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]十篇機電一體化的概念范例，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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引言

機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。

機電一體化專業(yè)是我校的主要專業(yè)之一，伴隨著經(jīng)濟全球化，我國的制造業(yè)成為國民經(jīng)濟的核心，而機電一體化成為制造業(yè)發(fā)展的“發(fā)動機”，機電一體化人才的需求大幅度提高，機電一體化專業(yè)人才被國家列為二十一世紀社會發(fā)展最急需的十大專業(yè)人才之一，是就業(yè)領(lǐng)域最寬的專業(yè)。我校的機電一體化專業(yè)的課程，應(yīng)不斷適應(yīng)對人才需求的這種變化，在課程的時間安排上有必要進行一些調(diào)整，而且對于我校機電一體化專業(yè)應(yīng)涵蓋哪些學(xué)科領(lǐng)域,課程設(shè)置方面更應(yīng)該進行大膽的改革。

一、在教學(xué)中增加介紹微電子技術(shù)相關(guān)知識的課程

在我校五年制機電一體化專業(yè)的教學(xué)過程中，我對此專業(yè)第二學(xué)年第二學(xué)期的學(xué)生做過一個調(diào)查統(tǒng)計，調(diào)查學(xué)生人數(shù)為79名，發(fā)現(xiàn)兩個09級機電一體化班級中，見過晶體管的同學(xué)在一個班中只有一名，而另一個班因有選修課的原因，有一部分同學(xué)對晶體管稍微有一點了解。這個調(diào)查結(jié)果說明，我校機電一體化專業(yè)的學(xué)生，在前兩年的學(xué)習(xí)過程中，基本上沒有接觸到微電子技術(shù)的知識，而機電一體化實際上是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)等向機電技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物，在我校的五年制高職機電一體化專業(yè)教學(xué)計劃中，沒有微電子技術(shù)相關(guān)知識的課程設(shè)置。

從五年制高職學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)看，學(xué)生的起點是比較低的，學(xué)生本身在初中階段的物理基礎(chǔ)也比較薄弱，到五年制高職的前三年，除了學(xué)習(xí)物理基礎(chǔ)知識，很有必要讓學(xué)生了解元器件知識以及微電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，比如什么是集成電路？什么是敏感元器件、光電管和繼電器？這些知識能為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，是大有裨益的?？梢試L試在五年制教學(xué)的第二學(xué)年中增加一門微電子技術(shù)理論學(xué)習(xí)與實訓(xùn)相結(jié)合的課程，如果學(xué)生不具備一點熱敏電阻、溫敏二極管、溫敏三極管的知識，對于溫度傳感器的理解也就無從談起。當學(xué)生具備了一些元器件的知識，那么學(xué)生在三年級學(xué)習(xí)“傳感器應(yīng)用技術(shù)”課程就會輕松許多。

從機電技術(shù)發(fā)展的情況看，不論是生產(chǎn)制造系統(tǒng)還是試驗和研究裝置及各類終端產(chǎn)品，電子技術(shù)取代了許多機械本身的主要功能，電子元件代替了許多機械式的信息處理機構(gòu)和控制機構(gòu)，同時采用微電子技術(shù)增加了許多控制功能，如采用可編程序控制器代替原來的繼電器――接觸器控制電路等。所以我們在教學(xué)過程中，應(yīng)該適應(yīng)時展的需要，增加介紹微電子技術(shù)知識的課程，如果還停留在原有的單一的學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)，必然會導(dǎo)致知識結(jié)構(gòu)的狹窄，從而不能滿足技術(shù)進步帶來的對人才的需求。

在南校區(qū)學(xué)生的座談會上，有些學(xué)生也提出了他們對電子元器件知識的需求，他們認為自己連一些基本的元器件知識都沒有，根本就不知道元器件的作用和各種功能，這使對一些現(xiàn)有課程的學(xué)習(xí)感到困難。有些學(xué)生表示他們學(xué)習(xí)非常努力，但是還是聽不懂老師所講的內(nèi)容，實際上就是基礎(chǔ)知識的薄弱造成的，所以我們應(yīng)不斷研究：究竟學(xué)生哪方面是薄弱環(huán)節(jié)？最主要的需求是什么？只有這樣才能更好地改革現(xiàn)有的課程設(shè)置。

二、對學(xué)生的基礎(chǔ)能力進行分析，對課程的時間安排進行必要調(diào)整

對于五年制高職學(xué)生來說課程的設(shè)置應(yīng)反映人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)規(guī)格需要，還要反映教育對象狀況，在確?；窘逃疁实奶崆跋?，體現(xiàn)因材施教。與三年制高職所不同的是，五年制高職學(xué)生的主體是初中畢業(yè)生，大部分學(xué)生進入五年制高職院校學(xué)習(xí)并非本人意愿，而是教育制度強制性分流的結(jié)果，所以很多學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)很薄弱、學(xué)習(xí)動力也不足，因此在進行課程設(shè)置時，要加強對學(xué)生的研究，充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)能力。

近年來，一些發(fā)達國家在分析職業(yè)能力時，特別注意分析職業(yè)的“基礎(chǔ)能力”，對于學(xué)生所學(xué)的課程來說，同樣應(yīng)注意分析他們的現(xiàn)有知識是否有能力達到。對于我校機電一體化專業(yè)來說，從現(xiàn)有的教學(xué)計劃中可以看出“電氣控制技術(shù)”課安排在第五學(xué)期，而在整個教學(xué)計劃的前四個學(xué)期沒有一門電類的相關(guān)課程，我們知道電氣控制技術(shù)是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的控制技術(shù)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進的科學(xué)技術(shù)成果。而根據(jù)學(xué)生此前學(xué)習(xí)的相關(guān)課程，連最基本的電路基礎(chǔ)的知識還沒有具備，更不用說這樣一門綜合知識很強的一門學(xué)科的學(xué)習(xí)了，顯然學(xué)生的基礎(chǔ)能力沒有達到此門課的學(xué)習(xí)要求，因此，有必要將“工業(yè)控制電路分析與制作”課提前到第四、五學(xué)期學(xué)習(xí)，而可以將“機械工程應(yīng)用技術(shù)”課程錯后一學(xué)期學(xué)習(xí)，這樣使學(xué)生能夠具備相應(yīng)的基礎(chǔ)能力，以利于他們對知識的掌握，不至于感到課程難度太大，亦能提高學(xué)生自信心。

三、加強學(xué)生的電工電子技能實訓(xùn)，提高學(xué)生的實踐操作能力

高職的人才培養(yǎng)目標是“高技能人才”，高職畢業(yè)生比本科生應(yīng)具備更強的技能，比中職生具備更多的理論知識。那么，如何加強技能型人才的培養(yǎng)呢？根據(jù)我校的辦學(xué)條件，我們有能力為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個更好的實習(xí)實訓(xùn)條件，以學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)和應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，更合理的進行課程的設(shè)置。

