機電一體化方向范文

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關鍵詞：機電一體；選型設計；發展方向

中國機電設計邁入PLM全新階段，正挑戰著了前所未有的，不可預測的難題，一個個久戰沙場經久不衰精兵良將正褪去了昨日英雄的光環，唯有CAMEL VIEW 能夠勝任軍統三國，光復舊業的重任，此時數系科技與德國iXtronics GmbH公司攜手共同開拓機電設計領域的新篇章，CAMEL VIEW 作為機電一體化設計系統，從產品的概念設計到產品性能的測試、驗證、通過都是一體化的，流程化的、規范化的，在滿足用戶設計的前提下，數值實驗的仿真與結果的驗證無不精確化，支持復雜環境下，多工況，多耦合場設計。

一、控制系統各功能元件的選型與設計：

1、單片機 選用INTEL公司生產的8031單片機單片機，它主要通過并行8255口擔負控制系統的信號處理：接收系統對轉矩、閥門開啟、關閉及閥門開度等設定信號，并提供三相PWM波發生器所需要的控制信號；處理IPM發出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執行機構的工作狀態信號；執行控制系統來的控制信號，向控制系統反饋信號。

2、三相PWM波發生器 PWM波的產生通常有模擬和數字兩種方法。模擬法電路復雜，有溫漂現象，精度低，限制了系統的性能；數字法是按照不同的數字模型用計算機算出各切換點，并存入內存，然后通過查表及必要的計算產生PWM波，這種方法占用的內存較大，不能保證系統的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產的SA8282作為三相PWM發生器。SA8282是專用大規模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。

3、智能逆變模塊IPM 為了滿足執行機構體積小，可靠性高的要求，電機電源采用智能功率模塊IPM。該執行機構主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數為0．75。經計算可知，選用日本產的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統要求。該功率模塊集功率開關和驅動電路、制動電路于一體，并內置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關器件。

4、位置檢測電路 位置檢測電路是執行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。關鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統的電動執行機構中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區太短和溫度特性不理想而受到限制。導電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區限制、穩定性高、無溫度限制等特點。

5、電壓、電流及檢測 檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。

6、通訊接口 為了實現計算機聯網和遠程控制，選用MAX232作為系統的串行通訊接口，MAX232內部有兩個完全相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現單片機與其它微機間的通訊。

7、時鐘電路 時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內部有114字節的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數據。

8、液晶顯示單元 為了實現人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數等信號進行設置或調試。并采用文字和圖形相結合的方式，顯示直觀、清晰。

9、程序出格自恢復電路 為了保證在強干擾下程序出格時系統能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，監視程序運行。如圖2-3所示，該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變為高電平，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產生一次復位，復位結束后，又由程序通過P1． 0口向MAX705的WDI引腳發正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復電路繼續監視程序運行。

二、機電一體化的發展方向

機電一體化向智能化方向邁進.20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，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。同時，由于人工智能技術、神經網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展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。

關注六個發展方向:

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，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。未來機電一體化的主要發展方向有：

1、智能化：智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、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、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而必要的。

2、模塊化：模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、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。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3、網絡化：20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育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(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(computer integrated appliance system，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將朝著網絡化方向發展。

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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，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，在生物醫療、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。

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一、機電一體化的核心技術

1.機械技術。機械技術是機電一體化的基礎,機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應,利用其高、新技術來更新概念,實現結構上、材料上、性能上變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

2.計算機與信息技術。其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3.系統技術。即以整體概念組織應用各種相關技術,從全局角度和系統目標出發,將總體分解成相互關聯的若干功能單元,接口技術是系統技術中一個重要方面,是實現系統各部分有機連接的保證。

4.自動控制技術。其范圍很廣,在控制理論指導下,進行系統設計,設計后的系統仿真,現場調試,控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

5.傳感檢測技術。傳感檢測技術是系統的感受器官,是實現自動控制、自動調節的關鍵環節，其功能越強,系統的自動化程序就越高。

6.伺服傳動技術。包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置,伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件，對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

二、機電一體化的發展進程

1.數控機床問世。自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已50個年頭。我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展階段,尤其是在1999年后,國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金,使數控設備制造市場一派繁榮。

2.微電子技術的發展。我國的集成電路產業起步于1965年,經過30多年發展,已初步形成包括設計、制造、包裝業共同發展的產業結構。

3.可編程序控制器(PLC)的應用。上世紀60年代后期,美國汽車制造業開發一種Modular DigitalController(MODICON)取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業生產的PLC，70年代是PLC崛起,并首先在汽車工業獲得大量應用。80年代是它走向成熟,全面采用微電子及微處理器技術。90年代又開始了PLC的第三個發展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是:在保留PLC功能的前提下,采用面向現場總線網絡的體系結構,采用開放的通信接口,如以太網、高速串口，從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統,正隨著計算機技術、通信技術和編程技術的發展,趨向于建立同一硬件平臺,運用同一個操作系統、同一個編程系統,執行不同的DCS和PLC功能，這就是真正意義上的EIC三電一體化。

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術的出現。以激光技術為首的光電子技術是未來信息技術發展的關鍵技術,它集中了固體物理、波導光學、材料科學、微細加工和半導體科學技術的科研成就,成為電子技術與光子技術自然結合與擴展、具有強烈應用背景的新興交叉學科,對于國家經濟、科技和國防都具有重要的戰略意義。

三、機電一體化向智能化邁進

20世紀90年代后期,各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，未來機電一體化的主要發展方向有:

1.智能化。智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向,是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,模擬人類智能,使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。

2.網絡化。20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。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。因此,機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3.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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品,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,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

4.綠色化。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。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。

5.系統化。其表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能的大大加強,特別是“人格化”發展引人注目,即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，一是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理,研制各種機電一體化產品。

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關鍵字：機電一體化技術發展方向

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：

一、引言

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，造就了工程領域的技術革命與改造。機電一體化技術始于電子技術的發展及電子技術與機械技術的結合，尤其是大規模集成電路出現，促進機電一體化技術發展并引起廣泛注意。數控機床的問世寫下機電一體化技術新篇章；微電子技術為機電一體化技術帶來勃勃生機；可編程序控制器“電力電子”的發展為機電一體化技術提供堅實基礎；激光技術模糊技術、信息技術等高新技術的發展使機電一體化技術躍上新臺階。

二、機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為3個階段。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品的性能。由于技術的局限性已經開發的產品也無法大量推廣。20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。機電一體化技術和產品得到了極大發展。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展時期。由于人工智能技術、神經網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展的廣闊天地。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面進行研究和應用。但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

三、機電一體化的技術分類

1.網絡計算機信息技術。各種信息資料之間交換、運算、存儲、判斷和決定以及專家系統和智能網絡都是計算機信息處理技術。

2.機械技術。機電一體化的基礎技術就是機械技術。它和機電一體化相互促進，完成了結構和功能上的改革，同時它的重量減輕，體積相對以前更小，精度也得到了提高，它的性能指標也更加的適應人類的需要，努力地利用高科技來更新著機電一體化的概念。

