机电一体化前景分析范文

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关键词：机电一体化技术；应用；发展趋势

各种产品和装置因为机电一体化技术的发展，也完成了机电一体化，从而达到了自身的整体优化，也有利于产品质量和生产效率的提高，并缩短了新产品生产开发的准备周期，使其由科技成果快速向商品转化，从而深刻变革了传统产业。又由于新产品研发的需要以及发展高精密设备的需要，所以未来的机电一体化技术、产品及其系统必然会向着智能化、系统化、高性能、微型化、轻量化的方向迈进，并最终为国家带来创造巨大的经济和社会效益。

一、机电一体化的特点分析

机电一体化是一门新兴的边缘性的技术学科，它是由机械、电子技术及计算机科学等多个学科互相结合渗透而形成并发展起来的，而机电一体化产品则是运用最新的微电子、计算机技术以机械产品为基础研发出来的新产品。在工程领域对各类技术实践应用后，再加以借鉴与整合就创造出了现在的机电一体化技术，所以说它是在机械、微电子、自动控制、计算机和信息处理、伺服驱动、电力电子等技术以及系统的总体技术的基础上形成的一项高新技术。如下特点是机电一体化产品普遍具有的：具有可以自动监视、诊断、报警、保护的功能；具有自动处理和控制信息的功能，可以通过自动控制系统确保机械的操作者按照设计要求精确地完成预先设定好的程序，以使其不会依靠主观思想来行动，从而保证良好的工作质量和完美的产品合格率，而机械控制的灵敏度和检测的精确度及范围也获得了提高；采用复合技术、复合功能，这脱离了原来传统机电产品单技术、单功能的局限，很大程度上提高了产品的功能水平及自动化的程度；利用程序控制和数字显示技术，减少了操作的按钮和手柄的数目，使操作变得更为简单方便；在不同的应用领域和场合，其具有可以自动控制、自动补偿、调节、自动校验、保护及智能化等功能，从而能够迅速的满足不同用户的不同需求；具体的安装调试过程中，可根据不同用户对象的需要、实际参数的变化等来相应的改变控制程序以使其适应变化的工作方式。

二、机电一体化技术的应用分析

经过多年发展，机电一体化技术在操控精度、功能以及构造等方面的应用效果非常明显。比如，在构造方面，应用总线和CPU的体系结构，实现结构的模块化、构造紧凑型和总线式。在功能方面，采取开放性的设计，并采用WOP技术，实现数控机床智能化，加上大容量储存器、单片机组成的控制机以及单板机的应用，大大提高了数控机床技术的精度，为产品生产提供了技术支持。CIMS是指计算机制造和集成系统，加强机电一体化技术在CIMS中的应用，实现全局动态的综合化和最优化，突破传统部门间的界限，保证控制信息流和物流的畅通，将产品开发、生产准备、经营决策及经营管理等有机结合，提升企业的集成度，优化配置各生产要素，从而充分发挥机电一体化技术在各要素配置中的作用。FMS是指柔性制造系统，该系统主要是由料盘、计算机、数控机床、自动搬运小车、机器人以及自动化仓库等部分构成，根据装配的实际需求，能随机按量生产任何工件，该系统主要适用于批量小、品种多、需要频繁更改的零散构件的生产。加强机电一体化技术在FMS中的应用，有助于提高生产效率和质量。机电一体化技术在工业机器人中的应用主要经历了三个阶段，第一阶段，工业机器人按照规定重复某一动作，对对象变更及作业环境的应变力比较差；第二阶段，工业机器人拥有较为先进的传感元件，能处理和获取对象的一般信息以及作业环境相关情况，反馈信息，并控制动作方式，该阶段的工业机器人已经具备低水平的职能，实现了实用化。第三阶段，工业机器人逐渐向智能化方向发展，能获得感知。并能运行较为复杂的逻辑思维，做出科学准确的决策和判断，特别是具备较强的行动独立性和环境适应性。

三、机电一体化技术发展前景及趋势

第一，高性能化。随着科技和经济的发展，对机电一体化技术的要求更加严格，为了顺应时代的发展，新一代的机电一体化技术对效率、速度、可靠度以及精度的要求非常高。因此，实现机电一体化技术在高效率、高速度、高可靠度、高精度、高性能化是未来发展的重要趋势第二，微型化。微型化主要是指机电一体化技术逐渐朝着微型领域或微型机器方向发展，源于人们对先进技术微型化的追求。微型机电一体化的产品在信息、医疗以及军事等方面有着巨大的优势，具体表现是产品耗能低、体积小、运动灵活，能完成常人无法完成的任务。第三，智能化。智能化是机电一体化技术的重要发展方向之一，人工智能已引起社会各界的广泛关注，智能化包括悼鼗床智能化和机器人智能化。智能化是针对机器行为而言，以控制理论为指导，吸收各种新方法、新思维，模拟人类智能，提高推理判断、逻辑思维及自我决策的能力，提高了控制目标。目前，机电一体化产品还很难具备与人同样的智能，但可以利用高效率、高性能的微处理器，实现机电一体化产品的高级智能或人类部分智能。第四，网络化。随着网络技术的不断发展，市场竞争环境发生巨大的变化，从而为网络技术和机电一体化技术的融合创造了有利条件。随着网络的普及，涌现出各种远程控制技术和监视技术，远程控制终端设备实际是一种机电一体化产品。另外，由于局域网技术和现场总线技术的应用，家用电器逐渐朝着网络化方向发展，利用以计算机为中心的集成用电器系统，人们不出门就能享受各种高科技带来的便利。因此，网络化是机电一体化技术发展的重要方向。

四、结语

综上所述，就机电一体化技术的应用及发展趋势进行探讨具有十分重要的意义，我们在认清机电一体化技术概念的同时还应加大对其的推广、应用和研发力度，大力发展市场经济，以不断推进社会主义事业的可持续发展。

参考文献：

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关键词 机电技术；机电一体化；现状；发展

中图分类号TH-39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）67-0039-02

1 机电一体化概述

1.1 机电一体化的定义

所谓机电一体化就是指通过将微电子技术应用在机械的主功能、动力功能、信息功能以及控制功能等其他功能模块上，并利用相关软件将电子装置与机械装置有机整合在一起所构成的系统的总称。从机电一体化的定义可以看出，机电一体化技术并不是机械与电子简单的叠加，而是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的应用技术。因此，机电一体化涵盖“技术”和“产品”两个方面的内容。

1.2 机电一体化的关键技术

机电一体化的关键技术主要包括信息处理技术、精密机械技术、自动控制技术、检测与传感器技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等几个方面的关键技术，以下将分别给予详细的说明。

1.2.1 信息处理技术

所谓的信息处理技术就是指在生产基于机电技术的相关产品的过程中，对与产品生产过程相关的各种参数和状态以及自动控制有关的信息所进行的处理。

1.2.2 精密机械技术

精密机械技术作为实现大多数机电产品的核心和基础技术，它是实现大多数机电产品的相关功能和构造功能的重要前提和首要的技术支撑。

1.2.3 自动控制技术

自动控制技术主要包括精度较高的速度控制、定位控制、自适应控制以及补偿和校正等技术。而且随着自动控制技术的不断发展以及功能的不断增强，基于自动控制技术产品的质量在获得不断的提高。

1.2.4 检测与传感器技术

检测与传感器技术主要用于实现各种基于机电技术产品运行时的相关参数、工作状态以及其他相关信息的接受以及参数和相关信息准确度的检测，通过检测以后，将其接受的信息传送给处理装置，然后由处理装置来实现产品运行过程的自动控制。

1.2.5 伺服驱动技术

伺服驱动技术主要是基于机电技术产品的驱动装置设计中的核心技术，它作为驱动设备执行操作的重要支撑技术，在很大程度上决定了基于机电一体化技术的产品质量。

1.2.6 系统总体技术

系统总体技术是用系统的观点和方法，从整体目标出发，将基于机电技术产品的总体功能划分为若干个各功能模块，然后结合各个功能模块的实际情况，找出能够有效解决各个功能模块实际需求的可行技术方案，再把相应的技术方案进行汇总，从而设计出合理的功能技术方案。

2 机电一体化的发展现状

2.1 国外机电一体化的发展现状

2.1.1 绝大多数的制造业领域都有机电一体化产品

在工业比较发达的国家，机电一体化产品遍及绝大多数的制造业领域，其中数控机床和工业智能机器人是这些国家的主要机电一体化产品，其中的数控机床在机床领域中所占的比重越来越大，而工业智能机器人也将逐步进入管理、办公、家庭和娱乐等各个领域，具有非常广阔的发展前景。

在数控机床方面，目前数控机床的定位精度已由一般的0.01mm~0.02mm提高到0.008mm左右，亚微米级机床达到0.0005mm左右，纳米级机床达到0.005μm ~0.01μm，最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已有产品。

在工业机器人方面，目前日本的工业机器人生产量占全世界工业机器人的70%左右，与工业机器人相关的专利则有90%以上掌握在日本企业手中。由此也可以看出，日本是名副其实的机器人王国。 美国、德国分别居二、三位。

