機電一體化論文大全11篇

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1.1體積小，重量輕，適應性強，操作更方便

光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設的程序一步一步控制實現，甚至實現操作全自動化和智能化。

1.2功能增加，精度大幅提高

光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統可精確按預設動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

1.3部分硬件實現軟件化，智能化程度提高

傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。

1.4產品可靠性得到提高，使用壽命增長

傳統的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產品的可靠性和穩定性。

1.5融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品

光機電一體化產品的研究開發涉及到許多學科和專業知識，包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優勢結合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。

1.6產品系統性增強，各部分系統間協調性要求提高

光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術揚長避短，提高系統協調性。

2.研究現狀和發展趨勢

2.1研究現狀

自從我國實行改革開放以來，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數控產品有了很大的提高，尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快，是我國特有的經濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業機械都是如此，我國自行研制和生產的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。

2.2發展趨勢

光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業，而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。

從世界科學技術的發展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括：

（1）激光技術

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產品進行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術

1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。

2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環境中，最常選用的是光纖探測器。

其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。

（3）激光快速成型技術

激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結，由點、線構造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場，極大地提高了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。

（4）光能驅動技術

利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于初級階段，如果能發現具有優異光作用特性的動態物質，則可使光能驅動技術廣泛應用。

3.結語

技術上的改革和與之相配套的技術支持是創新技術的基礎。開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。

參考文獻

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[2]梁進秋.微光機電系統國內外研究進展.光機電信息，2000（8）

[3]宋云奪編譯.光機電一體化業的未來.光機電信息，2003（12）

[4]左鐵釧、施定源、陳鎧.激光加工技術的優勢及在工業生產中的應用.激光雜志，1999（4）

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

一、機電一體化的核心技術

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

（一）機械本體技術

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

（二）傳感技術

傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。

（三）信息處理技術

機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。

（四）驅動技術

電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。

（五）接口技術

為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

（六）軟件技術

軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、機電一體化技術的主要應用領域

（一）數控機床

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：

1、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。

2、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。

3、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。

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

5、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。

6、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。

7、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。

（二）計算機集成制造系統（CIMS）

CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。

（三）柔性制造系統（FMS）

柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。

（四）工業機器人

第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。

三、機電一體化技術的發展前景

縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：

（一）智能化

智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

（二）系統化

系統化的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，進行任意的剪裁和組合，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大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。

（三）微型化

微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。

（四）模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，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、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。

（五）網絡化

網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。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。

（六）綠色化

工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。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，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。

綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。

【參考文獻】：

1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.

2、芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.

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針對以上問題,可以從三個方面綜合考慮選題。

（1)畢業設計選題要盡可能做到一人一題，相互之間的共性盡可能少一些，這樣就可以避免學生之間互相抄襲、引用，讓他們能夠真正從設計的角度去思考問題，達到鍛煉和學習解決實際問題的能力，達到這個教學環節實施的意義。

(2)畢業設計選題要盡可能聯系生產實際和工程應用的研究。這樣有利于調動學生的積極性,由于是真做實干,他們就會主動去了解、熟悉有關企業生產的實際情況，積極主動的去分析實際問題，找到解決問題的方法和途徑，使學生的綜合能力得到提高。因此,我們在為2004級機電一體化專業的學生選題時,選擇了“20Kg鋁錠自動裝箱系統的設計”，“擦黑板機械人的設計”，“簡易倪紅燈控制系統的設計”,“十層電梯的PLC控制系統設計”，“電子搶答器的設計”等新穎的又結合生產、生活實際的設計題目，這些題目不僅能夠反映當代科技發展水平，而且能夠讓學生能進一步了解、把握國內外在機電一體化領域的一些最新成果和發展動態，使學生能夠積極主動的參與到實際課題的研究中來。

(3)要考慮完成課題的客觀條件。學校畢業設計經費、教學試驗條件都有限,不是任何來自科研實際的課題都可用做畢業設計,必須根據客觀條件來選擇設計題目,這些條件主要包括:可查資料庫源,試驗設施和足夠的經費等,因此我們在選題時,一般選用能為學生提供可用的儀器設備,試驗場地等條件的科研課題,這樣可以為學生做畢業設計時提供可以直接操作，鍛煉自己的動手能力的機會。