3.自動化技術。自動化技術是在自動控制理論的基礎上，先進性系統的設計然后再經過仿真調試，它可以進行高精度和速度的控制，還能進行自我的調制、診斷和修補。

4.系統技術。系統技術是以整體趨勢和目標為基礎，利用整體概念組織和各種相關的技術，利用總分的觀念來將整體分成為好多有一定關聯的小單元，其中的接口技術是紐扣是實現各小部分進行連接的保證。

5.感應技術。現在的感應技術在社會生活中的應用十分普遍，機電一體化也應用了感應檢測技術。要想實現系統的自動控制和自動調節，傳感檢測技術是必不可少的，它向人類的皮膚那樣，是整個系統的感受器官，而且他的功能越是強大那么系統的自動化程度就越高。

四、機電一體化的發展方向

1.智能化。人工智能在機電一體化中越來越受到人們的重視，它是在理論得以控制上，讓機電一體化的產品具有一定的智能，在這其中還有人工智能、計算機學、生命科學等一些新的思想和新的方法，它雖然不能達到人類那樣的水平，但也可以進行一些簡單的推理判斷和邏輯決策。當然，要想真正的像人一樣是不可能的，它只能進行低級智能或人的部分智能。

2.模塊化。模塊化的工程任重而道遠。實現機電一體不僅可以利用標準單元迅速開發出新產品，還可以擴大生產規模，從這一點來說不管是對于任何機電一體化化的企業，模塊化將帶來一個美好的前景，并且它的潛力是無窮的。

3.網絡化。網絡技術的發展給社會各方面的發展都帶來了巨大的變革，全球化的趨勢也無可阻擋，機電一體化新產品無疑會暢銷全球，而且網絡化可以在一定基礎上促進智能化的應用，他可以以計算機為中心把一系列的家用電器連成一個系統，讓人們真切的感受到現代高科技帶來的便利，因此機電一體化的網絡化是發展的必然結果。

4、微型化。現在社會上大多數的產品都在走向微型化，機電一體化也是順應時代的潮流。機電一體化正在向微型精確的方面發展它在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

5.綠色化。綠色環保是世界的主題，現在的環境狀態是資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是人們呼吁保護環境資源的呼聲更加高漲，時展的要求是可以設計一不污染環境的綠色化的機電一體化產品，讓綠色路線在產品中一路暢通，這也就成為了機電一體化最符合人類社會發展的一個發展方向。

6.人性化。人性化是各類產品的必然發展方向。機電一體化的產品在具有一定完整性能的基礎上，對于外觀設計以及它的外觀視覺也有著相應的要求，這可以讓產品與外在環境更加的適應，讓人們使用產品更加的貼心，更加的自然，更接近生活習慣。

機電一體化與電子之間深度結合，并且與各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術是國民經濟發展所急需的優勢學科方向。機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。所以要緊緊抓住人才需求變化的大趨勢，準確定位，嚴謹制定人才培養計劃，使教學緊跟機電一體化技術發展變化的趨勢，為培養出符合機電一體化技術崗位實際需要的、高素質、強能力的合格人才。

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（天津職業技術師范大學工程實訓中心 天津 300222）

摘要：通過對世界技能大賽機電一體化項目比賽過程中任務設置、賽事安排及評分標準進行綜合研究，分析了中國參加第42屆世界技能大賽機電一體化項目的整個競賽過程，提出了以世界技能大賽機電一體化項目需求標準為引導的中國職業院校機電一體化項目課程改革方向。

關鍵詞 ：世界技能大賽；機電一體化；課程改革

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）06-0116-04

世界技能大賽（World Skill Competition，以下簡稱世賽）每兩年舉辦一屆，是全世界職業技能最高水準的一項賽事，已成為職業技能領域的奧林匹克競賽。目前，世界技能組織已經擁有50個成員國。

我國在2011年首次參加在英國倫敦舉辦的第41屆世界技能大賽，2013年參加了在德國萊比錫舉辦的第42屆世界技能大賽。第43屆世界技能大賽將于2015年在巴西舉辦，我國準備參加其中28個項目的比賽。

在世界技能大賽的項目設置中，參賽分為六個領域，分別為運輸與后勤、結構與建筑技術、制造與工程技術、信息與通訊技術、創意藝術和時尚、社會及個人服務業等。

機電一體化技術作為傳統的競賽設置項目，其項目編號為04，屬于制造與工程技術領域。該項目的競賽旨在全方位考查參賽選手的機械、控制、安裝、調整、調試、故障排查與維修能力，是一個綜合性較強的競賽項目。我國在第42屆世界技能大賽首次派代表隊參加了該項目競賽，成績處于中上水平，從參賽的過程分析來看，我國的參賽選手在很多方面還有較大的提升空間。

世賽機電一體化項目的競賽過程與評分標準

（一）世賽機電一體化項目的競賽過程

世賽機電一體化項目的競賽過程持續4天，在此期間，所有參賽選手需要完成6項任務，內容包括：針對一種給定的工業應用開展系統設計；按照文件要求組裝一臺機器；以正確的工業方式連接導線和管路；對機械電氣和傳感器系統進行安裝、設置、調整；按照相關的標準和文件，使用輔助設備和PLC（可編程邏輯控制器）調試一臺機器等。在競賽過程中，主辦方為所有參賽選手提供了統一的機電一體化設備的模擬生產平臺，將該平臺拆解為幾個部分并設計為不同的任務，參賽選手必須在各個項目的規定時間段內完成相應的任務才能獲得相應的評分，最后得分的高低與任務完成的程度、精度、時間都有關系。

（二）世賽機電一體化項目的競賽評分標準

世賽機電一體化競賽項目的總分為100分，機電一體化項目整體分為6個任務，每個任務配分在10.00～24.00分之間，每個配分又細化為若干評分點，每個評分點低至0.05分，高至3.00分。如下頁表1所示。

裁判為參賽選手的評分點打分時，如果符合要求，標記為“Y”，代表“Yes”，表示參賽選手達到了該評分點要求，可以獲得該分值；如果不符合要求，標記為“N”，代表“No”，表示參賽選手未能達到該評分點要求，該分值不能獲得。

機電一體化比賽項目的評分表共由6個大的任務構成，在每個大的任務內，評分細分為具體的考核指標，每個指標都為客觀分，且有具體的配分，世賽機電一體化項目任務1配分表如表2所示。

（三）成績分析

從如表3所示的第42屆世界技能大賽機電一體化項目的成績表（第42屆世賽機電一體化項目總得分前10名）可知，機電一體化項目本屆比賽的金獎獲得者是巴西，銀獎獲得者是中華臺北和挪威，銅獎獲得者是德國，第5～10名卓越獎的獲得者分別為瑞典、日本、中國、韓國、哥倫比亞和英國。在獲獎的前10個國家或地區中，工業較為發達的歐洲國家占4個名額，亞洲占4個名額，南美洲占2個名額。機電一體化作為中國隊首次參加世賽的項目，在參賽的32個國家或地區中排在第7名。綜合中國參賽選手的比賽過程，我們在技能水平上與技能強國尚有一些差距。導致這些差距的原因主要體現在規則理解、職業規范、心理素養、解決問題能力等方面，只要在以后的職業技能培訓過程中重視這些問題，我國選手的成績還是有提升空間的。

