时间：2022-10-02 21:39:45
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机电一体化设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
因为要对植被进行处理，所以，园林设计机电一体化技术在实际应用中面临的问题，与农业生产类似。因此，园林设计机电一体化机械在很大程度上与农业机械相似。现在，园林设计机电一体化机械在实际应用中还存在许多缺陷，具体来说，包括以下几点。
1.1种类比较少
现在市场上常见的有各种修剪机、洒水机等，这些比较单一，还有许多机电一体化机械并不常见，如移植机等。在许多发达国家，其园林设计机电一体化设备更加多样化，在美国、欧洲等国家，其园林设计设备种类就更多，用途也更广泛。国内也有许多知名品牌的销售，如绿友、东方园林等，在国内还有许多生产园林机械的著名厂家，在淮安、扬州等地就有许多知名厂家。
1.2普及率低
与数十年前相比，园林设计中采用机电一体化机械的频率虽然有所升高，但就目前来讲，机械的使用率还是偏低，还不够普及。与发达地区相比，我国大部分地方还在用半自动化机械工作，距离全自动机械工作还有一定距离。
1.3利用率较低
部分园林机电设备会投入使用，但机电设备的使用效率不高，其原因有二，一是存在人为操作的问题，错误的操作规程对机电设备造成很严重的破坏，导致维修费用升高，使成本不降反增；二是没有将机电设备的利用效率最大化，导致资源浪费，增加了管理与维护的成本，阻碍了机电设备在园林设计方面的投入和使用。
1.4保管和维护不到位
机械是易损耗的，使用过程中难免会出现故障，但有些企业由于缺乏技术人员维修不到位，有的根本不进行定期维修，故障的机器多数被弃置仓库，却利用人力完成作业，这成为园林设计中机电一体化的缺点。不懂得机械结构和原理，不熟悉机械的操作，不知道如何保养机械，导致机械使用寿命降低。对上述问题，企业必须制定相关的操作规程，让员工认真学习操作规范以及正确的使用方法。另外，在大规模使用园林机电一体化机械时引起的噪音、环境污染等问题也有待解决。机电一体化的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，专业化是必不可少的。由于各类科技学科发展及相互渗透，促使了机电一体化技术和产品在各行业、部门的飞速发展。其中机电一体化在园林设计中也得到了应用。
2机电一体化在园林设计中的应用
随着现代化技术的广泛应用，机电一体化技术也逐渐渗透进了园林设计。经过两千多年的发展，中国古典传统园林所讲究的意境已经到了炉火纯青的地步，虽然可能会有更好的园林出现，但是机电化已经成了一个重要的发展趋势，这是大势所趋。园林设计中会融入更多的机电一体化等元素。沿着这个思路走，创造园林的科技文明和传统意境对园林现代化的普遍需求相结合，是成就上流园林的必要条件之一。
3结语
关键词：可编程序控制器;发展历程;重要作用
前言
随着工业生产技术的发展，传统的机械控制生产模式已经不能满足人们对生产生活的需求，因此现代工业已经摒弃传统的生产模式，取而代之的是集成化、规模化的生产为模式。可编程序控制器是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，并且这种新型控制模式已经深入到了工业生产控制的各个模块，可编程序控制器在机电一体化的设计中也越来越得到了广泛的应用，PLC的应用也将是机电一体化设计发展的趋势。
1.PLC的定义和发展历程
PLC（可编程序控制器）是随着工业发展应运而生的一种以数字运算操作为基础的电子装置，其工作原理是采用可以编制程序的存储器来储存在控制器内部的各种运算及指令，其中包括计算机技术中的顺序运算、逻辑运算、算术运算等。
并通过转换器将人们输入指令转换成机器能够识别机器语言，转换完成后将指令输出最终达到控制机械生产的目的[1]。
上个世纪六十年代可编程序控制器的雏形就已经产生，进入七十年代后PLC技术在国外已经得到了发展，一些中小型的企业已经开始应用。经过几十年的发展，全球经济一体化进程加快的同时，发达国家更加注重了对可编程序控制器知识产权的保护。对于我国PLC技术来说，没有一个从研制开发到生产的过程，而是成套的设备引进来使得可编程序控制器得到广泛的应用。
2.PLC技术在机电一体化设计中的运用
PLC技术与其他的控制器相比，其操作更简单、抗干扰性强、稳定性和可靠性高。基于以上的优点，使得其在化工、电子、交通、机械等工业控制领域的机电一体化设计中得到了广泛的应用。
2.1 PLC技术在机电一体化设计中对运动控制的应用
在机电一体化设计中，PLC主要是实现控制功能，在运动控制方面，它可以有效的控制机械的直线运动和曲线运动甚至是圆周运动。在不同的工业生产中，PLC技术可以体现其不同的应用特点，在电气生产中，PLC技术可以很大程度上提升机械生产的性能，并可将自动化水平大大的增加。在设计运动控制的混凝土搅拌生产中，运用了PLC技术可以在很大程度上保证设备的稳定运行，经过实际研究分析，PLC技术可以有效的控制机械设备故障的发生率，为生产减少了能源的消耗，并提高了生产效率[2]。
2.2 PLC技术在机电一体化设计中对数据控制的应用
在机械加工的生产过程中，PLC会与计算机数据控制器组成一个整体，在控制机械加工运算方式的同时实现对数据的控制，通过窗口软件，技术人员可以自由的对设备间的数据进行共享并控制，从已有的PLC技术发展趋势来看，在今后的机电一体化系统中，基于PLC技术的控制将会占据主导地位。
2.3 PLC技术在机电一体化设计中对生产过程控制的应用
对于PLC技术能否在机电一体化设计中胜任重要的工作，要看PLC技术能否很好的对工业生产中生产过程进行很好的控制，在控制的过程中，技术人员可以根据相关的数据系数做为判定控制是否合格的重要标准，例如电压、电流、温度、压力等相关数据的系数。经过对相关数据系数的当前值和历史值的对比可以在第一时间得知机械生产过程中是否出现了故障及差错，从而保证生产的效率和企业的经济效益。在机械控制方面，PLC技术应用最广泛的控制方式就对生产过程控制[3]。
3.PLC技术在机电一体化设计中应用实例
3.1 PLC技术在供水系统中的应用
PLC技术在各个领域的到了广泛的应用，例如供水控制系统。随着城市居民对供水的大量需求，供水管网的流量必须要随用水量的变化而随机变化才能满足人们不同时间段对水量需要，传统的控制方式不能够控制的相对准确。因此水务企业在供水系统中应用了PLC技术。PLC技术可以保证管网的压力变化不会因为水量的变化而对供水系统产生影响。其工作原理为：当供水设备启动后其中一台水泵在控制器的控制下设定一定的速率升速运行，运行一段时间后，管网压力不断升高以后，可以将当电机的转速稳定在某一值，当用水量增大时电机转速可以随着水量的增加提高到一个新值并稳定。经过控制器的一些列控制可以在一定程度上减少供水过程中的资源浪费，还可以保证供水管道不会因为供水压力的不规律而产生的损害。
3.2 PLC技术在闸门控制系统中的应用
我国大多数的水库闸门控制仍然采用的是相对陈旧串阻启动控制柜，由于近些年技术和经济的不断发展，串阻启动控制柜已经不能体现其控制优势，相反的在串阻启动控制柜越来越展现了其接线工艺复杂、设备占地面积大的劣势。相关技术人员对原有系统的工作原理进行认真研究和现场实际考察，考察结果发现运用PLC技术的 控制器不仅可以改善原有控制器的缺点，还能使闸门升降过程中的动作更加简单，方便操作。其工作原理很简单，只需保证抱闸与电机同步运行
并同时监测变频器故障等信号，将内部指令结合闸位传感信号做成控制软件即可。
4.结语
经过本文以上的研究和论证分析，笔者可以得出以下结论，在机械控制领域PLC已经展现了其优势，并为机电一体化设计做出了贡献，但是在现实的成产生活中，为了能够实现可编程序控制器的强大功能，发挥真正的作用，还需要大家做进一步的努力，首先应该深入的了解控制器所控制的对象，其次应该将PLC技术科学合理的应用在机电一体化设计中。近年来我国机电一体化成为工业发展新亮点，随着我国工业向智能化、网络化发展的趋势，PLC已经展现了其强有力的优势和广阔的发展空间，并且将会为我国的机电一体化进程做出巨大的贡献。
参考文献：
[1]武文佳，丁广鑫，赵明艳，等.基于Solid Works&LabVIEW的虚拟原型机电一体化设计技术研究[D].西安电子科技大学，2012.