（4)要有適當的難度和深度。舉例說我們選擇“擦黑板機械人的設計”課題時,考慮到該課題涉及了機械原理、系統設計、數電、模電、單片機、微機原理、匯編等多個領域,涉及的知識面較廣,設計工作量較大,有一定的深度,學生可以通過綜合應用所學的基礎理論和專業知識,在規定的時間內得到充分的鍛煉,但是考慮到本課題有一定的難度,為了保證學生在有限的畢業設計工作時間內，經過努力能完成任務或做出階段性結果，我們安排了兩個同學參加,在掌握總體設計思路的基礎上,分別進行硬件結構設計、軟件設計等不同部分的的設計工作，讓每一位同學都各有側重點地進行研究，經過兩位同學的分工合作，最終完成了整個畢業設計題目的設計任務，效果良好。

3加強教學督導,落實開題環節

為了提高畢業設計的教學質量，我們借鑒了研究生創新能力培養方法,在本科畢業設計教學中加入開題環節，其目的是：1、通過開題環節可以盡早發現畢業設計題目是否滿足專業要求，學生能夠完成的可能性有多大，能否涵概所學專業的所有知識等基本問題。2、通過落實開題環節，還可以強化學生通過查閱文獻資料，廣泛獲取信息的能力，培養學生提出問題、擬定實驗研究方案和設計方案，進行科學實驗與測試，對數據進行整理與分析，撰寫實驗報告、畢業論文的能力，同時也是對學生的書面表達和口頭表述的能力的培養，是落實和加強對學生創新能力的培養的有效手段。具體的實施辦法是：

（1）明確落實開題環節的必要性。開題的意義在于完善論文設計方案,使論文設計方案更加系統化。學生通過收集設計資料的相關信息，聽取各方意見，可以明確自己的設計思路，堅定設計者的信心。一般說來，將思考的東西正式地講出來和寫出來，會比原來所思考的更有升華的意味，因為從“思”到“說”和“寫”,其間加入了邏輯的創造過程。因為在撰寫開題報告時,就要求學生能夠弄清楚設計題目的來龍去脈，從而使學生明確畢業設計課題的目的和要求，讓他們對題目有更深刻理解與認識，會使原來的設計思路更加完善和系統，令他們對自己的工作做到“胸有成竹”，減少盲目性,避免出現不知從何處入手的尷尬局面。

（2）開題環節的組織和實施。我們要求學生在開題會之前,，要按規范書寫開題報告。在開題的時候，學生須持經指導老師簽字同意的開題報告書、任務書及其它相關資料上臺匯報。主要匯報選題的目標和意義、擬采取的技術路線和方法、工作基礎、預期成果和工作計劃等要求的內容，要求學生自述10分鐘，然后評審小組根據學生的自述和開題報告書及其它文本內容，對學生畢業設計題目是否達到專業培養目標要求和完成論文設計的可行性進行考核,并對畢業設計題目的設計廣度、深度、貼切度、重點和難點等提出具體的修改意見。

4采取有效措施,加強過程指導

為了提高我們機電一體化專業畢業設計的教學質量，我們探索出了一條適用于畢業設計的全環節教學質量監控的方法。具體的措施是：1、設定學生的設計出勤表，要求學生在規定的時間內簽到，這樣做的目的是可以很好的掌握學生的設計進度，督促和指導學生按時完成設計。2、成立設計指導小組，小組成員盡可能包含所有專業特長的教師。小組內的每一位老師都可以對小組內的學生進行自己專長方面的專業指導，這樣可以提高指導設計者的綜合能力，使畢業設計的內容準確專業。3、開展設計小組例會制度，即每個設計小組每周開一次例會，主要工作是：要求學生把一周設計的心得體會在例會上發言，匯報設計進度，并提出設計中發現的新問題。這樣做一方面可以跟蹤學生的設計進度，及時發現問題，并能及時糾正；另一方面，可以促進教師之間相互交流學習，使教師教學水平共同提高。通過對我校畢業設計工作的綜合考核，這種工作方式完全實現了對整個設計過程的檢測，保證了教學質量。

5嚴格考評,保證答辯的質量

答辯是畢業設計工作的最后一個環節，是全面檢查和評估畢業設計質量的重要手段。嚴格的答辯將有利于學生樹立良好的學風,促進學生認真做好畢業設計。我校的具體情況是：根據不同的專業成立若干答辯分委會，分委會下轄若干個答辯小組。分委會主任和答辯小組組長均由副高職稱以上教師擔任。為了加強教學督導作用，我校專門設立教學督導組，成員都是離退休的老教授，在答辯期間分別派到各個小組指導答辯工作。

