机电一体化的认识范文
时间:2023-08-06 11:26:35
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篇1
【关键词】电子 机械 工业 一体化
Primary understanding to the incorporate machinery and electron
Lu Mingchun
【Abstract】Since the electron technology came out, the combination of the electron technology with the machinery technology has started. Now, the technology, the incorporate machinery and electron has got an obvious development, which has aroused people’ wide attention. It makes the industry production step into the developing period with the “incorporate machinery and electron” as the character from the “machinery electrization”.
【Keywords】Electron Machinery Industry Integration
机电一体化是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的,融合机械工程、电气工程、计算机科学、信息技术等为一体的新兴交叉学科。
其中机械技术是机电一体化的基础,机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应,利用其它高、新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上的变更,满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中,经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术,同时采用人工智能与专家系统等,形成新一代的机械制造技术。
1.机电一体化概述。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2.机电一体化的发展状况。机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:①20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。②20世纪70-80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。③20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头角,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果,但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。
3.机电一体化的发展趋势。机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
3.1 智能化。智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。
3.2 模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。
3.3 网络化。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.4 微型化。微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5 环保化。工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极小,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。
篇2
论文摘要:高职教育培养的是应用性高技能人才,高职院校的教学改革应为学生的学习创造尽可能真实的职业环境,探索适应职业教育要求的教学模式。黑龙江农业工程职业学院汽车检测与维修技术专业骨干专业课程实施模块式教学的改革实践。提供了一个很好的案例。
院汽车检测与维修技术专业为教育部确定的教育教学改革试点专业,从99级开始,全面实施了模块式一体化教学。这种教学模式是以CBE理论为指导,以岗位能力为导向,构建由模块化课程为主体的课程体系,在仿真的职业环境中实施教学。实施过程中注重以学生为中心组织教学.将理论教学和实践教学融为一体,将职业技能证书考核标准和模块教学内容融为一体,突出学生实际动手能力的培养和训练。经过几年的探索与实践,这一改革取得了丰硕成果,就业率一直保持在93%以上,高居学院各专业之首。
一、模块式一体化教学的实施特点
1.模块课程的开发
模块课程的开发主要分为两种形式。
一是几门课整合为模块课程的开发。我们在岗位分析的基础上。把汽车构造、汽车运用、汽车维修3门课程整合为汽车使用技术。打破原有教学体系,把原来三门课程中的有关发动机、底盘和电器的工作原理、构造、使用和维修等内容穿成一条线,重新整合为汽车发动机结构与维修、汽车底盘结构与维修、汽车电器原理与维修3大模块。3大模块分为18个子模块,如汽车发动机结构与维修模块包含发动机拆装、机体零件与曲柄连杆机构构造与维修等6个子模块。每个子模块都包括“五单”,即:学习资料单、技能单、信息单、作业单及评价采用考核单。各环节的教学质量标准明确。在教学方式上,按“五单”要求完成教学任务。每个子模块均采用集中与分组讲授相结合、集体指导和个别训练相结合的方法。最后进行学习评价。
二是单门课重新整合的模块课程学习包的开发。比如。汽车电控系统结构与维修模块、汽车自动变速器结构与维修模块、电喷发动机结构与维修模块等重要专业课,其应用性很强。2004年我们对该类课程也进行了模块式一体化教学改革尝试,首先对汽车检测与维修岗位进行社会调研。分析岗位能力需求,依据需求将课程目标分解成若干项技能,每项技能划分出若干个子技能,每个子技能按照必需够用原则确定知识点,开发出学习资料单、信息单、技能单、作业单、考核单,即模块课程的学习包。教学过程中,采用模块式现场教学,围绕“五单”进行技能训练。