“工業(yè)控制電路分析與制作”課程為我院高職機電一體化技術(shù)專業(yè)核心課程，這門課在必要的理論知識基礎(chǔ)上，側(cè)重于電子控制技術(shù)在機電設(shè)備中的應(yīng)用分析等內(nèi)容，并且有一些實際操作技能訓(xùn)練。但是僅僅通過此門課程的學(xué)習(xí)，對學(xué)生的實際操作能力的訓(xùn)練我認為還是遠遠不夠的，可以單獨開設(shè)一學(xué)期的“電工電子技能實訓(xùn)”課程，安排學(xué)生多樣化的電工電子實習(xí)訓(xùn)練。教學(xué)內(nèi)容可以有很多，既可以增加一些理論教學(xué)內(nèi)容，又主要側(cè)重學(xué)生操作技能的訓(xùn)練，其形式比如可以從萬用表的正確使用、元器件識別與檢測、元器件安裝技術(shù)、焊接技術(shù)、調(diào)試技術(shù)、維修技術(shù)、基本電路分析和故障分析等中選擇一部分內(nèi)容進行重點訓(xùn)練，并在教學(xué)中同時加強學(xué)生的素質(zhì)教育等。

在五年制高職的學(xué)生中，大部分對于電子小制作也非常感興趣，他們熱愛動手，當制作出自己親手制作的電子產(chǎn)品時，他們的自信心得到了極大的滿足，這能促進他們對知識的渴望和對實踐的探索。而在實際的教學(xué)計劃的安排中，學(xué)生接受技能訓(xùn)練的機會很少，那么，如何擴大學(xué)生的知識面，如何通過五年的學(xué)習(xí)使我們培養(yǎng)的學(xué)生成為社會需要的通用型人才是我們面臨的主要課題。我們應(yīng)努力給學(xué)生創(chuàng)造條件使他們有更多的實踐機會，提高學(xué)生的實踐操作能力，從而使他們的頭腦更加靈活，手腳更加麻利，成為企業(yè)真正需求的實用型人才。

結(jié)論：

五年制高職學(xué)習(xí)起點較低，我們在安排課程時應(yīng)多考慮學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和接受能力，有必要在學(xué)習(xí)一些核心課程之前增加一定的鋪墊，讓學(xué)生能一步一個腳印的往前走，讓他們感到前面的臺階通過努力能夠順利的邁過去，而不是遙不可及，我們應(yīng)綜合考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，不斷改革課程設(shè)置，使課程的安排真正適合學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

參考文獻

[1]鮑加農(nóng).試論機電一體化及專業(yè)課程設(shè)置.中國自動化教育論文集,2003.

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機電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計有著極其豐富的內(nèi)容，同時也是產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程內(nèi)最具創(chuàng)造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)者起到關(guān)鍵的引導(dǎo)效用。因此，對機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新性概念設(shè)計進行探索，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的概述

1.1機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的內(nèi)容

機電一體化產(chǎn)品是在機電一體化基礎(chǔ)上建立起的包含系統(tǒng)與構(gòu)件、基本元內(nèi)容的集合，而機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的含義則是依據(jù)產(chǎn)品使用周期中各個環(huán)節(jié)所需要求對產(chǎn)品實施功能改造、分析和子功能開發(fā)，進而實現(xiàn)其滿足功能結(jié)構(gòu)要求的系統(tǒng)化設(shè)計活動。這種設(shè)計工作的過程包括前期規(guī)劃、設(shè)計概念以及對計劃進行詳細化和豐富化，并加以改進補充。機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計過程中的程式化內(nèi)容可以通過計算機技術(shù)代為實現(xiàn)，但除此之外難以被程式化的方面還需產(chǎn)品設(shè)計人員通過人工設(shè)計逐步完成。通過構(gòu)建人機協(xié)同的概念設(shè)計理念，對其功能與組織開發(fā)的過程按照模塊化思想進行劃分，以此實現(xiàn)這一設(shè)計工作的層次性、協(xié)調(diào)性。目前，發(fā)達國家對機電一體化概念設(shè)計的深入研究大體集中于其調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計。機電一體化的理念自1971年被提出以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，內(nèi)容也在逐步豐富，尤其在科技快速發(fā)展的今天，廣闊的市場空間與消費需求的升級，更加迫使機電一體化產(chǎn)品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、傳感技術(shù)、AI技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料技術(shù)、集成技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的進步，都為機電一體化產(chǎn)品的革新打下了技術(shù)根基，使得機電一體化產(chǎn)品朝著更優(yōu)質(zhì)、更高效的方向邁進。

1.2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計的意義

機電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新型概念設(shè)計本身有著重要作用，其既是產(chǎn)品品質(zhì)的深層內(nèi)容，又是其功能屬性得以發(fā)揮的保障，對其本身質(zhì)量的影響也約占60%～70%。因此，建成機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內(nèi)容。第一，創(chuàng)新機電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計是保障機電一體化產(chǎn)品品質(zhì)的必要性要求。機電一體化體系具有多種學(xué)科互相交叉、集成融合的特點，本身具有著復(fù)雜內(nèi)涵。因此，現(xiàn)今許多的機械產(chǎn)品的設(shè)計并不適應(yīng)機電一體化技術(shù)本身的特色，難以做到根據(jù)機電一體化技術(shù)特征隨之作出應(yīng)對。第二，機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新促使其理論體系得到發(fā)展。要創(chuàng)新這一概念設(shè)計，必將建立新的方式、理論基礎(chǔ)。只有在合理、可靠的概念設(shè)計基礎(chǔ)上，才能使之收獲具有優(yōu)異性能的機電一化體產(chǎn)品。再加之如今概念設(shè)計的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關(guān)注與認同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設(shè)計理論的建立，對于推動創(chuàng)新機電一體化產(chǎn)的概念設(shè)計發(fā)展起到了不可忽略的效用，進一步促進了機電一體化技術(shù)體系的建立和機電一體化技術(shù)的完善。第三，機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計對于生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量的提高起到切實的幫助作用。許多機電一體化產(chǎn)品都帶有自動處理、調(diào)節(jié)的功效，通過這些能力的實現(xiàn)，能夠保證工作質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。例如，在數(shù)控機床的使用過程中，其生產(chǎn)效率要高出普通基礎(chǔ)5～6倍，并能夠?qū)崿F(xiàn)機床數(shù)量減少50%，節(jié)省50%操作人員的效能，生產(chǎn)周期也能縮短40%，進而使得生產(chǎn)成本降低50%左右。

2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計理論

2.1機電一體化產(chǎn)品應(yīng)用到的系統(tǒng)原理

機電一體化系統(tǒng)是該類產(chǎn)品中最為重要的基礎(chǔ)。就其本質(zhì)來說。它算是一種復(fù)雜機械，但與普通的機械相比還有著顯著區(qū)分。機電一體化體系是通過在機構(gòu)的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進的電子技術(shù)，并使之與軟件相互聯(lián)合形成的一類新型機械系統(tǒng)。就其功能來說，機電一體化系統(tǒng)包含機械力、能量流、運動力等多種動力學(xué)有關(guān)的特殊機械，以及一些機電部件互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。其中，機電一體化系統(tǒng)的核心又在于集成協(xié)調(diào)各種技術(shù)，通過對機械工程、控制系統(tǒng)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、電工技術(shù)等多項技術(shù)的聯(lián)合利用，實現(xiàn)其運動行為可控的目標，而不僅簡單對各項技術(shù)進行拼湊堆積。這也是利用計算機的調(diào)節(jié)和處理能力，實現(xiàn)驅(qū)動元件可控特征的現(xiàn)代化機械系統(tǒng)。有關(guān)機電系統(tǒng)化原理的研究主要包含三方面內(nèi)容。第一，三環(huán)論。研究者認為，機電一體化產(chǎn)品可以劃分為電子、機械、軟件三項功能模塊。第二，五塊論。通常視機電一體化產(chǎn)品是由動力功能、控制功能、構(gòu)造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統(tǒng)理論。研究人員認為，機電一體化系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩項分支系統(tǒng)共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機械主體加以強調(diào)，也并未對處理好機電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計中出現(xiàn)的復(fù)雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產(chǎn)品的概念設(shè)計不能起到重要作用。在概念設(shè)計實際工作中，機電一體化系統(tǒng)往往會被劃分為傳感檢測、執(zhí)行機構(gòu)、信息控制處理三個子系統(tǒng)。通過這三個子系統(tǒng)的系統(tǒng)分工，各自完成信息檢測、機械運動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實現(xiàn)該系統(tǒng)中各項功能的優(yōu)化和最佳效果的發(fā)揮，并以此獲得機電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計合理的相關(guān)方案。