关键词：机电一体化设计PLC 提升机电控技术
中图分类号： TU85 文献标识码： A
前言：
当前，随着计算机、电力电子技术及自动控制理论等的发展，机电一体化正在大踏步走进煤矿，其中矿井提升是机电一体化在煤炭行业最完美的结合之一。它是通过PLC这种先进的控制器转化并充分实现在提升过程中提升要完成的启动加速、等速、减速、及爬行等阶段，其拖动力及速度将随之变化，每个阶段控制方式也不完全相同。
1、电控系统中PLC应用的必要性
PLC即可编程逻辑控制器，它具有逻辑控制、模拟量闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制。如今PLC都配有A／D、D／A转换及算术运算功能，有的还有PID功能，这些功能使PLC在模拟量闭环控制。运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服设备，PLC可实现数字量的智能控制；PLC配合可编程序终端设备，可实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提供依据，利用PLC自检信号可以实现系统监控；PLC具有较强有力通信功能，可以与计算机或其他智能装置进行通信机联网，从而能方便地实现集散控制。PLC的应用通常可分为顺序控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网。它具有抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；编程方便、易于使用；功能完善、扩展能力强；PLC控制系统设计、安装、调试方便、维修方便、维修工作量小；结构紧凑、体积小、重量轻、易于实现机电一体化。
提升机是煤矿生产过程中十分重要的设备，高度可靠、安全第一、使用便利、功能强大是对提升机电控设备的基木要求。近年来，计算机控制技术取得了飞速的发展，在提升机电控系统中引入计算机控制技术已经成为时代的趋势。PLC是一种专门应用于工业现场的计算机，因其具有大量的处理开关，故不需改变外部接线，只需通过程序改变就可修改控制程序。编程简单、操作容易、省时省力，且PLC本身功耗低，故障率低，抗干扰能力强，可靠性高，性价比高，集成化、自动化程度高，维护简单，能够实现复杂程度较高的逻辑运算。可以说，在提升机电控系统中应用PLC技术，是提升机运行安全性提高、维护工作量减少、提升时间缩短、生产效率提高的有效措施。
2 、 PLC技术的功能与应用原理
PLC技术是一种较为完善的数字运算操作系统，在工业环境系统中得到广泛应用。PLC的贮存器可依靠多种方式来就生产过程或各类型机器进行控制，如模拟的、数字的输入与输出等。PLC技术特性众多，如使用便利、通用性强等。随着国内计算机技术发展的日益深入，其于工业控制领域当中的应用越加完善。此外，PLC技术还具备自诊断和监控功能，即系统异常情况卜的运行自动终止和报警信号的发出，且能够借助软件来监测故障和校验程序。依靠先进PLC技术替换了传统的继电器逻辑控制方式，其作为工作计算机，微处理功能十分独特，通过对外部信号的采集来做出逻辑判断，进而对各个执行原件进行指令传输，从而实现对提升机控制的自动化。
3 、 PLC在提升机电控系统中的应用
基于PLC技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图所示，要由以下5部分组成：高压主电路(包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源)、主控PLC电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。
图1电控系统控制电路组成结构图
工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置。主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向(或反向)极端位置，主控PLC通过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接人全部转子电阻启动，然后依次切除8段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转编码器跟随主电动机转动，输出2列a／b相脉冲，分别接到主控PLC的高速计数器HSC0的a／b相脉冲输入端，由主控PLC根据a／b脉冲的相位关系，自动确定HSC0的加、减计数方式。根据HSC0的计数值，就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的a相脉冲，主控PLC进行加计数。根据HSC1在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。
下面是PLC控制软件主程序流程图如图所示。
图2PLC控制软件主程序流程图
(1)初始化子程序用于对高速计数器HSC0和HSC1进行以下操作：写控制字、定义工作模式、清零、写设定值、设置定时中断、连接中断、启动计数。
(2)制动油泵、油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和安全阀电磁铁等的控制属于交流提升机安全运行所需辅助设备的控制。
(3)制动油过压信号、制动油过热信号和油过压信号的显示控制用于交流提升机工作状态的显示控制。
(4)调绳闭锁回路是在调绳过程中起安全保护作用。双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关1hk－3断开，使调绳连锁环节串入安全回路。正常运行时，1hk－3接通，调绳连锁不起作用。
(5)提升信号回路用于对交流提升电动机启动或减速作好准备。
(6)位置测量子程序用于测量提升机在矿井中的位置。
(7)行程显示子程序根据旋转编码器的脉冲个数来显示当前的行程位置。
(8)减速信号回路和减速信号铃用于减速控制并且发出铃声提示信号。
(9)自动换向工作回路和手动正反转工作回路分别用于自动和手动方式下对交流提升电动机进行正反转控制。
(10)安全回路用于防止和避免交流提升机发生意外事故。
(11)定时器控制回路和转子电阻通断控制用于交流提升电动机启动或减速时的转子电阻切换控制。
(12)动力制动回路用于动力制动电源的投入与切除控制。
(13)脚踏制动联锁和工作闸继电器用于交流提升电动机制动控制。
下面简述PLC在提升机运行过程中的重要环节(梯形图略)；
(1)安全回路通过连锁功能保证了提升机安全、可靠运行，当出现不正常工作状态时PLC输出断电信号，安全回路运行指示灯熄灭，安全闽电磁铁不得电，提升机进行安全制动。其中安全回路由主令控制器手柄零位连锁触电、工作闸制动手柄连锁触点、测速回路断线监视继电器KV的动合触点、过速保护继电器动合触点、常速保护继电器动合触点、高压油过压辅助动合触点、制动油过压输出动断触点、过卷开关松绳保护开关、闸瓦磨损保护开关、调绳开关调绳闭锁贿赂触电等触电、元件完成安全保护。
(2)控制回路工作过程。
开车前的准备条件：将制动手柄至全抱闸位置(通电)，主令控制器处于中间位置(接通)，个转换开关板至所需位置；主回路和辅助回路送电；启动油泵；如果安全回路正常，安全回路指示灯亮，解除安全制动。
提升机启动加速：当井口发来开车信号，将制动手柄至于松闸位置，电机启动并完成8级启动运行。
(3)等速阶段。
(4)正力减速阶段。
(5)低速爬行阶段。
(6)停车：当达到停车点时，换向开关被撞开，使工作闸继电器断电，自动实现工作制动，同时使提升机控制只能选择反向运转，实现自动换向，防止过卷。
4、提升机电控系统PLC的应用效果
首先，在提升机电控系统中应用PLC技术，表现出十分显著的优越性，不但减小了控制系统体积，也简化了提升控制系统，使控制系统故障率得到了很大程度上的减少;其次，在提升机电控系统中应用PLC技术，使得系统木身按照程序逻辑指令严格执行，协调了各程序间的动作配合，使体止时间得以缩短，提升机生产能力大幅度提高，从而表现出十分显著的经济效益;最后，在提升机电控系统中应用PLC技术，从而将提升信号与提升机控制有效地结合在一起，严格闭锁了提升机的操作与信号发送，避免了人为因素所带来的运行隐患，提高了提升机电控系统自动化程度，便利了安全生产，维护工作量和耗电量明显减少，节能效果十分显著。