2.采用小班现场教学
模块式一体化教学主要采用现场教学形式,这种形式替代了过去由不同教师、不同部门承担课堂讲授、实验、实习的分离式授课方式。采取边理论边实践一条龙的形式,使理论教学和实践教学有机融合为一体。学生将在仿真的职业环境中进行实践训练,突出了职业教育特色。
教学中,每个班级将分成4个模块学习小组,分别由4位教师授课和指导。上课时向学生发放:“五单”。学生的学习内容分课上和课下两部分。其中。学习资料单介绍学生在每个子模块中应知的专业理论知识。技能单则介绍每个子模块学生应会实践项目的训练要点,以上两单分别作为学生的课堂学习内容;信息单则介绍一些相关的专业拓展知识和新技术,作为课外补充知识;为巩固所学专业理论知识,学生课下应完成每个子模块对应布置的作业单;考核单是用于考核及评价学生对每个子模块理论知识和实践技能掌握情况的考核用试卷库。分为理论和技能两部分可实现教考分离。
3.执行严格的学习评价
模块式一体化教学强调学生自我学习和自我评价。教师是学习过程中的管理者和指导者。学生是学习的主体。学习评价采用“限低不限高”的原则进行。考核内容包括理论知识点考核(30%),实践技能考核(60%)和学习态度考核(1O%)。无论理论考核还是实践考核,均实施教考分离。只有构成模块课程的各子模块的成绩均通过,该模块课程才能通过。不及格的学生需要在教师的指导下重新进行补偿训练,直到考评合格为止。这是模块式一体化教学力图达到100%通过率的目标的具体体现。
4.提高设备利用率
为了增加学生训练的机会,缓解实训用设备的压力,该专业采取“早七晚六”办法授课。即将实施模块式一体化教学的学生分成两个批次,早七点到中午十二点一个批次,下午一点到晚上六点一个批次,这样大大提高了仪器设备的利用率,解决了仪器设备和场所相对不足的问题,也解决了师资相对短缺的问题,使模块式一体化教学顺利推开。
5.采取灵活排课方式
由于知识和技能的连贯性较强。模块式一体化教学采用整周上课的方式进行。因为每门课程的子模块数量不同,每个子模块内容含量又有差别,所以模块式一体化教学无法像正常上课那样学期初完成排课。为此,学院对模块式一体化教学的课程采取单独排课方式,每周排一次课,挑选学院最优秀的教师对模块内容统一进行理论知识讲授,周五下午进行子模块交叉考核,其他时间按小班(模块小组)进行理论教学和实践操作。这种灵活讲课的方式,使优质教育资源得到了最大程度的发挥。
6.以“职业能力训练证据包”为依据核发技能证书
我院是农业部(劳动和社会保障部门认定)特有工种职业技能鉴定第185号站,可以直接实施职业技能鉴定考核。为了进一步加强学生职业技能的培养和训练。提高学生获得“双证书”的比例,真正实现将实践教学与职业资格证书培训接轨,我们将职业资格证书考核标准中的理论考核要点融入模块式一体化教学“信息资料单”中,将技能考核要点融入到“技能考核单”中,并编写了“职业能力训练证据包”,用来记载学生已掌握的技能项目,作为核发高级、中级职业资格证书的证据。教师把考核结果详细记载在学生的“职业能力训练证据包”中,完成项目达到“职业能力训练证据包”内容的90%时,核发汽车维修工、汽车检测工和汽车电器维修工等工种的高级工证书:达到80~,4时,核发相应工种的中级工证书。模块式一体化教学这种以“职业能力训练证据包”为载体,将技能鉴定和技能考核结合起来,突出了实践教学的针对性,避免了重复考核。提高了学生的“双证率”。
7用现代教育技术,将网络辅助教学与模块式一体化教学相结合
为了实现学生自主或协作的学习,借助现代教育技术,汽车检测与维修技术专业教师自主开发了专业教学素材库、课件、网络课程,其中一门为省级精品课程。我们把模块式一体化教学的学习资源挂在校园网上,利用现代教育技术为学生提供大量的信息资源,学生可在网络教学信息资料室上网自主查询,获得与学习相关的学习资料。实践技能训练由教师事先演示的方法改为先让学生观看标准的操作过程录像,然后再进行模仿演练,最后由指导教师辅导纠正,检查学生掌握情况。采用现代教育技术的模块式一体化教学的作业单分为两部分:一部分为自测习题,通过网络课程进行自我测试;一部分为主观习题,学生可通过登录网络教学平台来完成,也可以按普通作业形式提交。
二、实施模块式一体化教学模式的成效
我校模块式一体化教学的改革与实践取得了丰硕成果。模块式教学研究与实践课题研究成果获2004年黑龙江省高校教学研究成果二等奖。本专业近3年的学生入学平均报到率、平均就业率和用人单位满意率均排在各专业前面。
1.教学设施得到了改善
为了更好地完成模块式一体化教学,学院投资购置了大量实验实训设备。如汽车运用与维修技术专业新上汽车综合A级检测线一套,液压实验台及相应教具多台套。购置车辆近20台,举车机4台,教师制作了4台整车教具,组装了20台发动机,还制作了相关的拆装工具和固定支承架等。
2.教师队伍的“双师”水平得到了提高
模块一体化教学区别于传统的教学。对专业教师提出了更高的要求。学院要求教9币系统地、全面地掌握专业实用和前沿知识外,还应具有较强的实践动手能力。通过学院有计划安排及自身努力。本专业的“双师”教师比例已经超过80%。
3.模块教材建设得到了加强
经过几年的实践。我们把“五单”中的前“三单”修订出版为正式的模块教材,还自主开发了《汽车发动机结构与维修》、《汽车底盘结构与维修》、《汽车电器设备原理与维修》等10本特色模块教材。并将纸版教材、网络课件和电子教案三种不同形式的教材组织成立体化教材,极大地丰富了教学内容,提高了学生的学习兴趣。
4.学生的综合素质和实践能力得到明显提高
(1)培养了学生的学习兴趣和主动性。在发动机构造与维修的模块式一体化教学中,以发动机拆装为突破点;在汽车电路原理与维修的模块式一体化教学中。以电路原理及整车电路配线为突破点。课堂讲授内容,学生能看懂。操作中用得到,使学生对学习产生了兴趣.调动了学生学习的积极性。
(2)培养了学生一丝不苟的工作精神。在发动机构造与维修模块式一体化教学中,当学生在前几个子模块学习基本训练达到一定水平后,教师组织学生亲自动手修理发动机,并要求学生在规定的时间完成任务。在修理发动机时,从发动机解体、清洗、鉴定、决策修理项目、提出购件计划、零部件采购、补整、试装、总装、磨合、试车直到竣工交接等,都由学生亲自操作。要求一点不能出错。在这一过程中,教师只起组织和指导作用。由于任务具体,目标明确,学生能认真阅读资料单、技能单,认真查阅有关技术资料。严格执行修理质量标准。经过一系列操作,发动机点火启动,同学们非常高兴。很有成就感,整个教学过程培养了学生一丝不苟的工作精神和团队意识。