2.2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計方法

對機電一體化產(chǎn)品而言，其概念設(shè)計是許多領(lǐng)域內(nèi)知識、技術(shù)之間的交織融合，具有新穎復(fù)雜、反復(fù)迭代、目標多解、結(jié)構(gòu)不良等特點。滿足機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新，關(guān)鍵在于發(fā)揮設(shè)計者的主觀能動性，通過展現(xiàn)設(shè)計智慧，滿足創(chuàng)新性的要求。要實現(xiàn)這一目標，主要在于實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)配合。計算機技術(shù)的飛速進步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計這類任務(wù)，主要還得依靠人類的智能實現(xiàn)。機電一體系統(tǒng)也是人機協(xié)同系統(tǒng)，通過對設(shè)計者與計算機的分工，來達到創(chuàng)新概念設(shè)計的目的。機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計創(chuàng)新主要方法包括三方面內(nèi)容。第一，落實人才戰(zhàn)略，培養(yǎng)專業(yè)性人才。科技競爭最終都會落實在人才競爭上。要實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新，人才供應(yīng)是重要保障。機電一體化技術(shù)專業(yè)人才在制造行業(yè)占據(jù)就業(yè)滿意度第三位的好名次，就業(yè)率更是高達100%。因此，加強專業(yè)人才培養(yǎng)更有著多方面的積極意義，國家以及機電行業(yè)要在培養(yǎng)、優(yōu)化道路中貢獻出更多力量，從多方面對學(xué)生展開培訓(xùn)工作，以此實現(xiàn)增強研究者、開發(fā)者、設(shè)計者以及其他相關(guān)從業(yè)人員素質(zhì)的目的。第二，努力拓寬供應(yīng)市場，嚴守質(zhì)量關(guān)。市場是檢驗產(chǎn)品的試金石，將機電一體化產(chǎn)品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠?qū)崿F(xiàn)，另一方面通過買方對產(chǎn)品性能體驗所作反饋也對產(chǎn)品研發(fā)起到反作用力的效果，使其優(yōu)點得以保存、延續(xù)，缺點得到改良、進化，從而不斷促進機電一體化產(chǎn)品性能的整體提升。第三，將環(huán)保技術(shù)納入機電一體化的發(fā)展策略中。機械技術(shù)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、電力技術(shù)等多種技術(shù)的應(yīng)用，往往會伴隨著電子、機械污染的問題。在機電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，無可避免也會產(chǎn)生一些污染物。因此，設(shè)計者在設(shè)計研發(fā)過程中要考慮到環(huán)保問題，讓機電一體化產(chǎn)品朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，以施行環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展策略為其提供方法指引。通過一些環(huán)保設(shè)施和環(huán)?？萍嫉膶嵭校行Ф糁瀑Y源浪費、污染物增多的問題。當實際運行過程中出現(xiàn)技術(shù)故障時，也可以反復(fù)利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關(guān)生產(chǎn)負責人還應(yīng)主動淘汰一些產(chǎn)能落后的設(shè)備、產(chǎn)品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)，使人們擁有健康的生存環(huán)境。

2.3機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計的發(fā)展展望

機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計主要發(fā)展在于理論的進步。雖然機電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強分析、研究，但其發(fā)展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內(nèi)容：第一，根據(jù)被測物理量，建立傳感器特點和類型的知識庫；第二，構(gòu)建與機電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計相關(guān)的推理方法庫；第三，將執(zhí)行機構(gòu)的實現(xiàn)運動與動作進行分類，構(gòu)建執(zhí)行機構(gòu)庫和驅(qū)動元件庫，以促進驅(qū)動元件、執(zhí)行、傳動機構(gòu)和兩者的集成選擇實行；第四，實現(xiàn)對該類產(chǎn)品概念設(shè)計在各個環(huán)節(jié)評價體系的建立，尤其在概念設(shè)計初期中構(gòu)建對功能原理設(shè)計環(huán)節(jié)的評價體系；第五，構(gòu)建調(diào)節(jié)和控制信息的資料庫，以促進挑選硬件和編制軟件中對機構(gòu)子系統(tǒng)高效管控的實現(xiàn)。隨著機電技術(shù)與各項科技的快速進步以及機電一體化研究的逐步深入，促使機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的理論體系更加豐富，并具有更為強大的實用功能和操作功能，從而順利實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)。

3結(jié)束語

機電一體化產(chǎn)品的研究雖然已經(jīng)取得了較為矚目的成績，但關(guān)于機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關(guān)從業(yè)者不斷加強探索、創(chuàng)新，通過大量細致的實踐研究工作，促進機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計的完善和成熟，并最終實現(xiàn)其優(yōu)異的實用價值。

作者:王中元 單位:內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

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中圖分類號：T9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）10-0047-01

機電一體化技術(shù)是以其產(chǎn)品為載體而體現(xiàn)出來，是機電一體化技術(shù)發(fā)展至今的技術(shù)水平體現(xiàn)。機電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員，要使產(chǎn)品設(shè)計符合機電一體化技術(shù)要求，并富于時代感，就要對于產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)以掌握，并具備多種技術(shù)融合的技術(shù)能力。面對機電一體化產(chǎn)品的技術(shù)先進性和復(fù)雜性，就要將符合當代機電一體化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)品設(shè)計理論建立起來。

一、機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論構(gòu)建的意義

在機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中，概念設(shè)計對于產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。作為產(chǎn)品設(shè)計中的重要階段，對于產(chǎn)品質(zhì)量的決定程度可以達到70%以上。要獲得性能優(yōu)異的機電一體化產(chǎn)品，就要將機電一體化產(chǎn)品概念確定下來，制定出相應(yīng)的設(shè)計方案和設(shè)計技術(shù)方法。概念設(shè)計理論首先是基于概念設(shè)計思想而建立起來的，在其基礎(chǔ)上還先后出現(xiàn)了多種階段性設(shè)計理論，如TRIZ設(shè)計、公理化設(shè)計QFD設(shè)計理論等等，對于機電一體化技術(shù)發(fā)展進程中所獲得的創(chuàng)新設(shè)計成果發(fā)揮了重要的推動作用。

在機械工程研究領(lǐng)域中，這些理論被運用于其中，進行組合設(shè)計而形成了技術(shù)綜合性較強的設(shè)計產(chǎn)品，由此而促進了機電一體化系統(tǒng)的多種學(xué)科交叉。系統(tǒng)的繼承性決定了其設(shè)計的復(fù)雜性，多門科學(xué)技術(shù)的融合，使得原有的單一化設(shè)計理論不再適應(yīng)目前的科技發(fā)展需求。那么，在機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論研究中，就要從機電一體化系統(tǒng)自身的性能出發(fā)，結(jié)合設(shè)計目標而建立起完整的概念設(shè)計理論，以對創(chuàng)新設(shè)計的機電一體化產(chǎn)品以指導(dǎo)。與此同時，還要在機電一體化產(chǎn)品設(shè)計概念理論建立起來之后，結(jié)合相關(guān)學(xué)科，以使理論研究逐漸擴展。