2.1.2 机电一体化开始逐步向集成化的方向发展

CIMS，即计算机集成制造系统，它突破了原有制造业各部门之间的界限，实现了工业制造企业生产准备、产品开发、经营决策等各个环节的有效整合，在计算机集成制造系统的作用下，当前的世界制造业开始逐步向集成化的方向发展。

2.1.3 激光技术在机电一体化中的应用

激光技术在机电一体化中的应用，将使光机电一体化成为机电一体化技术重要的发展方向。

2.1.4 微细加工技术发展迅速

当前微机电技术及其产业的高速发展，将带动微细加工技术的兴起。

2.2 国内机电一体化的发展现状

2.2.1 数控技术方面

我国对数控技术的研究起始于1985年，经过这些年的发展，我国目前已经基本掌握了数控技术的核心技术，相关的数控技术产品也越来越多的出现在工业产品市场中。

2.2.2 工业机器人方面

我国对工业机器人的研究开始于1986年，目前，已经掌握了机器人的软件编程、控制系统以及操作机的设计制造等技术，并开发出了能够进行水下作业施工的多种工业机器人。

2.2.3 计算机集成制造系统方面

经过近些年的潜心研究，我国在计算机集成制造系统方面已经有了较快发展。其中，已经在包括清华大学在内的多数著名高校内建成了国家CIMS技术实验室、工程研究中心以及相关的CIMS培训中心。

3 机电一体化的未来发展

3.1 智能化

智能化的机电一体化产品是指具有一定的逻辑思维、判断推理和自主决策能力的机电一体化产品，由于可以智能化的机电一体化产品对人类的智能进行模拟，所以，一些智能化的机电一体化产品就可以替代人的部分脑力劳动。

3.2 微型化

当前微型化的机电一体化产品的几何尺寸一般不会大于1cm3，而且微型化的机电一体化产品在不断的向微米级和纳米级的方向发展。目前，国外已经能够在实验室中制造出亚微米级的机械元件。

3.3 模块化

从各方面来看，机电一体化产品的一个重要发展趋势就是实现模块化生产，这样一来，企业就可以可利用标准的模块化单元迅速开发生产机电一体化产品，进而将大大提高企业的生产效率。

3.4 网络化

计算机网络通信技术的快速发展促使其不断朝着网络化的方向发展。其中，随着网络的不断普及，基于网络的各种机电一体化产品，如远程控制和监视技术等如雨后春笋般不断涌现出来。

3.5 绿色化

根据时代的发展需求，绿色化将成为机电一体化的必然发展趋势，其目标是在机电一体化产品的整个生命周期中，要保证产品对生态环境造成的危害最小，而获得的资源利用率却最高。

4 结论

机电一体化是很多学科相互发展和相互促进的结果，随着科学技术的不断发展和进步，机电一体化相关技术所融合的技术将越来越广泛，而以机械和微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术将成为机电一体化的必然发展趋势，机电一体化的发展前景非常广阔。

参考文献

[l]钱忠梅.机电一体化技术的发展现状研究[J]行业前沿，2010(5).

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自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,"机电一体化"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意.

(一)"机电一体化"的发展历程

1.数控机床的问世,写下了"机电一体化"历史的第一页;

2.微电子技术为"机电一体化''带来勃勃生机;

3.可编程序控制器、"电力电子"等的发展为"机电一体化"提供了坚强基础;

4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使"机电一体化"跃上新台阶.(二)"机电一体化"发展趋势

1.光机电一体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋势.

2.自律分配系统化——柔性化.未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”,有较强的“柔性”,能较好地应付突发事件,被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中,各个子系统是相互独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有本身的“自律性”,可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息,在总的前提下,具体“行动”是可以改变的。这样,既明显地增加了系统的适应能力(柔性),又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

3.全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显,智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外,其系统的层次结构,也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

4.“生物一软件”化—仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定,但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物:当控制系统(大脑)停止工作时,生物便“死亡”,而当控制系统(大脑)工作时,生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”,而生物的特点是硬 件(肌体)——软件(大脑)一体,不可分割。看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋,但有一段漫长的道路要走。

5.微型机电化——微型化。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时,就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”,机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。

三、典型的机电一体化产品

机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有:数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有:电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。

  四、北京发展“机电一体化”而临的形势和任务

机电一体化工作主要包括两个层次:一是用微电子技术改造传统产业,其目的是节能、节材,提高工效,提高产品质量,把传统工业的技术进步提高一步;二是开发自动化、数字化、智能化机电产品,促进产品的更新换代。

前者是面上的工作,普及工作;后者是提高工作,深层次工作。

(一)北京“机电一体化”工作面临的形势

1.北京用微电子技术改造传统工业的工作量大而广,有难度

(1)在700余家北京市属工业系统的企业中,有60%以上的企业用微电子技术改造机床设备、工业窑炉、风机电泵、生产过程的任务还未完成需要量的一半。

(2)北京工业系统还有2000余台机床设备亟需用微电子技术进行改造;在已改造的近6500台机床设备中,大约有15%需进一步改造。

(3)北京工业系统尚有近250座工业炉窑亟需用电子信息技术进行改造;且610座已改造过的工业炉窑也很有进一步应用模糊技术进行二次改造的必要。

(4)北京工业系统CAD应用还有较大差距。目前,北京工业品设计,CAD应用率仅17%(而美、日等国已超过85%;国内先进地区也超过了30%);CAD的覆盖率才达到11%(而全国CAD应用工程领导小组指出,“八五”期间大中型企业要达到35%,中小型骨干企业要达到15%—20%;到“九五”时,按国务委员宋健的要求,基本上要甩掉绘图板)。

(5)北京工业系统共有改造价值的各种风机电泵装机容量50万千瓦,尚49万多千瓦用变调速技术进行改造的任务,占总任务量的99.5%左右。

(6)工业是全市能源消耗大户。1992年,北京工业系统占全市能耗总量的59.5%。而北京是一个能源严重缺乏的城市,1992年北京工业系统万元产值能耗折合标煤为2.47吨,比上海的1.57吨高57%,比天津的2.15吨高14%,比先进的工业化国家高近9倍。因此,北京工业系统节能降耗的任务非常重,而电力电子技术是节能降耗的王牌。

2.北京用机电一体化技术加速产品更新换代,提高市场占有率的呼声高,有压力。北京市的工业产品大约有3万种,每年约开发试制新产品3000种,更新周期很长。由于更新换代速度跟不上市场变化的需要,影响了北京工业产品的竞争能力。

1993年,北京市工业系统生产的机电一体化产品约837种,在当年生产的产品品种总数中仅占7.8%左右。其中:机械局系统主要产品约1200种,机电一体化产品不到150种机电一体化产品所占比例仅4%强;仪器仪表总公司系统主要产品350种,机电一体化产品210种,机电一体化产品所占比例为60%;轻工系统主要产品总数为649种,机电一体化、智能化产品15种,机电一体化、智能化产品所占比例约2.3%;汽车工业总公司系统平均每辆汽车的总成本为3.5万元,每辆汽车平均装用电子产品的费用约300元,不是总成本的1%;与国外约28%的先进水平相差甚远;与国内先进水平相差一半左右。

3.北京用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、扰民产品的责任重,有意义。在北京工业系统中,能耗、耗水大户,对环境污染严重的企业还占相当大的比重,且不少地处城区和近郊区。近年来北京的工业结构、产品结构虽然几经调整,但由于多种原因,成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题,有企业的“故土难离”“死守故业”问题,但不可否认也有优化不出理想的产业,优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前,这就是发展机电一体化,开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低,且具有柔性,可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整

、改革,而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时,可为传统的机械工业注入新鲜血液,带来新的活力,把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来,实现文明生产。 另外,从市场需求的角度看,由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长,差距较大,许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求,每年进口量都比较大,因此亟需发展。

(二)北京“机电一体化”工作的任务

北京在机电一体化方面的任务可以概括为两句话:一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业;另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品,促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为北京产业结构和产品结构调整作贡献。

1.北京应用机电一体化技术改造传统产业的工作重点

(1)大力采用模糊技术,工业炉窑改造应上新台阶

国内外成功的范例表明,应用模糊技术改造工业炉窑比单纯用计算机和PID技术好的多。因此,我们建议今后北京在改造工业炉窑时要大力推广应用模糊技术,到2000年,对应该进行改造但尚未改造的近250座工业炉窑要用模糊 技术等先进电子信息技术改造完毕,其中采用模糊技术改造要在80%。

(2)积极采用数控技术,机床高备改造要达新水平

对机床设备的改造重点应放在经济型数控系统的推广应用上。根据需要和可能,到1995年,北京应该改造的机床设备(8420台)的改造率要达80%以上,到本世纪末要改造完毕。

(3)努力推广变频调速技术,风机电泵改造要攀新高度

风机、电泵采用变频调速后一般可节电20%以上,效果十分显着。因此,在今后几乎,北京要把交流变频调速技术的推广应用作为重点来抓。到1995年,应该采用变频调速技术改造的风机、电泵要改造完60%;到本世纪末,北京的风机、电泵和其它调速电机要普遍;采用先进的变频调速技术。