篇3
摘要:学习方式的转变是课程改革的显著特征,改变原有的单纯接受式的学习方式,建立和形成旨在充分调动、发挥学生主体性的探究式学习方式,自然成为教学改革的核心任务。
关键词:语文;课程改革;转变;优化;认识
从教育心理学角度讲,学生的学习方式有接受和发现两种。在接受学习中,学习内容是以定论的形式直接呈现出来的,学生是知识的接受者。在发现学习中,学习内容是以问题形式间接呈现出来的,学生是知识的发现者。两种学习方式都有其存在的价值,彼此是相辅相成的关系。但是传统学习方式过分强调接受和掌握,忽略了发现和探究,学生学习成了纯粹被动地接受、记忆的过程。这种学习压抑了学生的兴趣和热情,影响了学生思维和智力的发展。转变学习方式就是要改变这种学习状态,把学习过程中的发现、探究、研究等认识活动凸显出来,使学习过程更多地成为学生发现问题、提出问题、解决问题的过程。强调发现学习、探究学习、研究学习,因此成为本次课程改革的亮点。
语文教改势在必行。那么,语文教学应该如何适应课改精神呢?笔者认为语文教学走向"素质教育",必须实现"三转变二优化一体现
一、关于“三个转变”
1.教师内涵的转变:教书匠教育家。
著名语言学家吕叔湘先生说过:“教学,就是教学生学,主要不是把现成的知识教给学生,而是把学习的方法教给学生。”但在语文实际教学中,人们往往走入单纯“老师教,学生学”的误区。采用“一刀切”“齐步走”大运动量的办法“孜孜乐教”,固守着一套陈旧的教学观念,教师架空分析教材,照本宣科,成了教材的奴隶,为教而教的机器,毫无艺术性可言。这貌似对学生的关心负责,实则是对其身心和智力的极大压抑与摧残,是严重违背教育的初衷的。新形势下的教师,应成为科研型、专家型的教师。他不仅“能”教,而且“会”教;不仅要精通本专业知识,还要了解相关的边缘知识;不仅要钻研新的理论、新的思想,还要善于总结在教育实践中获得的经验与体会,并力求将感性认识上升到理性认识,从而指导自己更好地实践。正如马卡连柯所言:“离开教育理论我是不能工作的。”这一精辟见解,启示我们要认清时代赋予我们的重任,我们应从根本上实现由机器型的教书匠到艺术型的教育家的转变。
2.教学模式的转变:课堂教授型指导策划型。
孔子曾说过:学而不思则罔。古今中外的大学问家都十分强调思考在学习中的作用。在旧的模式下,语文教学大都采用“保姆式”教学方式,其最大的特点就是“不放手”。大到篇章,小到字词,全是老师说了算,“满堂灌,满堂问,一言堂”的局面随处可见。学生毫无独立性可言,只是一个个记忆的机器,它严重束缚了学生的创造性思维。因此在实施素质教育的过程,我们必须打破旧的传统模式,可以让学生自己去掌握材料(包括教参书),省去机械传输所造成的大量时间的耗费。课下自己吃、课上谈味道,课上应该成为学生各种理解碰撞、质疑创新的一方舞台。“随文成形,随课成形”,可以是“启发式”、“自学式”、“讨论式”,也可以是传统的“讲授式”,但完全可以让学生轮流过把“教”瘾,当然准备必须充分,教师指导、集中小组智慧是少不了的。
3.教学思维的转变:机械模仿创造性思维。
作为学习的主体,学生不是被动地机械复制,而是积极地对客观世界能动反映。这就决定了学生的学习应该是一种满足内在需求的主动探索过程,而不是简单地把学生视为加工对象,要注意培养学生的创造性思维与创新意识。授之以渔,把学习知识的规律和方法教给学生,通过学生动脑、动口、动手的方式获得知识。语文教学无非要提高学生的听说读写能力,然而这几种能力的提高,无一不是靠学生自己的反复实践活动。老师要推学生一把,让他们下水自己游,告诉要领,还要随时把握水中情况,以便指导;而学生之间互相纠正与彼此丰富,更有广阔的发展空间。
二、关于吧“两个优化”
1.优化教学实施及反馈体系。一个完整的教学系统一般包括教学实施和反馈两个相互依存的过程,它们都是以学生为主体的。针对这两个过程的不同特征,我们应分别遵循“好生吃得好――中生吃得饱――差生吃得了”和“差生做得了――中生做得好――好生做得巧”的分层次教学原则。应坚决摒弃“大锅饭”式的平均主义,针对不同层面的学生,制订不同的教学目标、教学方法、课堂结构、教学情景,使全体学生人人有压力,个个有动力,激发他们的成就感、自信心;进而激发学生的学习兴趣,老师才能在愉快融洽的气氛中完成自己的教学全过程。
2.优化教学评价体系。在应试教育中,对教学评价的主要依据是升学率的高低,学校评价学生的惟一标准就是分数。于是考试成了老师的指挥棒,分数成了学生的存在价值。这样,人为地加大了师生的双方心理负担,严重违背教育发展规律。因此,在教学评价中应彻底摒弃惟分论、惟升学率论,由看谁的课讲得好,到看谁对学生指导得好;由看谁对问题分析上得透,到看谁的学生学习效率高。这样才能使教学过程得到最优化的过程。
三、关于学生主观能动性的体现
篇4
关键词:机电一体化;问题;改革措施
长期以来机电一体化教学一直承袭着重理论轻实践的教学模式,这给该课程教学实效性的发挥带来了很大的影响,因此,要改变这一现状就要在明确该学科存在问题的基础上加大相关教学措施的研究。
一、机电一体化教学存在的问题
社会主义市场经济的发展,对于技能型人才的需求越来越多,尤其是对机电一体化人才的需求更是与日俱增,社会对这类人才需求的数量不断增加的同时,对机电一体化人才的质量要求也在逐年提升。传统的机电一体化教学的局限性是比较大的,传统的机电一体化的教学模式更多的是重视知识的传授,课程的设置与教学内容都与实际应用相脱节,难以满足机电一体化实践操作教学的需要。而现代的科技发展突飞猛进,现有的机电一体化教学模式难以适应新时期的需要,这样的教学模式急需要改变。在原有教学模式的实施过程中,机电一体化的教学模式存在着许多问题,具体来看,主要有以下几方面的内容:
1.教学模式单一的问题
现行的机电一体化教学模式,依然承袭着传统学科的教学模式,虽然机电一体化教学与数学、物理学科存在着千丝万缕的联系,在教学中也需要大量的知识和文字,还需要许多的原理图,但是,在机电一体化教学中,过分重视知识传授却忽略了该学科的实践特征,这样的教学很难发挥实效,久而久之,也不利于学生学习兴趣的培养,教学模式单一,教学实效性不强。
2.理论与实践对接性不强
从现阶段机电一体化教学的实施情况来看,理论教学虽然落实的较为充分,但是理论教学与实践教学缺乏必要的对接,教学依然以理论教学的实施作为教学的主体,理论教学与实践教学相脱节,学生的理论知识虽然掌握了很多,但是真正运用到实践中的内容却少之又少,这对学生的实践能力造成了很大的影响,不利于实用型人才的培养。
3.课程设置的时间不足