二、機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論研究現(xiàn)狀

按照現(xiàn)代機構(gòu)角度對機電一體化系統(tǒng)進行分類，可以劃分為三個子系統(tǒng)，即廣義執(zhí)行機構(gòu)、信息處理及控制系統(tǒng)和傳感檢測系統(tǒng)。將三個子系統(tǒng)相銜接，建立起框架體系，不僅有效實現(xiàn)機電一體化運動功能，而且還促進了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。在機電一體化產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中，廣義執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)是核心部分，其概念設(shè)計理論研究關(guān)乎到機構(gòu)運動的總功能。特別是在基本工藝動作設(shè)計過程中，要基于廣義執(zhí)行機構(gòu)的概念設(shè)計理論對基本的工藝動作進行構(gòu)思，以使其具有動作的獨立執(zhí)行能力。當執(zhí)行動作的創(chuàng)新技術(shù)確定下來之后，就可以結(jié)合機構(gòu)系統(tǒng)建立框架模型，以使系統(tǒng)設(shè)計更具有可操作性，而且采用這種方式更能夠結(jié)合計算機輔助進行產(chǎn)概念設(shè)計。

對于機電一體化產(chǎn)品的框架模型而言，仿真問題是最為重要的。作為設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)動態(tài)性能的同時，更要注重系統(tǒng)仿真性嫩的驗證。那么，在機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計階段，就要確立功能實現(xiàn)的約束條件，將各種相關(guān)的仿真軟件技術(shù)納入到框架模型當中，運用各種通用建模技術(shù)，使用仿真軟件將諸如原理圖、鍵合圖、信號流圖以及方框圖等等參數(shù)化。運用Simulink仿真軟件將系統(tǒng)仿真平臺建立起來，以為機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

三、機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論的發(fā)展展望

對于機電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員而言，產(chǎn)品概念設(shè)計理論具有重要的指導(dǎo)作用。國外研究機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論所獲得的成果，是建立在研究電子控制理論的基礎(chǔ)上的。國內(nèi)的研究學(xué)者則著重于機電一體化產(chǎn)品的運動結(jié)構(gòu)研究。機電一體化系統(tǒng)是基于多種學(xué)科而建立起來的，這就需要產(chǎn)品設(shè)計者對于產(chǎn)品從多種學(xué)科角度進行研究，并趨向于產(chǎn)品概念理論的使用操作性。雖然國內(nèi)外對于機電一體化產(chǎn)品設(shè)計理論的研究方向有所不同，但研究目標是相同的，且對于新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)于機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論，從研究趨勢上來看，還要面臨諸多問題有待解決。比如，在進行機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論時，還要將推理方法建立起來；對于機電一體化產(chǎn)品的運動機構(gòu)進行分類，為了對驅(qū)動元件以及傳動機構(gòu)等等進行選擇，還要將驅(qū)動元件庫以及機構(gòu)執(zhí)行庫建立起來；對于傳感器的選擇，有賴于測物理量的參數(shù)定量化，以確定傳感器類型。此外，還要將信息處理、控制方法庫建立起來，以提高系統(tǒng)軟件和硬件的可控性。機電一體化產(chǎn)品在不同的設(shè)計階段，都會產(chǎn)生不同的概念設(shè)計理論，將產(chǎn)品概念設(shè)計評價體系建立起來，以利于產(chǎn)品不同階段設(shè)計有效銜接。

總結(jié)

綜上所述，對于機電一體化產(chǎn)品設(shè)計人員而言，概念理論設(shè)計所發(fā)揮的指導(dǎo)作用是不容忽視的。中國目前對于機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的研究主要是基于運動功能為主產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。作為多種學(xué)科集合的機電一體化技術(shù)，其復(fù)雜性決定了機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計理論的重要性。

篇（4）

對于一個以機械加工為主的企事業(yè)而言，數(shù)控類機床、試驗設(shè)備、測量設(shè)備已經(jīng)微電子技術(shù)制造設(shè)備等機電一體化設(shè)備是其運轉(zhuǎn)的重點。為此，很多大公司不惜花費昂貴的價格去購買先進的機電一體化設(shè)備。本文旨在從機電一體化的運行原理出發(fā)，談及機電一體化設(shè)備的保養(yǎng)和維修問題。

一、機電一體化的概念及其工作原理

1.1機電一體化的概念

機電一體化指的是將電子技術(shù)融入到機械技術(shù)中，使電子技術(shù)和機械技術(shù)通過有機結(jié)合，以提供更佳性能的一種先進技術(shù)的總稱。它最初是由美國開發(fā)，后經(jīng)由日本大力宣傳，“機電一體化”的名稱才風行全國[1]。借助這種技術(shù)形成的機電一體化產(chǎn)品目前廣泛運用于社會各個領(lǐng)域、行業(yè)，具有非常寬廣的發(fā)展前景。

1.2機電一體化的工作原理

對于機電一體化的系統(tǒng)認識，比較集中地三種說法是丹麥理工大學(xué)的JacobB aur的“五塊論”和挪威科技大學(xué)的BassamAHussein的“兩個系統(tǒng)論”以及“廣義功能論”?，F(xiàn)在看來，這個“廣義功能論”比較靠譜。它從廣義的角度，認識機電一體化的運行原理。它認為機電一體化系統(tǒng)是憑借計算機作為中心，由中心計算機將從傳感檢測系統(tǒng)接收到的信息經(jīng)過檢測、處理后，向外界反饋信息，或是控制機械執(zhí)行命令，完成相關(guān)操作。在這一過程中，子系統(tǒng)的的各驅(qū)動元件和執(zhí)行元件悄悄運作，形成廣義的執(zhí)行機構(gòu)。

二、機電一體化設(shè)備的保養(yǎng)與維修

機電一體化設(shè)備的順利運轉(zhuǎn)是保證有效生產(chǎn)，實現(xiàn)單位效益的關(guān)鍵。因此，大部分企業(yè)除了購買進口機電一體化設(shè)備外，還花費了大量的人力物力進行保養(yǎng)和維修。

2.1機電一體化設(shè)備的保養(yǎng)

2.1.1抓住生產(chǎn)休整期，進行有深度有質(zhì)量的檢修

經(jīng)常進行檢修，是保證機器順利運轉(zhuǎn)的一個有效措施。這一個措施有助于提前發(fā)現(xiàn)機器存在的問題，幾時進行有效的整治。所以企業(yè)要抓住生產(chǎn)的休整期，對機器設(shè)備進行有深度有質(zhì)量的檢修。

2.1.2將責任落實到個人，建立考核獎懲制度

只有將個人的責任明朗化，獎懲制度公開化，才能使每個人都身體力行，自覺地去保養(yǎng)機器設(shè)備，不損壞設(shè)備。

2.1.3控制大修預(yù)算，將費用費解給生產(chǎn)廠，實行目標管理

縮減大修預(yù)算，將縮減的費用分配到各大廠家，對各大廠家提出目標要求，保證機器的順利運轉(zhuǎn)。使廠家從心里上明白到保養(yǎng)好機器設(shè)備的重要性。

