機電一體化概念大全11篇

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2基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性

科學技術的發展推動了機電一體化的進行，也為工程信息技術行業的發展創造了有利的條件。在機械生產、加工、制造等行業中，機電一體化的形成和應用，使其發生了翻天覆地的變化，機電一體化主要是將主功能、動力功能、處理功能等有效的結合在一起，并引入電子信息技術，實現電子設計、軟件、設備等的結合。當前的機電一體化并沒有形成一個統一的定義，這主要是因為機電一體化自身具有復雜性，涉及到很多領域的知識、技術等，MCD機電一體化，主要是機電一體化方案，在產品的設計中，應用MCD機電一體化系統，結合機械工程、電子技術、計算機技術等，形成科學性、復雜性、融合性等特點為一體的產品設計系統，充分的利用它的功能，完成產品概念設計。為了研究基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性，我們針對產品的MCD機電一體化概念設計的內涵進行分析。概念設計是產品設計中最復雜、重要的部分，是實現從無到有、從模糊到清晰的一個過程，在信息技術、智能技術等的支持和應用下，概念設計取得了新的發展成果。應用MCD機電一體化進行產品概念設計，主要分為產品概念設計的規劃、概念設計、詳細設計、改進設計等，不同的環節中，有不同的子模塊組成部分，例如在概念設計中，分為功能設計、原理設計、功能分析等等。將MCD機電一體化應用于產品概念設計中，需要借助各種信息庫確定MCD機電一體化方案，然后進行產品概念設計。MCD機電一體化系統的交換頻率非常高，抗干擾能力強，在進行產品概念設計中，系統誤差小，結構功能非常強，將其應用在產品概念設計中，可以保證產品設計的實用性、可靠性、穩定性、規范性、經濟性，同時也有安全性和可操作性。為了研究研究MCD機電一體化在產品概念設計中的可操作性，我們以其在傳感器概念設計中的應用進行分析。在進行產品概念設計時，先進行系統的劃分，對傳感器的功能、性能等進行分析，然后檢驗傳感器子系統的傳感器的功能載體，了解傳感器的類型和用途，最后采用MCD機電一體化中的信息處理系統，對傳感器設計中的相關信息進行處理和控制，完成信息的分析、處理之后，進行MCD機電一體化產品概念設計。互感器等產品的MCD機電一體化設計制造，是一個復雜的過程，其中包含了很多的子系統和子環節，每一個過程都比較的繁瑣，稍有差錯和偏差，就會造成設計制造的失敗，而且產品的設計需要很長的時間，設計制造中使用的材料價格很高，所以在產品的概念設計中，如果出現差錯，就會造成嚴重的損失。在使用MCD機電一體化進行產品概念設計中，一定要對產品的概念設計理論、方法、方案等進行仔細的審核。概念設計是中最為重要的是方案設計，要確定MCD機電一體化產品方案，需要將前面的各項工作的理論等加入其中形成一個邏輯思維，在計算機技術、網絡技術等的支持下，基于MCD機電一體化的產品概念設計，具有可行性。

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引言

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

機電一體化專業是我校的主要專業之一，伴隨著經濟全球化，我國的制造業成為國民經濟的核心，而機電一體化成為制造業發展的“發動機”，機電一體化人才的需求大幅度提高，機電一體化專業人才被國家列為二十一世紀社會發展最急需的十大專業人才之一，是就業領域最寬的專業。我校的機電一體化專業的課程，應不斷適應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整，而且對于我校機電一體化專業應涵蓋哪些學科領域,課程設置方面更應該進行大膽的改革。

一、在教學中增加介紹微電子技術相關知識的課程

在我校五年制機電一體化專業的教學過程中，我對此專業第二學年第二學期的學生做過一個調查統計，調查學生人數為79名，發現兩個09級機電一體化班級中，見過晶體管的同學在一個班中只有一名，而另一個班因有選修課的原因，有一部分同學對晶體管稍微有一點了解。這個調查結果說明，我校機電一體化專業的學生，在前兩年的學習過程中，基本上沒有接觸到微電子技術的知識，而機電一體化實際上是微電子技術、計算機技術等向機電技術不斷滲透的產物，在我校的五年制高職機電一體化專業教學計劃中，沒有微電子技術相關知識的課程設置。

從五年制高職學生的學習基礎看，學生的起點是比較低的，學生本身在初中階段的物理基礎也比較薄弱，到五年制高職的前三年，除了學習物理基礎知識，很有必要讓學生了解元器件知識以及微電子技術的基礎知識，比如什么是集成電路？什么是敏感元器件、光電管和繼電器？這些知識能為學生后續的學習打下基礎，是大有裨益的。可以嘗試在五年制教學的第二學年中增加一門微電子技術理論學習與實訓相結合的課程，如果學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。當學生具備了一些元器件的知識，那么學生在三年級學習“傳感器應用技術”課程就會輕松許多。

從機電技術發展的情況看，不論是生產制造系統還是試驗和研究裝置及各類終端產品，電子技術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和控制機構，同時采用微電子技術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。所以我們在教學過程中，應該適應時展的需要，增加介紹微電子技術知識的課程，如果還停留在原有的單一的學科領域內，必然會導致知識結構的狹窄，從而不能滿足技術進步帶來的對人才的需求。

在南校區學生的座談會上，有些學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，這使對一些現有課程的學習感到困難。有些學生表示他們學習非常努力，但是還是聽不懂老師所講的內容，實際上就是基礎知識的薄弱造成的，所以我們應不斷研究：究竟學生哪方面是薄弱環節？最主要的需求是什么？只有這樣才能更好地改革現有的課程設置。