畢業答辯前首先是對學生的畢業論文進行盲審,要求由除指導教師外的答辯小組2名以上教師認真審查評閱，寫出評閱意見與評分，盲審不通過的不準予參加畢業答辯，以此來審查學生的答辯資格。通過的同學要準備答辯的ppt，把畢業論文的結構、主要完成部分及設計的結果等內容準備出來。答辯時,要求每位同學的答辯自述時間應控制在15-20分鐘左右,教師提問20分鐘為左右。在答辯過程中要有專人對學生所提的問題進行記錄，對答辯情況進行匯總。答辯完成后，要求所有答辯小組的成員對各個學生的答辯情況進行決議，給出畢業答辯成績。畢業設計成績評定必須堅持標準,嚴格要求。“優秀”的比例應嚴格控制在本專業參加答辯總人數的15%以內,優良比例應嚴格控制在60%以內。

畢業設計的質量,除了本身的學術水平、應用價值另外,還應考察學生解決實際問題的能力、對知識的綜合應用能力、在工作中查閱處理信息和應用各種工具的能力、撰寫科研報告和表達交流的能力以及在工作中的團隊協作能力等。對畢業設計擬評“優秀”的學生,要求參加各系答辯分委會組織的集中答辯。對畢業設計平時不認真、小組答辯成績較差的學生,由相關分委會組織復答辯后視情況決定是否給予通過。答辯委員會要辦事公正,治學嚴謹,嚴把質量關,對畢業設計達不到教學要求的,決不姑息。

6結論

要想搞好畢業設計工作,關鍵的是要做到“五個到位”,即認識到位、經費投入到位、指導教師到位、學生到位和管理工作到位。另外,,消除學生畢業前的各種干擾,專心做好畢業設計,是本階段學生思想政治工作的重點。嚴格的答辯將有利于學生樹立良好的學風,促進學生認真做好畢業設計。正確認識畢業設計的重要性將有利于保障和提高教學質量，實現為社會輸入合格人才的要求。

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機電一體化發展至今已經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。但其基本特征可概括為：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、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

2機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，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到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。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出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。

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

3機電一體化的發展趨勢

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

3．1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產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品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。3．2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產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、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、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出新產品，同時也可以擴大生產規模。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。

3．3網絡化

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?，F場總線和局域網技術的應用使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(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3．4微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。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。

3．5環?；?/p>

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，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，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。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。

3．6系統化

未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。

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

篇（5）

1.1在建筑材料生產中的應用目前，我國在施工建設方面的要求越來越高，相應的，對于建筑材料的生產更是提出了較高的要求。這樣一來，機電一體化技術就成了有關單位的首要選擇。畢竟機電一體化是一種綜合技術，其高質量、高性能、多功能、低能耗的特性對于建筑材料的生產有著至關重要的作用。此外，材料的級配控制對于現代建筑和公共設施相當重要。一旦有級配誤差現象的出現，必定會減短建筑和公共設施的壽命，安全問題就得不到保障。然而，在建筑材料中應用機電一體化技術就可以實現微機控制，使級配的誤差降到最小。

1.2在現代制造業方面的應用現代制造業強調有效利用一切資源，逐漸以機器代替人力來獲得生產盈利，綠色的現代化制造具有虛擬化、網絡化、智能化等特點。下面通過對Li/MnO2扣式電池生產過程的介紹來向讀者說明機電一體化技術在制造業方面的應用。Li/MnO2扣式電池的生產有以下幾道程序：先上負極片，然后加隔熱板并把電解液注入其中，最后上正極片、滲透。這種自動組裝生產的控制系統通過采用PLC技術進行控制，通過觸摸系統中的傳感器來監測生產過程中的狀態，一旦有系統故障出現，機械裝置就會自動報警。如果生產過程中出現不合格的產品，該系統還會將其自動剔除。漫反射光電開關、對射光電開關、磁性開關、行程開關、接近開關、壓力傳感器等原件在PCL控制系統中擔任著檢測作用，氣缸、沖床、電視、振動料斗、狀態顯示燈以及聲光報警器等部件在該系統中擔任著執行作用。

