yè)課程體系構(gòu)建是基于學生未來職業(yè)要求和技術技能型質(zhì)量要求的，要充分考慮職業(yè)資格考試和技能大賽對教學引領作用，在課程體系中集中體現(xiàn)技術、技能屬性。考慮現(xiàn)有機電一體化專業(yè)教學模式，將機電一體化專業(yè)課程體系構(gòu)建為“階段+模塊”、“理論+實踐”的互補體系。機電一體化專業(yè)教學課程階段主要包括職業(yè)基礎能力培養(yǎng)階段、職業(yè)專門技術能力培養(yǎng)階段、職業(yè)關鍵能力培養(yǎng)階段和職業(yè)拓展能力培養(yǎng)階段四個階段，對學生在未來職業(yè)中所需技術技能進行培養(yǎng)，全面提升學生綜合專業(yè)能力。機電一體化專業(yè)教學課程模塊主要包括基礎課程、技術課程、實訓課程和選項課程四大模塊，其中基礎課程模塊就學生在未來職業(yè)中的職業(yè)素質(zhì)和基礎能力進行開發(fā)培養(yǎng)，切實提高學生職業(yè)綜合素養(yǎng)；技術課程模塊就學生在未來職業(yè)中的專業(yè)技術能力進行開發(fā)培養(yǎng)，主要設置職業(yè)技術性課程；實訓課程模塊就學生在職業(yè)技術性課程中所學進行實訓教學；選項課程模塊就學生在未來職業(yè)中具體工作崗位所需設置的課程，具有較強的專業(yè)性和技術技能導向性。

3課程體系總體設計

高校機電一體化專業(yè)課程體系的總體設計框架是基于機械工程行業(yè)需求，強化學生技術、技能基礎，拓寬機電專業(yè)能力，突出未來職業(yè)能力，提高綜合專業(yè)素質(zhì)，全面職業(yè)發(fā)展的課程結(jié)構(gòu)，是面向多方向工作崗位需求，設計大類模塊化課程的體系。機電一體化專業(yè)課程體系的總體設計包括集“自然科學+人文社會科學+專業(yè)思想教育”在內(nèi)的基礎課程教育（一個基礎），包括集“電工電子基礎平臺+機械基礎平臺+計算機控制技術基礎平臺”在內(nèi)的平臺課程教育（三個平臺），包括集“自動生產(chǎn)線方向+機電一體化設備+模具設計和制造+數(shù)控技術應用+計算機輔助機械設計”等多模塊課程教育（多模塊）。

篇（6）

現(xiàn)代科學技術的發(fā)展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。

一、機電一體化的核心技術

機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手。

（一）機械本體技術

機械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。

（二）傳感技術

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(fā)展非接觸型檢測技術。

（三）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(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)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。

（四）驅(qū)動技術

電機作為驅(qū)動機構(gòu)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(fā)展內(nèi)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(qū)動單元。

（五）接口技術

為了與計算機進行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標準化、規(guī)格化。接口采用同一標準規(guī)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(fā)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。

（六）軟件技術

軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)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

（一）數(shù)控機床

數(shù)控機床及相應的數(shù)控技術經(jīng)過40年的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)在：

1、總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，即采用多CPU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。

2、開放性設計，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。

3、WOP技術和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。

4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數(shù)控功能，同時也加強了CNC系統(tǒng)的控制功能。

5、能實現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。

6、系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡功能，加強了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復雜加工系統(tǒng)的能力。

7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。

（二）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）

CIMS的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。

（三）柔性制造系統(tǒng)（FMS）

柔性制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng)，主要由計算機、數(shù)控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，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、設計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

（四）工業(yè)機器人

第1代機器人亦稱示教再現(xiàn)機器人，它們只能根據(jù)示教進行重復運動，對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現(xiàn)出低級智能，已開始走向?qū)嵱没?；?代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。

三、機電一體化技術的發(fā)展前景

縱觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術的發(fā)展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。

（一）智能化

智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一，也是21世紀機電一體化的發(fā)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(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產(chǎn)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。

（二）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)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現(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，一般除RS232等常用通信方式外，實現(xiàn)遠程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系，如何賦予機電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機體，使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。

（三）微型化

微型機電一體化系統(tǒng)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(fā)展方向。國外稱微電子機械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發(fā)展。由于微機電一體化系統(tǒng)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(yī)學、航空航天、信息技術、工農(nóng)業(yè)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。

（四）模塊化

模塊化也是機電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)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(chǎn)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(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品，同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。

（五）網(wǎng)絡化

網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響，使其朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品的種類很多，面向網(wǎng)絡的方式也不同。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)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(chǎn)品。

（六）綠色化

工業(yè)的發(fā)達使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染，于是綠色產(chǎn)品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產(chǎn)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(tài)環(huán)境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢時能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。

綜上所述，機電一體化是眾多科學技術發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機械設計方法和設計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機械設備的要求，而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。

參考文獻：

1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.