二、對學生的基礎能力進行分析，對課程的時間安排進行必要調整

對于五年制高職學生來說課程的設置應反映人才培養目標和培養規格需要，還要反映教育對象狀況，在確保基本教育水準的提前下，體現因材施教。與三年制高職所不同的是，五年制高職學生的主體是初中畢業生，大部分學生進入五年制高職院校學習并非本人意愿，而是教育制度強制性分流的結果，所以很多學生學習基礎很薄弱、學習動力也不足，因此在進行課程設置時，要加強對學生的研究，充分考慮學生的學習水平和學習能力。

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

三、加強學生的電工電子技能實訓，提高學生的實踐操作能力

高職的人才培養目標是“高技能人才”，高職畢業生比本科生應具備更強的技能，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呢？根據我校的辦學條件，我們有能力為學生創設一個更好的實習實訓條件，以學生的職業素質和應用能力培養為主線，更合理的進行課程的設置。

“工業控制電路分析與制作”課程為我院高職機電一體化技術專業核心課程，這門課在必要的理論知識基礎上，側重于電子控制技術在機電設備中的應用分析等內容，并且有一些實際操作技能訓練。但是僅僅通過此門課程的學習，對學生的實際操作能力的訓練我認為還是遠遠不夠的，可以單獨開設一學期的“電工電子技能實訓”課程，安排學生多樣化的電工電子實習訓練。教學內容可以有很多，既可以增加一些理論教學內容，又主要側重學生操作技能的訓練，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、焊接技術、調試技術、維修技術、基本電路分析和故障分析等中選擇一部分內容進行重點訓練，并在教學中同時加強學生的素質教育等。

在五年制高職的學生中，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。而在實際的教學計劃的安排中，學生接受技能訓練的機會很少，那么，如何擴大學生的知識面，如何通過五年的學習使我們培養的學生成為社會需要的通用型人才是我們面臨的主要課題。我們應努力給學生創造條件使他們有更多的實踐機會，提高學生的實踐操作能力，從而使他們的頭腦更加靈活，手腳更加麻利，成為企業真正需求的實用型人才。

結論：

五年制高職學習起點較低，我們在安排課程時應多考慮學生學習基礎和接受能力，有必要在學習一些核心課程之前增加一定的鋪墊，讓學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，我們應綜合考慮學生的學習基礎和現代技術的發展，不斷改革課程設置，使課程的安排真正適合學生的學習和發展。

參考文獻

[1]鮑加農.試論機電一體化及專業課程設置.中國自動化教育論文集,2003.

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為適應電網的快速發展需求，提高電網運行能力，解決電網中的信息孤島、協作難等問題，二次系統一體化的研究早在幾年前就被提上議事日程，并提出一體化電網運行智能系統（OS2）。這一系統打通各個專業系統之間的聯系壁壘，實現各專業系統的橫向業務協作和縱向數據交流，提高電網的綜合運行能力；將孤島式的專業系統有機聯系起來，加強專業系統之間的數據交互。

1 OS2整體架構

1.1 定義

OS2就是按照SOA標準體系，具有一體化、模塊化、智能化特征，能滿足電網公司各級調度主站和10kV以上所有廠站運行業務需求和管理需求的新一代電網運行技術支持系統。OS2的主站端系統涵蓋電網運行監控、管理的業務功能，運用標準化、開放的技術架構，將在線與決策、保信、節能發電調度、發電輔助服務考核、DMIS等系統有機結合起來，滿足電網運行監控和管理全部的業務需求。廠站端則是在現有的自動化系統、數字變電站等的基礎上，整合間隔層裝置、站控層數據、站端智能化功能，并建設統一的數據采集通道，實現各類數據的統一采集和交換。

1.2 技術架構

OS2由主站端系統和廠站端系統組成，各個主站端和廠站端系統又可以分成運行控制系統（OCS）、運行管理系統（OMS）、電力系統運行駕駛艙（POC）或變電運行駕駛艙（SOC），覆蓋電網運行和管理的全過程，如圖1所示。

在這個技術架構中，OCS的主要功能是電網運行的在線監控和自動控制；OMS則是通過運行分析輔助決策，重視決策的策劃。OCS與OMS的協同配合，實現電網的閉環控制和管理。POC建立在主站端系統的OCS和OMS上，它面向電網的決策管理人員和關鍵崗位人員，服務用戶，為其提供一站式的運行狀況和決策支持服務。而SOC則是建立在中心站的OCS與OMS之上，面向變電運行的關鍵崗位，為其提供面向廠站的運行、設備管理等方面的服務。除此之外，在這個系統中，還有橫向/縱向的OSB系統，其貫穿于整個電力生產的全過程中，是OS2系統的信息交互紐帶。各個主站、廠站系統通過縱向的OSB實現信息交互，而系統內則采用橫向OSB系統，通過統一的信息編碼、標準接口實現各個模塊的即插即用，將系統與企業的信息管理系統交接起來，實現為企業的在線服務，實現信息共享。

2 OS2的特征

2.1 一體化

OS2提出的初始原因之一就是要解決電網系統中的信息孤島、缺乏統一規劃管理問題。因此，該系統在建設之初就大力推進全方位覆蓋、全過程管理和統一規劃。在OS2系統中，其一體化特征主要體現在三個方面：一是從廣度上覆蓋整個電網，一體化的全方位覆蓋，它支持全網各級調度主站和廠站的一體化運行監控、運行管理。二是從深度上實現全過程的覆蓋，滿足電網運行的安全、經濟、技術等要求，覆蓋電網運行的全過程，實現電力系統發電、輸電、配電、用電等環節的無縫對接和一體化管理。三是從協同作戰上實現一體化的全面協同，支持電網各個專業業務的橫向、縱向協調。