1.3在鋼鐵企業中的應用

1.3.1分布式控制系統（DCS）一臺中央電腦、若干臺現場測控電腦和智能控制單元，這就是分布式控制系統的組成部件。通過中央電腦對現場測控電腦和智能控制單元的指揮來監視、管理、操作和分散控制生產過程。相比集中型控制系統，分布式控制系統具有安全性高、功能強的特點。很顯然，分布式控制系統已成為引領機電一體化系統的潮流。

1.3.2開放式控制系統“開放”意味著解除封鎖、限制。開放式控制系統可以使不同廠家的產品得到互換和兼容，實現資源共享，技術交流，促進企業共同進步。工業通信網絡是開放式控制系統中重要組成部分，其可以實現管理計算機和控制設備的互聯，從而集控制與決策、管理、經營于一體。

1.3.3計算機集成制造系統（CIMS）計算機集成制造系統是集人、技術、經營三者而成的一種產物。在鋼鐵企業中應用CIMS不僅可以提高勞動生產力，還可以提高員工的技術水平，可以對企業的發展做出極大的貢獻。國家產業結構的優化離不開CIMS技術，CIMS技術的應用與推廣，還可以提高企業在國際市場上的競爭力。

1.4在煤礦企業中的應用眾所周知，煤礦的地下開采作業是非常危險的，惡劣的環境和無法預知的自然災害時時刻刻都對工人的人身安全造成威脅。所以，世界各國都在力求尋找一種能夠用機器替代人力的先進技術。而機電一體化技術正符合這一技術要求，可以使井下作業變得自動化、機械化。井下機器人的智能化操作對煤礦企業的發展有著史無前例的重要貢獻。

2機電一體化的發展方向

2.1綠色化當今時代，人類的生活因工業科技的發展而發生著巨大變化。我們在享受著美好生活的同時，更應該注意到生態環境的污染，地球資源的減少。因此，工業綠色化已成為人們奮斗的目標。綠色的機電一體化產品在這個工業時代里必將發揮出重大作用。

2.2光機電一體化組成機電一體化系統的部件有能源系統、傳感系統、機械結構和信息處理系統等。在機電一體化系統中引進光學技術，可以把光學技術優點用于其能源系統、傳感系統和信息處理系統中，實現由機電一體化向光機電一體化的改進轉變。

2.3智能化21世紀是一個智能化的時代，人工智能也逐漸運用于機電一體化技術中。機電一體化的智能化除了一些控制理論外，還吸收了多方面的新方法、新思維。例如，人工智能、計算機科學、生理學、心理學、模糊數學等等。盡管機電一體化產品是不可能和人類擁有相同智能的，但是，其高性能的微處理器卻完全有可能使產品具有低級智能。

2.4網絡化20世紀90年代，網絡技術得到了突飛猛進的發展，在工業生產、科學技術、軍事、教學等方面都有所應用。隨著網絡化的廣泛普及，在網絡的基礎上應運而生的高科技技術也在改變著時代。屬于機電一體化產品的遠程控制終端設備在各種領域中都發揮出了其應有的價值。由于計算機的推廣應用，使人們在家里就能享受到機電一體化帶來的便利。所以，機電一體化的發展毫無疑問會向著網絡化發展。

篇（6）

1.2機械手搬運機構在這部分機構中，裝有較多的磁性傳感器用作多個不同的位置檢測，它需要在前點和后點各裝一個，以便檢測氣缸伸出和縮回的位置是否到位。例如，提升氣缸、手臂伸縮氣缸以及分揀機構的三個手指伸縮氣缸就分別各裝有5對磁性傳感器。在運行中，當磁性開關檢測到氣缸準確到位后，則發出信號到PLC，PLC內部程序指揮相應部件執行下一步動作。值得注意的是，在機械手手爪處單獨安裝有一個磁性傳感器，若手爪為夾緊狀態，則有信號輸出，指示燈亮；反之，手爪松開則無信號輸出。