(4)优先应用CAD/CAM技术,工业设计水平提高要有新目标

北京工业产品更新换代慢,设计工作跟不上需求变化是重要原因之一。目前,北京工业系统CAD的应用率为17%,CAD的覆盖率为11%,到1995年应分别达到20%和15%,本世纪末,要力争分别达到55%和45%。

2.北京机电一体化产品开发的奋斗目标

(1)总体目标:到1995年全市的机电一体化产品数应不少于800种,2000年,应不少于2000种,机电产品的机电一体化率分别达到25%和60%。

(2)单项目标:

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自电子技术一问世，电子技术与机械技术的结合就开始了，只是出现了半导体集成电路，尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后，“机电一体化”技术之后有了明显进展，引起了人们的广泛注意。

（一）“机电一体化”的发展历程

1.数控机床的问世，写下了“机电一体化”历史的第一页；

2.微电子技术为“机电一体化''带来勃勃生机；

3.可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础；

4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。

二“机电一体化”发展趋势

1.光机电一体化。一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。

2.自律分配系统化——柔性化。未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

3.全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

4.“生物一软件”化—仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”，而生物的特点是硬 件（肌体）——软件（大脑）一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。

5.微型机电化——微型化。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。

三、典型的机电一体化产品

机电一体化产品分系统（整机）和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。

四、北京发展“机电一体化”而临的形势和任务

机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其目的是节能、节材，提高工效，提高产品质量，把传统工业的技术进步提高一步；二是开发自动化、数字化、智能化机电产品，促进产品的更新换代。

前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深层次工作。

（一）北京“机电一体化”工作面临的形势

1.北京用微电子技术改造传统工业的工作量大而广

（1）在700余家北京市属工业系统的企业中，有60%以上的企业用微电子技术改造机床设备、工业窑炉、风机电泵、生产过程的任务还未完成需要量的一半。

（2）北京工业系统还有2000余台机床设备亟需用微电子技术进行改造；在已改造的近6500台机床设备中，大约有15%需进一步改造。

（3）北京工业系统尚有近250座工业炉窑亟需用电子信息技术进行改造；且610座已改造过的工业炉窑也很有进一步应用模糊技术进行二次改造的必要。

（4）北京工业系统CAD应用还有较大差距。目前，北京工业品设计，CAD应用率仅17%（而美、日等国已超过85%；国内先进地区也超过了30%）；CAD的覆盖率才达到11%（而全国CAD应用工程领导小组指出，“八五”期间大中型企业要达到35%，中小型骨干企业要达到15%—20%；到“九五”时，按国务委员宋健的要求，基本上要甩掉绘图板）。

（5）北京工业系统共有改造价值的各种风机电泵装机容量50万千瓦，尚49万多千瓦用变调速技术进行改造的任务，占总任务量的99.5%左右。

（6）工业是全市能源消耗大户。1992年，北京工业系统占全市能耗总量的59.5%.而北京是一个能源严重缺乏的城市，1992年北京工业系统万元产值能耗折合标煤为2.47吨，比上海的1.57吨高57%，比天津的2.15吨高14%，比先进的工业化国家高近9倍。因此，北京工业系统节能降耗的任务非常重，而电力电子技术是节能降耗的王牌。

2.北京用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。北京市的工业产品大约有3万种，每年约开发试制新产品3000种，更新周期很长。由于更新换代速度跟不上市场变化的需要，影响了北京工业产品的竞争能力。

1993年，北京市工业系统生产的机电一体化产品约837种，在当年生产的产品品种总数中仅占7.8%左右。其中：机械局系统主要产品约1200种，机电一体化产品不到150种机电一体化产品所占比例仅4%强；仪器仪表总公司系统主要产品350种，机电一体化产品210种，机电一体化产品所占比例为60%；轻工系统主要产品总数为649种，机电一体化、智能化产品15种，机电一体化、智能化产品所占比例约2.3%；汽车工业总公司系统平均每辆汽车的总成本为3.5万元，每辆汽车平均装用电子产品的费用约300元，不是总成本的1%；与国外约28%的先进水平相差甚远；与国内先进水平相差一半左右。

3.北京用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在北京工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重，且不少地处城区和近郊区。近年来北京的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。

另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。

（二）北京“机电一体化”工作的任务

北京在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为北京产业结构和产品结构调整作贡献。

1.北京应用机电一体化技术改造传统产业的工作重点

（1）大力采用模糊技术，工业炉窑改造应上新台阶

国内外成功的范例表明，应用模糊技术改造工业炉窑比单纯用计算机和PID技术好的多。因此，我们建议今后北京在改造工业炉窑时要大力推广应用模糊技术，到2000年，对应该进行改造但尚未改造的近250座工业炉窑要用模糊 技术等先进电子信息技术改造完毕，其中采用模糊技术改造要在80%.

（2）积极采用数控技术，机床高备改造要达新水平

对机床设备的改造重点应放在经济型数控系统的推广应用上。根据需要和可能，到1995年，北京应该改造的机床设备（8420台）的改造率要达80%以上，到本世纪末要改造完毕。

（3）努力推广变频调速技术，风机电泵改造要攀新高度

风机、电泵采用变频调速后一般可节电20%以上，效果十分显著。因此，在今后几乎，北京要把交流变频调速技术的推广应用作为重点来抓。到1995年，应该采用变频调速技术改造的风机、电泵要改造完60%；到本世纪末，北京的风机、电泵和其它调速电机要普遍；采用先进的变频调速技术。

（4）优先应用CAD／CAM技术，工业设计水平提高要有新目标

北京工业产品更新换代慢，设计工作跟不上需求变化是重要原因之一。目前，北京工业系统CAD的应用率为17%，CAD的覆盖率为11%，到1995年应分别达到20%和15%，本世纪末，要力争分别达到55%和45%.

2.北京机电一体化产品开发的奋斗目标

（1）总体目标：到1995年全市的机电一体化产品数应不少于800种，2000年，应不少于2000种，机电产品的机电一体化率分别达到25%和60%.

（2）单项目标：

机床数控化率：1995年，产量数控化率达5%，产值数控化率达16%；2000年，分别达12%和40%.

汽车电子化程度：1995年，平均每辆汽车上装用和电子产品的费用不少于1000元，在整车成本中所占比例不低于3%；到2000年分别不少于3000元，不低于8%.

PLC的开发生产能力：“八五”期间，开发能力要稳居全国首位：“九五”北京要成为全国主要的PLC生产基地之一。

“电力电子”开发生产能力：“八五”期间掌握第二代电力电子器件的批量生产技术和第三代电力电子器件的开发技术。“九五”期间第三代电力电子器件的生产要形成经济批量。在电力电子产品应用方面，“八五”期间，开关电源、高频电源、逆变电源要成为拳头产品；交流变频调速装置要达到批量生产程度；高频电子镇流器要能出口创汇：“九五”，北京要形成一个具有电力电子器件、电力电子装置研制、生产、开发、推广综合配套能力的高新技术产业。

模糊控制器的开发生产能力：“八五”要把北京建成全国模糊技术控制器的开发生产基地，开发出用于工业炉窑改造，压力、温度、流量控制的模糊技术控制系统典型产品来；交逐步将模糊技术应用于家用电器中。1995年，空调器、洗衣机、电冰箱、吸尘器、电风扇等家用电器产品模糊控制器的普及率要分别达到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世纪末，北京家用电器模糊技术普及率要达到50%以上。

其它机电一体化产品的开发生产能力：微机控制多色印刷机要稳居全国第一；电子医疗仪器的开发、生产争取在“八五”有较大突破，“九五”在品种和产量上全国领先；在“八五”期间，以30万千瓦汽轮发电机组为代表的发电设备要形成综合配套能力，打出规模效益来；数字化、智能化仪器仪表，自动化装置要上品种、上批量……

总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启北京机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。如果北京完成好上面所建议的“机电一体化”发展两方面的目标，那么，到本世纪末，北京就会形成一个销售额超过200亿元的机电一体化产业。其中，数控机床、机电一体化印刷系统、新型电子医疗设备和数字化智能化仪器仪表等机电一体化装备销售额可超过150亿元：“电力电子”的销售额可超过20亿元；PLC模糊控制器等销售额可超过15亿元；汽车电子化、自动化智能化轻工民用电器产品销售额可超过25亿元。机电一体化产业不仅是北京高新技术产业的主力军，也是机电行业停工、待产、明亏、潜亏企业的出路所在。

五、北京发展“机电一体化”的对策

（一）加强统筹安排，协调发展计划

目前，北京地区从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套发展策略和计是。同时，市政府各有关委、办、局（总公司）也有不少相应的发展计划与规划。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益，市政府各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的问题，全市缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，建议市政府责成有关机构在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出北京统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车！

（二）强化行业管理，发挥“协会”作用

目前，北京“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难哆的。因此，北京有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。

“协会”要进一步扩大领导机构——理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制；指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关项目的发标、招标工作……