2.2 模塊化

OS2是面向電網專業業務的運行調度自動化系統，它以業務為導向，將其形成不同的模塊，實現業務與生產的耦合。從系統運行方面來看，模塊化包含了整個電力系統發電、輸電、配電、用電的全過程。它建設了開放的信息化平臺，并應用標準化接口保證各類專業系統以模塊化形式即插即用，實現各個專業系統融入OS2中協同作戰。在主站端的模塊化上，它將電網的運行數據集中到一起，為決策提供輔助服務；統一了電網的模型，消除信息孤島，實現了各個業務的橫向、縱向交流，提升電網的一體化運行管理能力；整合現有資源，并健全標準體系，加強信息化管控。

2.3 智能化

OS2的智能化是實現電網運行信息的橫向、縱向無障礙流通和交互，打破了專業系統之間的壁壘，實現了電網的閉環運行控制，并加強安全監控預警，保證電網運行的安全。通過智能化提高各個系統之間的協同作業能力，從而有效提高各項工作的效率和質量，提高經濟效益和社會效益。從技術角度來說，OS2實現各個專業、領域的互動配合。一是調度中心的各個專業之間的互動配合。二是電網運行與規劃之間的互動配合，OS2實現貫穿于電力系統運行全過程的信息無障礙交互，而這些正好為規劃工作提供依據，使得規劃工作更加精細化，及時將電網運行的數據資料傳遞給電網規劃，然后智能化進行不同周期、不同主題的規劃，并跟蹤規劃對電網運行產生的影響。

3 結束語

本文介紹了一體化電網運行智能系統（OS2）的定義、技術架構、特征，其不能滿足電網運行的經濟、技術、安全等方面需求，介紹了電網運行的新思路，為實現電網運行管理的跨越式發展奠定基礎。

參考文獻

[1]汪際峰.南方電網一體化電網運行智能系統建設初探[J].南方電網技術，2012（02）：1-5.

[2]汪際峰.一體化電網運行智能系統的概念及特征[J].電力系統自動化，2011，35（24）：1-6.

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1.1機電一體化的基本概念

機電一體化技術從大的領域來說屬于機械領域，其定義版本較多，其中一種較為權威的定義表述如下：機電一體化一般是指在機械的設計與功能擴展中，應用機械特有的主要功能、信息處理、功能控制等，把機械系統的控制中心進行集成化，并且與安裝在計算上的上位機軟件實現雙向通信，一般來說，機電一體化技術也是一門交叉學科技術，涉及到的主要技術有通信技術，機械技術，微電子技術，電力電子技術等，機電一體化技術的核心功能就是把以上技術結合起來，形成一個整體并內嵌入機械系統中。

1.2機電一體化技術的基本特征

機電一體化技術作為一門應用廣泛的技術，有其自身的特點，通過實際調查總結和查閱相關資料，本文總結出了機電一體化技術的3個主要特點，接下來詳細說明如下。（1）應用的廣泛性：機電一體化技術由于涉及的技術較多，是一門涉及多學科的交叉技術，正是由于這一特點，使得機電一體化技術應用十分廣泛，已經遠遠超出了機械工程的應用范疇，當然，本文的研究重點還是放在機電一體化技術在機械工程上的應用及發展趨勢。（2）具有很強的邏輯性：由于機電一體化的核心任務就是把各種技術合理融合，應用到機械領域中，把系統的機械機構和上位機軟件控制合為一體，也就是形成一個統一的整體，從這個層面來說，機電一體化技術具有很強的邏輯性，或者說擁有很強的系統性。（3）機電一體化具有很強的最優化建模理論：機電一體化技術經過多年的發展，已經形成完整的最優化理論體系，相關算法可以參閱相關文獻，限于論文篇幅，在這里不再累述。

1.3機電一體化技術的最新發展趨勢

經過多年的發展，機電一體化技術已經形成了自己的理論體系，隨著我國高新技術不斷發展，越來越多的新技術被應用到機電一體化技術上，機電一體化的最新的發展趨勢是控制智能化、精確化、零延遲化、結合計算機處理技術和信號傳輸技術，機電一體化技術也朝著無線控制、高速控制、精確控制的方向發展。

2機電一體化技術在機械工程上的應用以及發展趨勢分析

本小節在上文介紹機電一體化技術相關知識的基礎上探討機電一體化技術在機械工程領域的當前應用以及未來的發展趨勢，結合實際，本文從機電一體化技術應用于機械工程領域的歷程分析、機電一體化在現代機床控制上的應用、機電一體化技術在全自動包裝機領域的應用等三方面簡單論述機電一體化技術在機械工程上的應用以及發展趨勢，下面詳細討論。

2.1機電一體化技術應用于機械工程領域的歷程分析

在國外，機電一體化技術應用到機械工程領域較早，通過查閱資料得知，美國在上世紀90年代就把自動控制設備應用與機械制造領域，我國相對起步晚，但是起點較高，20世紀60年代，我國通過引進蘇聯控制設備，逐漸把機電一體化技術應用到機械領域，并在20世紀80年代，實現機電控制設備國產化，隨著科技不斷進步，以計算機處理技術和無線通信技術為代表的新技術不斷應用與機電一體化技術，這使得機電一體化技術煥發出勃勃生機，應用領域進一步擴大。

2.2機電一體化在現代機床控制上的應用

機電一體化在機械工程領域很重要的一個應用領域就是應用在現代機床控制上，現代機床控制要求精度高、速度快、智能化高，這就要求現代機床的控制系統具有很強的抗干擾性，機電一體化技術由于采用計算機處理技術，處理速度快，精度高、內置多塊DSP芯片，抗干擾能力強。

2.3機電一體化技術在全自動包裝機領域的應用

機電一體化技術除了應用與純機械工程領域，還大量應用于相關機械與電子相結合的控制領域，通過實際調查得知，我國全自動包裝機已經全部采用機電一體化技術，由于包裝機械不但設計機械工程知識，還涉及機電控制技術，微機處理技術等，所以一般的控制系統很難勝任，機電一體化技術由于是一門交叉學科，所以具有很強的靈活性，所以機電一體化技術較好的解決了這個問題，機電一體化把軟件控制和機械控制結合起來，融為一體，通過上位機軟件來控制包裝機的運行狀態。