2、芮延年.機電一體化系統(tǒng)設計[M].北京機械工業(yè)出版社,2004.

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（1）行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。一般微機的I/O芯片都是TTL電平，而控制設備則不一定，因此必須進行電平轉(zhuǎn)換；另外，在大負載時還需要進行功率放大；

（2）抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入，可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機系統(tǒng)和控制設備在電器上加以隔離；

（3）進行A/D或D/A轉(zhuǎn)換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時，必須在微機系統(tǒng)和被控對象之間設置A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，以保證微機所處理的數(shù)字量與被控的模擬量之間的匹配。

1、模擬信號輸入接口。在機電一體化系統(tǒng)中，反映被控對象運行狀態(tài)信號是傳感器或變送器的輸出信號，通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號（如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉(zhuǎn)速檢測用的測速發(fā)電機等）計算機要對被控對象進行控制，必須獲得反映系統(tǒng)運行的狀態(tài)信號，而計算機只能接受數(shù)字信號，要達到獲取信息的目的，就應將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的接口——模擬信號輸入接口。

2、模擬信號輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中，控制生產(chǎn)過程執(zhí)行器的信號通常是模擬電壓或電流信號，如交流電動機變頻調(diào)速、直流電動機調(diào)速器、滑差電動機調(diào)速器等。而計算機只能輸出數(shù)字信號，并通過運算產(chǎn)生控制信號，達到控制生產(chǎn)過程的目的，應有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務是把計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應的執(zhí)行器，達到控制對象的目的。模擬信號輸出接口一般由控制接口、數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關和功率放大器幾部分構(gòu)成。

3、開關信號通道接口。機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，需要經(jīng)常處理一類最基本的輸入/輸出信號，即數(shù)字量（開關量）信號包括：開關的閉合與斷開；指示燈的亮與滅；繼電器或接觸器的吸合與釋放；電動機的啟動與停止；閥門的打開與關閉等。這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機電一體化控制系統(tǒng)中，對應二進制數(shù)碼的每一位都可以代表生產(chǎn)過程中的一個狀態(tài)，此狀態(tài)作為控制依據(jù)。

（1）輸入通道接口。開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統(tǒng)設置開關信號傳送給計算機。這些信號實質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號，所以開關信號輸入通道又稱為數(shù)字輸入通道（DI）。由于開關信號只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數(shù)字信號“1”和“0”，但是其電平一般與計算機的數(shù)字電平不相同，與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題，它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉(zhuǎn)換電路和地址譯碼電路等組成。

（2）輸出通道接口。開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執(zhí)行器（如繼電器或報警指示器）。它實質(zhì)是邏輯數(shù)字的輸出通道，又稱為數(shù)字輸出通道（DO）。DO通道接口設計主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅(qū)動開關執(zhí)行器的功率。開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅(qū)動器和輸出口地址譯碼電路等組成。

二、人機接口

人機接口是操作者與機電系統(tǒng)（主要是控制微機）之間進行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向，可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統(tǒng)通過輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運行參數(shù)及結(jié)果等信息；另一方面，操作者通過輸入接口向機電系統(tǒng)輸入各種控制命令，干預系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)所要求的功能。

1、輸入接口。

（1）撥盤輸入接口。撥盤是機電一體化系統(tǒng)中常見的一種輸入設備，若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù)，如修正系數(shù)、控制目標等，采用撥盤較為方便，這種方式具有保持性。撥盤的種類很多，作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連，以BCD碼形式輸入信息。

（2）鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合，向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有：

1）編碼鍵盤，自動提供被按鍵的編碼（如ASCII碼或二進制碼）；

2）非編碼鍵盤，僅僅簡單地提供按鍵的通或斷（“0”或“1”電位），而按鍵的掃描和識別，則由設計的鍵盤程序來實現(xiàn)。前者使用方便，但結(jié)構(gòu)復雜，成本高；后者電路簡單，便于設計。