（三）优化发展环境、增大支持力度

优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到北京投资发展“机电一体化”产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。

增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。

在经济政策上，要多给机电一体化科研攻关课题、开发应用项目利用科技专项基金和科技三项费用的机会；银行发设贷款要多向机电一体化技术改进、生产合资和机电一体化产业规模化建设项目上倾斜；成立“机电一体化”发展基金，支持机电一体化生产发展等。

（四）突出发展重点，兼顾“两个层次”

机电一体化产业复盖面非常广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍 ，有所为，有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子（计算机）装置，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品起码正做到机电一体化。

我们认为，北京“机电一体化”发展，当务之急，重中之重是：

抓紧开发生产GTO、GTR、VDMOS等新型电力电子器件及其应用装置——交流变频调速器、逆变焊机、高频电子镇流器等，用电力电子技术进行的节能、节材为主要目的的技术改造；

抓紧推广应用经济型数控系统，改造机床设备；开发生产低、中档数控系统；

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关键词：机械设计；机械制造；技术探讨

中图分类号：TD402文献标识码： A

前言：在机械工程当中，机械设计是指机械设计人员按照机械原理对机器的结构、运动方式、能力以及力的传递方式进行设计，对不同的零部件进行组织构思。在进行设计时，可以对制造的需要进行满足，以此为依据来设计方案。

1、 机械设计与机械制造的背景

就在1969年美国的《机械设计概论》杂志主刊上已登载了机电一体化这一概念。随后，机电一体化进行了持续的拓展。英国机械制造工程师会所在1986年为现代化机械论述了这样的定义：现代化机械是“根据计算机讯息网络调控的，用以实现包含机械动力、运转和能量流动等动力学任务的机械或机电零部件互相联系的体系”。它和前面所提到的机电一体化是相同的，所以能说现代化机械自然是指机电一体化体系。20世纪80年代国际机械和单位理念联合协会进行了如下的定义：机电一体化是精密机械系统、电子调控和体系思想在机械设计和机械制造流程中的协作融合。所以又能说机电一体化根本上是在机械设计和机械制造与其自动化基础上的拓展。把以往的机械设计制造与现代的机械自动化实施了对比，显示出具有自动化的特性是现代化机械和以往的机械在性能上的根本区别。机械自动化在所有行业的运用和拓展，表现出机械自动化的优势和功效。就是功能多样化、高效率节奏、高度可信率、节约材料、节约资源，持续完善人们生产生活的多元化需要。

2、 机械设计的技术分析

2.1 机械设计的初期计划设计分析

机械设计要进行初期的计划设计，其在工作方面和计算机软件的设计需求析比较类似，在设计之前要对机器设计的要求进行调查和分析，在分析要求的过程中，对机器应该具备的功能也要进行掌握。以此作为机械设计的基础，然后在设计以及制造过程中要对相应的约束条件进行规定。

2.2 机械设计的设计方案分析

在机械设计中，方案设计是关键的部分，方案也是设计的灵魂，其决定着设计的成败。在设计阶段，会遇到很多的问题，主要要面对的问题就是实际和理论之间的矛盾。方案设计不仅仅要符合机器本身的性能，同时，在功能方面也要进

行满足。在方案设计方面，对检验人员对机器开发、认识以及创新方面都要进行重视。在设计阶段，主要的步骤可以简单概括为对工作原理进行定义、对机器结构进行确定、对机器运动方式进行设计、对零部件的选取与设计进行判断、对制图进行设计以及对初步设计进行调查。

2.3 机械设计的主要技术设计分析

机械设计中，对技术层面的要求最为严格，在这个阶段要对设计图纸进行校对，同时，要对图纸进行计算，对设计总图和部分草图要进行对比和核对分析。在机械设计方面对每个部分都要进行设计，设计时要进行非常严格的核对，不能出现疏漏的情况，同时，在校对方面也要保证质量。对要进行产品生产的机械，在设计时，要根据产品进行定型设计。

2.4 机械设计的技术发展趋势分析

2.4.1 针对现代机械产品的机械设计

现代机械产品对机械设计提出了更高的要求，因此，在进行机械设计时，在技术层面一定要不断的进行改善。机械产品设计要更加具有智能化特点，主要的方式就是利用现代化设计手段，在设计过程中应用设计软件和虚拟的设计技术，对产品设计进行虚拟化，同时，利用多媒体技术对产品的性能、结构进行模拟演示，以达到更好的设计效果。在机械设计方面要更加的系统化，机械设计

中包含着很多的部件，这些部件要有机的结合在一起才能形成整体的设计，同时，要具有一定的层次性，在经过系统设计以后才能实现机械产品的设计目标。最后是要具有模块化特点，这种理念在设计方面比较简单，但是，要保证机械设计功能实现模块组合，在产品方案设计过程中进行实现。机械产品设计要具有特性，要根据所生产的产品特性来进行机械设计，在这个过程中要利用计算机对产品进

行构建，同时，进行必要的推理，最终形成方案设计。

2.4.2 现代机械设计的未来发展与前景分析

机械产品在性能方面要更加的优良，因此，在进行机械设计过程中要以提高产品的性能为目标，其中机械产品的优良性主要体现在可靠性技术以及控制技术方面。机械设计要更加适合市场发展，在激烈的市场竞争中能够获得发展空间，产品在形成以后要能够在市场中进行拓展。同时，在经济环境不断变化的情况下，要不断开发新技术，这样能够在机械设计方面应用新技术。新技术要具备一定的竞争优势，主要体现在技术方面的创新，成本方面的降低，智能化设计等。应用新技术来提高机械设计的市场竞争能力，对企业未来在机械设计方面，节能环保理念也要进行体现，近年来，人们对环境保护越来越重视，在机械设计过程中，绿色设计成为了主要发展方向。机械设计产品以智能化和绿色化为基础，在对能源进行利用时，能够利用机械设计技术实现能源的利用最大化，对实现资源的循环利用更加有帮助。

3、机械制造的技术分析

3.1 机械制造技术的特点分析

机械制造技术要符合当代技术发展要求，在机械设计方面要更加具备当代的特点。传统的机械设计在应用过程中出现了越来越不能满足现代机械产品需求的情况，虽然其在制造技术方面在不断的更新，同时，使用的设备也在不断的更换，但是，在原有基础上要不断的更新技术，对技术进行利用，作为其发展的基础。

市场经济不断发展过程中，机械制造技术要做到能够适应经济的发展。工业发展过程中对各方面都提出了新的要求，近年来，工业发展速度非常快，而且在不断的融入新的技术体系。工业生产过程中对计算机技术以及信息技术进行了很好的融合，为了更好的提高生产效率，应该对机械制造技术进行革新。提高生产效率满足客户的需要，能够提高市场占有率。机械制造技术在技术范围上要进行扩大，同时，在生产加工方面要不断的发展。

3.2我国机械制造技术的现状以及发展方向分析

机械制造的管理。计算机管理制度对于机械制造业而言，是一种未来发展的方向。组织体制与生产模式的更新发展，营造出最新的 JIT、AM、LP 以及 CE 等管理理念。在我国，这种管理机制还是比较匮乏的，只有很少的机械制造企业进行这样的管理。因此，我国应该加强机械制造的管理机制。机械制造的设计。工业发达国家都会采用设计方法，并且不断更新设计数据。尤其是计算机辅助软件的应用-CAD 技术的应用，让更多企业开始了无图纸的机械制造。然而，在我国，则缺乏这种计算机软件技术，或者是这样的技术应用并不广泛。因此，在这一技术层面上，我国需要努力与发展。机械制造的工艺分析。机械制造以高精度、高精细加工作为其发展的趋势。最新的技术，如微型加工、纳米加工技术、激光加工技术、电磁加工技术等等。这些技术都属于高端的加工技术，在工业发达的国家，这些技术应用较为广泛。

4、结束语

综上所述，由于现代化机械自动化在设计和制造上具备多功能性、高品质、高可信率、低能源消耗的优势，因此机械设计与制造都是环绕机械自动化来施行的。机电一体化的拓展就是机械自动化的拓展。所有设计师必需清楚地意识到机械设计制造唯有朝机械自动化设计制造的前景拓展，才可能是机械工业拓展中独辟蹊径的出路。

参考文献：

[1]张义臣. 现代机械设计与机械制造的相关技术分析[J]. 科技创业家,2014,08.

[2]关晓铮. 机械设计与机械制造的技术探讨[J]. 企业技术开发,2014,08.