结束语：
PLC技术在提升机电控系统中的应用表现出极大的优越性和前瞻性，是科学技术发展与工业生产需求的有机融合，依靠PLC技术应用，来建设、优化提升机电控系统，对于电控系统的性能提升十分关键，极具推广意义。随着科学技术的进一步发展和PLC应用经验的沉淀积累，我们有理由相信，PLC技术必将在提升机电控系统乃至整个工业大环境中得到更好的应用，从而发挥出更为全面、稳定的作用。
参考文献：
1基于MCD机电一体化产品概念设计的意义
随着我国信息技术、科学技术等的发展，机电一体化系统的发展成为一种必然的发展结果，而信息技术支持下的机电一体化，促进了传统产品朝着智能化、网络化、自动化等生产方向发展。机电一体化产品是机电一体化技术的承载者，同时也是机电一体化信息技术的体现者，在产品概念设计中，MCD机电一体化系统的应用，有重要的意义。产品概念设计的设计方法，对产品设计非常重要，概念设计也是产品设计中的关键，将机电一体化系统应用在产品概念设计中，可以提高产品设计的理论化、规范化、智能化、网络化等。在产品概念设计中，因为机电一体化产品的设计具有复杂性，很多产品设计理论虽然可以对产品概念设计起到一定的作用，但是这些设计理论也为产品概念设计的机电一体化进行了限制。概念设计是产品设计中最为重要的环节，影响着产品设计的质量，为了提高设计质量，需要建立产品概念设计机电一体化设计理论，在良好的产品概念设计方案下，完成产品的机电一体化概念设计。公理化设计理论、PFD理论等，在产品的创新设计中，发挥着巨大的作用，从MCD机电一体化自身的特性进行分析，在产品概念设计中，建立完成的、系统的产品概念设计的理念、方法、方案，可以促进产品概念设计的进行，实行产品的机电一体化创新设计。在产品概念设计中，MCD机电一体化设计，为产品的创新设计提供理论、方案等，促进产品概念设计创新等。
2基于MCD机电一体化产品概念设计的可操作性
科学技术的发展推动了机电一体化的进行，也为工程信息技术行业的发展创造了有利的条件。在机械生产、加工、制造等行业中，机电一体化的形成和应用，使其发生了翻天覆地的变化，机电一体化主要是将主功能、动力功能、处理功能等有效的结合在一起，并引入电子信息技术，实现电子设计、软件、设备等的结合。当前的机电一体化并没有形成一个统一的定义，这主要是因为机电一体化自身具有复杂性，涉及到很多领域的知识、技术等，MCD机电一体化，主要是机电一体化方案，在产品的设计中，应用MCD机电一体化系统，结合机械工程、电子技术、计算机技术等，形成科学性、复杂性、融合性等特点为一体的产品设计系统，充分的利用它的功能，完成产品概念设计。为了研究基于MCD机电一体化产品概念设计的可操作性，我们针对产品的MCD机电一体化概念设计的内涵进行分析。概念设计是产品设计中最复杂、重要的部分，是实现从无到有、从模糊到清晰的一个过程，在信息技术、智能技术等的支持和应用下，概念设计取得了新的发展成果。应用MCD机电一体化进行产品概念设计，主要分为产品概念设计的规划、概念设计、详细设计、改进设计等，不同的环节中，有不同的子模块组成部分，例如在概念设计中，分为功能设计、原理设计、功能分析等等。将MCD机电一体化应用于产品概念设计中，需要借助各种信息库确定MCD机电一体化方案，然后进行产品概念设计。MCD机电一体化系统的交换频率非常高，抗干扰能力强，在进行产品概念设计中，系统误差小，结构功能非常强，将其应用在产品概念设计中，可以保证产品设计的实用性、可靠性、稳定性、规范性、经济性，同时也有安全性和可操作性。为了研究研究MCD机电一体化在产品概念设计中的可操作性，我们以其在传感器概念设计中的应用进行分析。在进行产品概念设计时，先进行系统的划分，对传感器的功能、性能等进行分析，然后检验传感器子系统的传感器的功能载体，了解传感器的类型和用途，最后采用MCD机电一体化中的信息处理系统，对传感器设计中的相关信息进行处理和控制，完成信息的分析、处理之后，进行MCD机电一体化产品概念设计。互感器等产品的MCD机电一体化设计制造，是一个复杂的过程，其中包含了很多的子系统和子环节，每一个过程都比较的繁琐，稍有差错和偏差，就会造成设计制造的失败，而且产品的设计需要很长的时间，设计制造中使用的材料价格很高，所以在产品的概念设计中，如果出现差错，就会造成严重的损失。在使用MCD机电一体化进行产品概念设计中，一定要对产品的概念设计理论、方法、方案等进行仔细的审核。概念设计是中最为重要的是方案设计，要确定MCD机电一体化产品方案，需要将前面的各项工作的理论等加入其中形成一个逻辑思维，在计算机技术、网络技术等的支持下，基于MCD机电一体化的产品概念设计，具有可行性。
3小结
社会在发展，科技在进步，经济等取得了显著的发展成绩，科学技术、经济的发展，推动了机电一体化的发展，促进传统机械生产发生变化。在产品概念设计中，使用MCD机电一体化，需要结合很多的理论、方案、信息知识等，完成各方面、环节的有效结合，可以实现产品概念中MCD机电一体化的应用。MCD机电一体化为产品、软件等的信息化的发展和设计，提供了可能性，在今后的发展，不断的完善自身发展，为产品的概念设计等提供良好的保障。
作者：马进 单位：沈阳出入境检验检疫局
关键词:中国制造2025；机电一体化；现状；展望；863计划
1当前机电一体化产品概念设计国内外研究现状
1.1国内研究现状
我国机电一体化的研究主要伴随着“863项目计划”而开展，我国的智能机器人等项目也在该计划的支持下取得突飞猛进的发展，目前我国的工业化整体处于“工业3.0”左右的阶段。（1）数控技术方面：截止2016年，我国数控技术经历58年，目前国产数控机床可供品种达2000左右多种，船舶制造、航空航天等行业的发展拉动高端数控机床的发展，进而推动机电一体化进程。（2）工业机器人方面:目前，国内机器人销量以百分之四十五以上速度增长，并且我国计划有系统地攻关，在原有的良好基础上更上一层，后期能立于世界先进行列之中。（3）激光术方面：近年来，激光技术发展很快，我国自1985年以来，更以每年25%以上速度增长，最近又扩大了紧凑型的高功率激光器的应用的范围，例如，用于激光制造、汽车发动机的发展或用于空间探索的推进器系统改造。（4）互联网应用方面：推行互联网思维下的智能制造，苏州纽威阀门有限公司和三一集团有限公司分别运用CAX系统和SPC工具进行智能制造，提高了效率，建立了一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。通过这几方面可以看出机电一体化产品概念设计有着很大发展，但是离德国、美国等欧美国家还有一定的差距。
1.2国外研究现状
机电一体化的相关研究在国外最早在上个世纪60年代开始，在九十年代后期机电一体化进入深入发展阶段，并出现了“机电液”和“机电光”等一些新的分支，现阶段以德国和美国为代表的发达国家工业化发展已经达到了“工业4.0”，并在国际上处于领先地位。
2未来建立机电一体化的产品概念设计理论与方法的意义
未来建立机电一体化产品概念设计理论与方法意义深远，在新的技术不断冲击下，机电一体化会不断提高，能提高我国的机械工业化水平，也是社会生产力的必然要求，能在追求特定价值功能的基础上，实现系统的最优化，能很好地代表当今机械工业主要趋势。
3未来机电一体化的发展展望
未来，随着微电子技术和机械电子技术的迅猛发展，机电一体化必将注入更多新的内容，各个学科将继续相互交叉、相互支持和互相发展，并且机电一体将朝着更加智能化、微型化、系统化和环保化方向发展，总理在政府工作报告中指出，实施“中国制造2025”计划，坚持创新驱动，智能转型，强化基础，绿色发展，加快从制造大国转向制造强国，并且我国今年推出了“工业互联网”和“互联网+”概念，并且在一些高等院校举办“互联网+”创新比赛，并取得不错的效果，让机电一体概念设计理论与方法化不断升级，加强了工业化与信息化的紧密结合，下一阶段我们将运用信息—物理融合系统（CPS）,实现大型大型工程系统实时感知、动态控制和信息服务，更好利用机电一体化解决实际问题，不断促进中国工业化发展。
4结语
在“中国制造2025”计划的推动下，机电一体化的研究和相关领域必将出现突飞猛进的发展，当然，与机电一体化相结合的技术（机电液和机电光）很多，相信未来在机电一体化的促使下中国工业将迈向“工业4.0”。
作者:于志业 单位:太原科技大学
参考文献：
[1]孙彦广。工业智能控制技术与应用[M].北京:科学出版社，2007.