2.2機電一體化設(shè)備的維修

2.2.1建立完善的維修制度，進行科學(xué)的維修模式

機電一體化設(shè)備的工作原理是比較復(fù)雜的，進行維修前，必須要對機器設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及其工作運行原理有一個明確的把握。庖丁解牛之所以能夠為人所接納，就是因為庖丁把握住了一般事務(wù)的原理。同樣的，對機電一體化的維修也要在這一基礎(chǔ)上才能事半功倍。

2.2.2加強現(xiàn)場設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施管理

“管理”一詞在機電一體化的維修中，不單單包含對人的管理，更重要的是對機器設(shè)備的管理。這種管理可以分為兩個部分，其一是對現(xiàn)場設(shè)施的管理，一部機器的運行要求一定的場地環(huán)境，作為人要排除一切不利于機器運行或者是有損機器壽命的外部因素。其二是對基礎(chǔ)設(shè)施的管理。維修有時候會需要一些新的配件，這個時候就必須要保證配件的及時供給，并且是有質(zhì)量的供給。但是配件的供給又不能是隨意化的，必須要按照程序來提出申請。

2.2.3加強人才培育，造就高素質(zhì)維修人才

二十一世紀什么最缺？人才。一個好的維修人才可以保證機器的正常運轉(zhuǎn)，能夠最大限度地降低企業(yè)的損失，這就要求企業(yè)大力培養(yǎng)維修專業(yè)人才，提供優(yōu)越的待遇留住人才[3]。

綜上所述，機電一體化已經(jīng)成為企業(yè)競爭的一項核心技術(shù)，機電一體化設(shè)備也成了一個企業(yè)保證生產(chǎn)、保證效益的關(guān)鍵。在保養(yǎng)和維修上，企業(yè)要注重基礎(chǔ)設(shè)施的管理，注重日常的檢修以及注重對維修人才的培養(yǎng)，把企業(yè)內(nèi)部的工作人員調(diào)動起來，齊齊做好機電一體化設(shè)備的保養(yǎng)和維修，力保機電一體化設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

參考文獻

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1 機電一體化的概念

人類從使用簡單工具到現(xiàn)代的機器發(fā)生了巨大的變化。特別是計算機控制技術(shù)出現(xiàn)以后，傳統(tǒng)機械又有了一個飛躍。

機器應(yīng)該是機械和電器的合成。傳統(tǒng)的機械工程和自動控制工程從專業(yè)學(xué)習(xí)到工程設(shè)計應(yīng)該一體化。目前，關(guān)于機電一體化的定義與概念，許多書籍都是根據(jù)國外書籍的定義和概念而引用。對于國外的概念基本強調(diào)機器人跟數(shù)控機床的概念。雖然，機器人和數(shù)控機床是機電一體化中具有一定代表性的產(chǎn)品，但絕非是機電一體化的全部內(nèi)容，機械的內(nèi)容很多：化工機械、輕工機械、重工機械、紡織機械等。機電一體化強調(diào)的是機械產(chǎn)品的自動化和智能化的問題。

2 機電一體化的基礎(chǔ)知識

機電一體化涉及的知識還是比較廣泛的。在機電一體化設(shè)計中常常會涉及到機械做功，液體壓力做功等理論力學(xué)和材料力學(xué)的相關(guān)知識。對于機械零件還涉及到機械零件的加工方法一些工藝性問題。尤為重要的是數(shù)控加工技術(shù)。零件的加工精度、材料的選擇都是需要學(xué)習(xí)的。一些機械零件例如：軸和軸承、齒輪、凸輪、鏈條、鏈輪等可以說是機電一體化設(shè)備中應(yīng)用極廣泛的一類機械零件。對于零件的學(xué)習(xí)使是我們應(yīng)具備的基礎(chǔ)。還有自動控制和人工控制的內(nèi)容，電路電器的基本知識。

3 傳感器

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息按一定的規(guī)律變換成為電信號或其他所需的形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制的要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

傳感器大致可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。在機電一體化中起著至關(guān)重要的作用。常見的傳感器有：壓力傳感器、位移傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣敏傳感器等等。

4 絳兇爸

所謂執(zhí)行裝，就是把從電源、液壓、氣壓等動力源獲得的能量變換成旋轉(zhuǎn)運動或者直線運動的一種裝置。執(zhí)行裝置主要由執(zhí)行元件、傳動原件等構(gòu)成。主要的執(zhí)行裝置有如下幾種：步進電機裝置、伺服電機裝置、普通電機裝置、液壓油缸裝置、液壓馬達裝置、氣壓裝置、氣動馬達裝置。這些機械裝置是控制系統(tǒng)的控制對象，也叫控制系統(tǒng)的執(zhí)行裝置。普通電機裝置也是控制系統(tǒng)的控制對象，如采用變頻器可以控制轉(zhuǎn)速，PLC也可以控制轉(zhuǎn)速和角位移。普通電機采用控制器的控制精度和效率沒有步進電機和伺服電機高，但是在一些控制要求不太高的機電一體化設(shè)備中，目前應(yīng)用還是比較廣泛的，畢竟普通電機價格比步進電機和伺服電機低得多。

5 計算機控

機械設(shè)備的控制系統(tǒng)從最初的的強電控制到現(xiàn)在的計算機控制，經(jīng)歷了如下過程：簡單的開關(guān)控制――繼電器控制――單片機控制――單板機控制――PLC控制――PC控制。事實上，到現(xiàn)在為止機械設(shè)備的控制系統(tǒng)無論從簡單的開關(guān)控制，繼電器控制到復(fù)雜的單片機控制、單板機控制、PLC控制、PC控制都有它們的使用價值。隨著時間的發(fā)展，使用的比例肯定會按上述順序，前面的越來越少，后面的越來越多。目前來看單片機控制、PLC控制系統(tǒng)在機電一體化應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)量上應(yīng)該是最多的。

數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是為止、角度、速度、等機械量和開關(guān)量，以及溫度、流量、壓力等物理量。數(shù)控技術(shù)和計算機控制技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。數(shù)控技術(shù)的特點：精度高、速度快、可靠性高。

6 機電一體化的設(shè)計方法

機電一體化設(shè)計類型可分為：

根據(jù)受控對象的不同，進行機電一體化設(shè)計；

改進型機電一體化設(shè)計；

創(chuàng)造發(fā)明性機電一體化設(shè)計；

不同的機電一體化設(shè)計類型，也有不同的設(shè)計方法。所謂根據(jù)受控對象的不同進行機電一體化設(shè)計，也就是不同行業(yè)有不同的受控對象。比如數(shù)控機床、包裝機械一類的受控對象基本上是機械動作；在化工機械中，處理機械動作外還有對溫度、流量、壓力、配比等物理量的控制；也有將化學(xué)量作為受控對象的，如土壤分析儀對土壤酸堿度、鈣、鎂、磷的分析等。當然受控對象最多的還是機械動作問題。

改進型機電一體化設(shè)計是應(yīng)用非常廣泛的一類設(shè)計。比如，我國數(shù)控機場普及度不高的現(xiàn)狀的主要原因一方面是數(shù)控機床的售價太貴，對于許多企業(yè)來說很難承擔這筆開支的。所以對現(xiàn)有機床進行數(shù)控化改造，提高現(xiàn)有機床的生產(chǎn)效率和質(zhì)量、節(jié)約成本等起到很好的效果。