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关键词：探究；机械制造；自动化发展

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.239

0 引言

随着科学技术的快速发展，当今机械制造技术也已经逐步向自动化方向发展，机械制造自动化相对于传统的机械制造技术，有着高效、节能、功能多样、高质量产品等诸多优点，能够更好的满足当前社会快速发展的需求。机械制造自动化是将自动化技术应用到机械制造中，然后通过计算机编程等技术对机械制造进行自动化生产。自动化是在没有人操作的情况下自动进行的，受到了越来越多人的喜爱与广泛使用。

1 机械制造与自动化控制

自动化控制是指没有人为因素干扰的情况下，通过设定程序，从而自动完成相应的工作，实现相应的功能。机械制造过程中使用自动化技术，可以很大的提高资源的利用效率，确保机械制造的质量和安全，同时由于自动化可以实现大规模的集中管理与控制，所以管理时间大大缩小，管理效率大大提高。自动化实际上是借助于计算机网络技术来实现的，计算机网络可以把机械制造统一联系起来，形成一个总的网络，从而实现资源共享，十分有利于查找原因以及解决问题。

2 机械制造与自动化的特点

（1）高效性。机械制造自动化与传统的机械制造技术相比，最大的优势就在于自动化技术的加入，它能够把计算机电子技术、自动化控制技术等技术交叠在一起，从而使得机械制造更加的智能化和高效化，促进机械制造的进步。

（2）高质量。机械制造自动化使得功能更加丰富完善，还可以确保产品的质量，一旦机械制造自动化的质量得到保障，就可以很好的确保人们安全，满足人们对于机械制造的要求标准。

（3）不断优化。机械制造过程中引入自动化技术可以使得机械制造的产品得到不断优化，产品功能更加完善，产品质量得到更好的保障。机械制造自动化技术更加的成熟，满足不同需求，受到越来越多人的喜爱和应用。

3 机械制造与自动化的应用意义及其作用

3.1 自动化技术能够很好的提高机械制造的生产能力和质量

机械制造过程中引入自动化技术能够很好的提高机械制造的生产能力和质量，由于机械制造自动化产品大部分就能够实现自动控制和自动处理功能，为此，通过这些自动化产品可以很好的实现机械制造的精确控制，从而保证机械制造不受外界因素的干扰，从而实现精确控制，保证工作质量。除此以外，由于机械制造自动化可以通过对软件进行调整来满足人们对于不同产品的需求，为此，可以很好的适合于多种类产品的生产，能够大大缩短生产周期，满足人们需求。

3.2 机械制造与自动化控制技术能够实现对机械制造的全方位监控

传统的机械制造技术需要人来进行实时检测与监控，既费事又费力，效率也不是很高，如果引入自动化技术就可以解决这种问题，因为自动化技术本身就比较省时省力，可以通过计算机网络技术来对机械制造实现全方位监控，这样有利于及时的找出问题所在，从而及时的进行解决。由于机械制造自动化具有实时监控的功能，为此，能够提前监控到危险情况，最大程度的减少人员损失以及设备的损坏，确保机械制造的安全高效进行。

4 机械制造与自动化技术的应用前景分析

4.1 结合实际发展机械制造自动化技术

机械制造自动化技术应该与实际相结合，应该以企业的生产和发展技术为导向来发展，以便给企业带来良好的经济效益。机械制造生产过程中，对整个工艺流程都具有一定的操控规范和要求，它们直接影响着产品的质量和数量，为此，一定要确保加工的稳定性，确保机械制造自动化能够良好进行。在实际生产加工中，也已经得到了广泛应用，具有良好的发展前景。

4.2 机械制造自动化用于调试与维修

机械制造与自动化还十分方便调试与维修，因为它能够根据用户的不同需求进行不同的设定，从而确保机械制造的高效性、安全性和精确性。现代自动化技术应该不断的进行完善，不断研制全新的自动化技术，从实际出发进行推广和应用，只有这样，才能在解决实际问题的基础上给社会带来更多的经济效益。

4.3 机械制造自动化要不断的完善基础理论研究

现代自动化技术在不断的发展，机械制造自动化应该不断的完善理论研究，要从电子学、电子计算机技术等方面广泛进行深入研究，以便能够研制出高效、安全、可靠的自动化技术，满足更多方面技术的需求。发展机械制造自动化技术就是要扎扎实实的做好基础工作和实际推广应用工作，以便自动化技术能够更好的用于解决实际问题，帮助到更多的人们。

5 结束语

本文通过对机械制造与自动化的概念、特点、应用意义、应用现状以及应用前景出发进行了分析，得出了：在科学技术快速发展的今天，自动化技术的引入可以大大提高资源利用率，解放人力，提高效率。机械制造自动化也可以逐渐向着机电一体化、智能化、模块化、网络化的方向发展，为此，机械制造自动化技术一定要充分结合生产实际情况发展机械制造自动化技术，实现投资少、效益高的自动化技术，从而满足社会的发展。

参考文献：

[1]刘超.我国机械设计制造及其自动化发展方向研究[J].河南科技， 2013（3X）：105.

[2]蒋锋.我国机械设计制造及其自动化发展方向研究[J].科技致富向导，2013（15）：205.

[3]陈志红，强丽慧，陆帅.我国机械设计制造及其自动化发展方向研究[J].黑龙江科技信息，2013（27）：225.

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关键词：数控技术；机械加工；现状分析

中图分类号：F407文献标识码： A

近年来，我国的机械工业在不断地发展，机械加工技术也得到相当大的改善。数控技术能够促进机械加工技术的改革，提高机械加工的质量和加工效率。除此之外，数控技术也在不同领域被广泛使用，有助于加强加工技术的管理与控制。

1.数控技术的含义

数控技术的具体含义可分为宏观和微观两个方面。就宏观角度而言，数控技术是指运用数字控制技术提高机械加工的效率和精准性，使机械加工技术更好地发展；就微观角度而言，数控技术是指将传统技术与自身特有的技术相结合，换而言之，将网络信息技术、光电技术等与自动化技术相结合，采用数字控制技术，保障机械加工的质量，在工作方式和机械加工概念进行改革，使机械加工精度和效率更高。总之，数控加工技术在企业中扮演着重要的角色，有助于提高加工的效率和质量。

2.数控技术的运用情况

制造业是每个国家产业发展的重要支柱，能够反映一个国家的经济发展水平，体现一个国家的实力状况。世界各国为了提高综合国力，加强研发各项技术，以促进制造业发展。在我国，数控加工技术已运用到机械加工产业的各个领域。在科技全球化的过程中，数控技术的引用能够促进机械工业的发展，为机械加工制造业的改革提供技术保障。随着数控技术的不断引进和发展，不同的领域的人员都能较好地利用数控加工技术改善自己的产业发展状况，促进各个领域的不断扩大，特别是与国计民生相关的领域。近年来，数控技术是人们一直关注的重点，对数控技术的研究和探讨已经达到白热化状态。

2.1数控技术在工业机器人中的运用

工业机器人是指能够模仿人类的动作，在输入编程后可以自动按照要求完成基本动作的自动化设备。比如按照预定的运动方案完成物件搬运或抓取。在生产过程中，工业机器人可以提高生产效率，保证生产质量，并能够减少人工劳动力，工业机器人本质上依然是工业设备，不仅可以代替人类完成简单的工作，而且能够在人类无法工作的太空环境或深水环境中完成任务。

2.2数控技术在机床中的运用

数控技术的运用能够实现机床的机电一体化，将原有的生产技术与机电一体化加工技术相结合， 即数控机床，主要包括车床主体系统、数字控制系统、伺服驱动系统。车床主体系统能够自动完成机械加工过程中的切削工作，与传统机床相比，数控机床具有更好的稳定性和抗振性，能够更好地适应生产工艺。数字控制系统负责逻辑运算部分，由数据处理器、控制器、输入输出设备等部分构成，能够自动处理分析故障。伺服驱动系统是数控技术的核心，能够快速地自动侍候服务。伺服驱动系统是由计算机控制，具有较好地系统稳定性和控制精确性。与传统技术相比，数控机床的能高效、高质的完成机加工，有效地保障了产品的质量，并且为企业创造更高的效益。

2.3数控技术在汽车制造业中的运用

数控技术是促进汽车制造业发展的重要保障，有利于完善汽车零件加工技术。利用数控技术的虚拟技术、柔性技术与集成技术能够完成复杂的汽车零件加工技术，提高生产效率。数控技术在汽车制造业的运用主要是指利用高速的加工机床和高速的汽车零件加工技术，提高汽车零件生产率，保障汽车的机械加工质量，从而使企业获得可观的经济效益。

3.数控技术的特点

3.1网络化、开放化、智能化的数控技术

随着科技技术的发展，数控技术的发展目标就是以智能化、开发化和网络化为中心，全面改善数控技术在机械加工中的运用状况。智能化是指数控技术具有智能系统，在多个方面实现自动化，包括前馈控制、识别负载、编写程序等。另外，智能化数控能够对机械加工进行实时监控，同时也能够提高驱动能力。开放化是指数控技术向各个产业开放，使每个产业能够在必要时使用到数控技术，提高生产效率，增加社会效益。网络化是指利用互联网来控制数控系统，提高数控技术的准确性。

3.2高速、高精准的数控技术

质量、效率是数控技术的主体，数控技术需在机械加工中做到高速、精准。除此之外，高速、高精准的数控技术能够缩短产品生产周期，从而提高市场竞争力。为了能够使数控技术在机械加工中更好运用，数控技术的装备一直处于改进状态。