[2]李建勇。机电一体化技术[M].北京:科学出版社，2004.
关键词:机电一体化 系统 目标 实现
中图分类号:TH-39 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0106-01
机电一体化起源于上世纪八十年代的日本,它融合了机械、自动控制、伺服传动、电子、信息处理、传感检测、系统总体等多种技术,并综合应用到实际中去的综合技术。它不是上述技术的简单叠加,而是在从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标,对各组成部分及其间的信息处理,接口耦合,运动传递,物质运动,能量变换进行研究,组成有机的系统,集成各种技术,并在系统软件程序和微电子的有序控制信号的作用下,使物质和能量形成有规律运动的轨迹,在多功能性、高精度、高安全性、高可靠性、低能耗等诸多方面实现多种技术功能融合成最优效果的系统工程技术。
1 机电一体化系统设计的目标
机电一体化系统的总体目标就是中和利用机械、电子、信息、控制等各种相关技术的优势,使系统的效果最优化,从而产生良好的经济和社会效益。具体可以分为以下几条。
1.1 提高系统的精度
机电一体化系统采用了大量的电子装置来代替传统的机械传动装置,消除了原来的机械损耗、弹性形变所引起的误差,简化了系统的结构,采用电子装置实现自动检测和控制,从而缩小了动态误差,使工作精度得到大幅度的提升。
1.2 增强系统的功能
由于采用了多种新型的技术,从而使传统的机械装置拥有了电气产品的功能,比如系统向智能化方向发展,在自动控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学和动力学等新思想、新方法,模拟人类的功能,使它具有自动判断、逻辑推理、自主决策等能力,以求获得更高的控制性能。使原来的机械装置,拥有了人工智能的功能。
1.3 提高系统的安全行和可靠性
机电一体化系统由于采用了多种新型的技术,从而使系统具有自动检测的功能,当运行的设备中出现潜藏的故障时,系统可以实时进行在线检测和修复,从而提高了系统的安全性和可靠性。
1.4 降低能耗、节约能源
机电一体化系统采用了一些低能耗的电子装置,有些装置的材料是可以重复利用的,这些绿色材料在使用时不污染生态环境,报废后还能回收利用。这些低能耗的装置在使用的过程中节约了能源,符合现在建设资源节约型社会的要求。
1.5 提高效率、降低成本
由于使用了机电一体化系统,在产品的研发过程中,缩短了准备时间,减少了产品的开发时间,使不合格产品的数量大大减少,提高了生产效率,降低了成本。在产品的生产过程中,机电一体化系统可以使用计算机、数控机床等辅助设备,把人们从一些复杂、危险的劳动环境中解放出来,同时生产过程又可以实现过程控制,提高了生产效率。
1.6 简化系统的结构
传统的产品大都采用笨重的电气结构和机械变速装置,这不但阻碍了生产的效率,而且也增加了系统的体积和重量,在使用和维护的过程中带来了诸多的不便。现在采用微电子和集成电路构成的系统,不但大幅提高了生产的效率,还减小了系统的体积,简化了结构,减轻了重量。
1.7 降低了产品的价格
随着现代电力电子技术的发展,新型的电力电子器件层出不穷,新的生产工艺不断出现,而且电子器件的价格也在不断地下降,电子器件日益平民化,极大地扩展了使用的范围。而且功能越来越完善,维护越来越方便,使用寿命在不断地延长。所有这些因素相加导致产品的价格在不断地下降,从而反过来扩大其应用范围。
1.8 增加特殊的应用功能
随着用户对产品要求的多样性,系统可以通过软件编程或者是数控加工中心等来实现客户的产品的特殊要求,生产出个性化的产品,使其满足用户的要求及不同现场的需求。系统对这些功能的实现,形成了控制系统的智能化的发展趋势。
2 机电一体化系统设计的实现方法
2.1 机电互补法
机电互补法也就是我们常说的取代法,这种方法的特点是:为了逆补传统机械装置或者子系统的不足,而采用新型的电子元件来代替机械装置。该方法就是改造旧产品、开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法,也是改造传统机械产品的常用方法。比如用电气调速系统取代机械式变速结构等。
2.2 融合法
融合法就是将具有一定功能的部件或者子系统按照他们的功能有机的融合在一起,构成一些具有更高性能的系统。比如激光打印机的激光扫描镜,它就是电机的转子轴,这是执行元件和执行机构融合的一个具体实例。机电一体化系统强调技术的融合和学科的交叉作用,各单元相互辅助、相互促进、相互提高,使整体的功能远大于各单元的简单相加。
2.3 组合法
组合法就是将融合法所形成的标准功能部件或者子系统,按照功能分类,采用搭积木的方式组合成各种机电一体化系统。机电一体化产品的种类繁多,生产厂家众多,他们的产品也就五花八门,导致使用时不能通用,无形中浪费了大量的资源,因此,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、通信接口、控制接口的机电一体化系统单元子系统就显得尤为重要。比如研制集减速、智能调速、电机控制于一身的动力单元模块,具有遥感、图像处理、路径识别等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置。利用这些标准单元模块就可以迅速开发出新的产品,同时也可以扩大生产规模。这样可以节约生产的成本,也便于后期的维修和护理。
3 结语
综上所述,机电一体化系统设计是一项非常复杂的工程,不是单一部门能够独自完成的,它需要众多行业合作才能实现。在设计系统时,应根据机械系统的结构特点来确定电气参数,综合运用多学科知识,充分体现机电一体化的优越性。
参考文献
[1] 武藤一夫.机电一体化[M].北京:科学出版社,2007.