機電一體化競賽的特點及其指導和示范作用

從世界技能大賽機電一體化項目競賽的特點可以看出，在現代生產條件下，機電一體化技術的特點體現出以下幾個方面的要求。

一是控制的規范性和一致性。在世界技能大賽的技術文件中，每位參賽選手拿到的都是已經被事先規定和約束的控制端口表。在整個任務實施過程中，所有的選手不得改動和變更這些端口，因為由此可能會導致控制失效從而造成設備或人身安全事故。所有的控制端口都已經被規范，因此所有的選手所完成的任務的結果都應該是一致的，所不同的是完成任務所花費的時間及控制效果的精確性，由于控制端口的混亂而造成的安全事故或者導致評判的不確定性因素不復存在。這一部分在世界技能大賽中一般不占分數，但是卻是整個系統評判的前提，也就是說，如果參賽選手不按照技術文件規定的端口連接系統，那么將直接失去參與評判的機會，而不論你的系統功能有多么完美。

二是功能的正確性和準確性。在世界技能大賽的技術文件中，功能的正確性和控制的準確性的占分比是最高的，一般可以達到70%左右。技術文件要求所有的控制作用應該按照任務規定要求，能夠正確、準確地執行，錯誤的動作過程會導致直接評判結束，而不準確的動作（如動作不到位或動作范圍超過規定允許的偏差）將會導致失分。一般而言，控制的正確性取決于系統控制程序的作用是否能夠滿足任務書的要求，要求選手能夠充分利用現場提供的控制核心器，規劃和編寫出正確的控制程序，完成所需要達到的目標要求。系統的準確性則取決于系統硬件組裝的精度和控制程序中參數的設定及整定。所以，機電一體化項目是一個融合了機械裝配和電氣控制的綜合性競賽項目，這也是世界技能大賽多年來一直堅持將機電一體化項目作為經典比賽項目的原因之一。

三是運行的安全性和可靠性。系統的安全性和可靠性是評判系統工作是否能夠持續穩定正確工作運行的一個重要考量因素，占分比約為15%左右。在此項評價中，主要考察選手是否能夠按照生產規范和標準進行操作和調試，是否考慮到一些未知因素對系統的不確定影響，并能夠預知或預判其對系統的影響程度，然后利用各種軟件或硬件手段加以抑制或消除。

四是系統的環保性和節能性。機電一體化項目競賽對于系統的環保性和節能性也提出了較高的要求，主要表現在是否能夠利用更小的能量實現所需要的功能。這要求參賽選手能夠對自己所完成的控制系統進行全方位的優化和改進，能夠節省能源和時間，一般占分比約為15%左右。

機電一體化技術課程的改革方向和方法對策

（一）職業素質和專業技術規范

為了培養學生的職業素質，學校應從以下幾個方面對學生進行培養：首先，將學生職業素質的培養納入人才培養的系統工程，使學生進入職業院校或者高等院校的第一天，就知道學校與社會的關系、學習與職業的關系。學校作為培養人才的主導因素，應成立相關的部門協助培養學生的職業素質，向學生提供職業教育和實際的職業指導，最好能結合相關的社會資源。另外，學校應該根據社會需求，結合課程特點，改進教學方法，激發學生對專業學習的興趣，盡可能向學生提供正確、新穎的學科信息。其次，對學生進行正面積極的職業心態和正確的職業價值觀教育也是十分必要的，要讓學生認識到職業技能人才在社會發展中發揮著舉足輕重的作用，以建立其愛崗、敬業、樂觀、開放、合作的職業信念。

學生職業素質的培養不能僅依靠學校和學生本身，社會資源的作用也很重要，職業院校和高等院校想要培養具有較高職業素質的畢業生，企業的參與也必不可少。作為培養應用型技能人才的職業院校，應擴大校企合作的范圍，為學生創造更多的實習訓練的機會，在實際生產操作中提高其職業技能水平，這是培養高素質技能人才的重要途徑。校企合作是一種互補模式，學校與企業雙方的重視程度和參與程度都會影響合作的效果和深度。在機電一體化項目競賽中取得較好成績的國家如德國、韓國、日本等，在職業教育模式中都十分重視企業和學校的密切聯系，企業參與到學校的實踐教學環節中，甚至起著引導示范作用。因此，職業院校應積極拓展與企業的合作，為學生創造良好的專業技能實踐的平臺，讓學生在得到實際技能訓練的同時，也能獲得在技術崗位上發揮能力的機會。

世賽競賽的標準要求嚴格，體現了對青年職業技能人才的職業素質和專業技術規范的雙重考量。在比賽中，參賽選手在競賽的過程中，不僅體現了技能水平的高低，同時也表現出對職業技術規范的重視程度。以機電一體化項目為例，我國參賽者與日本參賽者相比，在工具儀表的準備上，日本選手在工具的擺放、使用、拿取方面顯得十分有條理，在工具箱的配置上，韓國參賽者有工具箱、量具箱各1個，參賽時在使用工具后將其放回原位，這些良好的職業素質在比賽中都產生了良好的效果。在電氣線路安裝時，護套線在線槽外應去掉外層的護套層，傳感器在安裝和固定時，近傳感器端需要預留10cm的長度為傳感器調整做準備，綁扎帶切割不能留余太長，必須小于1mm且不能割手，如此等等，都是世賽考查學生職業技術規范的著眼點。我國的參賽者在職業技術規范上與技能強國的選手相比還存在一定的差距，這從另一方面說明職業院校在培養學生技能的過程中淡化了職業素質的培養。因此，今后在職業技能應用型人才的培養過程中，應該堅持職業素質與職業技能并重的原則。

（二）課程內容和質量控制

借鑒世賽項目和比賽過程對職業院校和高等院校相關專業的建設與發展具有重要意義，可以引導職業院校和高等院校的人才培養工作。從世賽項目的設置、評分方法及評分點不難看出，作為培養應用型人才的院校，在課程設置上要加大技能學習的力度，理論要為實踐服務，要敢于打破傳統的課程體系和設置，根據項目要求靈活調整課程內容和授課方式，突出職業技能培養，重視實踐能力的提高，同時要采取理論與實踐一體化的培養模式，培養理論扎實、技能熟練的應用型人才。世賽機電一體化項目比賽考核了包括機械、氣壓工程、數控系統、編程、機器人技術及系統開發等方面的技能，要求機電一體化技術人員既要能進行機械維護及設備制造，同時也要能采集設備信息、部件（傳感器）及調節設備。