4.对数控技术的战略思考

数控技术的发展必须以市场需求作为导向，促进整个数控业的发展。改善数控系统的关键是解决数控部件的生产规模和可靠性的问题。只有扩大规模才能提高产品的可靠性，只有扩大规模才能在竞争激烈的时代生产出高质量低价格的产品，只有扩大规模才能使数控装备得到更好的发展。

4.1思考战略

数控技术产业发展需考虑的首要因素是国家的安全性，具体可分为国防安全和社会安全两个方面。首先，从国防安全方面来看，大多数西方国家主要生产高精尖的国防产品，并且将其作为战略物质，对我国采取禁运和限制措施。发展数控技术产业，提高机械加工水平，制造高精尖的国防产品，才能保证国防安全，其次，从社会安全方面来看，机械加工业能够提供众多的就业机会，数控技术的发展更能够改善人民生活质量，提高生活水平，维护社会稳定。

4.2发展策略的制定

数控技术的改革应该以我国的基本国情作为出发点，将提高我国机械加工水平和产业化水平作为目标，将市场需求作为发展导向，运用系统性的方法进行发展。在研究内容上，选用21世纪初的核心发展技术和支撑技术，实现机械加工业的跨越式发展。在装备研发上，要生产高精尖的装备，按照国家意志，解决国家的当务之急，强调技术的研发与用户的状况时刻紧密结合。在技术方面，要注重创新，自主研发具有独特性的产品和技术，实现数控业、装备制造业的可持续发展。

5.数控技术在机械加工中的重要性

随着科学技术的发展和经济水平的提高，计算机技术的发展和数控技术的运用，有效地促进了机械加工行业的发展。数控技术是高新技术发展的重要支柱。数控技术能够实现高新技术成果的产业化，将研发成果从理论转变为实际产品，为市场和高新技术之间建立了桥梁，促进国民经济的发展。除此之外，数控技术也是实现我国国防现代化的基础。数控技术能够使国防设备向先进化方向发展。传统的制造国防设备技术无法实现大规模的生产，而数控加工技术能够解决这一弊端，实现国防设备的高效批量化生产。数控技术不仅能提高国防设备的质量，更能增加国防装备的威力，改善性能。

结束语：

数控技术能够解决传统机械加工方法的弊端，在机械加工行业中得到广泛运用。数控技术具有高效性、准确性、智能性等特点，减少机械加工过程中的失误，能够促进机械加工行业的发展。同时，数控技术具有数字化功能，能够实时控制加工制造的过程，使机械加工设备更加规范化和系统化。

参考文献：

[1] 刘思默.机械数控的技术应用实施与探讨[J].数字技术与应用.2011(12).

[2] 冉振旺.数控技术在机械加工中的应用与发展前景分析[ J ] .科技资讯. 2 0 1 1( 2 6 ) .

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关键词：无人机；快递；导航

1 无人机简述

1.1 基本概述

无人机（UAV），也叫空中机器人。它通过机身传感器获得飞机飞行状况，并且在自动或半自动的飞控系统控制飞行任务。其具有价格低廉和替代人操作而省时省力的功能，在现代社会得到了广泛推广。广泛的需求、极高的效率和电子、新能源以及软件技术的快速发展，促使无人机在飞控与通信导航技术方面获得长足进步，先进的机载设备大大扩展了无人机的使用范围。随着技术和市场的日趋完善，以及其具有轻量化、便携式、造价低等特点小型无人机在近年其在交通运输以及城市中“最后两公里”的快递运送中发挥着重要作用。

1.2 无人机分类

无人机根据其机翼可分为固定翼无人机与旋翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机；按其翼展和航程可分为大型机、中型机、小型机和微型机；旋翼无人机可分为单旋翼、三旋翼、四翼无人机、六翼无人机等；按其飞行高度可分为超低空无人机（0～100m），低空无人机（100～1000m），中空无人机（1000～7000m），高空无人机（7000～18000m）。

1.3 无人机的应用

无人机主要用于军事领域的侦查、攻击等，但是近年来无人机也被广泛应用于民间，尤其是多旋翼无人机由于其机动性强、噪音小、便于起降等优点被广泛的用于电线架设、喷洒农药、影视拍摄等方面。

2 无人机投放快递优势与前景分析

2.1 无人机投送快递的优势

（1）快速：无人机投送最大的优势就是快速。当今中国城市发展迅速且协调性较差，再加上汽车走进了千家万户，造成严重的城市拥堵，尤其在早晚高峰外卖快递等更多时候被堵在拥挤的道路上，而城市上空的空间却未被有效利用，例如送快递、送快餐等可以在空中进行，不用占用城市道路。

（2）价格低廉：有人或许担心无人机投送这种高科技装备其运送成本过高的问题，一般人是否用得起。所使用进行投送的无人机其主要能源为电力，其运输成本大概在两毛至三毛五分钱，按其任务半径为十公里计算其运送一个件大概为两块至三块五毛钱。相对于越来越高的运输称成本其优势越来越明显。

（3）方便：无人机投送快递不会受到地形的限制，效率极高尤其对于复杂地形条件其优势明显

2.2 无人机投放快递前景

2015年我国快递业务量超过了200亿，居全球首位，有相关机构预测未来我国每天的快递单数将达3亿个，在农村偏远地区有时快递员开着车可能只是为了送一个包裹，这种普通的快递派送方式浪费资源效率低下，同时随着我国经济发展快递行业的运营成本也将节节攀升，此时需要技术来解决运营陈本问题。与此同时，随着科技的进步我国也出现了许多著名的无人机生产厂商，无人机也逐渐运用到了生活中的各个领域。若将无人机与中国的快递行业相结合其前景无不可限量。

3 无人机载重的探讨

3.1 用于投送快递的无人机类型

用于进行快递投送的无人机因在城市中穿梭起降，需采用旋翼式无人机。一般单旋翼无人电能转化为势能效率较高，但稳定性较差；而旋翼越多的无人机效率较低，具体机型结合具体情况确定。其中在各行各业四旋翼无人机使用较为广泛，体现在以下几个方面：（1）旋翼尺寸小，且不需要专口的反扭矩奖，飞行安全性高，特别适合在近地面环境中；（2）巧结构紧凑，动力装置效率高，有效载荷大；（3）结构对称，制造和控制简单，拆卸方便，易于维护，成本低，安全性好；（4）四旋翼飞行器的设计和研制是集诸多衣术成果于一体的综合科学技术问题，涵盖了结构设计、动力与能源、控制与导航、通信技术、微机电技术和传感器技术等专业技术领域，因此可作为一个优秀的交叉学科科研实验平台[2]。

3.2 旋翼无人机的飞行原理

用于快递投放的无人机为旋翼无人机，其飞行原理与直升机相同，为了能够模拟桨叶的绕流，叶素理论将桨叶划分为有限个微小段（称为叶素），然后计算每一个叶素上的气动力，最后沿径向求和得到桨叶上的总气动力[1]。电机通电带动旋翼旋转产生向上的升力，当升力大于整套无人机系统的重力时，无人机加速上升，两者相同时无人机悬停或者匀速飞行，升力小于无人机重力时无人机下降。改变旋翼的姿态来调整飞行动作，比如转弯等。

3.3 无人机载荷

一个普通包裹一般在10公斤以内，可满足基本的包裹需求。无人机的起飞重量时无人机能否被用于派送的关键。无人机的起飞重量减去无人机自身各个零部件的重量，就得出了无人机的载货量。无人机的输出功率和旋翼的大小决定了起飞重量的大小，表中给出的是江斌[3]，吴江等[4]设计试验四旋翼无人机的单个旋翼设计参数。

由表1中数据，当某快递质量较小时可选用功率与旋翼较小的无人机，在满足要求的情况下，尽量减小能耗。当选用两对9英寸正反桨时、功率为60w时总升力达1600g，载重达800g，可满足小件的派送，当选用29英寸×9.5英寸、输出功率为2840w时旋翼的总升力为38010g，空机重量为13670g，其载重可达24340g可满足绝大多数快递重量要求。

4 无人机投送快递信息技术预想

未来可以成立一个类似于阿里巴巴的独立于买家与卖家的第三方机构，为卖家提供无人机送货以及各种相关的信息化服务，卖家可以购买或者租赁我方的无人机，由商家接单，将买家的地址信息发送过来，由我方录入系统，传送至飞行控制板，然后无人机起飞在卖家载货后飞往买家，买家在线签收，返回执行下此任务或返回基站降落于自动化的传送带送至检修中心进行检修对电池进行充电，准备下次任务。

5 无人机投放系统的基本组成情况讨论

无人机投放系统其主要包括自动化的地面基站、无人机和用户组成。

5.1 地面基站控制中心

地面控制中心是整套系统的大脑，不断的接收来自整个城市的客户信息，并进行分类汇总，它相当于现代铁路网中的火车站，民航客机的控制塔台和航天指挥中心等。各架无人机的各种飞行参数包括所载的经度、维度、高度、距离指挥中心的距离、电池剩余电量、本次任务的目的地是否给此无人机下次安排任务等各种信息均储存于地面基站。