关键词：高职；机电；一体化模块
一、一体化模块教学概述
一体化教学模式是指在企业里学习实际操作和在职业学校学习理论知识平行进行，是企业训练与学校教育密切结合起来。接受双元制职业教育的学生，70%的时间在企业，30%的时间在学校。一体化教学是顺应当前职业技术教育发展而产生的一种教学模式，理论一实践一体化，即将课堂教学搬到实际操作室，把理论教学与实际操作融为一体，通过一体化教师的讲解、演示、巡回辅导等教学手段，让学生通过听、看、练等手法全面调动大脑的学习动机，使学生更快，更牢固地掌握所学知识。其主要特征是强调学生参与教学全过程，强调学生互相合作解决实际问题，强调以模块为基础的经验性知识培养。一体化模块教学模式要求理论教学与实践教学内容的一体化，课程以模块的形式组织，教师在知识、技能、教学能力上的一体化，同时还包含教学场所的一体化、教材教案的一体化、教学组织过程的一体化。
（一）机电一体化模块教学的内涵
一体化模块教学模式要求理论教学与实践教学内容的一体化，课程以模块的形式组织，教师在知识、技能、教学能力上的一体化，同时还包含教学场所的一体化、教材教案的一体化、教学组织过程的一体化。因此，一体化模块教学绝不是理论教学和实习教学在形式上的简单组合，而是从学生技能技巧形成的认知规律出发，实现理论与实践的有机结合。
通过一体化模块教学，实现了理论和实践的高度统一，教学更加直观、更加易学，突出操作技能的训练，使学生既具备必要的理论知识，又具备熟练的操作技能，还具有较强的发展潜能，学生毕业后能很快适应生产岗位，体现技工学校教育的特色，为社会输送高素质的技能型人才。
（二）机电一体化模块教学的基本特征
一体化模块教学具有很多明显的特征，它与传统的教学模式相比较主要具有职业定向性，情境性，互动性，实用性，高效性等基本特征。
1.职业定向性
一体化模块教学能够实现与专业培养目标的一致性。一体化模块教学的教学内容是以模块的形式来划分的，它不仅能满足学校教学大纲的要求，还能根据实际情况与企业生产实践相对应，有的甚至可以与工作岗位相吻合，因此课程的职业定向性十分明确。一体化模块教学的教学形式，以及课程内容都体现出很好的职业定向性。
2.情境性
一体化模块教学把理论教学与技能训练融为一体，学生在教师的指导下，通过对课程，对生产，对社会实践创设有挑战性的问题情境，实现教学与现实情境的沟通与融合。一体化模块教学能使学生在真实的现场来感知所学的内容，能在现实的操作过程中学习专业技能知识，进一步理解消化专业理论知识。
3.互动性
一体化模块教学的学习不是既定的，而是动态变化的，是由模块教学内容和研究方式交互作用而生成的。一方面，学习者不断地从模块课程内容中感知、提取信息，进行“交互”，正确理解事物运动状态与规律的表征，形成自己的心智结构；另一方面，不同学习者具有不同的经验世界，从而对某个问题有不同的看法，通过相互争辩，讨论，交流，实践，共同解决问题，可以形成更丰富、深刻的理解，从而获取更多的知识与经验。
4.实用性
“一体化模块教学”可以实现理论与实践的一体化，课程内容是经过教师反复筛选编制的，课程内容的深度和广度以实际工作需要为尺度的，课程重点在于职业技能的学习和养成，突出“宽基础”和“双融合”的原则。一体化模块教学的课程以能力为导向，能合理的处理专业基础知识与专业技能之间的关系，产学结合，突出实践，从而形成连贯的、全面的、完整的教学体系，具有很强的实用性。
5.高效性
“一体化模块教学"的课程设置打破了原有课程的模式，对知识和技能体系重新组合，删除了那些交叉重复的内容，可以有效的避免讲授知识的重复和理论实训课程的脱节，使学生的专业知识学习和专业技能的掌握相辅相承。
二、确立机电专业一体化教学采取的措施
（一）机电理论和实践一体化教学体系
树立综合职业能力的课程观，确立适合地域经济发展的机电专业的培养目标现代职业教育课程观的主要体现在以下几个方面：第一，课程目标由“知识主体”转变为“学生主体”。教学目标是学生个体以及他们心理和行为的变化。为此要研究学生的认识和学习规律，要使学生的各种学习任务与学生的学习规律保持一致。第二，教育导向要逐步转变为“企业专家导向”。传统的课程的设计通常由教育部门来决定，由于角色和角度的约束，课程往往侧重学科知识的系统性，易脱离市场实际。一体化本位课程则要求更多地听取、吸收、采纳机电行业专家们的意见和建议，以更好地把握职业岗位现在和将来对从业人员的能力要求。第三，综合职业教育能力课程的中心是学生，教师将成为学习的促进者和组织者。为适应个体差异，学生可以有不同的课程内容和学习进度。
（二）构建一体化实训教学场所
（1）在实训基地仿真实训。校内实训基地应满足机电仿真实训f的需要，加大软、硬件设施投入，再造校内实习、实训真实工作场景，使学生在校内基地进行仿真实践，切实培养其职业素养和技能。机电专业教师进行相应实训指导，实现职业技能与职业素养一体化培养。
（2）在校外实训基地现场实训。校外实训基地主要是企业，为高职院校学生提供包括基本技能和综合能力两方面的真实的实践环境。由于学生在校外实训基地是顶岗培训，在各个实训项目中均安排了技能训练。通过有关设备及工具的使用，掌握本专业仪器设备的操作技能并熟悉其原理、结构和性能等，为学生今后工作打下基础。另外，学生在实习期间不仅能取得实际工作经验，还能培养团队协作精神、群体沟通技巧、组织管理能力和领导艺术才能等个人综合素质。
参考文献：
[1]陶晓峰.高职机电实训一体化教学改革研究.南昌大学，2010-2
【关键词】空间站；机械臂；关节；机电一体化
1前言
随着我国航天事业的不断发展，空间机械臂在空间站建造、设备维护和科学实验中起到了积极的作用，是空间站实现在轨组装和维护的关键设备。由于太空殊环境和我国科技水平的制约，对空间机械臂的设计与控制问题的研究一直是该领域的热点问题。其中机电一体化关键作为机械臂的关键组成部分，对空间机械臂的控制精度有着重要的影响。根据空间站的建设要求，基于机电一体化技术对为机械臂的关节进行设计，对满足机械臂的可靠性、集成性和智能性特点具有积极的意义。
2机电一体化关节的总体设计
2.1机械臂的构成
空间机械臂主要包括地面控制台、在轨控制系统、末端作业工具系统、移动基座系统、视觉系统、末端效应器系统、结构与机构系统、关节及其驱动控制系统八个部分。其中，关节、臂杆等结果与末端的效应器连接，然后通过关节旋转来实现机械臂的空间运动。
2.2机械臂和关节的功能要求
根据空间站的设计要求，机械臂需要完成如下功能：（1）协助空间站的维护、建设和维修，保证空间站的正常运转；（2）为航天员提供援助以增强其行动能力和安全性，减少其出舱次数；（3）最大限度降低航天员作业风险，进行环境的安全检查。
关节是机械臂的重要组成部分，通过关节的速度、位置和力闭环控制，进而实现机械臂的旋转运动和多自由度运动，关节的功能要求包括：（1）为机械臂提供操作负载与驱动能力；（2）为机械臂提供紧急制动功能，以及结构保护和运动角度限制等功能；（3）实现机械臂的高精度测量和控制；（4）实现机械臂与中央控制系统间的信息交互功能；（5）关节局部损坏或功能失效时，提供方便的在轨拆卸安装接口。
2.3机电一体化关节设计方案
因为机电一体化关节需要实现传动、制动、驱动、驱动控制、温度信号采集、位置和速度信号采集和通讯等多种功能，同时关节的重要和体积也受到严格的限制，因此在设计过程中要克服在满足功能要求的前提下尽可能的小型化、轻量化特点，并要求关节具备足够的环境适应性和可靠性。为了克服这些难点，机电一体化关节的集成设计步骤主要包括如下几步：（1）以调研为基础，确定机电一体化关节的整体设计方案，主要包括零部件和传感器的选型、中心孔走线以及冗余设计方案等；（2）首先根据实际的功能要求和性能参数分配零件的性能指标，要仔细核对关节内所有位置零部件的尺寸和接口；（3）进行关节内部结构和电气控制硬件的设计；（4）设计关节的控制算法，并编写相应的控制软件；（5）完成关节结构和相应软件的生产后，要对关节的性能和功能进行测试。
3机电一体化关节控制研究
3.1关节控制模式
根据中央控制器的指令，关节控制主要实现如下三种模式：
3.1.1位置控制
进行位置控制时，关节控制系统会从中央控制器位接收位置指令，然后使用速度、电流和位置三闭环结构，对速度、电流和位置控制器进行环路设置，最后再通过传感器得到关节转速、电机等效电流和末端位置等信息，以此作为控制环路的闭环反馈。
3.1.2速度控制
进行速度控制时，关节控制系统会从中央控制器接收速度指令，然后使用电流、速度双闭环结构，对速度和电流控制器进行环路设置，然后再通过传感器对关节转速与电机等效电流进行采集和计算，以此作为控制环路的闭环反馈。
3.1.3力矩控制
力矩控制是系统柔顺控制的一种备份模式，关节控制系统会从中央控制器接收力矩指令，然后使用电流和力矩双闭环结构，对力矩和电流控制器进行环路设置，最后通过传感器对关节的输出力矩和电机等效电流进行采集和计算，以此作为控制环路的闭环反馈。
3.2关节控制方法
3.2.1关节模型
机电一体化关节包括伺服电动机与谐波减速器两部分，其中，减速器柔轮与具有一定刚度的扭转弹簧等效。由于系统控制会受到摩擦和外界干扰的影响，因此首先建立关节系统的力学模型。根据该模型，可以对后续矢量控制等参数进行计算设置。
其中，表示关节的输出轴位置，表示电机轴的位置，表示负载惯量，表示扭转弹簧的刚度系数，表示减速比，表示非线性摩擦力矩，表示电机惯量，电机的阻尼系数；表示驱动力矩。
3.3.2矢量控制过程
关节控制系统包括速度环、电流环和位置环三部分，是一个三闭环的调节系统。关节运动的控制过程要保证运动在不同负载和变负载扰动下都保持平稳性，鉴于关节运动较低的速度和对关节位置动态响应能力的较低要求，其控制算法要重点解决关节的柔性影响，以实现振动的抑制控制，即降低振动的幅值和次数。
柔性关节扭转振动抑制涉及到级联动力特性、高精度定位控制设计和低速非线性摩擦补偿等问题。另外，机械臂的位型和负载变化也会造成机械臂关节空间的转动惯量出现时变的特性。运动控制算法主要包括状态空间反馈、计算力矩前馈和PID控制加柔性补偿等。其中，PID技术能够根据经验对参数进行设置，灵活性较高，因此控制性能良好，目前很多成型产品都采用了经典的线性PID增量控制算法。如果对动态响应的要求不高，则可以使用PI控制方式对转速、电流和位置闭环进行控制，摩擦模型一般使用动态模型进行模拟，并在控制器上进行补偿。除此之外，考虑到谐波减速器的刚度要求，需要进行柔性扭转控制补偿，并使用变参数PI设计，尤其是在负载面对大范围变动的情况下，控制系统要先根据实际情况对多个控制参数进行设定，然后在线切换调整，以保证机械臂的运动平稳性要求。
4结论
本文从设计和控制两个方面对机电一体化的空间机械臂关节进行了介绍。关节是机械臂的重要组成部分之一，随着我国空间技术的发展，基于机电一体化技术的空间机械臂关节设计和控制技术必将得到进一步的完善和拓展。
【参考文献】
[1]张慧芳.空间机械臂锁紧装置设计与分析[D].哈尔滨工业大学.2006.