從世賽進行過程中可以看出，職業技能競賽對技能質量的要求很高，這對我國職業院校和高等院校人才的培養將產生重要影響。在德國萊比錫舉行的第42屆世界技能大賽的項目賽事過程體現了對質量要求的嚴格，以機電一體化項目為例，對選手的電氣接線和電氣裝配考核都有較高的要求，對安裝的精度和機械電氣數據的測量精度都有考核。如在工業機器人的調整及運動過程中，機器人及所有輔助器件與周圍的設備設施不能發生接觸或機械碰撞；選手獲得功能分滿分，且專業技術規范丟分點不能大于三項，才可以拿到時間分和效率分。這些都反映了世界技術領域對應用型高級技能人才培養的高標準要求。作為培養未來應用型高級技能人才基地的本科院校和職業院校，要認清我們在技能人才培養上與世界標準的距離，要借鑒世賽技能強國在對學生質量意識培養方面的先進經驗。學校抓學生教育質量的關鍵是要重視提升教學質量，使教師的教學和技能培訓有水平和質量的保證，同時應注重提高學生在技能訓練中對產品技術精度的要求。

世賽的評分采用的是不斷反饋測評的評分機制，如機電一體化分為6個工作任務，對任務1完成評分測試后，給予反饋，選手可以及時發現自己的失分點和需要改善的地方；對任務2進行評分測試時，裁判將對任務1再次進行檢測，判斷選手是否完成調整。每個任務的打分均采用加分的方式，裁判按照選手完成的測試點給分，保證了得分的客觀性，確保了評價質量控制。

（三）綜合能力和節能環保

世界技能大賽作為一項國際化賽事，在考核參賽選手技能水平的同時，也突出了資料信息搜集和整理能力以及英語綜合能力。世賽的前期注冊、身份確認、比賽信息、相關資料公開等幾乎全部通過互聯網進行。參賽者只有掌握一定的信息搜集、整理和基本的語言溝通能力，才可以順利比賽。世賽的所有題目、圖紙、模型、評分表均為英文，這要求我們在對選手進行職業技能的培訓提高時，也要對選手的基本素質及語言能力水平加以重視。因此，職業院校和高等院校在應用型技能人才培養的過程中，既要重視學生技能素質的提高，同時語言溝通、信息收集等綜合能力的培養也要加強。

節能和環保是當今世界技術發展的一個趨勢，在機電一體化設備安裝和調試過程中，選手對耗材的應用規劃和對加工工藝的選擇，都會對能源的消耗產生影響。在機電一體化系統的運行中，可通過流量計和電能表對選手的能源消耗量進行計量，如在氣壓運動機構調整時，系統可正常工作的氣壓范圍為0.4～0.7MPa，日本選手采用的是0.4MPa，韓國選手采用的是0.45MPa，我國選手采用的是0.5MPa，這樣完成相同的運動距離，日本選手消耗的氣量最少，節約了能源。在系統設計和安裝時，還應該注意氣管不要過長，電機不要頻繁地啟動，減少不必要的電器通電時間，合理規劃機械的動作順序，都可以實現能源的節省。另外，機電一體化系統中機械和氣壓設備的應用會產生噪聲污染，控制噪聲污染也是十分重要的。在完成系統安裝和調試后，對現場的清潔以及對垃圾按照是否可回收的性質進行分類都很重要。在高素質技能人才的培養過程中，節能環保意識應該一直貫穿于對學生進行技能培訓的全過程。

結語

世界技能大賽是一個國際化競賽的平臺，更是一個交流學習的平臺，通過參加世界技能大賽的整個過程，能夠很好地了解和學習在機電一體化競賽項目上取得較好名次的國家或地區的先進經驗。這些國家或地區的選手在競賽整個過程中所表現出來的職業素質和職業能力，較好地符合了世界技能大賽的要求，也體現了世界技能大賽的競賽內容與現實生產生活的密不可分的關系。研究世界技能大賽機電一體化項目競賽的整個過程，對于我國建立完善、科學、系統的機電一體化技術課程教學體系，提高職業技能培訓效果具有重要的借鑒意義。

參考文獻：

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[6]徐媛媛，趙欣.世界技能大賽對我國職業教育發展的啟示[J].職教通訊，2013（11）：9-10.

篇5

一、選手選拔

選拔選手是參賽工作的重點，基礎好是選手起步的關鍵，是成功的有力保障。筆者所在學校建立了科學的競賽管理制度，設立了學生興趣小組，制定了優秀生培養方案，堅持常年舉辦各類活動。在開展活動的過程中，有目的地進行培養，為競賽選手的選拔工作奠定了良好的基礎。在挑選選手時，筆者學校著重考察學生5個方面的能力：理論基礎好，動手能力強；思維敏捷，有獨立思考能力；有團隊合作精神；有競爭意識；心理素質過硬。

二、選手的訓練

1.制訂計劃，精心設計訓練任務

訓練計劃是總綱，要根據競賽要求，合理安排訓練內容，精心設計訓練任務。在這個過程中，要做到兩個必須——訓練必須有行之有效的計劃、計劃必須有行之有效的內容，務必避免訓練的隨意性，保證訓練的科學性。在設計訓練任務時，要特別注重對學生進行細節方面的訓練，每個任務都要有特意安排的細節訓練內容。全國技工院校技能大賽與全國職業院校技能大賽不同，不僅考察選手的動手能力，同時還注重考察選手對理論知識的掌握程度，故在訓練計劃的安排上，應在白天安排技能訓練，晚上安排理論復習。

2.訓練初期

訓練初期是知識鞏固和提高的過程。由于選手剛剛被選，其各方面的知識準備還不充分，思想上、行為上也存在著偏差。在這個時期，指導教師需了解每一個選手的薄弱環節，有針對性地加以訓練。讓選手之間互相提問、互相回答，既做老師又做學生，從而鞏固基礎知識。同時，選手之間互相制定一些基礎性的訓練科目，指導教師要針對選手的訓練情況進行必要的小結和總結。每天訓練結束后，應抽出一定的時間，讓選手總結一天訓練的得失及不足之處，并互相進行點評。因為通過自評和他評，能讓選手發掘自身以及別人的優點，找出存在的問題，進而提出改進的方法。每一個訓練周期結束后，應再進行必要的總結。初期參加訓練的選手人數可以多一些，并可以多找一些在某些技能方面突出的學生。

3.訓練中期

在此階段，要進行高強度、高難度的訓練。競賽往往要求選手在短時間內完成較為復雜的任務，而由于心理素質及各方面的原因，參賽選手往往無法發揮出平日訓練時100％的能力。這就要求指導教師在中期的訓練中，應采用高強度及高難度的訓練項目及內容，嚴格要求選手，并且注意每個細節及步驟，包括工具的使用、現場的清理等等，培養學生養成良好的競賽習慣。同時，還可進行競爭性訓練，開展相互學習與競賽，并逐步淘汰一些技能水平較低的選手。