5.2 无人机

无人机系统包括：能源系统、引擎、旋翼、GPS信号接收模块、超声波测距模块、飞行控制主板、货箱等。

能源系统：为了减轻无人机把自身的重量，可以采用锂聚合物电池。其能源系统可分为两部分，一是较高电压（根据其载重选择电源的电压）为引擎提供电源可以为一整块大容量电池也可以为若干块电源的串联。二是电压较低的电源为电调系统、飞行控制板等定位装置，超声波测距装置提供直流工作电源。

引擎：引擎为无人机的心脏，选择时既要考虑引擎与能源的匹配还要考虑引擎的功率与自身的重量，可以选择无刷直流电动机。无刷直流电机是集交流电机和直流电机优点于一体的机电一体化产品。无刷直流电机以其出力大、效率高、体积小和可靠性高等显著优点，已经广泛应用于航模和无人机领域[5]。

旋翼：无人机在加速上升阶段或载重较大时旋翼转速较大，旋翼在飞行时转速可达近万转/分，需要承受较大的弯曲应力和剪切应力。而碳纤维复合材料在这方面具有独特的优点[6]，其具有形变小、阻力小、重量较轻的优点。同时需注意无人机飞行时由于旋翼转速较高，机翼的些微的不平衡将会造成机身的剧烈震动影响飞行安全。所以必须保证旋翼的各个扇片面积，厚度质量等完全相等。当检测出某个扇片重量较轻时可以在此扇片上粘上若干层胶带以平衡其不足。

GPS信号接收模块：无人机接收到目的地信息后，系统为其设计航线，在航线上设有若干个航点无人机需要GPS信号进行导航 使无人机由一个航点飞向下一个航点。同时无人机不断向地面基地发送无人机的基本状态，包括航向、经纬度、高度电池的续航能力，地面控制中心能充分了解每架无人机的实时信息。

超声波测距模块：无人机主要飞行于市区的上空，市区中较高的建筑以及到达目的地时有可能撞上建筑物。未解决这一问题，可在机身较为暴露的位置加装超声波测距模块，当无人机与建筑物距离较近时向飞行控制主板发送相应的信号对相应的航路进行微调或者降低在相应水平方向上的距离以避免无人机发生碰撞事故。

飞行控制主板：飞行控制主板是无人机的大脑，超声波测距模块和GPS信号接收模块接收到的来自地面基站、用户以及自身的飞行数据等各种信息汇聚于此进行分析处理，同时做出相应的飞行调整。

无人机运货箱：无人机运货箱相当于大货车的车厢，用于盛放快件物品。其具有以下优点。（1）材质质地较轻，无人机本身动力有限，尽量降低自身的重量。（2）具有相应的硬度，需防止货箱在空中解体或者掉落等情况发生。（3）具有相对较大的体积，有时可能快递本省重量不大，而体积较大，需要具有较大的体积。（4）耐用，由于货箱长期暴露于空气中，有时可能淋雨生锈等。另外，在货箱的底部四个角各加装一个弹簧以尽量减小无人机降落时的震动，防止对机体内各个零件的损害。

5.3 用户

用户系统可以是一个客户收货的小“邮箱”，可以设置在用户的窗户上或者阳台上其内置相应的信号发出装置，可以将用户的地理坐标直接发送至地面基站的控制中心和无人机以便于航线的设计和让无人机精确的找到客户。无人机将快件送至用户后无人机将悬停于阳台或者窗台，用户从货箱取回快件后无人机飞走。

综上，现有硬件系统可以满足相应的技术要求。

6 外界对无人机送快递的几点担忧

（1）无人机在城市上空穿梭有可能撞上城市中的高楼大厦或者将来无人机数量较多时也有可能出现无人机之间发生碰撞。这种担心有一定的根据，但是是多余，无人机飞行的高度较高避开了大多数较矮的建筑物同时上文我们曾提到无人机系统上加装有超声波测距装置，在其距离建筑物较近时会自主改变航道（只是较小的改变）远离建筑物以及其他无人机。初创公司 Skyward 正在研发无人机交通控制系统，这套系统使数千无人机在城市上空飞行而不会互相碰撞。Skyward 正在跟 FAA 和全球三大无人机制造商（大疆、3D Robotics、Parrot）合作以证明大量的无人机可以在拥挤空域安全地共存[7]。

（2）有些不法分子可能对无人机进行“劫机越货”。无人机只有在起降时距离地面较近，其余均远离建筑物和地面，所担心的不法分子进行劫机的情况不会发生。

（3）国内 2009 年相关部门下发的《民用无人机空中交通管理办法》并未涉及商业应用的相关内容[8]。也就是说有关无人机飞行的立法还是空白，但是随着经济与科技的发展，无人机的使用会更加普遍，市场会更加繁荣，这势必会促使有关部门加速制定相关标准。据了解，以中国航空器 拥有者及驾驶者协会（AOPA）为代表的组织，正在推动无人机行业的飞行标准，以及合规化。

7 在小型无人机使用中目前需解决的问题

（1）无人机在相对恶劣的天气条件下难以保证安全。小型无人机重量较轻，在大风和强降雨条件下可能会被吹翻，或者雨水的冲击可能发生坠毁事故。

（2）无人机系统结构较为简单，安全难以保障，在飞行途中可能出现坠机事件，砸伤行人毁坏快件。所有的航空设备都要面对这一问题，对于这一问题的解决各个研发单位都在优化无人机的飞行程序，积累更多的飞行数据。

8 结束语

随着市场，技术的完善，无人机送快递，虽然还存在一些问题，但不可否认在不久的将来必将普及。

参考文献

[1]岳基隆.四旋翼无人机自适应控制方法研究[D].长沙：国防科学技术大学，2010.

[2]杨广杰.四旋翼无人飞行器飞行控制系统设计[D].西安：西安电子科技大学，2013.

[3]江斌.小型四旋翼低空无人飞行综合设计[D].杭州：浙江大学，2013.

[4]吴江，周国庆，王峰.多旋翼电动无人机方案设计研究[C].北京：中国会议，2015：47-49.

[5]何昱.基于无刷电机的航模系统的研究[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[6]刘沛清.空气螺旋桨理论及其应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006：56-59.

篇9

关键词：大学生　教育　创新 教改　思考

2005年以来，我们武汉工业学院机械工程系学生先后参加了“中南六省及港澳地区大学生机械创新设计大赛”和“全国大学生机械创新设计大赛湖北省赛区分赛”等创新竞赛活动，获得各种比赛一等奖3项、二等奖5项、三等奖5项。这说明我校机械设计专业教学水平在湖北省乃至中南地区具有较强的实力，学生的创新意识和动手能力具有一定的竞争力。然而，大赛毕竟只有极少数学生才有机会参与并创造成绩，还有更多的学生无缘大赛，也缺少实践的训练机会。机械设计专业是一个实践性极强的专业，要求学生具备必要的专业理论知识的同时，还要有较强的创新意识和动手能力，才能符合我校培养“能吃苦、能干事、能创业”的三能人才的培养目标，才能更好地满足社会的需要。

纵观我国各工科院校的教学现状，大都存在教学模式单一，教学方法过死，满堂灌、填鸭式；重理论、轻实践；强传统、少创新等状况，这不但束缚了学生的创新意识和创新能力，也不利于人才的培养。清华大学校长认为清华博士生的毕业论文有创新的不足十分之一，中国人民大学校长纪宝成教授认为“大学应教给学生什么？是创新意识、创新思维、创新方法、创新能力。创新应是大学的办学理念，也是一所大学的灵魂。”由此可见培养大学生的创新意识和创新能力，不仅是各界志士仁人的共识，也是当前我国高校教学中的突出缺陷，更是创新社会对创造性人才的呼唤与期待！

作为一所普通的理工科院校，该如何在大学生创新意识的培养上做文章呢？本着先易后难、逐步推进的原则，我们采取开设《机械设计创新方略》选修课的方式，把一些富有创造思维的学生集中起来，从老师中遴选出一些理论功底扎实，实践经验丰富的教师，以讲座的方式，开拓同学们的思维，激活学生的创造灵感，为学生渴求创造的心灵中播下创新的种子，为他们毕业后走向社会提供精神上的推力。

一、创新课程内容的设置

根据工科机械类大学生创新能力培养的要求以及历次创新大赛的比赛要求，我们把课程分为理论授课和实践操作两部分。理论部分的内容主要以启发学生的创新意识和创新思维为目的，通过八位教师从不同的侧面循循善诱、旁敲侧击，让学生充分了解创新的方法及思路，以满足社会对大学生的要求，提高创新能力的知识储备，创新设计方案的策划、制作以及管理知识等。创新课程八个方面的内容包括：①机械创新方法与大学生创新能力体系结构；②创新产品的市场调研与开发；③怎样进行创新产品的方案设计；④工具软件在创新设计中的应用；⑤机械产品机电一体化系统设计的实现；⑥创新产品的制造与组织；⑦创新产品的先进加工方法；⑧创新产品的项目管理与策略。