2、輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中，發(fā)光二極管顯示器（LED）是典型的輸出設備，由于LED顯示器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜，因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡單，是同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式LED顯示器一般用來顯示復雜符號、字母及表格等，在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。

結(jié)語：

接口技術是研究機電一體化系統(tǒng)中的接口問題，使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢，使系統(tǒng)各部分有機地結(jié)合在一起，形成完整的系統(tǒng)。接口技術是在機電一體化技術的基礎上發(fā)展起來的，隨著機電一體化技術的發(fā)展而變得越來越重要；同時接口技術的研究也必然促進機電一體化的發(fā)展。從某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)的設計，就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進行的接口設計。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統(tǒng)的控制性能，以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，因此接口技術是機電一體化系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。

參考文獻：

[1]費仁元，張慧慧，鄭剛。機電接口技術的內(nèi)涵和發(fā)展。北京工業(yè)大學學報。2003.（4）

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機電一體化技術是面向應用的跨學科的技術，它是機械技術、微電子技術、信息技術和控制技術等有機融合、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更新日新月異。

一、機電一體化技術的發(fā)展歷程

“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業(yè)注冊時最先創(chuàng)用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結(jié)合。國內(nèi)早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。

80年代，信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產(chǎn)品所采用，典型的機電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機床、工業(yè)機器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統(tǒng)后，使機械—電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。

信息技術驅(qū)使機械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動系統(tǒng)。這樣，對機電一體化的系統(tǒng)設計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產(chǎn)生了“光機電一體化”的新領域。

進入90年代，通信技術進入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術的發(fā)展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進入了21世紀。

二、典型機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢

（一）數(shù)控機床

目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數(shù)控機床只占約5％且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達國家數(shù)控機床占10％）。近些年來數(shù)控機床為適應加工技術的發(fā)展，在以下幾個技術領域都有巨大進步。

1．高速化。由于高速加工技術普及，機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉(zhuǎn)速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移動速度由過去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，由過去一般機床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達15G；直線電機在機床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機。

2．高精度化。數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亞微米級機床達到0.0005mm左右；納米級機床達到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已問世。

數(shù)控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達到1u的圓度，插補前多程序預讀，大大提高了插補質(zhì)量，并可進行自動拐角處理等。

3．復合加工，新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)。如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機床，串并聯(lián)絞鏈機床等，采用特殊機械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運算方式，特殊編程要求。

4．使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機床“如虎添翼”。如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑，在轉(zhuǎn)深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達1000m/min，加工鋁件能達5000m/min。

5．數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理。數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網(wǎng)絡制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術都在數(shù)控機床基礎上發(fā)展起來，這必然成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。

（二）自動機與自動生產(chǎn)線

在國民經(jīng)濟生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產(chǎn)線及各種自動化設備，是當前機電一體化技術應用的又一具體體現(xiàn)。如：2000～80000瓶/h的啤酒自動生產(chǎn)線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產(chǎn)線；各種高速香煙生產(chǎn)線；各種印刷包裝生產(chǎn)線；郵政信函自動分撿處理生產(chǎn)線；易拉罐自動生產(chǎn)線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線等等，這些自動機或生產(chǎn)線中廣泛應用了現(xiàn)代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器，變頻調(diào)速器，人機界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等。我國的自動機與生產(chǎn)線產(chǎn)品的水平，比10多年前躍升了一大步，其技術水平已達到或超過發(fā)達國家上一世紀80年代后期的水平。使用這些自動機和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多，對維護和管理這些設備的相關人員的需求也越來越多。

三、機電一體化技術的發(fā)展趨勢

以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發(fā)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、綜合化、個性化信息技術革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟、社會和軍事的發(fā)展，而且也深刻影響著機電一體化的發(fā)展趨勢。專家預測，機電一體化技術將向以下幾個方向發(fā)展：

（一）光機電一體化方向

一般機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源（下轉(zhuǎn)第80頁）（上接第81頁）（動力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成。引進光學技術，利用光學技術的先天特點，就能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。

（二）柔性化方向

未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在這系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同環(huán)境條件做出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

（三）智能化方向

今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。

四、仿生物系統(tǒng)化方向

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產(chǎn)品雖然有仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。