4.訓練后期

此階段主要進行針對性訓練。由于臨近比賽，應注重選手的心理及身體狀態，使選手處于良好的競技狀態。要及時對選手進行心理減壓輔導，指導選手放下包袱，從容、自信地投入到訓練中去。故在此階段，不宜再進行高強度、高難度的訓練，而應以貼近競賽內容的訓練科目為主。在這個時期，要求選手相互解釋競賽方案中的每一項內容及評分標準，相互設置模擬競賽現場，預置突況，設計應對方案；相互設置競賽模擬題，并根據競賽評分標準進行評判，總結得失。特別應注意比賽內容中的細節問題，比如程序的穩定性、合理性等，因為細節往往決定著成敗。

三、總結與思考

篇6

關鍵詞：項目教學法 實現 理實一體化

1.引言

為了提高學生的綜合能力和專業素質,使專業課教學更接近于社會需求,最終能實現學生與企業的就業崗位零距離對接。我們學校一直以來都很重視專業課教學的改革，做出了各種努力和嘗試。多年來，我們在電子專業課中推行了項目教學法，經過教學實踐表明：通過教學項目的優化、知識點的重構和整合和課堂的理實一體化教學組織，在提高教學的效率與效果，在培養學生全面能力等方面，確實收到了一定的成效,使電類專業的專業課教學效果得到了質的提升。

2.教學實踐

2.1教學過程

“項目教學法”是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。基于建構主義的項目教學法與傳統的教學法相比，有很大的區別，主要表現在改變了傳統的三個中心，由以教師為中心轉變為以學生為中心，由以教材為中心轉變為以“項目”為中心，由以課堂為中心轉變為以實際經驗為中心。所以教學模式上發生了很大的變化。

現在專業課教學采用項目教學法，使師生以團隊的形式共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。項目以工作任務的形式出現。通過工作任務的完成，能得到一個具體的、具有實際應用價值的產品。一般分為五個教學階段：（1）確定項目任務；（2）制定計劃；（3）實施計劃；（4）檢查和評估；（5）歸納或成果應用。這種行動導向教學使教學理論與實踐操作完全融合為一體。

2.2學習形式

項目教學中的一個任務可能需要半天或者更多的時間，像以前那種兩節課連上的模式就不適合了，實施項目教學必須為學生提供充足的時間，每次課都要完成一定的任務，小組成員和老師要給你打分的，在任務實施過程中遇到問題要積極主動思考，不能拖小組成員后腿。整個一次課是在動腦筋和動手操作過程中完成，人人都是演員，老師只不過是導演參與其中，但老師是有指揮權的，既要保證本次課氣氛活躍，學生積極討論操作，又要保證整個學習過程要井然有序，不是亂糟糟的，而是高效的。整個教學過程的任務引領，理實一體化教學形式。

2.3評價體系及考試

在傳統的教學模式中，對學生的評價大多是只看理論考試結果，雖然也有平時成績，但是比重不大，不利于客觀的評價一個學生真實的情況。這種評價方式的弊病是顯然易見的，隨著教學改革的深入，這種評價方式需要徹底的改變。但是究竟用怎樣的評價方式才是最理想的，通過去年我們的實踐和嘗試，對于專業科目來說我想應該是實踐操作加理論的考試相結合的成績，應特別注重在學習過程的評價。這樣對學生職業能力的提升有很大好處。

學生是具有個體差異的人，評價允許異步發展，應該多元化；學生發展具有主動性，評價應調動學生積極參與，促進其學習與發展。項目式教學中，其教學評價已是一種過程評價與結果評價相結合、學生自我評價與教師評價相結合、個體評價與集體評價相結合的一種綜合性的評價。由于項目式教學是以培養學生全面能力為目標的理論加實踐的教學，因此學生的全面能力就成為其評價對象。以此模式，我在電子技術課程項目教學中建立了能力為目標的評價指標，它不僅包括了學生的專業理論學習能力還包括技術能力、學生的團結協作、責任心與創新等非技術能力。要求學生每完成一個任務，讓學生首先進行自我評價，然后由小組進行集體評價，最后由老師作客觀評價。如果這三不同角度的評價比較趨向一致，即證明評價是具有較高的準確性。但當出現三個評價的差異較大的時候，也不應該完全傾向老師的評價，我們的辦法是通過學生小組中同學間的交流和老師與同學間的交流來縮小這些評價的差異。在項目教學中，學習過程成為一個人人參與的實踐與創造的活動，因此評價注重的不是最終的結果，而是完成項目的過程。學生在項目實踐過程中理解和把握課程要求的知識和技能，培養分析問題和解決問題的思想和方法。在項目實施時，一般每小組男女生搭配，學習好的差的搭配。教師在學生項目訓練中，除了針對性地指導外，還要記錄學生學習掌握知識的過程，作為評價的依據。并適時督促懶散的學生積極參與學習。在學期結束時，電子技術項目課程考核采用實踐操作加理論考試的形式，采用任務過程考核，學生和平時一樣參加到工作任務中來完成項目，不過考核時自己獨立完成，沒人提醒。結果表明，考核成績是相當好的，學生通過項目課程的學習真的能學到很多知識，掌握的也很好。

2.4教學感受體會

2.4.1重視項目的完成，但不能忽略基礎知識的掌握。注意吸取傳統教學法的長處，把總目標細分成一個個小目標，每個小目標體現在項目中的小模塊上，從而讓學生建構一個系統的、全面的知識框架。

2.4.2強調了學生學習的主體性，并不能認為教師的任務就減輕了。其實教師的職責不但沒有減輕，反而還加重了。因為教師不但要對任教科目融會貫通，隨時回答各類學生提出的各種問題，而且還要為學生創設學習的情景、培養協作學習的氣氛、審核項目的選取等。

2.4.3學生分組是一個容易被忽視的環節：宜小班化教學，由于采取分組協作學習的方式，所以分組的原則、組員的搭配、工作的分工、成員的數量等等直接影響著組員的學習。實驗證明，每組人數應控制在5～6人，人多“手腳亂”、意見不一；采取互補方式進行搭配，有利于同學之間互相學習；組員分工要明確，防止出現依賴思想。

2.4.4教材是一個問題。由于現行的教材基本根據學科知識系統進行編寫，教師實施項目教學法時，不能夠完全按照教材一章一節地講授，所以要求教師在設計教學時，必須重點選好示范項目，緊密結合教材內容。可以把教材作為學習的“字典”，有條件的可以適當編寫講義，甚至編寫教材。

2.4.5項目教學將會占用更多的課時，在有限的在校時間里，給課務安排帶來了困難。

2.4.6儀器、設備的數量要充足，損壞率提高，維護任務重，維修費用高了；增加了教學成本。

3.結語

總之，項目教學是一種比較有效的教學方法。它突破了傳統的教學模式，通過解決學生身邊的一些現實問題來實現學生對知識的掌握，大大提高了學生學習的積極性和主動性。通過項目教學法學習的學生，他們的動手能力、解決實際問題的能力有很大的提高。這種方法不但適合電子技術課程教學，尤其適用于學生水平參差、學生自控能力比較薄弱、課程的應用性比較強的職業技能教學。

參考文獻：

[1]韓忠霄.淺析創新教育 [J].職教論壇.