在機電一體化設(shè)計中，我們主要考慮3部分的設(shè)計：機械部分、控制部分、傳感器部分。事實上，為了簡化問題，機電一體化的設(shè)計思路完全可以從兩部分來考慮。即機械部分和控制部分，因為傳感器完全可以在控制部分中一起考慮。機電一體化設(shè)計發(fā)展到今天，機械部分的設(shè)計仍然是這三部分中最重要的部分。過去在機電一體化設(shè)計的學(xué)習(xí)和實際工作中存在一種錯誤的認識和看法：認為機械設(shè)計直觀簡單，技術(shù)含量沒有控制部分高。這是一種本末倒置的認識。

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中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一、前言

隨著時代的進步，科技的發(fā)展，各個工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)開始融合起來，從而大大提高了技術(shù)的水平，提高了我國的工業(yè)生產(chǎn)能力。機電一體化就是這樣一個在科技發(fā)展的浪潮中衍生的科技發(fā)展新方向。

二十世紀九十年代后期發(fā)展至今，機電一體化技術(shù)開始逐漸地邁向了新階段[3]。以微電子技術(shù)作為核心的高科技技術(shù)逐漸被應(yīng)用于工程機械制造領(lǐng)域中，進而改變了我國工程機械長期落后的困境，同時也促進了相關(guān)工業(yè)制成品的性能的進步，從整體上將我國的工程機械推進了一個全新的臺階。尤其是在一些樓宇建設(shè)中電子監(jiān)控和自動報警的應(yīng)用中，如果相關(guān)的設(shè)備和工程機械出現(xiàn)了故障，電子監(jiān)控設(shè)備以及自動報警系統(tǒng)能夠及時準確地為工作人員提供相關(guān)信號，以方便工作人員及時地維護和更新。

二、機電一體化技術(shù)

機電一體化技術(shù)．顧名思義．結(jié)合應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，應(yīng)用范圍愈來愈廣。

機電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：

1、機械技術(shù)

機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應(yīng)借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。

2、計算機與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。

3、自動控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

4、傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。

5、伺服傳動技術(shù)

包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

三、機電一體化的發(fā)展階段

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段。上世紀60年代以前為第一階段（亦可稱為初級階段）。在這一時期，人們不自覺地利用電子技術(shù)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(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起了積極的作用。

上世紀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(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。

第三階段，上世紀90年代后，機電一體化技術(shù)開始向智能化方向邁進，進入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)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(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。

四、機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀

機電一體化技術(shù)與其他技術(shù)的發(fā)展狀況類似，也經(jīng)歷了長期的產(chǎn)生發(fā)展和成熟的過程。在機電一體化概念還未出現(xiàn)時，世界各國的相關(guān)科技工作者就已在原有的機械設(shè)計基礎(chǔ)之上設(shè)計和研發(fā)出了機電一體化的產(chǎn)品。但隨著機電一體化產(chǎn)品的不斷前進和發(fā)展，20世紀70年代初，相關(guān)的科技工作者才在長期實踐過程中系統(tǒng)地總結(jié)和提出了機電一體化的概念，并在實踐中使其不斷發(fā)展完善。

隨著集成電路、計算機技術(shù)等的發(fā)展和普遍應(yīng)用，機電一體化也得到了新的全面發(fā)展由于具備了形式靈活內(nèi)容豐富應(yīng)用廣泛的特點，機電一體化技術(shù)在機械行業(yè)中引發(fā)了深層的技術(shù)改革，而這種改革又反過來推動了機電一體化技術(shù)向全新的方向發(fā)展?，F(xiàn)在，隨著技術(shù)進步時展，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用已深入到社會生活的各個領(lǐng)域，為人類帶來了更為高效的生產(chǎn)和生活方式。

五、機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

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

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(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(yīng)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(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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(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。

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(fù)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。

3.網(wǎng)絡(luò)化

20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（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)（computer integrated appliance system，CIAS），能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來的便利號快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

4.微型化

微型化興起于20世紀80年代末，是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件和系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)。微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

5.綠色化

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(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)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(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前景。

六、結(jié)束語

綜上所述，機電一體化技術(shù)已經(jīng)成為了當下科技發(fā)展的一個新的趨勢，它是眾多學(xué)科交叉、共生的結(jié)果，對于提高我國的科技水平和人們的生活水平具有很好的推動作用。

篇（7）

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-052-02

機電一體化（Mechatronics）是一門綜合的技術(shù)，是指在結(jié)構(gòu)的主功能、信息處理功能、動力功能與控制功能上引進電子技術(shù)，將電子化設(shè)計、機械裝置與軟件相結(jié)合所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化技術(shù)包括有計算機與信息技術(shù)、機械技術(shù)、自動控制技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與傳感檢測等技術(shù)。機電一體化涵蓋了“產(chǎn)品”與“技術(shù)”兩個概念，它的應(yīng)用對工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式以及管理方式都產(chǎn)生了很重要的影響并促使其發(fā)生了改變。機電一體化具有一定的進化性，隨著科技的發(fā)展與技術(shù)、生產(chǎn)理念的更新，機電一體化也在不斷的被改進。現(xiàn)階段可以看到的是，由于機電一體化具備有很強的優(yōu)勢，現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)正由“機械電氣化”向“機電一體化”邁進中。機電一體化的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面。

1 機電一體化的優(yōu)勢

1.1 生產(chǎn)使用的安全性與可靠性獲得提升

應(yīng)用了機電一體化的生產(chǎn)器械，一般都具有自動監(jiān)視、診斷、報警及自我保護的功能。在生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生過壓、過載、過流、短路等電力故障時，生產(chǎn)器械能夠自動采取保護措施，降低或減少事故發(fā)生的可能性，這明顯能提高生產(chǎn)使用的安全性與可靠性。

1.2 生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)能力都獲得提升

應(yīng)用了機電一體化的生產(chǎn)器械基本都具控制功能和信息自動處理功能，故而其檢測與控制的精度、范圍以及靈敏度都會有提升。除此之外，機電一體化的應(yīng)用能夠使機械的工作不受操控者主管因素的影響，可精確的保障器械的執(zhí)行機構(gòu)完成預(yù)設(shè)動作，如此以來便可實現(xiàn)最佳的操作方案，保障最佳的工作質(zhì)量，并能保障最高的產(chǎn)品合格率。同時，應(yīng)用了機電一體化的器械能夠進行自動化生產(chǎn)工作，克服了人力及時間的限制能夠大大提升生產(chǎn)能力。因此，應(yīng)用了機電一體化，生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)能力都獲得提升。

1.3 使用性能的提升

應(yīng)用了機電一體化的器械多會采用數(shù)字顯示與程序控制，手柄、按鈕之類的操作部件減少，使得操作程序更加簡單化、方便化。機電一體化器械可通過預(yù)設(shè)由電子控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)生產(chǎn)過程，并可重復(fù)。高級的機電一體化器械還可根據(jù)被控對象的數(shù)學(xué)模型以及外部參數(shù)的變化而自動選擇最佳工作程序，能夠自動進行最優(yōu)化操作。故而，應(yīng)用了機電一體化，器械的使用性能獲得了提升。

1.4 使產(chǎn)品的性能得到提升

應(yīng)用了機電一體化的器械多具有復(fù)合功能可使用復(fù)合技術(shù)，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品自動化程度與功能水平獲得極大提升。機電一體化器械通常都具備自動控制、自動校驗、自動調(diào)節(jié)、自動補償、自動保護等智能化功能，可以應(yīng)用到不同的領(lǐng)域，對用戶需求能力的應(yīng)變性增強。