随着教学改革的不断深入,机电一体化课程教学的时间也相应减少了,由于课程实施的时间较少,原本一些预定课程教学内容也相应较少,要掌握课程教学的内容,教师只能够通过大量的理论学习来解决,留给学生实践操作的时间越来越少,难以满足教学的实际需要,同时,由于近些年来的院校扩招,新生的质量也出现了一定程度的下降,课程实施的时间不足也在一定程度上影响到了学生对相关知识的学习。
二、机电一体化教学改革的措施
1.要学会创新教学的思路
要创新机电一体化的教学思路,就要充分认识到机电一体化的本质,客观地来说,机电一体化的本质内涵就是指机械与微电子技术同信息与计算机技术的有机结合,将其统一集中起来成为一个有机的整体,它是一项充满自动化元素的工作过程,创新机电一体化的教学思路,就是要以此为出发点,开展教学思路的创新活动,以具体的教学措施推进机电一体化的教学改革。
2.要重视教学手段的更新
好的教学手段对促进机电一体化教学的有效开展具有重要的作用,相反,教学手段的陈旧、刻板,对教学实施的影响是非常大的。在现实的机电一体化教学实践中,对教学手段的更新缺乏应有的重视。
3.要重视教学环节的优化
现有的机电一体化教学环节,相对来说比较繁琐,难以适应现阶段机电一体化教学的实际需要,因此,优化繁琐的教学环节是提升机电一体化教学效率的一项重要措施。要改进现有的教学环节让教学环节更加优化,促进实践化教学的有效开展,同时也要进行有针对性的单向技能训练,优化单项技能的训练环节,以此促进教学的有效实施。开展机电一体化教学的相关研究对促进该学科课程教学的有效实施具有重要的作用,因此,以机电一体化教学存在的问题与改革措施为视角,对相关的问题展开研究希望能够更好地促进该课程教学效率的提升。
参考文献:
篇5
关键词:机电一体化;计算机控制;传感器
1 机电一体化的概念
人类从使用简单工具到现代的机器发生了巨大的变化。特别是计算机控制技术出现以后,传统机械又有了一个飞跃。
机器应该是机械和电器的合成。传统的机械工程和自动控制工程从专业学习到工程设计应该一体化。目前,关于机电一体化的定义与概念,许多书籍都是根据国外书籍的定义和概念而引用。对于国外的概念基本强调机器人跟数控机床的概念。虽然,机器人和数控机床是机电一体化中具有一定代表性的产品,但绝非是机电一体化的全部内容,机械的内容很多:化工机械、轻工机械、重工机械、纺织机械等。机电一体化强调的是机械产品的自动化和智能化的问题。
2 机电一体化的基础知识
机电一体化涉及的知识还是比较广泛的。在机电一体化设计中常常会涉及到机械做功,液体压力做功等理论力学和材料力学的相关知识。对于机械零件还涉及到机械零件的加工方法一些工艺性问题。尤为重要的是数控加工技术。零件的加工精度、材料的选择都是需要学习的。一些机械零件例如:轴和轴承、齿轮、凸轮、链条、链轮等可以说是机电一体化设备中应用极广泛的一类机械零件。对于零件的学习使是我们应具备的基础。还有自动控制和人工控制的内容,电路电器的基本知识。
3 传感器
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息按一定的规律变换成为电信号或其他所需的形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
传感器大致可分为物理传感器和化学传感器两大类。在机电一体化中起着至关重要的作用。常见的传感器有:压力传感器、位移传感器、位置传感器、温度传感器、湿度传感器、气敏传感器等等。
4 绦凶爸
所谓执行装,就是把从电源、液压、气压等动力源获得的能量变换成旋转运动或者直线运动的一种装置。执行装置主要由执行元件、传动原件等构成。主要的执行装置有如下几种:步进电机装置、伺服电机装置、普通电机装置、液压油缸装置、液压马达装置、气压装置、气动马达装置。这些机械装置是控制系统的控制对象,也叫控制系统的执行装置。普通电机装置也是控制系统的控制对象,如采用变频器可以控制转速,PLC也可以控制转速和角位移。普通电机采用控制器的控制精度和效率没有步进电机和伺服电机高,但是在一些控制要求不太高的机电一体化设备中,目前应用还是比较广泛的,毕竟普通电机价格比步进电机和伺服电机低得多。
5 计算机控
机械设备的控制系统从最初的的强电控制到现在的计算机控制,经历了如下过程:简单的开关控制――继电器控制――单片机控制――单板机控制――PLC控制――PC控制。事实上,到现在为止机械设备的控制系统无论从简单的开关控制,继电器控制到复杂的单片机控制、单板机控制、PLC控制、PC控制都有它们的使用价值。随着时间的发展,使用的比例肯定会按上述顺序,前面的越来越少,后面的越来越多。目前来看单片机控制、PLC控制系统在机电一体化应用领域的数量上应该是最多的。
数控技术是指用数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是为止、角度、速度、等机械量和开关量,以及温度、流量、压力等物理量。数控技术和计算机控制技术是相互关联的。数控技术的特点:精度高、速度快、可靠性高。
6 机电一体化的设计方法
机电一体化设计类型可分为:
根据受控对象的不同,进行机电一体化设计;
改进型机电一体化设计;
创造发明性机电一体化设计;
不同的机电一体化设计类型,也有不同的设计方法。所谓根据受控对象的不同进行机电一体化设计,也就是不同行业有不同的受控对象。比如数控机床、包装机械一类的受控对象基本上是机械动作;在化工机械中,处理机械动作外还有对温度、流量、压力、配比等物理量的控制;也有将化学量作为受控对象的,如土壤分析仪对土壤酸碱度、钙、镁、磷的分析等。当然受控对象最多的还是机械动作问题。
改进型机电一体化设计是应用非常广泛的一类设计。比如,我国数控机场普及度不高的现状的主要原因一方面是数控机床的售价太贵,对于许多企业来说很难承担这笔开支的。所以对现有机床进行数控化改造,提高现有机床的生产效率和质量、节约成本等起到很好的效果。
在机电一体化设计中,我们主要考虑3部分的设计:机械部分、控制部分、传感器部分。事实上,为了简化问题,机电一体化的设计思路完全可以从两部分来考虑。即机械部分和控制部分,因为传感器完全可以在控制部分中一起考虑。机电一体化设计发展到今天,机械部分的设计仍然是这三部分中最重要的部分。过去在机电一体化设计的学习和实际工作中存在一种错误的认识和看法:认为机械设计直观简单,技术含量没有控制部分高。这是一种本末倒置的认识。
参考文献
篇6
1.1较高的安全性能
安全性能主要表现在煤矿的监测、报警、自动保护等方面,当在工作中发生电力故障时,机电一体化产品能够启动自我保护措施,将设备的损耗人员的伤亡控制在最小范围内,提高使用设备的安全性能。
1.2较高的使用性能