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[關鍵詞]科學技術； 控制技術； 機電一體化；

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）15-0030-01

一、前言

機電一體化是現代科學發展的必然結果，現代的機械工程離不開機電一體化的技術，機電一體化的技能在工程機械中的使用能是工程的性能有效的發揮。

二、機電一體化的概念

所謂機電一體化，是將機械技術，電子技術，信息技術，控制技術綜合運用于機械中去，使得機械設備運轉效率得以提高，機械設備使用壽命得以延長，由此去實現生產質量和效益的提高。現階段機電一體化在工程機械領域的運用，主要是以電子控制系統的方式來運行的。

三、機電一體化的技術特點

1.應用范圍非常廣泛，而且應用性比較強

在機電一體化技術中，它是以機械作為載體的，來對機電一體化產品進行開發，幾乎不會受到行業的制約。機電一體化技術，它是利用計算機的先進技術，把信息化來作為核心，這個核心就是智能化，從而可以開發以及生產一系列的機電一體化產品，這些產品的性能比較好，功能也比較強。

2.整體達到最優化

從整個系統看出，對新的技術要充分利用，而且在新技術之間能夠互相交叉，就可以讓機電一體化產品的附加值比較高，效率比較高，性能比較高，材料比較節省，能源比較節省，損耗比較低，污染比較低，省時而又省力。

3.綜合性比較強

機電一體化是由多個方面綜合而成的，這些技術組成一個整體，在這個整體中，它們互相促進，又互相制約，共同向前發展。

4.系統化的層次比較

機電一體化是將工業產品以及過程利用各種技術綜合成一個完整的系統，強調各種技術的協同和集成，強調層次化和系統化。無論從單參數、單擊控制到多參數、多級控制，還是從單件單品生產工藝到柔性及自動化生產線，直到整個系統工程設計，機電一體化技術都體現在系統各個層次的開發和應用中。

5.安全性得到了很大的提高

通常來說，機電一體化系統都能夠進行自我保護，可以有效的避免安全事故的發生，以及減少所受到的損害，大大提高安全性。對于某些比較先進的機電一體化的系統，也可以在惡劣以及危險的環境之中，來進行無人操作的自動工作。

6.具有柔性的特點

在機電一體化的系統中，柔性是它的特點之一。依據實際需要的改變，使用機電一體化技術，就能夠不再改裝任何系統，就能夠極其有效的對系統的構造以及生產的過程，依據系統的功能目標以及組織結構目標優化，以智能、調整、修改，因此機電一體化技術是解決多品種、小批量生產的重要途徑。

7.使用時非常簡單

在對機電一體化產品進行操作時，即使對機電一體化不了解的人，也能夠很熟練對機電一體化產品進行操作。在這里，它的優點是顯而易見的，一是功能比較強，二是操作比較簡便，三是人與機器的關系比較容易協調。

8.可靠性比較高，穩定性比較高，壽命比較長

在機電一體化的系統中，基本上是不會出現機械磨損的情況，就是因為這樣，它的壽命大大提高，出故障的效率大大降低，可靠性就會大大增強，以及穩定性就會大大增強。

四、機電一體化技術的主要應用領域

數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：

（一）總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。

（二）開放性設計，即硬件體系結構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。

（三）WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。

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

（五）能實現多過程、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中去。

（六）系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。

（七）以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置

五、機電一體化的發展趨勢

就目前的形勢，來對機電一體化的發展趨勢來進行推測。機電一體化向五個方向發展：其一是智能化方向，其二是柔性化方向，其三是微型化發展，其四是光機電一體化方向，其五是仿生物系統化方向。

機電一體化向智能化方向發展

就目前的機電一體化技術以及機電一體化的產品，來對它的發展趨勢來進行判斷。就機電一體化的技術來說，逐漸脫離了人工，離計算機控制越來越近，可以判定向智能化發展；就機電產品的發展脈絡來說，智能化的程度越來越高，可以判定向智能化發展。

機電一體化向柔性化方向發展

就機電一體化產品的發展方向，來對未來的產品做出推測，在控制以及執行的系統中，有可以滿足需要的“冗余度”，有比較強的“柔性”，這樣就能夠比較有利于更加好地來應付一些突然發生的事件，這樣就可以進行設計，設計成為了“自律分配系統”。在這些系統之中，每個子系統都是彼此獨立進行工作的，每個子系統都是為總系統提供服務的，與此同時，它還具有“自律性”，這樣就可以把不一樣的環境條件作為依據，從而做出不一樣的反應。它的特點就是，每個子系統都可以產生一些自身的信息，而且可以附加一些信息。在這個總的前提之下，擁有的“行動”是完全可以進行改變的。就這樣，一來它可以對系統的柔性進行增加，二來它不會由于某一個子系統明顯地增加了系統的能力（柔性），又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

機電一體化向微型化方向發展

就目前而言，在半導體元件制作的過程中，使用蝕刻的方法，已經制作出了亞微米級別的機械器件。當這個實驗的結果運用于實際的使用時，至于分辨出機械部分與控制部分之間的差別，這種行為完全沒有意義了。就在那時，機械與電子可以合二為一了，可以把三個部分集合起來，體積就會變得很小，最終可以組合成為自律元件。這三個部分，其一是執行結構，其二是傳感器，其三是CPU。這樣就能夠較好的向微型化發展。

機電一體化向光機電一體化方向發展

通常來說，機電一體化的系統，是由四個部分組成的，其一是傳感系統，其二是能源系統，其三是信息處理系統，其四是機械結構。在發展的過程中，可以把光學的技術引進機電一體化中，要充分利用光學技術自身的特點，就能夠非常成功的改變機電一體化中的系統，其一是傳感系統，其二是能源系統，其三是信息處理系統。

機電一體化向仿生物系統化方向發展

對目前的機電一體化產品以及機電一體化技術進行探析，就可以推測出，機電一體化中的裝置，依賴信息是非常大的，而且經常會在結構方面，在靜態時是不夠穩定的。然而，在動態時，卻顯得非常穩定，就這種狀態而言，是與動物非常相似的。

六、結語

隨著我國科技發展腳步的加快，機電一體化的應用將越來越廣泛，我國機電一體化所應用的領域將越來越廣泛。

參考文獻

[1] 張智慧.淺談機電一體化技術的現狀及發展趨勢[J].中國高新技術企業，2013，17（24）：106-107.