3機電一體化技術在機械領域的發展前景

通過對機電一體化當前發展趨勢的調查研究，本文認為，機電一體化技術在機械領域的發展前景包括以下幾點：（1）專用化趨勢不斷加強：隨著機電一體化應用到機械領域的不斷深化，機電一體化技術表現出明顯的專用化趨勢。（2）智能化不斷加強：近年來，隨著人工智能等新技術不斷應用到機電一體化領域，機電一體化技術也呈現了智能化趨勢。（3）能耗低：節約資源，保護環境成為全社會的共識，在這種背景下，機電一體化技術積極加強自身改革，不斷研發新技術，把能耗進一步降低。

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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，科技的發展，各個工業領域的技術開始融合起來，從而大大提高了技術的水平，提高了我國的工業生產能力。機電一體化就是這樣一個在科技發展的浪潮中衍生的科技發展新方向。

二十世紀九十年代后期發展至今，機電一體化技術開始逐漸地邁向了新階段[3]。以微電子技術作為核心的高科技技術逐漸被應用于工程機械制造領域中，進而改變了我國工程機械長期落后的困境，同時也促進了相關工業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中電子監控和自動報警的應用中，如果相關的設備和工程機械出現了故障，電子監控設備以及自動報警系統能夠及時準確地為工作人員提供相關信號，以方便工作人員及時地維護和更新。

二、機電一體化技術

機電一體化技術．顧名思義．結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術，應用范圍愈來愈廣。

機電一體化技術具體包括以下內容：

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，利用其它高、新技術來更新概念，實現結構上、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。在機電一體化系統制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。

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、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。

4、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。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

5、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。

三、機電一體化的發展階段

機電一體化的發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了積極的作用。

上世紀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、通信技術發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化發展提供了充分的物質基礎。

第三階段，上世紀90年代后，機電一體化技術開始向智能化方向邁進，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。

四、機電一體化技術的現狀

機電一體化技術與其他技術的發展狀況類似，也經歷了長期的產生發展和成熟的過程。在機電一體化概念還未出現時，世界各國的相關科技工作者就已在原有的機械設計基礎之上設計和研發出了機電一體化的產品。但隨著機電一體化產品的不斷前進和發展，20世紀70年代初，相關的科技工作者才在長期實踐過程中系統地總結和提出了機電一體化的概念，并在實踐中使其不斷發展完善。

隨著集成電路、計算機技術等的發展和普遍應用，機電一體化也得到了新的全面發展由于具備了形式靈活內容豐富應用廣泛的特點，機電一體化技術在機械行業中引發了深層的技術改革，而這種改革又反過來推動了機電一體化技術向全新的方向發展。現在，隨著技術進步時展，機電一體化技術的應用已深入到社會生活的各個領域，為人類帶來了更為高效的生產和生活方式。

五、機電一體化技術的發展趨勢

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：

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，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。

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.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。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（computer integrated appliance system，CIAS），能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利號快樂。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，是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電系統是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執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。微機電系統產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、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。

5.綠色化

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。

六、結束語

綜上所述，機電一體化技術已經成為了當下科技發展的一個新的趨勢，它是眾多學科交叉、共生的結果，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。

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1機電一體化技術的研究現狀

1．1機電一體化的定義

機電一體化(Mechatronics)是1971年由日本學者在日本雜志《機械設計》中提出的，是由機械技術、電子技術、控制技術、計算機技術、信息技術、光學技術等多學科形成的一門交叉學科，目前已經發展成為部分學校的專門專業。但對于機電一體化的具體內涵和概念學術界并未形成統一的認識。VanBrussel教授認為，機電一體化是跨領域的并行工程，它包括機械、微電子、控制工程和計算機技術等多門學科，而機電一體化的目標就是實現上述多門學科和技術的綜合應用。德國Isermann的教授認為機電一體化屬于交叉學科的綜合領域，機電一體化包含的交叉學科可以分為機械系統和與其相關的控制系統，而其控制系統又包括信息系統、計算機系統等。控制系統主要用于服務機械系統，便于工程師在遠程對機械系統進行操控。國內曾慶良等［1］定義機電一體化是一個包含機械、電子電氣、信息等功能模塊的技術系統，是多學科技術的綜合作用，各個功能模塊之間存在著密切的交互關系，其中起決定作用的不是某一單獨的技術，而是這些技術的聯合作用，這些技術的聯合作用使系統具有更優秀的性能或實現了新的功能。