本文作者：郝娟、肖定国、贾玉平 单位：北京理工大学机械与车辆学院
“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的，涉及机械学、电子学和信息科学的新兴交叉学科[1]。作为机械类专业的一门重要课程，《机电一体化系统设计》对培养学生的创新能力和机电产品设计能力具有重要作用[2]。由于综合了多门学科，该课程所涉及的知识点量多面广，而且有些内容学生在相关的课程中接触过，如果在教学过程中不加注意，容易使本门课程变成“炒剩饭”，影响学生的学习兴趣和教学效果。本文针对课程学习中存在的问题，结合作者多年的教学经验，从教学内容、教学方式两个方面提出了改革措施。
一、课程存在问题
《机电一体化系统设计》的教学内容各部分内容差别很大，连续性差，教师在讲授过程中，必须将各个章节的内容有机联系起来；此外，各部分内容又相对独立，若讲授时一视同仁，不分主次，往往给学生造成是在重温旧知识的感觉，甚至搞不懂学习这门课程的真正目的是什么[3]。《机电一体化系统设计》的主要任务是使学生树立正确的系统设计思想，培养理论联系实际、调查研究、刻意创新的能力，使学生掌握机电有机结合的理论、机电一体化系统设计的基本规律及基本方法，具备机电一体化产品的设计能力。仅靠传统的课堂授课是无法实现这个任务目标的，必须从教学内容和教学方式上作出改革。
二、教学内容改革
1.以系统设计思想为主线。机电一体化的目的是提高产品或系统的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源，并使产品结构向轻、薄、短、小化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。因此，机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑，应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程都要贯彻系统设计的思想。首先是从整体角度及可行性方面对系统进行多种整体方案设计；然后对其机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置等组成部分及相关接口进行细节设计；最后对系统性价比进行衡量，得出优化设计方案，选择原则是在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。以上三个环节相互影响，一般在绪论里讲第一个环节，在此环节让学生了解一个典型的机电一体化系统或产品整体上的五大功能构成和五大功能要素，在进行系统整体方案设计时可能有多种选择，需要结合系统的功能要求、技术指标和成本控制多方面因素进行综合评价，优化出最佳的方案。以设计精密数控机床为例，从总体上对其五大功能和功能要素进行分解，分解的结果可以用功能矩阵来表示[4]，最终设计方案的选择取决于能否提高产品或系统的附加价值。第二个环节分别讲述构成机电一体化的功能要素，尽管每一功能要素在内容上相对独立，但它们作为机电一体化系统或产品组成部分，通过广义接口联系在一起，彼此相互影响，学生只有认识了这一点，才能从总体上把握机电一体化的系统设计思想。还以设计精密数控机床为例，为了达到高精度，可以选用精密机械，但这势必造成系统成本的增加，而且，成本有可能随着精度要求的提高成几何倍数增加。另一个可行的方法是采用软件补偿来提高精度，但这会对微机控制系统和传感检测系统提出新的要求。第三个环节是对系统性能的综合评价，评价的结果不符合要求时还有可能需要对整体方案或各个功能要素重新选择，直至满足要求为止。在课程讲述过程中，仅仅介绍系统设计思想，既抽象又枯燥，若能结合实际案例，学生就会在潜移默化中逐渐领略机电一体化系统设计方法的精髓。一般教材在后面的章节中都会给出很多的案例，建议这些案例不要都放在最后讲，找出一个或几个典型案例，在讲授每一部分内容时都结合该案例，并将系统设计方法融于其中，既利于学生对知识的掌握，又能起到举一反三的作用，便于学生分析和设计其他的机电一体化产品。
2.以理论联系实际为导向。高等学校培养的是具有创新能力的高级应用型人才，即具有较高的综合素质，宽厚扎实的专业理论，并能将理论应用于解决实际问题，且有创新实践能力的高级专门人才。机电一体化系统设计综合性较高，知识点量多面广，并且内容抽象，学生很难在有限的课时内完全掌握；而对于从事该门课程教学的教师来讲，不能只注重理论知识的讲解，要以理论联系实际为导向。为此，课前要做大量的准备，广泛积累素材以丰富课堂教学效果，将抽象的道理通俗化、形象化，加深学生的印象。如有时教材上只介绍某些元部件的工作原理，学生即使明白其工作原理了，但对其长什么样却知之甚少，更谈不上怎么用了。可以利用网络平台下载很多产品样本，产品样本主要是推销产品用，一般会详细介绍产品的外形和应用，将教材和样本二者结合在一起讲述，无形中就将理论和实际联系在一起了。此外，还可以在授课过程中加强演示验证内容，俗话说百闻不如一见，有的知识应用性较强，理论比较抽象，很难通过讲的方式让学生掌握，但通过实验或者观看视频等，立刻就拨开云雾见晴天了。如在讲光电编码器时提到，光电编码器的输出信号可以经过2倍频或4倍频以提高检测分辨率，用语言描述时学生不容易理解，把光电编码器信号引出来，用示波器一看，一目了然。当然也可以通过《机电一体化系统设计》课程设计，让学生利用所学亲自参与机电一体化产品设计，在设计过程中通过查阅资料、技术调研、设计加工、组装调试等可进一步加强学生理论联系实际的能力。
三、教学方式改革