五、微型化方向

目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要再區(qū)分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以“融合”機體，執(zhí)行結(jié)構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發(fā)展方向。

篇（9）

2.數(shù)控坡口機目前使用過程中產(chǎn)生的問題

2.1套料技術配置缺乏科學合理性

由于數(shù)控坡口機所擁有的編程是十分的繁雜的，因此在進行使用的時候，若是進行操作出現(xiàn)失誤，那么就會使鋼材等材料出現(xiàn)切割過量的現(xiàn)象，往往來說，進行切割的速度越快，那么材料過量的現(xiàn)象就越多，糟蹋的材料就更多。一般情況下，所采用的數(shù)控坡口機經(jīng)常使用到的軟件就是將DXF或者是CAD等有關的相應零件圖轉(zhuǎn)化成為比較簡單的NG切割數(shù)據(jù)，然后再采用人工的方法在數(shù)控坡口機上實行材料編排。但是這一切割方法只適合于對部分的鋼材料實行切割工作，對于那些整一個的鋼材料實行切割行為就比較困難了，從而導致管道鋼材料受到糟蹋的現(xiàn)象出現(xiàn)，甚至有時還會因為一個簡單或較小的行為而致使整一個管道出現(xiàn)作廢的情況。與此同時，由于數(shù)控坡口機所擁有的編程基本上都是使用控制器工作的，這也就導致了數(shù)控坡口機很大一部分的時間都浪費在編程的等候中，浪費了大量的時間，使機器的工作率下降。

2.2比較過時的數(shù)控切割技術

數(shù)控坡口機在進行工作的時候.首先就是要對材料進行相應的切割，這也是在對材料進行焊接時的基礎。由此可見，數(shù)控坡口機進行切割所擁有的良好質(zhì)量，對于接下來進行焊接所產(chǎn)生的質(zhì)量奠定了良好的基礎。但是到目前為止，我國在數(shù)控切割這一領域上還是擁有著非常多的問題，大多數(shù)的企業(yè)都會選擇在采用數(shù)控坡口機進行切割的根本上，再加以刨邊機等各式有關的機械進行協(xié)助，有的還會采用人工進行加工等的方法進行反復性的加工，這就必然導致需要產(chǎn)生過多的步驟。這樣一來，必然會造成數(shù)控坡口機進行切割時產(chǎn)生的工作效率明顯的降低，與此同時，還使很多的鋼材等材料得到糟蹋，從而產(chǎn)生了濫用資源的現(xiàn)象。

3.為提高數(shù)控坡口技術水平采取的措施

3.1加強套料技術配置的科學合理化

由于數(shù)控坡口機在進行切割的時候會出現(xiàn)套料技術配置的不科學合理化，因此可以將機電一體化技術應用到數(shù)控坡口機上使套料數(shù)據(jù)的配置得到科學合理化。因為機電一體化技術具有使機械、電氣和計算機等各種有關的技術進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而使數(shù)控坡口機中擁有的套料數(shù)據(jù)得到較高程度上的合理配置，并且保障在進行聯(lián)合的過程中，將套料本身所具有的作用和功能都得到充分的使用，進而使數(shù)控坡口機的工作效率得到進一步的提高。在進行數(shù)控坡口機套料數(shù)據(jù)的配置的時候，可以通過先采用合適的軟件對數(shù)據(jù)等進行改善并且提前進行圖畫的編程，當出現(xiàn)了較為全面性的套料數(shù)據(jù)以及切割步驟時，就可以利用坡口機進行操作，完成對管道的切割，從而使大部分的鋼材等材料資源得到節(jié)約，促進了數(shù)控坡口機的工作完成質(zhì)量和工作效率的提高。

3.2己女善和加強數(shù)控切割技術

從一定程度上來說，機電一體化是屬于采用高新科技實行的一種機械工作方式。由于我國在數(shù)控坡口機進行切割的時候出現(xiàn)了種種問題，因此通過采用最新的高新科技對坡口機實行設計，提前在坡口機上對有關的零配件等進行編排和編程，利用所產(chǎn)生的命令實行管道的切割工作。通過這種方式進行切割，既使坡口機的切割速度得到一定程度上的提高，而且還為數(shù)控坡口機的切割質(zhì)量提供保障。不但能夠使所需要的鋼材料等材料得到減少，使運行和生產(chǎn)成本得到降低，而且還大大的使數(shù)控坡口機切割的工作效率得到進一步的提高。