一方面，八个讲座内容循序渐进，深入浅出，环环相扣，知识联系性强。通过学习，同学们不仅丰富了专业知识，拓展了知识结构，而且学习到了许多平常在课堂上学不到的实践应用知识，比如软件知识、电脑仿真技术、动画模拟、产品的市场调研和前景分析、制作产品的先进加工方法、与人沟通和演讲技巧、团结协作精神等。

另一方面，为了让同学们有动手训练机会，课程设置了十分重要的实践操作部分。理论课程结束后，选修课程的100多名同学以组为单位由八位教师分别负责，带领他们立项、拟题，对同学们的创新能力进行进一步的开发，结合机械工程系“开放性实验室管理办法”、“开放性实验室条件利用规定”和实训工厂等得天独厚的条件，让同学们亲自参与到产品的制作过程中，使他们在实践中学习，在学习中再实践的，有效弥补了学生在知识应用及动手能力上的不足，极大地调动了学生的学习积极性和主动性。

二、课程设置及教学特点

科学设置了内容，还要讲究好的教学方法，才能实现内容与形式的统一，让学生充分感受到创新的氛围。

1.课程采取理论与实践相结合的方式，弥补了工科学生实践环节不够的缺陷。学生既要学习理论知识，又要主动去动脑筋想方案，更要亲自动手，全方位锻炼自己的能力。

2.授课形式新颖，内容丰富生动。改变了以往一个教师讲完一门课的模式，八位教师从八个不同的角度，以讲座的形式，娓娓道来；讲座内容精心挑选，既相对独立又相互联系，既权威性又独创性，真是“八仙过海，各显神通”。这种形式使学生对每一次课都有新的期待，教师展示在学生面前的都是他们最拿手、最有特色的一面，最大限度地吸引了学生的注意力。

3.课程的结业形式简单。课程结束后，不对学生进行传统的书面考试，而是采取让学生以组为单位交一份“作业”，内容是学生自主设计或制作一件设计方案或作品，这样做既减轻了学生要面临期末考试的负担，让学生在轻松的气氛中学习，又启发和调动了学生主动学习的积极性，锻炼他们的动手能力，提高他们的创新意识和创新能力。

4.充分尊重学生的自主权。表现在两个方面：一是在课程结业形式上，二是在学生选择实践环节的指导教师上。采取什么样的方式结业，是考试还是提交作品和方案，我们征求了每一位学生的意见，最后听取了大多数学生的意见；在实践操作环节，我们要求每一位学生都应该有教师指导，由学生选择指导教师，这样，学生可以根据自己的喜好和知识结构来选择教师，也有利于发挥学生的主动性和创造性。

5.训练学生的团队合作精神。从一开始，我们就强调要团结协作，要求学生分组学习：每五位学生为一组，小组成员不受班级和专业的限制，可以是不同的专业，还要求小组成员男女搭配，分工协作。

6.课程结果不是竞赛，胜似竞赛。课程结业时，最后提交的作业是小组集体创作的完整的方案设计书或作品，由课题组八位教师进行评比和打分，评选方式与国家组织的机械创新大赛相同，要求有书面的设计计划书，内容涵盖作品的创新点、设计计算说明书、产品市场定位、开发产品的市场前景等；电脑制作的产品仿真动画图；CAD 制作装配图；三分钟视频讲解；小组答辩，接受教师和专家的提问等等。最后评出一、二、三等奖，再给出创新学分。

三、教学效果

理论课程结束后，我们随机对选修这门课程的120位学生进行了访谈和调查。就学生在上课前后创新意识方面的变化等进行调查，结果如表2：

表2 开设《机械设计创新方略》选修课的调查问卷统计结果

1．作为一个工科机械类大学生，你认为开设这门课程有必要吗？

A.有必要（84.7%）　B.一般（14.2%）　C.没有必要（1.10%）

2．这门课程对培养你的创新能力有帮助吗？

A.有（60.83%）　B.一般（29.2%）　C.没有（1.66%）

3．这种多位教师共同上一门课程的形式好吗？为什么？

很好（92.5%）。汇总后：每位教师展示的都是自己最好的一面，信息量大，总给学生新鲜感，学生每一次上课都很期待。

4．选修这门课程你认望达到了什么效果？

汇总后：启发思维，开阔眼界，更加深入地了解该领域的专业知识，拓展了知识面。

5．开设该课程前后对提高你的创新意识有变化吗？如果有，你感受最深的是什么？

有（90.9%）。汇总后：启发思维，创新意识提高，明确了今后努力的方向

6．请你对这门课程提几个意见和建议。

汇总后：增加课时，部分知识要深入讲解，有机会上机练习；注意各个教师之间讲课的连贯性；希望把课程继续开办下去。

通过对调查问卷的统计，我们对课程的教学效果得出如下分析：

第一，开拓视野，启发思维。课程最大的好处就是启发了学生的创新思维。老师们倾其所有，把自己领域内的最新、最好的知识和成果告诉学生，内容丰富，信息广泛，极大地启发了学生的思维。课程的开设起到了抛砖引玉的效果，帮助学生开启了创新思维的大门。

第二，提高素质，增强能力。课程设置既有理论知识，又有实践环节，通过学习和实践，学生在学习能力、创新设计能力、动手能力、综合设计和制造等实际工作能力、知识运用能力、语言表达能力、组织协调和应变能力、计算机应用水平、主动学习和团结协作精神上，得到极大地帮助和提高。

第三，激发学习动力，增加责任感。通过教师的旁敲侧击和旁征博引，同学们对自己目前所处的位置有了更清晰的了解，包括对社会的责任、就业形势、知识结构、动手能力、综合素质等。对他们增加学习动力、即时调整知识结构有很大的帮助，有效激发了他们刻苦学习、勇攀高峰的决心和信心，综合素质明显提高。

四、几点思考

1.树立创新教育理念，改革现有教学模式势在必行。

我国的教育方式大多是注入式教育，从小学到大学基本如此，应试教育严重。教高〔2007〕1号文件指出，“目前，我国高等教育质量还不能完全适应经济社会发展的需要……，迫切需要进一步转变人才培养模式、教学内容和方法，采取切实有效的措施，进一步深化高等学校教学改革，提高人才培养的能力和水平，更好地满足经济社会发展对高素质创新性人才的需要”。因此，作为引导青年学生成长成才的教育者，我们要始终树立创新教育理念，大力推进教学方法的改革，提倡启发式教学，注重因材施教。利用学生求知欲望强烈、接受新生事物快捷的特点，把学生被动接受知识变成主动的求知者、参与者和探索者，真正致力于“人才培养模式多样化、教学培养方案个性化、教学内容基础化、学生学习主体化、教学手段现代化和教学管理科学化”的实践与建设，把创新教育及其模式研究作为教师的工作职责，引领青年学生大胆地向创新的大道上迈进，做一个符合创新型国家要求的创新型人才。

2.高度重视实践环节，增加实训教学时数，提高学生实践能力。

与国外的工科大学相比，我国大学生理论课程太重，而实践动手环节不够，学生面对教师给出的实际训练课题大多不知所措。教育部日前颁布《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》（教高〔2007〕2号）要求，各高校应通过降低必修课比例、加大选修课比例、减少课堂讲授时数等举措，赋予大学生更多学习自主权。规定理工农医类专业列入教学计划的各实践教学环节累计学分（学时）一般不应少于总学分（学时）的25%。同时，鼓励高校之间跨校选修课程，加强高校之间的学分互认。

3.着力培养和打造一批具有创新精神和创新能力的骨干教师。

俗话说：“名师出高徒”。只有把众多的能够深刻影响莘莘学子的教师的创新精神和创新活力激发起来，高校才能担负起人才培养的重任。我们应成立创新教育团队，制定一系列考核和激励机制，把教师好的创新教学方法和成果纳入对教师的目标考核之中，大力支持和鼓励教师开拓创新教育方案，为创新教育搭建平台。

4.加大投入，营造良好创新环境，让创新教育贯穿到学校教育教学的每一个环节。

创新教育是一个系统工程，创新主体 “人”的积极性调动起来，还要有良好的创新环境。创新教育要做到有计划、有步骤、循序渐进，要加大软硬件投入，包括开设必修课、多方位增开培养学生创新能力的选修课，增加开放性实验室数量、充实和开放实训中心、引进高级技师、配备相应的指导教师、增加实践教学环节课时量；全方位组织科技创新活动，如开展创新课件竞赛、举办创新作品展览、以创新为主题的演讲比赛、辩论赛等创新文化活动等，多方面、宽途径为学生创新教育创造条件，拓展创新教育空间，从上到下营造一种创新氛围和风气，让学生充分感受到创新的活力与魅力，形成良好的创新环境。

另外，重视大学生课外科技活动，充分利用各类学科竞赛，大力支持和鼓励大学生积极参与科技创新活动，充分利用各种渠道为学生的科技创新活动提供方便，这是实践教学环节的延伸，是实现创新能力培养的重要而有效的途径之一。学校出台政策，对培养学生创新意识和创新能力做出成绩的教师予以表彰和奖励，对具有创新思维和创新行动的学生给予支持和肯定，让创新之风充盈校园。

参考文献

周宏军.影响大学生创新能力因素的探讨.中国成人教育，20005(5)