明确了教学内容，还要通过适当的方式将知识传授给学生。首先要培养学生的学习兴趣，学生对某一学科有兴趣，才会不知疲倦，才会有灵感，才会乐在其中，既能提高学习效果，又能成为创新的动力和源泉。如在讲述第一章绪论时，在引出机电一体化的概念和内涵后，不是把重点放在对概念的进一步解释上，而是以图片或录像的方式列举了大量机电一体化产品实例。这些实例中大部分来自生活或生产实践，学生在观看这些实例的过程中，对这些产品的神奇功能产生了浓厚的兴趣，自然就会产生探个究竟甚至亲自进行设计的愿望。其次，要重视学生的基础知识，如果说兴趣是前进的动力，那么基础知识就是成功的基石，学生要想真正掌握这门技术，必须拥有牢固的基础知识。在讲数控部分内容时，很多同学说参加过数控编程的实习活动，会用G代码编程，当问到编程的几个坐标系时，却没有几个人真正明白，但数控机床的坐标系是编程的基础，是数控加工的参照，如果连参照都不知道在哪儿，怎么能真正掌握数控技术呢？最后，对授课内容要“避轻就重”，机电一体化作为综合学科，包含的内容较多，不同专业培养目标不同，讲课的重点也不应一样，在讲述时要结合专业“避轻就重”。“避轻”就是对学生有一定基础的内容少讲，“就重”就是对学生难以理解、接触较少的内容重点讲。机械类专业的学生机械基础较好，对机构的力传递、运动传递容易掌握，对执行元件的学习基础较弱，但这部分内容在机电一体化系统中有重要的地位，因此要重点讲述。
机电一体化是一门不断发展、高技术密集的新型交叉学科，所涉及的知识量多面广，本文针对课程存在的问题，基于作者的教学实践经历，从教学内容、教学方式提出了改革措施，在教学内容上强调以系统设计方法为主线，以理论联系实际为导向，在教学方式中重视培养学生的学习兴趣和基础知识，对授课的内容不是一刀切，而是避轻就重。通过这些改革措施，取得了较为满意的教学质量和效果。
【关键词】高职；机电一体化；实践教学；设计；
中图分类号：G718.5
实践教学包括实验和实习实训教学，是专业课程教学中的关键环节。实践教学环节不仅能使学生进一步理解、验证和巩固所学的理论知识，也能使学生在实践环节中进一步提高自己的学习能力、动手能力、解决问题的能力，而且对于工程意识的形成方面是其他环节所难以取代的。所以，如何有效设计实践教学环节以提高学生的学习兴趣和实践能力，就显得十分必要。
一、合理设计实践性课程体系
高职教育有别于本科教育，它培养的是技能型人才，不仅要求培养的学生具备专业知识，还必须具备对专业知识的综合应用能力。实践环节在其中起到了至关重要的作用。学院以技术应用能力为主体设计实践教学计划，协调理沦教学和实践教学时间的比例，教学计划中相对减少理论课教学时数，增加实践教学时数，并将理论和实践教学有机结合起来，做到先实践后理论，边实践边理论，理论与实践同步同时教学。与此同时，强化实践教学考核管理，制定完备的各类实践教学环节的大纲。实践教学大纲是开展实践教学的指导性文件，对每个实践教学环节、项目的教学目标、内容、要求、形式、手段、学时安排，与理论教学的衔接以及考核方式、方法等作出明确的规定，使实践教学规范化。
二、加强校内外实训基地建设，完善实训条件
实践教学离不开优良的实践教学场地和设备。学院十分重视校内外实训基地建设。经过几年的建设，学院内已建成多媒体计算机实训机房、金工实习基地、电子电工实训室等实践场所；同时，学院依托泰豪集团丰富的专业人才资源和设备，在泰豪集团内建设多个实训中心：冲压实训中心、数控编程加工中心、焊接实训中心、发电机实训中心、液压与气压传动等实训中心；并积极在校外拓展实训基地。以满足学生的实践教学需要。
三、专业技能训练
学院在实践教学内容上，形成了包括基本技能、专业技能和技术应用或综合能力训练课程的实践教学体系。大一主要注重专业基本技能，大二主要提升专业技能，大三顶岗实训主要培养技术应用综合能力。大一在学院的金工实习基地主要进行钳工、车削、铣削、磨削、钻削、测量与装配等实训，在学院的多媒体计算机实训机房主要进行AutoCAD绘图实训，在学院的电子电工实训室主要进行电子电工实训；大二在泰豪集团实训中心主要进行数控编程加工、锻压、焊接、电机与拖动、液压与气压传动等实训，在校外实训基地主要进行PLC应用实训、机电一体化综合实训，在学院的多媒体计算机实训机房主要进行CAD/CAM实训，同时要进行《机械设计》与《PLC应用技术》课程设计。通过大一、大二的专业技能实训，掌握基本的专业技能，为适应顶岗实习岗位打下坚实的基础。
四、顶岗实习
按照国家"高等职业院校要保证在校生至少有半年时间到企业等用人单位顶岗实习"中的文件精神，学院将机电一体化专业大三学生安排到泰豪集团下属的康富电机、电力电气、电机电源等公司进行为期一年的顶岗实习。学院和实习单位共同制定和实施实习计划，共同对学生实习进行考核管理。具体做法是：实习单位指定专人负责实习学生的日常管理工作，并随时与学院保持联系，单位挑选各个岗位上技能过硬的技术能手作为学生实习的指导老师，挑选经验丰富的工程技术人员作为学生毕业设计的指导老师。学院则由负责实习的专业教师负责指导和跟踪，定期到实习单位与学生交流，检查学生实习课程完成情况，及时与实习单位沟通。在实习期间，实习单位给实习学生发一定的生活补贴，以缓解家庭经济比较困难学生的经济压力，解除学生实习的后顾之忧。学生进入公司后，首先由实习单位对学生进行面试，合理安排实习岗位。实习共分三个阶段，分别是实习适应期、实习培养期、顶岗实习期。实习的每个阶段，都制定了相应的实习课程和要达到的能力目标，由企业和学校共同进行考核，只有考核合格，方能进入下一阶段实习。各阶段实习内容为：
（1）实习适应期：适应由学校到企业环境的转变，感受真实的工作环境。熟悉产品及工艺流程，并养成安全操作意识；初步掌握工作方法和技能，能在指导老师的指导下及时有效地完成相关工作。
（2）实习培养期：熟练掌握实习岗位工作技能和工作方法，能逐步适应并独立完成相关工作任务；建立良好的工作态度，具有正向积极的思维方式，培养团队精神并善于协作、共享，有服务意识。
（3）顶岗实习期：不断提升工作技能，独立完成岗位职责。此阶段公司组织学生参加技术职业等级考试，指导学生完成毕业设计。
学院大三学生在集团内部企业顶岗实习，真正深入到产业一线进行现场体验与实际操作，具备真设备、真环境、真氛围、真生产的特性，不仅提高了学生的实用技能，更能让学生提前感受企业文化与管理理念，对学生走上工作岗位，融入社会大有益处。
六、结语
实践教学环节是高职教育中十分重要的环节，在教学中不断探索行之有效的教学方法是每所院校和每个教师的使命。行之有效的实践教学，学生在获得毕业证书的同时亦可获得职业资格证书，并在企业顶岗实习中成为合格的企业员工，真正实现了人才培养与就业零距离，这样培养的人才深受企业欢迎。
主要参考文献
[1]张忠福.高职教育实践教学的思考[J].职教论坛，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.