2 機電一體化技術(shù)的發(fā)展分析

機電一體化的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)意義上電子工程、機械工程、信息工程與控制工程的學(xué)科分類，并將微電子技術(shù)、機械技術(shù)與信息技術(shù)等多種技術(shù)融為一體，形成了一門新型的交叉學(xué)科。機電一體化的發(fā)展從最初的自發(fā)狀態(tài)逐漸發(fā)展到了現(xiàn)在的自主發(fā)展狀態(tài)，應(yīng)用已經(jīng)越來越廣，其重要是被越來越多的人所熟知。

發(fā)展至現(xiàn)在，機電一體化已經(jīng)形成了自身的體系并且還將會隨著科技的發(fā)展不斷被賦予新的內(nèi)容。但不管內(nèi)容如何變化，它的基本特征都可概況成以下概念：機電一體化從系統(tǒng)的觀點出發(fā)并綜合運用計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)、自動控制技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與傳感檢測技術(shù)預(yù)計編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)目標而優(yōu)化組織，合理進行各功能單元的配置，高質(zhì)量、低消耗、多功能的實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)達到最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

機電一體化的應(yīng)用可分為三個時期：第一階段是機電一體化的產(chǎn)生及初步應(yīng)用階段。機電一體化產(chǎn)生于上世紀60年代并隨之初步應(yīng)用于機械產(chǎn)品的生產(chǎn)中。但是這一階段的電子技術(shù)整體發(fā)展水平較低，真正意義上的機電一體化還為形成，嚴格而言只能算是電子技術(shù)與機械技術(shù)的初步配合應(yīng)用。第二階段是機電一體化的快速發(fā)展階段。這階段主要是在上世紀的七八十年代。在第二階段，控制技術(shù)及計算機技術(shù)都在快速的發(fā)展中，這也給機電一體化的發(fā)展提供了技術(shù)保障。同時，各國都注意到了機電一體化對生產(chǎn)的促進作用加大了對機電一體化的重視程度，機電一體化發(fā)展的大環(huán)境變得更加有利。第三階段是機電一體化的發(fā)展新時期。這一階段自上世紀90年代開始，而今的機電一體化正處于這一階段。在這一階段，機電一體化主要是向智能化、模塊化及自動化發(fā)展。我國的機電一體化起步雖然較晚，但是在良好的國際發(fā)展基礎(chǔ)上也取得了很高的研究效果。

現(xiàn)在機電一體化已經(jīng)進入了深度發(fā)展時期，通訊技術(shù)、光學(xué)技術(shù)在機電一體化中得以大力應(yīng)用，微加工技術(shù)也發(fā)揮除了很大效果，機電一體化出現(xiàn)了微機電一體化與光機電一體化等新分支。

3 機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

機電一體化是一門涉及到計算機、光學(xué)、電子、機械、信息等知識的綜合學(xué)科，他的發(fā)展與進步與相關(guān)技術(shù)呈依賴與相互促進的關(guān)系。同時，技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生于實際的需求。故而，通過對相關(guān)學(xué)科以及對市場需求的分析，我們可以得出，機電一體化將以以下機電為發(fā)展方向：

3.1 智能化

智能化是新世紀各項技術(shù)的最主要發(fā)展趨勢。機電一體化現(xiàn)階段已經(jīng)具備了一定的智能功能，但是隨著人們對智能需求的提升以及技術(shù)的進一步發(fā)展，機電一體化的必然將向更高程度的智能化發(fā)展。我們所談?wù)摰闹悄芑饕菍C器行為的描述，是指機械的制造在控制論的基礎(chǔ)上，吸納計算機科學(xué)、人工智能學(xué)、運籌學(xué)等知識，模擬人工智能，使機器具有一定的判斷推理與邏輯思維、自主決策的能力，從而實現(xiàn)更高的控制目標。當然，機電一體化具備有與人一般無二的智能是不需要也不可能的，但是賦予高性能的一體化產(chǎn)品部分人類智能或者其他低級智能則是可行的，而這，也是機電一體化智能的發(fā)展方向。

3.2 模塊化

模塊化同樣是機電一體化的發(fā)展目標。模塊化是一項重要且艱難的工程。機電一體化的產(chǎn)品種類繁多且各個廠家所研制開發(fā)的器械標準不盡相同。進行具備標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口與電氣接口機電一體化產(chǎn)品單元研發(fā)是重要且難度較大的問題。比如要研制一種具有特定功能的動力單元，如果能利用標準單元進行研發(fā)，則能較快的得出結(jié)果并且也可擴大生產(chǎn)。但當前，由于利益的沖突，國際或者國內(nèi)難以制定統(tǒng)一標準。不過，顯而易見的是，模塊化不論是對機電一體化單元的生產(chǎn)企業(yè)還是機電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)都有很大主要。模塊化的發(fā)展是必然趨勢，非先階段狀況所能阻止。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普及，并且應(yīng)用到了幾乎所有的生產(chǎn)生活領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)將全球的生產(chǎn)與經(jīng)濟連為一體，并帶動了企業(yè)競爭的全球化。在這樣的大環(huán)境些，機電一體化的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是大勢所趨。網(wǎng)絡(luò)的遠程控制與監(jiān)視功能發(fā)展很迅速，而實現(xiàn)其功能的產(chǎn)品本身就是機電一體化的產(chǎn)品。在未來，以計算機為中心的家電集成系統(tǒng)必然將在全球家庭中得以應(yīng)用。

3.4 微型化

實際應(yīng)用表明，體積較小、耗能少、運動靈活的一體化產(chǎn)品應(yīng)用更廣泛，在醫(yī)療、軍事、信息等方面也更有顯著優(yōu)勢，機電一體化的微型化是實際的需求，故而將成為未來的發(fā)展趨勢。

3.5 綠色化

工業(yè)的發(fā)展給人們帶來的并不僅僅是有益變化，在人們的物質(zhì)生活在不斷被豐富的同時，資源過度消耗與環(huán)境污染成為了影響人們生活的重要因素?！熬G色”成為了現(xiàn)階段生產(chǎn)與生活的重要標準之一。機電一體化在未來也必須應(yīng)用綠色理念，在產(chǎn)品的設(shè)計及生產(chǎn)、使用過程符合綠色環(huán)保、資源節(jié)約的概念，這，是人類的生產(chǎn)對機電一體化發(fā)展提出的不可違背的要求。

4 結(jié)語

機電一體化是多門學(xué)科的優(yōu)化結(jié)晶，是生產(chǎn)生活的技術(shù)的重要發(fā)展。機電一體化能推動人們的生活與生產(chǎn)方式的改變具有其他技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。我們要對其投入更多的研究并促使其發(fā)展進一步加快，使它的應(yīng)用更加廣泛，使人們的生活更加方便有效。

篇（8）

引言： 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)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(shù)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。

1、機電一體化的基本概念

機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝Z與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化是在以技術(shù)和科學(xué)為主的多門學(xué)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(shù)學(xué)科，而機電一體化產(chǎn)品是在機械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)和計算機技術(shù)生產(chǎn)出來的新一代產(chǎn)品。機電一體化技術(shù)同時也是工程領(lǐng)域不同種類技術(shù)的綜合及集合，它是建立在機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。

機電一體化涵蓋技術(shù)和產(chǎn)品兩個方面。只是，機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)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(shù)有純技術(shù)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力。但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝Z除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，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。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的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、機電一體化的核心技術(shù)

機電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機融合、相互滲透的結(jié)果。機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。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：

2.1 機械本體技術(shù)

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(yīng)考慮利用非金屬復(fù)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(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。

2.2 傳感技術(shù)

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(guān)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(shù)。