1.3物料傳送和分揀機構在這部分機構中，落料口附近與出料口一樣，需要安裝一個物料檢測傳感器，檢測是否有物料在傳送帶的起始端。在運行中，如果它檢測到物料，則發出信號到PLC，PLC內部程序啟動電機驅動傳送帶；若檢測為無料并保持若干秒鐘后，停止傳送帶。當物料在傳動帶前進時，有三個傳感器逐一檢測物料的材料性質，先是通過一個電感式傳感器，它可以檢測到金屬材料，發出信號至PLC，啟動推料一執行推料動作。為保證檢測的靈敏度，檢測距離需調節為3～5mm。若物料不是金屬，將繼續前行至后面的兩個光纖傳感器處，它們主要用于檢測塑料，并區分黑、白兩種不同顏色。對于不同顏色的塑料，光纖傳感器的靈敏度是不同的，可以通過調節光纖放大器來區分塑料的不同顏色。

2傳感器應用說明與注意事項

2.1常用傳感器光電傳感器由光源、光學通路和光電元件三部分組成，具有使用簡單、性能穩定、抗干擾強的特點，常采用光電器件作為檢測元件，如光敏三極管。使用時應注意將光電傳感器的前端面與被檢測的工件或物體表面保持平行，且距離應保持在規定的范圍內。電感式接近傳感器由即振蕩電路、開關電路和放大輸出電路這三部分組成。當接通電源時，震蕩器在傳感器感應面產生一個交變的磁場，當金屬物料接近傳感器感應面時，金屬中產生的渦流會改變磁場，根據磁場的變化來判斷是否有金屬物體接近。

篇（7）

機電一體化發展至今已經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。但其基本特征可概括為：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、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

2機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，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到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70—80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。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出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現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，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。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。

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

3機電一體化的發展趨勢

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

3．1智能化

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

3．2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產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、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、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出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。由于利益沖突，近期很難制定出國際或國內這方面的標準，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，模塊化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3．3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、教育等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?，F場總線和局域網技術的應用使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(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3．4微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。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。

3．5環?；?/p>

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，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，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。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。

3．6系統化

系統化的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。表現之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。

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

參考文獻：

［1］李建勇．機電一體化技術［M］．北京：科學出版社，2004.

篇（8）

1.2工作站群獨有的功能虛擬特性的樣機、建構好的評估站群，經由PDM的路徑，獲取機械協同下的控制算法。依循給定流程，建構一體化這樣的樣機。與此同時，還要創設電控特有的仿真模式。采納某規格下的CAE，優化給定參數。其他關涉的工作站群，可以經由虛擬樣機，獲取明晰的反饋結果。把反饋得來的數值，當成后續時段的設計指引。根據反饋方向，審慎修補缺陷。各時段的文檔歸整、工作站群特有的修護，涵蓋多層級的技術。制備明晰的產品說明，審慎處理多重圖片。項目關涉的專利申報，也被涵蓋在這一范疇。帶有管理特性的工作站，可被設定成單獨架構下的站點，也可融匯至預設的站點之內。設計管理特性的這類站點，能夠查驗設計之中的可行性，有序管控進度，并調和主體沖突。

2多時段的平臺運作

一體化特有的設計平臺，建構在Web的根基之上，擬定了多重的工作站群。在開發之后，應考量的側重點，是后續時段的真正運作。細分出來的運作時段，整合了初始時段的概念設定、接續的細化設定、平臺建構及評估、制備樣機及評估。首先應考量的，是擬定可行特性的落實方案。采納多學科特有的互通語言，以便描畫完備的設定流程?，F有的最優語言，被看成UML。它采納了配套特性的成熟技術，帶有可視化的傾向。它適宜篩選出來的多重領域，獲取廣泛認同。在這種語言下，各科目特有的設計者，能夠妥善互通，擬定任務書。把制備好的產品，看成帶有概念特性的總設計。

后續時段的細化設計，應圍繞預設的樣機線索，在彼此協同之中，明辨彼此職責。項目組這一層級的PDM，在后續的這個時段，凸顯了側重價值。它能隨時跟蹤，把處理得來的精準數值，分享給擬定好的完整團隊。若需要某一范疇的協同，即可經由特有的Web，來訪問界面以內的PDM，獲取期待中的數據。技術文檔特有的歸整及處理，包含說明書。設計人員歸結得來完備的設計流程，把帶有典型特性的珍貴經驗，存留至知識庫。這就便利了接續的復用，提升設計實效。

篇（9）

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

（二）分類

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

二、機電一體化發展及其發展趨勢

（一）機電接口技術對機電一體化發展的影響

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

（二）機電一體化發展歷程及趨勢

篇（10）

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：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）的應用于工業：上世紀60年代后期，美國汽車制造業開發一種ModularDigitalController（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；采用各種相關的國際工業標準和一系列的事實上的標準；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。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角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新支；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：