1．2機電一體化的設計

目前，國內外學者在機電一體化的設計方面已經進行了大量研究工作，按照研究方向可以將機電一體化設計分為三大類。1)側重于概念設計過程和相關軟件的研究。機電一體化的概念提出后，國外大量學者進行了大量嘗試。如德國的R．Iserrmann教授及其團隊以機電一體化的控制系統為核心進行了嘗試，但缺乏驅動器、傳感器和機械部分的融合，難以達到機電一體化的完善設計。JurgenGausemeier教授團隊進行以半規則式計算機語言為核心的機電一體化設計，但并未實現理想的機電一體化系統。法國的PSA所進行了以機電一體化模型庫為核心的設計，通過模型庫的查找和存儲簡化機電一體化的設計，但并未達到理想效果。英國的Lancaster大學嘗試了以鍵合圖理論、方框圖為基礎的功能模塊的混合建模，但主要以機電一體化的控制為主，執行構件部分研究又不夠深入。在國內，機電一體化的起步較晚，但經過大量專家學者的不懈努力也取得了豐碩的成果［2］。如上海交通大學的鄒慧君教授將機電一體化的主要研究對象轉向以實現運動功能為主，并對系統方案設計進行深入研究，實現了較為理想的功能求解模型。山東大學的黃克正團隊以功能分析和重構理論為設計基礎，提出了機電一體化概念系統的過程模型。華中科技大學的楊家軍團隊以機械運動方案和傳感器設計為研究基礎，加之計算機系統的輔助功能，完成了機電一體化系統的設計。2)側重于開發過程的研究。主要代表是德國工程師協會2004年的VDI2206系統，其設計過程如圖1所示，根據用戶需求提供系統設計(面向領域的設計)，包括機械領域、電氣領域和信息領域，在完成系統集成后再通過系統設計的驗證，最終得到客戶需要的產品。但這種機電一體化的設計僅提供了一個設計思路，缺乏具體的設計過程。3)協同仿真技術。仿真技術在20世紀初期開始應用于其他領域，在20世紀末被引入機電一體化領域，目前國內外學者就機電一體化的機電仿真技術已經開展了大量的研究工作。在國外，VanBrussel和VanBeek開展了協同仿真的參數設計，解決了系統仿真參數的優化問題。荷蘭Twente大學的JobVanAmerongen教授及其團隊開展了機電一體化模型的仿真工作，實現了多領域機電一體化的仿真研究。在國內，鐘掘院士等［3］學者從機電系統耦合及各耦合參數間的關系入手對機電一體化系統進行研究，設計出系統功能優化的物理模型，該課題已經突破早期研究存在的難題，該研究方法在機電一體化系統研究方面十分深入，研究的重點是系統的后期設計。而李伯虎院士和清華大學熊光楞教授在協同仿真方面也開展了大量工作，開出了基于協同仿真技術的復雜產品。

2煤礦機電一體化技術的發展趨勢

近年來，全球制造業始終面臨著轉型升級和可持續發展的挑戰。2013年4月，德國開啟了“工業4．0”，即第四次工業革命。“工業4．0”主要包括兩個主題，即“智能工廠”與“智能生產”。我國機電一體化經過多年的發展和積累，機電一體化取得了巨大進步，但發展并不完善。因此，在2015年5月，我國了“中國制造2025”行動綱領［4］。該綱領提出在2025年之前邁入制造強國行列;在2035年以前，與中等制造強國的水平持平;在2049年，成為世界的制造強國。因此，煤礦機電一體化未來的發展進程必然與“工業4．0時代”和“中國制造2025”行動綱領存在一致性關系，所以筆者認為，未來煤礦機電一體化未來的發展趨勢主要有高度自動化、高度智能化、高度網絡化。

3機電一體化在煤礦中的應用現狀

1970年我國大同礦務局首先試驗自行設計的第一套綜合機械化采煤系統。到20世紀80年代，隨著國際綜合機械化采煤技術的發展，我國綜合機械化采煤也得到了空前的發展;到90年代中期，采、掘、機、運、通基本完成了機械化，大大提高了采煤效率，減少了煤炭災害的發生;進入本世紀后，我國礦業機電一體化又有了突破性的進展，完善的安全生產監控系統、大型固定采煤機械等在煤礦投入使用，但仍與世界先進的采煤機電一體化存在差距。

3．1液壓支架電液控制系統

相比西方發達國家，我們在液壓支架電液控制系統的研究較晚。1995年第一臺自主研制的液壓支架電液控制系統至今，出現了不同型號的多種電液控制系統液壓支架，但實際國產的液壓支架電液控制系統在國內煤礦的應用仍不太樂觀，目前礦井綜采工作面采用的液壓支架電液控制系統仍以國外的設備為主，部分軟弱頂板支護采用的單體液壓支架系統也存在類似的情況。這一方面是由于國產的液壓支架電液控制系統未能突破技術瓶頸，而國外的液壓支架電液控制系統(以美國和德國為主)具有完善的故障診斷預警裝置，可實現液壓支架與采煤機、刮板機聯動和遠程控制。

3．2電牽引采煤機

國內電牽引采煤機的研制工作從20世紀80年代末期開始，經歷了近十年的研究才取得了突破性的進展，目前電牽引采煤機也是煤礦機電一體化的重點研究方向。國內比較先進的電牽引采煤機包括山東能源機械集團公司研發的MG150/345－WOK交流電牽引采煤機和太原礦山機器集團有限公司研發的MGTY307/10－1．1D電牽引采煤機。這兩種采煤機目前都能實現1．8m以上的薄煤層開采，同時可以完成煤層傾角在25°以下的綜合機械化開采工作。我國電牽引采煤機的發展大大加快了我國煤炭機電一體化的發展。但目前煤礦機電一體化(機械化)率約70%，而綜采率僅為40%，對比世界國家發達國家超過80%的綜采率，仍存在很大的發展空間。目前電牽引采煤機具有的優勢有:①牽引特性較好，世界先進的電牽引和液壓牽引技術都具有良好的調速特性，但國內的液壓牽引系統穩定性不如電牽引系統，因此采用電牽引可以有效地保證電牽引采煤機的牽引特性;②機械傳動效率高(＞90%);③牽引力可以滿足大傾角煤層開采;④工作可靠性高;⑤易于實現微機自動控制;⑥機械傳動和結構較簡單。

4結語

本文對國內外機電一體技術的研究現狀進行了分析，特別指出了煤礦機電一體化技術的發展趨勢和目前機電一體化在煤礦中的應用現狀。目前在煤礦中機電一體化技術主要應用在液壓支架電液控制系統、電牽引采煤機、煤礦安全控制系統等，而隨著“工業4．0”時代的開啟，以及我國了“中國制造2025”行動綱領，筆者認為未來煤礦機電一體化未來的發展趨勢主要有高度自動化、高度智能化、高度網絡化。

參考文獻:

［1］王成龍．復雜機電系統統一建模與仿真技術研究［D］．青島:山東科技大學，2010．

［2］鄒慧君，廖武，郭為忠，等．機電一體化系統概念設計的基本原理［J］．機械設計與研究，1999(3):14－17．

篇（7）

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

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

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將電子裝置與機械裝置相結合，將微電子技術應用于機械各項功能中的一個系統。有研究報道指出，機電一體化技術通過將自動保護、自動診斷及自動控制等功能與機械系統相互結合起來，明顯提高了信息的處理及控制能力。另外，機電一體化技術反映出了現代機電發展的最前沿最高新的技術，在現代醫療儀器使用中可發揮重要的作用。

2 機電一體化在我國的發展現狀

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

3 機電一體化在醫療儀器中的應用

3.1 機電一體化技術在診斷儀器中的應用

醫療診斷儀器作為醫學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、血管造影設備儀器等。其中血管造影設備在診斷心腦血管疾病中得到了廣泛的應用，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，以幫助醫生完成對患者病情的診斷。

3.2 機電一體化技術在檢驗儀器中的應用

隨著醫療技術的不斷革新，基因與分子生物學得到了廣泛的發展，為了科學地對患者進行臨床檢驗，現醫療人員開始將信息技術、機械技術、生物技術及微電子技術等緊密地結合到一起，并相繼研究出了電解質分析儀器、血細胞分析儀器、血氣分析儀等。大量臨床經驗證實，上述較為常用的醫療機器通過幫助臨床醫生從血液學以及免疫學等方向對混著的疾病進行的檢驗與診斷，極大程度地降低了傳統檢驗效率低、準確率較低等問題，提高了診斷的敏感性及準確性。

3.3 機電一體化技術在治療儀器中的應用

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

3.4 機電一體化技術在監護儀器中的應用

除了上述醫療儀器外，包括腦電圖儀以及心電圖儀器在內的監護儀器也在醫療工作中占有重要的地位，上述兩類常用的儀器通過準確收集與處理與患者相關的生命體征信息，能夠準確地對患者心率、血壓等指標進行監測，有利于對疾病的觀察。另外，隨著計算機網絡系統的不斷發展與應用，機電一體化技術在綜合監護系統中得到了廣泛的應用，保證醫生對患者的生命體征進行了更好的監控與分析，不僅可應用于醫療場所，同時也可在患者日常生活中得到更加廣泛的應用，有利于對疾病的監護，一旦發展異常立即給予治療。

4 結語

近年來，隨著科學技術的不斷快速發展為C電一體化技術提供了更加可靠的技術支持，且該項技術也不斷成熟，發展機電一體化技術不僅在改變人們生產方式、產業機構以及生活理念方面具有重要的意義，還可應用于醫療儀器中更好地對疾病進行診斷與治療，并得到了廣泛的應用。綜上所述，將機電一體化技術應用于醫療儀器中可有效促進醫療儀器的發展，期間需根據院內實際需求并結合現有的科學技術，對機電一體化技術進行合理的應用。

參考文獻

[1] 黎洪洲.智能控制及其在機電一體化系統中的應用研究[J].信息系統工程，2014，（3）.

[2] 謝邦軍.機電一體化技術的應用與發展前景[J].企業技術開發，2013，（8）.

[3] 姜新嘉.淺析機電一體化技術的應用及發展趨勢[J].電子制作，2013，（4）.

[4] 李圳，耿鎮中，冀龍飛，等.關于機電一體化技術創新發展的探討[J].科技傳播，2013，（6）.

篇（8）

機電一體化概念始于70年代，是根據英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協會專家組定義為：“由計算機信息網絡協調控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯系的系統”。

機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業，機械技術面臨著挑戰與變革。在機電一體化產品中，它不再是完成單一的系統聯接，而是在系統結構、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統的要求越來越高。

1機電一體化系統的構成與關鍵技術

1.1機電一體化系統的構成

從構成要素上來看，機電一體化系統由機械系統(機構)、電子信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電機)等五個子系統組成。機電一體化系統的基本特征是給”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、控制用接口元件、機械結構、控制軟件水平較高的系統。

從所要實現功能上來看，因為機電一體化系統(或產品)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)，所以根據不同的使用目的，要求系統能對輸入的物質、能量和信息(即工業三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質、能量和信息。因此，系統必須具有以下三大“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,不管是實現哪類“目的”功能的系統(或產品)，其系統內部必須具備如下圖所示的五種內部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構造功能。其中“主功能”是實現系統“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統提供動力、讓系統得以運轉的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行控制，使系統正常運轉，實施“目的功能”。而“構造功能”則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／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(產品)可以分解成一系列要素或子系統構成，那么怎樣使各要素或子系統之間順利地進行物質、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之間的聯系條件。從系統外部看，機電一體化系統的輸入／輸出是與人、自然及其他系統之間的接口；從系統內部看，機電一體化系統是由許多接口將系統構成要素的輸入／輸出聯系為一體的系統。從這一觀點出發，系統的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統之間的接口性能就成為綜合系統性能好壞的決定性因素。機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統，其構成要素或子系統之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統設計歸根結底就是“接口設計”。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、調整的功能。

1.2機電一體化系統的相關關鍵技術

①機械技術：機電一體化的機械產品與傳統的機械產品的區別在于：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。在設計和制造機械系統時除了考慮靜態、動態剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結構及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內容，一是研究如何將各種被測量轉換為與之成比例的電量；二是研究對轉換的電信號的加工處理。機電一體化系統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：信息處理的發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、專家系統技術、神經網絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優控制、自適應控制以及模糊控制、神經網絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅動系統主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統總體技術：機電一體化系統是一個技術綜合體，它利用系統總體技術將各有關技術協調配合、綜合運用而達到整體系統的最佳化。