2.3 信息處理技術(shù)

機電一體化與微電子學(xué)的顯著進步、信息處理設(shè)備（特別是微型計算機）的普及應(yīng)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(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)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。

2.4 接口技術(shù)

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(shè)計。目前，技術(shù)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(dǎo)纖維以及光耦器的大容量化、小型化、標準化等問題。

2.5 軟件技術(shù)

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。

3、機電一體化技術(shù)未來發(fā)展趨勢

3.1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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。

3.2.網(wǎng)絡(luò)化

20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。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。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

3.3.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(lǐng)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1立方厘米的機電一體化產(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、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

3.4.綠色化

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。綠色產(chǎn)品在其設(shè)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(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。

3.5.系統(tǒng)化

其表現(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)特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。一是如何賦予機電一體化產(chǎn)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(chǎn)品。

3.6. 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(fù)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。

4、結(jié)束語： 綜上所述，機電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)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(shè)計方法和設(shè)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(shè)備的要求，而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。機電一體化的發(fā)展不是孤立的，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。

篇（9）

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學(xué))的前半部分和Electronics(電子學(xué))的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲?！皠恿δ堋笔窍蛳到y(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術(shù)：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

2 機電一體化的設(shè)計過程

機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變?yōu)榭刂齐妱訖C，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術(shù)，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經(jīng)濟中體現(xiàn)了制造業(yè)高科技化，促進了高科技產(chǎn)業(yè)和知識經(jīng)濟的發(fā)展。它是一種用于機電產(chǎn)品最優(yōu)設(shè)計的方法學(xué)。它包括4個基本學(xué)科：電氣、機械、計算機科學(xué)和信息技術(shù)。如圖1所示。

摘要：本文結(jié)合筆者的多年工作經(jīng)驗，對機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)進行了簡要的分析，并就機電一體化系統(tǒng)的幾種可靠性設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設(shè)計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學(xué))的前半部分和Electronics(電子學(xué))的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲?！皠恿δ堋笔窍蛳到y(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術(shù)：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

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中圖分類號：TH39文章編號：1009-2374（2017）05-0065-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.031

機電一體化技術(shù)為一種由多種學(xué)科交織發(fā)展所形成的產(chǎn)物，為一類維持社會生產(chǎn)力不斷發(fā)展與提升的必然產(chǎn)物，在提高工程技術(shù)手段以及工作效率方面扮演著重要的角色。機電一體化技術(shù)通過將微電子、機械工程、信息技術(shù)等方面相互滲透于融合，促進提高了對信息的處理與控制。目前國內(nèi)外機電一體化技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展，同時也在一定程度上改變了其原本的功能及生產(chǎn)方式，而這一改變在醫(yī)療器械方面得到了明顯的體現(xiàn)?，F(xiàn)我院對此展開分析，結(jié)果總結(jié)報告如下：

1機電一體化的概念

機電一體化為一個綜合的概念，主要是指通過利用軟件系統(tǒng)將電子裝置與機械裝置相結(jié)合，將微電子技術(shù)應(yīng)用于機械各項功能中的一個系統(tǒng)。有研究報道指出，機電一體化技術(shù)通過將自動保護、自動診斷及自動控制等功能與機械系統(tǒng)相互結(jié)合起來，明顯提高了信息的處理及控制能力。另外，機電一體化技術(shù)反映出了現(xiàn)代機電發(fā)展的最前沿最高新的技術(shù)，在現(xiàn)代醫(yī)療儀器使用中可發(fā)揮重要的作用。

2機電一體化在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的應(yīng)用對我國發(fā)展承擔著重要的意義，標志著一個國際的工業(yè)發(fā)展水平。早在20世紀80年代，我國就開始了與機電一體化技術(shù)的相關(guān)研究，并經(jīng)過30多年的研發(fā)與努力，我國的機電一體化技術(shù)取得了較大的進展，明顯提高了工作效率。近年來，機電一體化技術(shù)雖然已經(jīng)在醫(yī)療儀器中得到了應(yīng)用，但有專家指出，由于此項技術(shù)仍較為新穎，部分醫(yī)療工作人員缺乏正確認知以及相關(guān)操作方法，在使用期間導(dǎo)致了醫(yī)療儀器應(yīng)用不當。因此，醫(yī)療工作人員需不斷完善自身的知識結(jié)構(gòu)，提高專業(yè)素養(yǎng)，掌握有關(guān)于醫(yī)療儀器的正確使用方法。例如，應(yīng)用了機電一體化技術(shù)的多功能監(jiān)護儀器相比于以往臨床工作中使用的監(jiān)護儀器，將相應(yīng)的開關(guān)與案件顯示到了內(nèi)部菜單中，通過手動按鍵在菜單中選擇設(shè)置的參數(shù)與功能，且通常發(fā)展為了一鍵多用，甚至有部分操作采用的英文、字符等情況。

3機電一體化在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用

3.1機電一體化技術(shù)在診斷儀器中的應(yīng)用

醫(yī)療診斷儀器作為醫(yī)學(xué)診斷工作中不可缺少的工具，較為常用的包括心電圖儀器、核磁共振診斷儀、超聲診斷儀、腦電圖儀、血管造影設(shè)備儀器等。其中血管造影設(shè)備在診斷心腦血管疾病中得到了廣泛的應(yīng)用，通過為患者注射血管造影劑，利用計算機記錄造影劑達到病灶前后的圖像，在采用軟件系統(tǒng)對兩組圖像的變化情況給予分析，即可得到血管的模擬分布信息，以幫助醫(yī)生完成對患者病情的診斷。

3.2機電一體化技術(shù)在檢驗儀器中的應(yīng)用

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷革新，基因與分子生物學(xué)得到了廣泛的發(fā)展，為了科學(xué)地對患者進行臨床檢驗，現(xiàn)醫(yī)療人員開始將信息技術(shù)、機械技術(shù)、生物技術(shù)及微電子技術(shù)等緊密地結(jié)合到一起，并相繼研究出了電解質(zhì)分析儀器、血細胞分析儀器、血氣分析儀等。大量臨床經(jīng)驗證實，上述較為常用的醫(yī)療機器通過幫助臨床醫(yī)生從血液學(xué)以及免疫學(xué)等方向?qū)熘募膊∵M行的檢驗與診斷，極大程度地降低了傳統(tǒng)檢驗效率低、準確率較低等問題，提高了診斷的敏感性及準確性。

3.3機電一體化技術(shù)在治療儀器中的應(yīng)用

近年來，機電一體化技術(shù)在治療儀器中也得到了準確與高效的應(yīng)用，并引起了相關(guān)臨床工作者的足夠重視。通過采用機電一體化技術(shù)，我國相繼研究出了手術(shù)機器人、伽馬刀等儀器，并在微創(chuàng)手術(shù)中發(fā)揮了重要的作用。結(jié)合以往操作經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)這些治療儀器可通過準確捕捉醫(yī)生的操作動作，利用軟件系統(tǒng)將指令向機械臂進行傳遞，以幫助完成相應(yīng)的各類手術(shù)操作，獲得更好的效果。另外，這些應(yīng)用了機電一體化技術(shù)的儀器不僅改善了傳統(tǒng)手術(shù)操作方法，縮短了手術(shù)時間，減少了術(shù)中出血量，還在一定程度上降低了醫(yī)療人員的壓力，極大程度地提高了手術(shù)的工作效率及成功率。

3.4機電一體化技術(shù)在監(jiān)護儀器中的應(yīng)用