机电一体化产品采用全数字直流提升机和计算机监控,方便了操作过程,使手柄和按钮的数量得到很大程度的减少。该产品可以重复大量的动作,更为先进的产品还具有筛选工作程序的功能。
1.3较高生产性能
机电一体化产品具有自动处理信息和自动控制的能力,通过自身的控制系统使机械执行机构按照设计的要求完成动作,确保工作完成的质量和产品的合格率,最终提高机电一体化的生产能力。
1.4便于维修
机电一体化产品可以对工作中的故障自动进行检测和监视,对出现的问题可自行采取应对措施。当机电一体化产品发生故障时,通过编程在其控制系统输入控制程序即可对产品进行调控,这样变不需对产品的零件进行拆卸或是安装。
2机电一体化技术在煤矿生产中的应用
2.1在矿井运输设备中的应用
在我国,煤矿运输设备已取得较大进步,表现在煤矿井下大功率、长距离带式输送机的技术研究和新产品的研发等方面,而且,机电一体化技术逐步应用于矿山运输设备中,这有效解决了带式输送机驱动的难题。
2.2在支护设备中的应用
支架作为一种机械支护设备,正向电液压控制方向发展,逐步将计算机技术与液压控制相融合,实现定压双向邻架或成组自动移架,减小对顶板和支架产生冲击载荷。我国研制的电液压支架控制系统还比较落后,在煤矿中使用的电液压支架电液系统主要是依靠进口。
2.3在带式输送机中的应用
带式输送机具有输送量大、运输距离长、高效率等特点,是机电一体化技术的重点研究对象,也是井下主要的输送设备。目前,多数的煤矿已采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置。
2.4在矿井提升机中的应用
矿井提升机是一种机、电高度集中的大型煤矿设备,内装式提升机具有效率高、结构紧凑的特点,它是将滚筒与驱动合二为一的结构标准,是电力—机械—电子—计算机自动控制的有机结合的体现。
2.5在监控系统中的应用
在矿井生产过程中,良好的监控系统是首要条件,以往监控系统存在说停就停的情况,这将对及时获取井下信息及矿工生命安全造成不利因素。在应用机电一体化技术后,可有效防止该情况的出现,机内数据库通过局域网连成同步模式,主备机的监控由自行研制的专用通信接口负责,实现软硬件结合,自身数据库与主机同步,该技术的应用在矿井中的监控系统中取得很好的效果。
3煤矿机电一体化技术分析
我国煤矿机电一体化技术的应用和发展较世界其他国家来看还存在一定的差距,为此,煤炭工作从业人员要不断掌握机电一体化技术的特点及发展方向,还应掌握国外机电一体化技术的最新动态,努力做好煤炭行业机电技术的研发工作。
3.1拓展增值功能
拓展增值功能要求是在研究新型煤矿一体化产品时开发出其自身的增值功能,使煤矿一体化技术与控制系统、监控系统得以连接达到远程通信的功能,确保通信功能模块的兼容性、可靠性、开放性。
3.2加大开发力度
加大开发力度是指矿用传感器的使用功能方面,以便于能保证煤矿生产的顺利进行,涉及到两方面:一是应针对不同的监测对象开发不同的测量传感器,二是在恶劣环境下可以进行准确的信号测量。
3.3提高产品四化
为保证煤矿机电一体化的长远发展,应对已生产的不同型号的机电一体化产品标准进行统一管制,相关部门应规范其标准化、通用化、规划化及系列化的程度。
3.4关注新动态
组织培训学习机电一体化技术的相关知识,时刻关注国内外机电一体化技术新的发展动态,掌握和吸收新的方法和技术。
4结束语
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关键词:中职;机电一体化技能大赛;教学改革
近些年来,国家对于中职院校的教育越来越重视,给予了其许多的帮助,尤其是在教学改革这一方面。目前开展的全国职业学校技能大赛其中一个目的就是希望借此来推进教学改革的进程。机电一体化技能大赛对于中职院校的机电专业教学有着重要作用,本文就其主要表现进行了四方面的思考、分析。
1机电一体化技能大赛促进教学设备更新
全国机电一体化技能大赛对于设备有着很高的要求,每一个中职院校如果想要参加这项比赛就需要做好前期的、大量的、充足的准备,而此前提就是必须要有大量的、先进的机电设备,比如:机电一体化设备、液压与气动设备、PLC可编程设备等,这些设备都是全国机电一体化技能大赛所需要的基础设备[1]。根据实际情况分析,我们发现多数中职院校在设备的供给上存在明显的不足。一些院校总是再设备上克扣,要么是选择一些品牌差、质量低的设备,要么就是购买二手产品,可想而知,这样的设备又能够获得怎样的结果呢?全国机电一体化技能大赛对于每个中职院校都是很重要的赛事,十分值得关注和参与,所以,对待此事件相关院校一定不会忽视。首先就是要保证设备的及时更新与供给,注入大量的资金去购买先进的、质量好的机电设备,保证学生的实际训练环境。设备的更新又能够很好地带动专业人员技能的派样,并且在长期的实践摸索中也能够总结丰富的实战经验,进一步加强教学改革。
2全国机电一体化技能大赛能够提升教师队伍教学质量
教师的质量永远都是教学改革的一大关键,在中职院校中往往存在一些老师,跟不上时展的步伐,无法实现知识的更新,所以在讲课方面难免会有所欠缺。或者是还有一部分教师觉得没有工作的动力,对待实际教学环节就十分懈怠。但是,全国机电一体化技能大赛的出现能够很好地解决这两方面的问题,很好的提高全国职业院校教师的实际教学水平。全国机电一体化技能大赛一方面可以作为教师进行新知识学习的动力,在此动力的催动下,教师能够认识更多的新鲜的事物,开阔自己的眼界,自主的进行新知识的学习和归纳。另外,教师也能够在参与全国机电一体化技能大赛的指导中,积累更多的经验,提升自己的实际训练以及教学水平,更好地将新知识与旧知识进行融合。另外,我们在实际调查中也了解到了当下许多中职院校为了提升教学质量,提高教育水平,加强公信度,对于教师这一方面给了很大的重视,会定期的安排一些教师进行实训参观、会议指导,还有部分有条件的也会选择让一部分教师到国外进行学习,观察、了解、掌握外国在机电一体化方面的新技术。而产生此局面的一个重要原因就是全国机电一体化技能大赛的开展,许多教师的目标都是在此赛事中获奖[2]。比如:机电一体化设备的安装,如果放在以前,很少有教师能够安装处或者是能够熟练的进行安装,但是如果让多次参与全国机电一体化技能大赛的教师来安装,那么这简直就是小菜一碟。在探索机电一体化技能大赛的过程中,教师熟练地掌握先进设备,不断地积累实战经验,反复的应用于实践,这样一来,教师的整体水平自然会得到大幅度的提升。
3全国机电一体化技能大赛能够促进教学模式改革