关键词: 机电一体化;接口技术;人机接口;机电接口
Key words: electromechanical integration;connection technology;man-machine connection;mechanical and electrical connection
中图分类号:TH16文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0044-01
0引言
机电一体化系统是机械、电子和信息等各种技术融合为一体的综合系统,其构成要素与子系统之间的接口部分就显得极为重要。在机械系统和电子系统各种技术的复合过程中,接口技术很重要,机电接口技术是解决如何把机电及相关领域技术有机地融为一体,从而设计出最优的机电一体化产品的研究领域,其性能的好坏对整个系统的综合性能起着决定性作用。
1机电一体化系统的设计
在早期的机电一体化系统中,机械部分的设计是系统设计的中心。电能仅用于驱动,为系统提供动力。利用直流电动机的变速功能虽然可以简化机械系统的传动结构,但因为无法控制运动部件的行程,因而程序自动化仍然是系统控制设计的主要目标。驱动电动机不再是机械运动链的起点,而成为联结机械运动和动力以及控制的接口。机电一体化系统设计已从“纯”机械的设计延伸到控制领域。计算机、数字电路、传感器以及自动控制理论已成为系统设计师不可或缺的知识基础。信息技术和软件设计已经成为表达系统设计思想和协调自动化工作的重要工具。机电一体化技术是一个不断发展和完善的过程。产品精度和生产效率对机电一体化系统提出了不断改进伺服驱动性能和发展控制算法的要求,而性能优良的伺服驱动既拓展了机械系统的功能、简化了传统的机构,又要求机械系统具有合理的惯量和更好的系统动态性能。传感器的在线监测确保了系统安全可靠的运行,反馈的信息通过闭环确保了先进控制理论的实现和产品的质量要求。机、电、信息的密切交叉已经使机电一体化系统中各部分的互相联结和影响成为设计必须综合考虑的重要内容。机电接口技术作为机电一体化设计的核心已经受到专家和学者越来越多的关注。
2机电接口技术的内涵
机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统,其子系统之间的接口极为重要,从某种意义上说,机电一体化系统设计就是接口的设计。但现在对于机电接口技术的研究较少,通过对机电一体化系统进行总结和归纳,我们提出了机电接口技术的概念,形成了如下几点认识。
2.1 机电接口技术的内涵机电接口技术是一门新兴的技术,它研究机电一体化系统中各组成部分(子系统)和各组成技术之间的接口问题。研究这门技术是为了更有效地进行系统中信息能量的交互,融合各种技术,实现机电一体化系统最优化设计。
2.2 机电一体化系统接口(简称机电接口)的功能机电接口传递和转换信息和能量,并将机电一体化各组成技术的特性融为一体。机电接口包括硬件和软件,硬件主要在子系统之间或人与机电一体化系统之间建立连接,为信息和能量的输入/输出、传递和转换提供物理通道。软件主要是提供系统信息交互、转换、调整的方法和过程,协调和综合机电一体化组成技术,使各子系统集成并融合为一个整体,实现新的功能。
2.3 机电接口的分类①人―机接口。人与机电一体化系统之间的接口,通过此接口,可以监视系统的运行状态,控制其运行过程,即通过人―机接口能够使系统按照人的意志进行工作。人-机接口是双向的,硬件包括输入/输出设备,主要有显示屏、键盘、按钮等。②动力接口。动力源连接到驱动系统的接口,为驱动系统提供相应的动力。根据系统所需的动力类型不同如直流电、交流电、气动、液压等,动力接口的形式也有很大的不同。但动力接口有一个共同的特点,能够通过较大的功率。③智能接口。智能接口主要存在于三处,控制系统到驱动系统、驱动系统到传感器、传感器到控制系统。智能接口的应用情况相对比较复杂,但可以得出它的一些共性:智能接口传递和转换各种信息,按照不同技术的要求改变信息形式,使不同的子系统、不同的技术能够集成在一起,形成完整的系统。通常,智能接口是软件表现出的功能连接。④机―电接口。执行机构与驱动系统和传感器之间的接口。将驱动信号转换成执行机构所需的信号,或将执行机构的机械信号转换成传感器所需的信号。
3机电接口技术对机电一体化发展的影响
社会需求推动机电一体化技术的发展。当传统的机械技术无法满足日益增加的社会需求时,机械技术与电子技术、信息技术等结合形成的机电一体化技术就成了机械技术发展的必然。相应的系统内部的接口也就变得越来越复杂。机电一体化技术的各组成技术的研究已经进行得非常深入且日趋成熟,同时,人们也意识到单纯发展和研究各组成技术并不能保证机电一体化系统的最优化。而机电接口技术正为它们提供了一种有效的方法来进行系统研究,并将系统设计、集成和融合理论应用到实际的设计当中。目前,机电一体化正在向着智能化、模块化、网络化等方向发展,智能化必然要求系统各部分的结合要更加紧密,信息传递和反馈更加迅速准确。从机电一体化发展方向对机电接口技术的要求来看,机电接口技术的研究与发展已经成为必然,同时,机电接口技术的研究与发展也必然对机电一体化技术的发展起促进作用。
4结论
机电一体化系统是机械系统不断融合各种新技术、新知识发展起来的。因此,从机械技术发展起来的机电一体化技术的复杂性和多学科性就决定了此技术的研究重点是各种技术在机械技术上的融合与创新。机电接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题,使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅,使系统各部分有机的结合在一起,形成完整的系统。机电接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。同时机电接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展,促进机电一体化系统理论的发展。
参考文献:
[1]李运华等.机电控制.北京:北京航空航天大学出版社,2008.
关键词：机电一体化；发展趋势；应用分析；
1 机电一体化概述
日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念，它是将英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分结合在一起构成的一个新词，取名为“Mechatronics”，意思是机械技术和电子技术的有机结合，机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广泛。
2 机电一体化的发展现状
机电一体化的发展总共经历了3个阶段。上世纪60年代以前是机电一体化发展第一阶段（初级阶段）。这个时期，人们主要利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。第二个阶段是上世纪70-80年代（快速发展阶段）。这一时期计算机技术、控制技术、通信技术都得到了快速发展，为后来的机电一体化发展奠定了技术基础。而大规模、超大规模集成电路与微型计算机的迅猛发展，则为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。第三阶段则是上世纪90年代后期至今，这一阶段机电一体化技术开始向智能化方向迈进，进入深入发展时期。此时光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。我国则是从上世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。
3 机电一体化技术的应用
（一）机床数控领域
机电一体化在数控机床领域的发展已经有40年的历史，在技术领域有了进一步的提高，无论是在结构上功能上还是在操作上都发展的比较完善。类型具有总线式、模块化、紧凑型的结构，在开放性设计中，这种设计硬件体系和功能模块具有层次性和兼容性的，可以大大提高用户的使用效益和智能化的。在机电一体化的系统研究中分出多级的网络，这样能使复杂加工系统的作业能力的运行。
（二）计算机集成制造系统的领域及工业机器人
计算机系统的组合不是分散的子系统的组合，它是由全局的实践总结出最优的系统的组合，它需要各个部门加强沟通，围绕制造展开工作。当产品的集成度越高，就能够使各个生产要素间的配置更加合理和完善。工业机器人首先出现的是不够灵活的半机器人，它根据示范的动作进行重复的运动，在工作中，不会考虑工作环境和作业对象的变化。而现代的机器人，里面装有不同的传感元件，机器人可以作业环境和对象做出简单的信息判断，并能做出简单的分析。这是机电一体化发展的新成果，也是其发展的前景所在。
4 机电一体化技术的发展方向分析
机电一体化是机械工业发展的进步的表现，近年来，机电一体化在国内外都有了全新的发展，并且广泛的被人们用于各个行业，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。进入21世纪机电一体化技术将向以下几个方向发展。
（一）机电一体化发展的智能化、数字化趋势
首先机电一体化发展的智能化趋势。机电一体化的发展打破了传统机械自动化或者半自动化的局面，实现了智能化，这也是今后机电一体化的重要发展方向。嵌入式智能控制的算法运用，使机电一体化的产品发展为智能化，是模拟人脑的人工智能的产品，它可以根据系统的设置来做出判断以及决策，可以取代人们的部分脑力劳动。其次机电一体化发展的数字化趋势。奠定机电产品数字化的基础是微控制器及其发展（如不断发展的数控机床和机器人）；而计算机网络的迅速崛起则为数字化设计与制造铺平了道路（如虚拟设计、计算机集成制造等）；数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
（二）机电一体化发展的网络化趋势
网络技术在20世纪90年代异军突起，其兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片、企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成计算机为中心的计算机集成家电系统（CIAS），使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。
（三）机电一体化发展的微型化、模块化趋势
首先机电一体化将向微型化方向发展。机电一体化产品生产的厂家很多，但是如果统一开发标准机械、电气、动力等方面的机电一体化产品并不是一件容易的事情，制定统一的标准，才能使各部件、单元匹配成功。机电一体化的生产商也可以根据自己产品的需要或者国外最新的产品的模型来进行创新，更新换代自己的产品，并不断地扩大生产规模，使机电一体化的发展走向正规化和统一化。其次机电一体化将向微型化方向发展。在20世纪80年代末机电一体化向微型机器和微观领域发展。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物t疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
（四）机电一体化发展的绿色化、系统化趋势
首先机电一体化发展的绿色化趋势。所谓机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。工业经济给人们生活带来了巨大变化。在人民物质丰富、生活舒适的同时资源却在减少，生态环境在不断恶化。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品具有远大的发展前途。其次机电一体化发展的系统化趋势。系统具有随时分解组合的功能，这种功能实现了多子系统互相调和以及整合的需要，机电一体化的系统功能，不但运用在通信系统以外，还运用在远程通讯以及互联网系统，局域网也慢慢的采用。机电一体化在系统方面未来的发展，是会越来越考虑人的因素，模拟人的智能的，甚至可以模拟生物的结构来发展。