2 機電一體化的設計過程

機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變為控制電動機，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經濟中體現了制造業高科技化，促進了高科技產業和知識經濟的發展。它是一種用于機電產品最優設計的方法學。它包括4個基本學科：電氣、機械、計算機科學和信息技術。如圖1所示。

摘要：本文結合筆者的多年工作經驗，對機電一體化系統的構成及關鍵技術進行了簡要的分析，并就機電一體化系統的幾種可靠性設計進行了探討。

關鍵詞：機電一體化；系統設計；構成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據英文Mechanics(機械學)的前半部分和Electronics(電子學)的后半部分而構成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協會專家組定義為：“由計算機信息網絡協調控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯系的系統”。

機電一體化技術，是由微電子技術、計算機技術、伺服傳動技術與機械技術相結合的綜合性技術，是微電子技術、計算機技術向機械技術不斷滲透的產物。機械技術是機電一體化技術的基礎。隨著高新技術引入機械行業，機械技術面臨著挑戰與變革。在機電一體化產品中，它不再是完成單一的系統聯接，而是在系統結構、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統的要求越來越高。

1機電一體化系統的構成與關鍵技術

1.1機電一體化系統的構成

從構成要素上來看，機電一體化系統由機械系統(機構)、電子信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電機)等五個子系統組成。機電一體化系統的基本特征是給”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、控制用接口元件、機械結構、控制軟件水平較高的系統。

從所要實現功能上來看，因為機電一體化系統(或產品)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)，所以根據不同的使用目的，要求系統能對輸入的物質、能量和信息(即工業三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質、能量和信息。因此，系統必須具有以下三大“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,不管是實現哪類“目的”功能的系統(或產品)，其系統內部必須具備如下圖所示的五種內部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構造功能。其中“主功能”是實現系統“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統提供動力、讓系統得以運轉的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行控制，使系統正常運轉，實施“目的功能”。而“構造功能”則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／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(產品)可以分解成一系列要素或子系統構成，那么怎樣使各要素或子系統之間順利地進行物質、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之間的聯系條件。從系統外部看，機電一體化系統的輸入／輸出是與人、自然及其他系統之間的接口；從系統內部看，機電一體化系統是由許多接口將系統構成要素的輸入／輸出聯系為一體的系統。從這一觀點出發，系統的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統之間的接口性能就成為綜合系統性能好壞的決定性因素。機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統，其構成要素或子系統之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統設計歸根結底就是“接口設計”。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、調整的功能。

1.2機電一體化系統的相關關鍵技術

①機械技術：機電一體化的機械產品與傳統的機械產品的區別在于：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。在設計和制造機械系統時除了考慮靜態、動態剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結構及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術：傳感檢測技術的內容，一是研究如何將各種被測量轉換為與之成比例的電量；二是研究對轉換的電信號的加工處理。機電一體化系統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：信息處理的發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、專家系統技術、神經網絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。④自動控制技術：機電一體化系統中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優控制、自適應控制以及模糊控制、神經網絡控制等。⑤伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅動系統主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統總體技術：機電一體化系統是一個技術綜合體，它利用系統總體技術將各有關技術協調配合、綜合運用而達到整體系統的最佳化。

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機械工程不僅僅是工業領域有關，其與醫學的發展也存在著密切的聯系，醫院中的各類醫學設備都屬機械工程的范疇，所以在機械工程中應用機電一體化具有一定程度上的必要性。具體的說，傳統機械工程受到應用條件的限制，無論是在工作質量方面還是在工作效率方面都無法滿足現實需求，不利于醫學等行業的發展，而機電一體化作為機械工程當中的主要控制系統，其存在著多種先進的技術，能提升機械工程的工作效率，保證機械工程的工作質量，同時還可以節省成本，避免資源的浪費。據此，本文對機電一體化系統在機械工程中的實際應用問題進行分析，希望能夠為機電一體化在現實中的發展打下堅實的基礎。

1機電一體化的概念

想要對整體問題進行分析，就必須要在一定程度上對機電一體化的概念進行明確。所謂機電一體化主要就是科學技術與機械工程結合的機械知識體系，作為一門具備創新意義的新興學科，機電一體化不僅僅包括著電子信息技術，還具備數據應用功能，能夠為機械工程未來的發展打下堅實的基礎。在國家經濟持續發展的背景下，機電一體化也成為了提升機械工程工作效率的重要手段，由此可見，機電一體化的實踐價值較為明顯，通過機械系統與微電子系統的相互融合，能實現對機械進行控制的目的，以軟件控制機械，這一技術也適合在醫學等領域中進行應用。以上所述，基本就是機電一體化的概念。

2機電一體化系統在機械工程中的實際應用研究

2．1機電一體化系統中控制技術在機械工程中的實際應用

在機電一體化系統中存在控制技術，在沒有對控制技術進行應用時，需要依靠相關的工作人員對工程的控制點進行判斷，不僅效率較低，同時也無法達到應用的精度，為了對這個問題進行解決，進一步的完善機電一體化系統，相關人士根據具體的工程特點對控制技術進行了完善，使其具備了自動化的特征，較好的解放了人力，提升了效率，無論是在效率控制的相關問題上還是在速度控制的問題上，技術的具體應用精度都得到了提高。控制技術具備自動化特征，與機電一體化技術的關系十分密切，想要提升機電一體化技術的效果就必須要對控制技術進行應用，而從目前的實踐應用情況來看，雖然控制技術已經得到了完善，但仍然還存在著一些問題需要解決，所以相關人士應持續優化控制技術，充分發揮機電一體化系統的價值，詮釋機電一體化系統的作用，保證整體系統都具備自動化的特征，更好的提升控制機械的效率［1］。例如目前一些三甲醫院已經開始通過自動化機械為患者送藥，說明機電一體化系統中的控制技術水平正在不斷的提升。