教学模式的改革在教学改革中也是很重要的一个方面,机电一体化技能大赛的开展也能够很好地推动此方面的发展。我们了解到自从全国机电一体化技能大赛开展以来就有许多的中职院校积极地开设特长班学习,每个专业都有对口的技能特长班,在平时业余时间进行技能培训。这就是在技能大赛下产生的一种新型的中职院校教学模式,一对一进行专门的辅导,将学生的优点进行放大,专攻某一技能区域。而实际也表明,这种方法的确有效,能够很好的加强学生某一方面的特长培养,提高学生的技能,同时也很好地检验了学校的师资水平以及管理能力等。另一方面是在全国机电一体化技能大赛的影响下,更多的中职院校开始将目光放在了校外企业上。据悉,多数中职院校已经开展了校企合作、工学对接的教学模式。将学校和企业进行有机结合,将学生实际学习与实践相互结合,为学生提供了一个良好的学、实一体化发展平台,极大地推动了中职院校的教学改革[3]。
4全国机电一体化技能大赛加强校企合作
对于中职院校而言,实践是一项十分重要的环节,通过实践能够很好地帮助学生积累经验,将知识更好地融会贯通,进而提升自我水平。机电一体化技能大赛是一项具有高技能含量的大赛,这项比赛实际要求一位选手要完成PLC控制程序,触摸屏控制程序和变频器的参数设置;除此之外还需要另一位选手的紧密配合,另一位需要完成机械手、传送带以及供料机构等的组装,同时也要做好传感器、开关、电磁阀磁性开关等的电路连接。最后就是要将所对应的程序下载到PLC以及触摸屏内,打开电路,对其整体设备进行联合调试,完成一个生产线的模拟生产加工过程。由此可知,这个大赛的难度十分高,尤其是对于中职学生而言,更是十分困难。该项比赛中涉及到的许多专业性的技能操作实际上许多教师也不清楚,不能够给学生准确的答复。但是这些却恰恰是企业实际生产环节中最常见到的设备,所以,这就能够说明全国机电一体化技能大赛需要企业生产实践的支撑,学生要能够很好地掌握实际生产流程和技能。全国机电一体化技能大赛给予中职院校改革的另一大思考就是要能够认识到企业的重要性,加强校企合作。所以,在此大赛影响下的中职院校教学必须要与当地企业加强合作,实现校企人才对接,让企业能够成为现实参与实际生产的一个重要平台[4]。定期的组织学生到合作企业进行参观、实习,让学生在实践中摸索;另一方面也可以让企业的生产技工亲自到中职院校进行生产培训,为学生讲解实际生产中可能存在的问题。最后一点也可以安排本校教师到外国进行学习,学习他们先进的技能,将相关的机电知识以及实训知识带到国内,在实际教学中加以运用和拓展。通过以上几个主要方面的实际分析,我们能够很好地了解到当下中职院校教学改革的一大重要参考依据就是机电一体化技能大赛,要想要谋求更好的发展就必须要能够深刻的分析全国机电一体化技能大赛带给中职院校教学改革的重要启示,并及时的对实际改革方向进行调整。
5结束语
全国机电一体化技能大赛有着重要的存在意义,对于中职院校而言,必须要及时的通过这项比赛认识到自己的不足,加强教学改革。同时,通过这项比赛我们也能够意识到职业院校要想要发展就必须发展高科技,落后就要挨打,中职院校要立足于新科技、高科技,不断地对其进行创新对教学进行改革,只有这样才能够改变当下中职教育发展受阻的境地,才能够更好地推动中职院校教学的发展。
参考文献:
[1]高淑珍.职业技能大赛对机电一体化专业教学改革意义与实践研究[J].赤子(上中旬),2016(19):263.
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[3]童德斌.中职机电一体化技能大赛对教学改革的思考[J].合作经济与科技,2014(14):111-112.
篇8
经过了一年的学习,我们,特指我,对我所学的专业即机械工程及自动化还是认识不是很够,可能老师考虑到我们这些学生的潜在问题,就给我们安排了一个专业认识的实习周。我们要通过这几天的实习对机械工程有一个直观上的认识(通过之前的理论课专业概论课,我们已经对机械工程有了一个大体的认识)。在进入工厂之前,老师给我们上了两节基础知识课,让我们了解什么是机械工程及自动化,机械工程及自动化应该学些什么。
由于微电子高新技术的迅速发展,使工业自动化的程度大幅度提高。新的机电设备和产品将机械、电子、计算机和自动控制技术有机地结合在一起,形成了所谓的机电一体化技术,大幅度地提高产品的性能、质量和可靠性;提高制造技术水平,实现生产方式向柔性方向发展;增强企业的应变能力;节约能源和材料消耗,降低成本,提高劳动生产率。机电一体化已是当今世界及未来机械工业技术和产品发展的主要趋向,也是我国机械工业发展的必由之路。然而,我国现有的机械专业人员的知识结构与当今机械工业的发展极不相称。学机械专业的,对电子、自动控制技术懂得较少;学电子专业的,对机械专业知识掌握的也不多,不能将机械与电子进行有机的结合。此外,由于近二十年科学技术的迅猛发展,多数机械专业人员知识老化,对新知识、新技术了解甚少,难以从事机电一体化产品的设计与开发。因此,除现有机械专业人员需知识更新,解决机电一体化人才短缺的部分问题外,急需大批量培养这类人才,老师还说,目前工程机械的发展已经达到了顶峰,设备可以完成人们所想到的任何工件,大型设备的专业化也在逐步加强,国内外的工程机械设备的差距也在逐渐减小,工程机械有小型化、家用化的趋势
所谓机电一体化,就是机械与电工合二为一。日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念,当时他们取名为“Mechatronics”,即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展,成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术,目前正向光机电一体化技术(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)方向发展,应用范围愈来愈广。现在的机电一体化技术,是机械和微电子技术紧密集合的一门技术,他的发展使冷冰冰的机器有了人性化,智能化。我们需要学的基础科目有:英语、计算机、高等数学、线性代数、大学物理、物理实验、工程力学、机械原理、画法几何及机械制图课程等。
上完了这两节的基础课以后,在一男一女两位老师的带领下,我们机械工程及自动化的三个班分别参观了北京建筑工程机械厂与北京现代汽车厂两个地方。
周三那天早上下起了瓢泼大雨,可到了北京现代以后,天就放晴了。在向导的带领下,我们观看了有关宣传片,听了关于展车的相关介绍,又参观了总装车间。给我留下深刻印象的就是总装车间。一千多米长的生产线,经过工人师傅准确而迅速的操作后,在OKLINE最后出来的就是成品车。
篇9
[关键词]机电一体化系统设计;案例教学;学习兴趣;创新能力