篇（10）

2整合教學目標，促進理論知識與實踐操作融為一體

打破傳統(tǒng)重視理論知識教授的教學模式，重新對課堂教學目標進行定位，確立以職業(yè)崗位能力要求作為主要導向，將知識、能力、態(tài)度三個目標進行融合的課堂教學目標。例如在“訂單”培訓中，教學活動以企業(yè)的人才類型需要、人才知識技能、人才規(guī)格等要求作為實施教學活動的目標。根據(jù)教學目標對課程設置進行調(diào)整，并確定相應的教學效果評估方法。這種教學模式根據(jù)就業(yè)崗位需要著重對學生的知識應用能力進行培養(yǎng)。在教學活動中制定明確的教學目標，可使學生在學習過程中明確學習目標，然后進行有針對性加強學習。根據(jù)具體的學習目標，學生可明確自己的學習方向，然后對學習資源進行尋找，提高學生學習的主動性和積極性。同時，在這樣的學習過程中，學生更容易發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)起探索知識的求知欲。在教學過程中，教師需要密切聯(lián)系技能訓練與實際生產(chǎn)間存在的聯(lián)系，提高學生實際生產(chǎn)能力，促進學生畢業(yè)后能盡快順利進行相應的工作。

3整合教師隊伍，促進教學任務融為一體

在傳統(tǒng)中職教學活動中，專業(yè)課程通常分為理論與實踐教學兩大部分。在任課教師的分配上也存在理論課教師和實踐課教師之分。理論課教師和實踐課教師在進行教學活動時各種有相應教育體系，二者幾乎完全獨立，不存在任何聯(lián)系。這種教學模式的存在導致理論知識和實際操作的教學與學生相互脫節(jié)，嚴重制約教師的教學效果，進而影響到學生的學習質(zhì)量。因此，在機電專業(yè)教學中，必須對教師隊伍進行整合，將理論知識教學與實際操作教學密切結(jié)合起來，使學生在學習過程中真正能夠做到理論與實踐密切結(jié)合。例如將《電工技術基礎》、《電工技能》、《電子技術基礎》、《電子技能》四門基礎課程整合成《電工技能與實訓》、《電子技能與實訓》兩門課程。將分離開的電工及電子技術理論基礎與電工、電子技術實際操作相融合進行教學。教學過程中安排一個任課老師同時教授理論知識與操作實習。這樣的教學活動可更好的實現(xiàn)理論與實踐相互結(jié)合進行教學，更有利與學生對知識的掌握和運用。摘要：在中職院校的教學活動中，實踐教學是核心內(nèi)容。中職教育的主要目的是為社會提供技術型人才。因此，在教學活動中必須高度重視理論與實踐相結(jié)合，在提高學生理論知識的同時促進學生的實際操作能力。就中職機電技術應用專業(yè)項目一體化教學模式進行分析，旨在為項目一體化教學的有效進行提高可靠參考依據(jù)。關鍵詞：中職；機電技術應用專業(yè)；項目一體化；教學模式。

4整合教學與實習，促進學生理論知識與操作技能融為一體

在機電專業(yè)教學中，應高度重視理論與實踐相結(jié)合，只有充分將理論知識與實際操作結(jié)合進行教學，才能真正提高學生的技術應用水平。經(jīng)過理論教學后，及時讓學生到相應的工作崗位進行實習，讓學生更加深刻的理解理論知識，熟悉應用相關技能。在實習過程中，學生可將課堂上學生的理論知識充分應用到工作過程中，進而獲取更高等的操作技能。同時，應用課堂上所學到的理論知識，學生可在實踐中更加有效的探索實際問題，積極思考解決問題的有效方法，促進自身能力得到全面提高。在一體化教學中，教師應及時發(fā)現(xiàn)學生存在的問題，并在課堂上對學生進行巡回指導，引導學生探索問題、解決問題，指導學生形成獨立思考問題、處理問題的能力。教學過程中的巡回指導與教學結(jié)束時的結(jié)束性指導，對教學質(zhì)量的提高具有重要意義，這個過程中均涉及到理論知識和實踐。例如在《電力拖動》教學過程中，可將理論知識與實際操作結(jié)合進行教學，具體教學設計如表1所示。