2．2機電一體化系統中信息處理技術在機械工程中的實際應用

在機電一體化系統中存在信息處理技術，這也是機電一體化系統中最具應用難度的技術類別之一，目前在對信息處理技術進行應用的過程中還存在著一些問題，需要專業人士對其進行不斷的研究，提升機電一體化系統的應用效率。除此之外，在機電一體化系統當中最關鍵的技術基本就是信息處理，該技術還存在著很大的發展潛力，不僅僅會影響到機電一體化系統對數據進行分析的效果，還決定著機電一體化系統對信息進行處理的效率，尤其是在機械工作當中，信息處理技術決定著機電一體化系統的具體表現。所以，相關人士應在對機電一體化系統進行應用的過程中充分重視信息處理技術，減少一切的干擾因素，避免外界因素對其穩定性進行影響，另外還應該注意信息處理過程中的一些細節，針對其應用特點對使用標準進行確定，及時處理相關故障。

2．3機電一體化系統中檢測傳感技術在機械工程中的實際應用

在機電一體化系統中存在檢測傳感技術，檢測傳感技術的重要性相比較于信息處理技術雖然較為遜色，但仍然需要在機械工程當中進行合理應用，檢測傳感技術的靈敏度較高，精度較強，想要對其進行應用具有一定難度，由于機電一體化系統中存在著很多的傳感器，所以檢測傳感技術能夠通過傳感器實現人類感受器官的相關功能，通過對該技術進行應用，不僅僅可在各個方面發揮作用，同時也具備著全面的功能，可解決機電一體化系統應用過程中存在的問題，進一步發揮機電一體化系統的作用，豐富機電一體化系統的功能［2］。機電一體化系統中的傳感技術對質量的要求較高，所以相關人員也需要對機電一體化系統進行完善，確保其應用效果在現實情況中能夠持續提升。

3機電一體化系統在機械工程中的未來應用方向

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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。

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1 機電一體化概述

日本企業界在1970年左右最早提出“機電一體化技術”這一概念，它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結合在一起構成的一個新詞，取名為“Mechatronics”，意思是機械技術和電子技術的有機結合，機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術，目前正向光機電一體化技術方向發展，應用范圍愈來愈廣泛。

2 機電一體化的發展現狀

機電一體化的發展總共經歷了3個階段。上世紀60年代以前是機電一體化發展第一階段（初級階段）。這個時期，人們主要利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。第二個階段是上世紀70-80年代（快速發展階段）。這一時期計算機技術、控制技術、通信技術都得到了快速發展，為后來的機電一體化發展奠定了技術基礎。而大規模、超大規模集成電路與微型計算機的迅猛發展，則為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。第三階段則是上世紀90年代后期至今，這一階段機電一體化技術開始向智能化方向邁進，進入深入發展時期。此時光學、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。我國則是從上世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。

3 機電一體化技術的應用

（一）機床數控領域

機電一體化在數控機床領域的發展已經有40年的歷史，在技術領域有了進一步的提高，無論是在結構上功能上還是在操作上都發展的比較完善。類型具有總線式、模塊化、緊湊型的結構，在開放性設計中，這種設計硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性的，可以大大提高用戶的使用效益和智能化的。在機電一體化的系統研究中分出多級的網絡，這樣能使復雜加工系統的作業能力的運行。

（二）計算機集成制造系統的領域及工業機器人

計算機系統的組合不是分散的子系統的組合，它是由全局的實踐總結出最優的系統的組合，它需要各個部門加強溝通，圍繞制造展開工作。當產品的集成度越高，就能夠使各個生產要素間的配置更加合理和完善。工業機器人首先出現的是不夠靈活的半機器人，它根據示范的動作進行重復的運動，在工作中，不會考慮工作環境和作業對象的變化。而現代的機器人，里面裝有不同的傳感元件，機器人可以作業環境和對象做出簡單的信息判斷，并能做出簡單的分析。這是機電一體化發展的新成果，也是其發展的前景所在。

4 機電一體化技術的發展方向分析

機電一體化是機械工業發展的進步的表現，近年來，機電一體化在國內外都有了全新的發展，并且廣泛的被人們用于各個行業，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。進入21世紀機電一體化技術將向以下幾個方向發展。

（一）機電一體化發展的智能化、數字化趨勢

首先機電一體化發展的智能化趨勢。機電一體化的發展打破了傳統機械自動化或者半自動化的局面，實現了智能化，這也是今后機電一體化的重要發展方向。嵌入式智能控制的算法運用，使機電一體化的產品發展為智能化，是模擬人腦的人工智能的產品，它可以根據系統的設置來做出判斷以及決策，可以取代人們的部分腦力勞動。其次機電一體化發展的數字化趨勢。奠定機電產品數字化的基礎是微控制器及其發展（如不斷發展的數控機床和機器人）；而計算機網絡的迅速崛起則為數字化設計與制造鋪平了道路（如虛擬設計、計算機集成制造等）；數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

（二）機電一體化發展的網絡化趨勢

網絡技術在20世紀90年代異軍突起，其興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育以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，利用家庭網絡將各種家用電器連接成計算機為中心的計算機集成家電系統（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朝著網絡化方向發展。

（三）機電一體化發展的微型化、模塊化趨勢

首先機電一體化將向微型化方向發展。機電一體化產品生產的廠家很多，但是如果統一開發標準機械、電氣、動力等方面的機電一體化產品并不是一件容易的事情，制定統一的標準，才能使各部件、單元匹配成功。機電一體化的生產商也可以根據自己產品的需要或者國外最新的產品的模型來進行創新，更新換代自己的產品，并不斷地擴大生產規模，使機電一體化的發展走向正規化和統一化。其次機電一體化將向微型化方向發展。在20世紀80年代末機電一體化向微型機器和微觀領域發展。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t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。

（四）機電一體化發展的綠色化、系統化趨勢