当前我国正在实施《中国制造2025》规划,这对我国工程教育特别是机械工程教育提出了更高的要求,机械装备制造企业迫切需要具备机、电、控制、信息处理等多学科融合的机电装备设计制造复合型人才。机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业课,它涉及机械技术、电工电子技术、自动控制技术、检测技术、计算机信息处理技术等相关技术,是该专业所有专业课中工程性、实践性、综合性最强的一门课程,该课程后续的教学环节为毕业设计。机电一体化系统设计课程的任务是在先修课程的基础上,从系统工程观点出发,综合运用各种专业知识,分析机电一体化产品的各组成要素之间的关系,实现机电系统要求的功能。因此,该课程对于学生全面了解和掌握所修其他课程的联系,建立机电一体化的系统思维体系,培养综合运用专业知识的能力,具有重要的作用。机电一体化系统设计的教学内容包括机械系统设计、传感器测试、电机与驱动、微机原理与接口、微型计算机控制等内容。各部分内容之间相对独立,课程自身的理论体系不突出,缺乏整体感。另外这些教学内容中的有些内容在先修课程机械原理、机械设计、数控技术与数控机床、机械工程测试技术、微机原理与接口、单片机原理与接口、微型控制技术等课程中均有所涉及,极易造成教学内容的重复,给学生一种重复教学的感觉,从而降低学生对本门课程的兴趣。针对上述问题,我校在实施机电一体化系统设计教学中,以实现机械、电子、控制、信息等各异技术融合为目标,以实现闭环运动控制系统的伺服性能为出发点,以系统接口设计为主线,以案例教学为教学手段将以上教学内容有机结合,实施案例教学改革。[1][2][3]
一、绪论教学案例设计
绪论部分是机电一体化系统设计课程的关键部分,该部分对于学生理解本门的课程的特点和体系结构具有重要的作用,该部分主要突出机电一体化系统的特点、组成、设计方法以及接口等。在教学过程中,我们首先对数控车床与非数控车床两个案例在结构、功能、优缺点上进行对比,机电设备与非机电设备的区别在于增加了大脑“控制器”和神经“传感检测单元”,从而提高了设备的自动化程度、精度和效率等。通过数控机床、机器人、AGV小车、数控雕刻机等案例介绍机电一体化系统的组成部分及各组成部分的功能,强调控制器和传感检测单元在机电一体化系统中的作用。另外在讲解这部分内容时,突出机电一体化系统各组成部分之间的接口连接,通过机械接口(联轴器、传动机构等)、电子电气接口(A/D、D/A、放大器、光电耦合器)、通信接口(232串行口、USB、以太网接口等)、软件协议接口(TCP/IP协议、USB协议等)等案例,讲解接口在机电一体化系统中运动、能量、信息传输变换中的作用,强调机电一体化系统通过接口将各异技术集成在一起,形成特定的功能。在机电一体化技术方向方面,主要强调当前“机械功能电子化,电子功能软件化”的发展趋势,通过伺服电机变速代替变速箱,无刷直流电机代替传统电刷直流电机,电子表代替机械表,电子秤代替机械秤,高能束加工代替刀具切削加工等案例讲解机械功能电子化的发展趋势及带来的优势。通过软件PID控制算法代替硬件PID控制器,可编程控制器PLC代替逻辑继电器电路,可编程逻辑阵列FPGA代替专用芯片等案例讲解硬件功能软件化的趋势及优势。通过以上案例,让学生深刻认识机电一体化技术的发展方向及带来的优点。在绪论部分实施案例教学,可以避免相关知识点的填鸭式和说教式教学,使学生对机电一体化系统设计这门课程有一个系统的认识,强化了学生对机电一体化系统组成、功能、设计方法等知识点的认识。
二、机械系统教学案例设计
由于教学对象是机械专业的大四学生,多数学生一看到“机械系统设计”这个标题就感觉这部分没有新的内容,认为该部分内容是机械设计课程内容的重复,甚至认为这部分内容非常简单,没有必要在课堂上讲。恰恰相反,机械系统设计是机电一体系统设计中最为关键的一部分。因此,在开始讲解这部分内容前,应该首先点明机电一体机械系统设计与普通机械设计的区别,提高学生对该部分内容的兴趣。在课堂教学中,该部分首先通过如图1所示的机械一体化系统中典型的闭环控制系统,说明机电一体化产品中的机械系统与非机电一体化产品中的机械系统最大的区别在于:机电一体化产品中的机械系统是微型计算机控制的闭环系统的组成部分,因此在进行机械系统设计时必须要考虑机械系统的结构参数(惯性、刚度、摩擦、阻尼、传动间隙、固有频率)对闭环系统伺服性能(快速性、稳定性、准确性)的影响。基于这一区别,展开讲解机械系统的结构参数对闭环系统伺服性能的影响,以及如何从机械系统设计的角度提高整个闭环系统的性能。机械系统设计部分的另外一个重要内容是传动机构设计,通过齿轮传动案例中的间隙、刚度等对伺服性能的影响,说明在机电一体化系统中应该尽可能缩短传动链,提高闭环伺服系统的性能,并以伺服电机变速代替传动机构变速、直线电机、力矩电机、电主轴等作为缩短传动链的案例;只有当电机与负载不能匹配的时候才考虑使用传动链进行力矩、速度、转动惯量的转换。齿轮传动链设计部分包括最佳传动比的选择、传动级数的选择、传动比的分配等,这三部分内容的讲解都围绕提高伺服性能为根本目标,重点讲解最小转动惯量原则、输出轴转角误差最小原则分配传动比。为了区别机械设计,本部分除重点讲解齿轮传动链设计外,还通过数控机床旋转进给工作台、A/C轴双摆角铣头、机器人关节减速器等案例讲解了双导程蜗杆蜗轮传动结构、谐波减速器、RV减速器的各自原理以及在机电一体化系统中的应用。
三、计算机测控系统教学案例设计
计算机测量控制系统是机电一体化系统的核心,它负责采集机械部件的运动信息,并与给定值比较,生成运动控制指令。该部分的教学内容在机械工程测试技术、数控技术与数控机床、单片机原理与接口、微机控制技术等课程中均有涉及,因此,在本课程教学中将传感器、伺服电机、工业控制机结合起来,以工业控制机为中心,以接口为桥梁,将相关内容通过案例整合在一起。首先简单介绍增量式旋转编码器、光栅、感应同步器等位移测量传感器的位移测量和辨向原理,由于上述传感器直接输出相位相差90度的正弦信号,因此随后重点讲解传感器的接口电路如何对正弦信号处理获得相位相差90度方波信号,以及如何完成变相细分等功能。在控制电机部分,重点介绍了步进、直流、交流电机的功率驱动电路,如斩波恒流功放电路、PWM原理、SP-WM原理等,比较了三种电机在扭矩和功率输出特性上的不同点。最后以8051单片机为处理器,使用Proteus软件设计了教学案例[4][5],涉及位移传感器测量接口电路和D/A转换接口电路,PID数字控制等知识点。
四、机电一体化系统教学案例设计