1.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。

結束語：

當然，機電一體化的發展不是孤立的，與機電一體化相關的技術還有很多，并隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展與應用也將更加廣闊。

參考文獻：

[1]王靜。淺析機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J].同煤科技。2006.（4）

篇（11）

1.1傳感系統。采煤設備的機電一體化傳感系統可以實現對電壓、電流、功率、速度、溫度、壓力、液位高度、支架支撐力、液壓流量等實施有效的測定。在傳感系統的性能提升方面，首先，應提升對設備細微動作變化的感應檢測，例如：采煤機機身傾斜度，搖臂擺動幅度、動力牽引、設備行徑、煤巖分離、運輸行程、油缸支撐度、液壓支架壓力和流量等；其次，在信號傳輸方面，應該進一步提高其可靠性、規范性與精準性。

1.2監測系統。監測系統的主要功能是依據計算機數據模式，收集采煤設備在日常工作狀態中的各項情況，與計算機預先設定的數據進行比較，從而實現對設備的全面測量，同時，將計算機數據轉化為人們可以識別的文字、數字與圖案，方便操作者實施有效監測。監控系統是傳感系統與控制系統的連接紐帶，是人們探知設備工作狀態的有效途徑。

1.3控制系統。通過計算機技術，可以實現機電一體化的有效控制，在采煤設備正常工作的狀態下，控制系統只要依照計算機事先設置好的指令，對設備進行有序的操控就可以了。能夠凸顯控制系統技術水平的時候，首先，能否控制采煤設備維持長時間運行的穩定，若能，則說明該系統性能比較優異。比如，在日常采煤的時候，對挖掘進程、傳輸過載、機具姿勢調整等是否能夠實現柔性調整；其次，當遇到突發狀況的時候，控制系統能否及時實現智能化的有效控制。比如，在遭遇設備故障、煤層坍塌、異物堵塞等情況時，能否及時下達正確的指令，能否采取精確的動作，實現停機、倒車、減速等動作。目前，對于采煤設備可靠性控制是一個科技難關，如何開發微電子技術和計算機技術的更多功能，使之在設備自檢自診、故障自我檢測與排除、作業環境監視與反饋、智能化無人化等方面實現突破，是科研工作者與設備操作者需要面對的研究方向。

2機電一體化技術對采煤設備的促進作用

2.1可以提高自動化操作程度。使用安裝有機電一體化技術的采煤設備，通過簡單的電腦操作，下達執行指令，就可以實現高效率的采煤作業。該項技術可以有效降低煤礦工人的勞動強度，可以大幅度提高采煤效率，可以有效規避因工人經驗不足而引發的安全隱患。有些比較先進的裝有機電一體化技術的采煤設備，甚至可以實現遠程操控與智能化無人操作，徹底顛覆了煤礦工人的傳統形象。

2.2可以在節能減排的同時提高開采效率。使用安裝有機電一體化技術的采煤設備，首先，可以減少人力勞動成本；其次，可以整合各個分散的小設備，膠帶輸送機、通風機、提升機等，減少無效功的浪費；最后，自動化作業的最大優勢就是可以大幅提高開采速度。因此，使用該采煤設備，可以有效提升煤炭企業的市場競爭力。

2.3可以降低維護強度與維修成本。使用安裝有機電一體化技術的采煤設備，可以實現全設備的系統化監控與報警，對于一些較為簡單的設備故障，系統通過識別，啟動自我維護功能，將微小的故障及時消滅掉，避免設備帶病作業。對于簡化維修程序、降低維修成本、延長機器壽命、提高工作效率、改善職工工作環境都具有管理優勢。

2.4可以提高工人隊伍的整體作業水平。使用安裝有機電一體化技術的采煤設備，必然會帶動煤炭生產中的自動化改革進程。新的設備本身就具有較強的學習性與經濟性，對職工自身水平的提高起到了督促與帶動作用。新設備的工作模式必然拉動供電、排水、通風、提升等各項保證系統的升級換代，否則就會影響生產效率。對煤礦的軟硬件系統進行必要的改進，在改進與以后的維護工作中，職工的作業水平必然會隨之得到提高。