篇8

【關鍵詞】機電一體化；進展；發展趨勢

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：

前言

我們所處的知識經濟時代是一種全新的經濟形態，它最突出的特點在于知識和信息的傳播網絡化和無形化交易的迅猛發展，內外環境的動態性越來越強，這也不斷催生信息技術和工程技術的變革。隨著科技的進步，機電技術的發展必然走向電子化，是現代科學技術發展的必然結果。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的新的技術，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。

二、機電一體化技術概要

機電一體化發展至今也已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展，還將被賦予新的內容。一般來說，機電一體化技術是機械工業實現自動化控制的一個重要的標志。隨著機電一體化技術的不斷發展，目前，機電一體化技術已經發展為具有自身特色的新興學科。基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，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、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及程序編寫技術等群體技術，根據各個板塊的功能和優化組織的目標，將各單元的功能盡量設計合理化，在功能多、質量高、可靠性好、能耗低的基礎上展現特定功能價值，并最大限度優化整個系統的工作任務。因此，我們所說的“機電一體化”包括了“產品”和“技術”兩個部分。將上述的各項群體技術進行綜合的融合也就是機電一體化的主要任務。

三、國內外機電一體化技術發展歷程與現狀

1、國外發展歷程與現狀

國外的機電一體化技術于20世紀40年代代開始發展，經過萌芽階段之后，于20世紀60年代向通信、控制、計算機技術發展，正式進入發展階段，這個階段是機電一體化技術的飛躍與轉型的關鍵時期，這個時期內的機電一體化技術呈現多元化的迅猛發展態勢，機電一體化產品層出不窮。20世紀80年代之后，以美國為主的西方國家為機電一體化技術的發展制定了一系列的發展策略，并大力推動機電一體化技術朝著智能化、網絡化的方向邁進，智能化的機械工業產品不斷涌現，今后，機電一體化技術仍會以智能化作為發展和改革的核心，智能化的機電一體化產品會為機械工業領域的發展奠定堅實的基礎。

當前，全球機電一體化技術的發展除以智能化為核心和主要標志之外，還與激光技術、微細加工技術得到了很好的融合，其中，激光技術的加人，產生了“光機電一體化”的先進技術類型，大大拓寬了機電一體化技術領域范圍；微細加工技術及相關設備的融合為電子技術的發展和革新提供了有力的支持。

2、我國機電一體化技術發展歷程與現狀

我國20世紀8O年代開始發展和革新機電一體化技術，并在技術與環境上給予了很大的支持。機電一體化技術在我國機械工業領域發展的這3O年來，國內社會經濟及人民生活水平得到了很大的提升，人們對產品品質及種類的需求量越來越大、要求越來越高，傳統機械制造業發生了很大的變革，機械制造業積極引進了國外先進的機電一體化技術和理念，將機電一體化列為國家高技術重點研究領域，研發了一系列擁有我國獨立知識產權的產品和技術，使機電一體化領域取得了很大的進展。目前，我國機電一體化技術的發展主要體現在數控應用技術、流水線工業機器人及計算機集成制造系統等方面。

盡管我國機電一體化技術相比國外一些國家起步晚、技術發展程度低，但從近年來的發展態勢和發展速度上看來，國內機電一體化技術領域前景廣闊。目前，我國機電一體化技術發展中存在的主要問題有：技術研發與發展基礎薄弱，支持力度不足；技術發展與產品研發不成正比，未能在產品上得到充分體現；技術對國民經濟貢獻不夠。

四、機電一體化的發展趨勢

機電一體化的發展是向智能化方向邁進。二十世紀9O年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，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。同時，由于人工智能技術、神經網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展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。未來機電一體化的主要發展方向有以下幾個方面：

1、智能化。智能化就是要求機電產品有一定的智能，具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。人工智能技術在糊數學、灰色理論、神經網絡、生理學、心理學和混沌動力學等領域得到不斷與進步和發展，為機電一體化技術在智能化發展奠定了良好的基礎和開辟了新的出路。

2、數字化。接口技術和微控制器的發展奠定了機電產品數字化的基礎，數字化要求機電一體化產品的軟件具有可靠性高、容易操作，普遍性，自診斷能力，可維護性及優質的人機界面。

3、模塊化。模塊在整個系統中是一個相對重要的工作。目前，生產機電一體化的廠家繁多，種類不能統一。在環境接口、動力接口、機械接口的研制開發過程中要逐步統一到標準化的接口道路上來。例如研制具有變頻調速、集減速電機一體的動力驅動單元；具有圖像處理、視覺、測距和識別等功能的電機一體控制單元等。此時，在研發設計產品時，可利用標準模塊化單元相對比較快速研發出新的產品。從而避免各種相互沖突的關系，并能使之系列化、標準化。

4、網絡化。信息網絡應用技術的快速興起和發展給各個領域都帶來了變革。基于計算機網絡普及的基礎，各種遠程控制和監視技術也不斷發展。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使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，人們足不出戶可充分享受各種個科技帶來的便利和好處，因此 機電一體化產品朝網絡化方向發展是必然的趨勢。

5、自源化。機電一體化產品自身帶有能源是自源化最好的詮釋，比如燃料電池、大容量電池和太陽能電池。因為很多場合由于電源的缺少使得很多產品不能使用，所以，自帶動力源是非常有必要的。

6、人性化。任何產品必然會向人性化的方向發展，機電一體化產品也不例外，不但要完善產品性能，還要在造型、色彩等方面與環境相協調，使產品更加自然，更加接近人們生活習慣。

7、微型化。微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電系統指的是可以批量制作的，集微型機構、微型傳感器、和信號處理，直至接口，通信和電源等于一體的微型器件和系統。微機電系統產品具有體積小、耗能少、運動靈活的顯著特點，在生物醫療、信息等方面具有非常明顯的優勢。

8、綠色化。綠色產品指的是低能耗、低材耗、低污染、可再生利用的產品。機電一體化產品的綠色化主要是指在產品使用過程中不污染生態環境，產品壽命結束的時候，還可分解和再生利用。

五、結束語

機電一體化技術是振興機械制造行業與國民經濟的不可或缺的部分，是機械工業技術、電子計算機技術及信息科學技術的融合與交叉的產物。機電一體化發展至今，還處于發展階段，并朝著智能化、網絡化的方向不斷發展，必將具有更加廣闊的發展前景。

參考文獻：

【1】楊保群．機電一體化技術發展及應用簡介[j]．微電機，2009

【2】高德成．機電一體化技術發展問題分析與技術探索[j]．自動化與儀器儀表，2011

篇9

本文從現代煤業生產的“掘進、采煤、裝、運輸、提升”等主要環節出發論述了機電一體化技術的應用情況，對機電一體化重點產品在煤業生產中的應用實踐進行闡述，在此基礎上，提出我國在現代煤業生產中發展和應用機電一體化技術的幾點思考。

【關鍵詞】機電一體化 煤業生產 應用 探討

1.引言

近年來，隨著我國對能源需求的不斷提升，煤業生產規模逐年加大，煤業生產的技術水平快速提升，尤其是在煤業生產的采、掘、運等環節，大量應用了機電一體化產品和相關技術，使勞動生產率和煤業生產的安全保障都得到較大提高。近年來機電一體化產品和技術向自動化、數字化和智能化的方向不斷發展，在性能和功能等方面也發生了巨大變化，為現代煤業生產提供了堅實的支撐，提升了我國煤業生產的效率和水平。研究采用機電一體化技術和裝備應用于煤業生產實踐的方法，探索如何進一步深入利用機電一體化技術和裝備促進我國煤業生產向安全、高效、潔凈、結構優化的現代化生產模式，對于促進我國煤炭工業向現代化和高科技方向發展具有重要價值。

2.機電一體化技術在現代煤業生產中的應用實踐

煤業生產中的機電一體化技術主要體現于機電一體化的系列產品中，從產品類型上來看，煤業生產中的機電一體化產品分布于煤業生產過程中的“掘進、采煤、分裝、運輸、提升”等不同環節，重點產品包括電牽引采煤機、快速掘進機、帶式輸送機、礦井提升機、安全生產監控系統、礦井供電設備以及支護設備等[1]。

電牽引采煤機是現代煤業生產中應用廣泛的一種典型機電一體化產品，它綜合運用了現代電力電子和微電子技術來代替傳統復雜龐大的液壓系統，大大簡化了液壓采煤機的結構并提高了其可靠性，改善了動能、牽引等操作性能，同時在多種傳感器的配合下還具有自診斷功能和健康監測能力，使生產效率得到極大提高[2]。目前，快速掘進機已經成為煤礦作業中不可或缺的機械，包括礦用隔爆兼本質安全型開關箱、礦用本質安全型操作箱、隔爆型電鈴和照明燈、隔爆型三相異步電機等機電一體化技術廣泛應用于快速掘進機的電氣系統，這些機電一體化技術的應用使快速掘進機在自動控制、工況檢測、自我故障診斷等方面的性能得到極大改善。現代煤業生產中的井下原煤輸送系統的主要運輸設備就是帶式輸送機，目前的帶式輸送機大量采用了機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置和制動裝置以及以PLC為核心的可編程電控裝置，可以方便的實現大范圍的控制與調節操作，采用CST系統能夠控制多點驅動并進行連續監測，同時還具有工作狀態異常檢測等功能。礦井提升機的主要功能是將井下煤炭安全運送至地面，是煤業生產中關系到生產安全和效率的關鍵設備，近年來發展的全數字化和交、直流提升機將機械、電力電子、計算機以及自動控制技術等有機的融合在一起，其核心由計算機系統進行控制，在測量、傳感以及數據處理等方面的性能大為提高，應用機電一體化的礦井提升機的安全性能和工作效率得到明顯改善。此外，在煤礦井下安全生產監測監控方面，包括傳感器技術、計算機軟硬件技術、網絡技術等機電一體化技術得到普遍應用。同時，煤礦生產作業過程中大量采用的支護設備也在向機電一體化的方向發展，傳統的液壓支架通過結合計算機技術正在向電液控制的方向發展，在控制速度、操作性和工作狀態檢測等多方面都體現出很大優勢。

以上分析顯示了機電一體化技術在煤業生產作業中的應用有效的提高了生產設備的自動化、智能化和信息化水平，是煤業生產實現安全、可靠和高效的重要保障。

3.現代煤業生產中應用機電一體化技術的主要思考

在煤業生產的采、掘、運、裝等各個環節中，應用機電一體化技術能夠顯著提高煤炭的成產效率與質量和提高煤業生產過程中的安全性與可靠性，此外還具有維護調整方便和適用性強等特點，因此，機電一體化技術已經成為現代煤業生產技術發展的重要方向，是煤礦綜合自動化的發展基礎和煤業生產信息化建設的關鍵支撐技術。近年來，我國在煤礦機電一體化技術在研究和應用方面都取得了一定的進展，但與世界先進采煤國家相比，在開發基礎、應用范圍以及技術和管理水平等方面還存在一定差距，因此加強機電一體化技術在煤業生產中的應用依舊是擺在我們目前的重要課題。現代煤業生產中應用機電一體化技術主要有以下思考：

第一，國家加強對煤業生產中應用機電一體化技術的扶持力度。機電一體化技術涉及多個學科和研究領域，目前的發展也是日新月異，對其進行研究和應用需要雄厚的基礎和大規模的投入，因此需要在國家層面予以支持。

第二，加強煤炭行業機電一體化的應用建設。機電一體化技術和產品發展非常快速，因此需要確定行業以及產品的標準和規范，用以指導機電一體化技術和產品的發展，使其形成標準化、系列化和通用化的發展路徑。

第三，加強對機電一體化技術和應用的核心開發。在核心技術和產品上緊跟信息化時代機電一體化技術的發展趨勢，增強自主創新能力。在計算機控制、新一代網絡通信、人工智能、傳感器技術以及井下環境探測技術等方面加強研究[3]。

結束語

近年來，經濟的發展導致對能源的需求逐年加大，作為重要的傳統能源，煤炭始終受到較大的關注，對煤炭資源仍然有著巨大的需求。我國是世界上最大的產煤大國，但長期以來，由于生產技術及管理等方面的落后，在現代煤業生產過程中安全事故頻發，造成許多重大的經濟和人員損失。因此，除了在煤業生產過程中加強規范化管理外，還必須提高煤業生產的現代化水平，在采、掘、運、裝等環節大量應用機電一體化產品和技術，推動我國煤業生產向安全高效的模式轉變。

參考文獻：

[1] 王金良. 解析煤礦機電一體化產品在煤炭生產中的應用[J]. 中國化工貿易，2013，（6）：60.

[2] 姚桂玲.機電一體化技術在煤礦生產中的應用研究[J].煤炭技術，2011，30（8）：62-63.

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一、機電一體化的產生與應用

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，機電一體化進入了深入發展時期。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展露頭腳，出現了光機電或微機電一體化等新分支。我國從20世紀80年代開始開展機電一體化研究和應用。取得了一定成果。機電一體化已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展，還將被賦予新的內容。

二、機電一體化發展現狀

20世紀60年代以前為第一階段，稱為初級階段。人們利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。在二戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械與電子兩技術的結合還不可能廣泛和深入發展。

20世紀70到80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。

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展時期。一方面，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展露頭腳，出現了光機電和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的分析和集成方法、機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，更為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用并把機電一體化技術列為“863計劃”中。

三、機電一體化發展趨勢

1.智能化趨勢

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。 “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、模糊數學、心理學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。機電一體化產品不可能具有與人完全相同的智能。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能。

2.模塊化趨勢

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集具有視覺、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。這樣可利用標準單元迅速開發出新產品，也可以擴大生產規模，制定各項標準，以便各部件、單元間匹配。從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，對生產標準機電一體化單元的企業規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3.網絡化趨勢

網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產等領域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使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以計算機為中心的計算機集成家電系統，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朝著網絡化方向發展是為大勢所趨。

4.微型化趨勢

微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢，泛指幾何尺寸不超過1cm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，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。

5.綠色化趨勢