机电一体化系统是一个机械、电子、控制、信息等各异技术相融合的系统,在机电一体化系统设计课程的最后一章,以电脑刺绣机为设计实例,通过对这一典型机电一体化系统的设计过程,使学生能够根据设计需求综合应用机械系统设计、传感器测试、电机与驱动、微机原理与接口、微型计算机控制等各方面知识来设计一个机电一体化的系统。如图2所示,刺绣工艺的动作包括绣框在x、y两个方向的直线往复运动和绣针在z方向的连续上下往复直线运动,通过这两类运动的配合和刺料机构的作用形成线迹,绣框在x、y两个方向的移动距离决定了线迹的长度和方向,绣品由线迹的集合构成。绣针在织物上方时,绣框沿x、y两个方向移动到指定的位置,当绣针自上而下落到织物表面时,绣框停止移动,在刺料机构的作用下即完成一针线迹的动作。根据机电一体化系统的几个功能要素,电脑刺绣机由微机控制系统(控制与信息处理单元)、移框步进电动机及主轴电动机(驱动与执行单元)、x、y、z三个方向的传动机构及刺料机构(机械传动单元)、针杆位置传感器(传感检测单元)、220V单相交流电源(动力单元)、机架(机械结构单元)以及各部分之间的接口组成。由刺绣打版机输出的刺绣花样数据保存在电脑刺绣机的EPROM或磁盘中,电脑刺绣机的工作过程如下:控制微机启动主轴运转,由刺料机构带动旋梭和针杆运动,微机从刺绣花样数据文件中顺序读取每一针的x、y相对位移坐标,根据坐标数据通过两个电机的协调运转驱动绣框在平面内进行移动,微机通过读取针杆位置检测器的信号使绣框的平面移动与刺料机构的运动相互配合。电脑刺绣机设计参数的计算主要包括x、y、z三个方向运动件的运动参数和动力参数的计算、结构参数计算以及品质参数、环境参数和界面参数的确定。运动参数计算主要包括主轴转速范围的确定、绣框位移计算、绣框位移与主轴转动的运动配合、绣框运动速度计算、主轴转速计算、x、y步进电动机工作频率及传动比计算、移框加速度计算等;动力参数计算主要包括刺料机构驱动功率计算、移框步进电动机驱动力矩计算等;结构参数计算主要指刺绣机工作台面的长、宽、高三个方向尺寸的计算及机头头距的计算;品质参数主要包括系统可靠性、传动精度等;环境参数包括工作电压、环境温度、环境湿度等;界面参数则用于表征机器的人—机对话方式和功能。系统各部分之间通过接口进行连接,主要的接口包括微机系统前向通道与各传感器模块的接口以及微机系统后向通道与各功率驱动模块的接口,各接口通过采用光电隔离技术防止外部模块对微机系统的回馈干扰以及防止强电信号对微机电源的干扰。尽管电脑刺绣机由微机对刺绣工艺实行全面控制,但刺绣过程会出现断线、断针等随机因素。为保证刺绣工艺的准确进行,系统必须对针杆位置、绣线通断状况、绣框极限位置进行实时检测,因此,系统必须包含绣针布上布下位置检测、针杆最高位置检测、断线检测、绣框越界检测等传感检测模块。各传感器模块与微机系统前向通道之间需要进行接口设计,另外,微机系统后向通道与电机驱动模块之间也需要进行接口设计。微机控制系统是电脑刺绣机系统的核心,根据用户要求和工艺分析,控制微机除完成用户的基本要求外,还应具备花样存储与选择功能、记忆功能、工作状态显示功能、各种进退针功能等功能。微机控制系统设计除满足上述设计要求外,还应对控制微机的软硬组成方案进行初步设计。
五、结束语
针对机电一体化系统设计课程工程性、实践性、综合性最强的特点,围绕机械一体化闭环伺服系统的各组成要素,实施案例教学,通过典型案例实现理论教学和实践教学相结合的教学方法,不但加深了学生对机电一体化系统的理解,而且提高了学生学习兴趣、自学能力和创新能力,取得了良好的教学效果。
[参考文献]
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[4]李琦,王基,刘永葆.《机电一体化系统设计》课程教学改革与实践[J].高等教育研究学报,2010(1):100-101.
篇10
【关键词】机电一体化;创新;发展
一、机电一体化的发展过程
机电一体化于1969年首次提出,它是机械学与机械结构学的总称。二十世纪七十年代是传统机电一体化阶段,在这一阶段,机电一体化是由机械学和电子学组合而成,主要用于自动售货机、自动门以及自动对焦的照相机、摄影机等自动化产品的需求。二十世纪八十年代进入电脑控制机电一体化阶段,为了适应产品多样化的需求,满足降低生产的成本、提高生产效率以及减少劳动力的需求,企业开始大量地研发机器人、电脑整合制造等与自动化生产相关的技术。在这一时期,电脑在其中扮演着非常重要的角色。到二十世纪九十年代,网络传输技术、卫星定位系统以及无线与无线通讯技术也应用于机电一体化系统中。进入二十一世纪,机电一体化进入多元化的发展阶段,又引入了光电技术、微机电系统技术等与生物相关的生物机电工程技术。
二、国外机电一体化的发展现状
﹙1﹚制造技术的先进
总体来说,国外的机电一体化技术一直处于比较领先的地位。具体来看,先进的机电一体化技术就是综合对传统的机电一体化过程中的信息、能源等材料以及各种管理技术进行不断的总结和吸纳,使之综合地运用到机电一体化产品的研发与制造过程中去,逐渐形成更加清洁、高效、低耗的机电一体化的产品的生产过程。从而使得制造技术更加完善、更加先进。
﹙2﹚传感器与自动化仪表技术
随着现代科技的不断发展,机电一体化也得到了快速的发展,这也使得仪器、仪表技术发展得更为迅速。随着微处理器在仪表中的运用,提高了仪表的可视度、可靠性以及可操作性。不仅使仪表的体积和重量得到了缩减,更使得其大大地降低了结构的设计难度,更为重要的是降低了机电一体化产品的制作成本。因此,以微处理器为核心的各种各样的仪器、仪表以及传感器在市场上得到了广泛的销售。例如,集成光学传感器、生物传感器、化学场效应晶体管等多种多样的产品。在新时期,传感器的发展也渐渐向小型化、智能化方向靠拢。
﹙3﹚机器人技术的智能化发展
机器人具体来说就是具有人的思维、情感及决策的高级的智能的机器。从人类发明机器人开始,该技术就以飞快的速度发展。在新时期,机器人的研究向家庭化方向发展,许多机器人已经走进工厂,走入普通的家庭中。
三、机电一体化产品的创新及发展趋势
首先,随着时代的发展,未来机电一体化技术将会得到更为广泛的运用。机电一体化的产品也更加多样化,小至数字光碟大至高速列车,都是机电一体化技术的运用与开发的产品。而在当今的用户至上的市场中,客户是企业经营的核心,只有不断地研发出新的能满足客户日益增长的需求的产品,才能在激励的企业竞争中始终立于不败之地。因此,机电一体化的相关研究人员要时时地了解市场的需求,根据市场的需要对产品的功能、结构、材料及外形进行创新与调整,使之适合市场的需要。只有这样,才能促进机电一体化的不断发展。
﹙1﹚产品外形的创新
人们对一件产品的认识和了解首先是从它的外观开始的,只有特别的、令人赏心悦目的外观才能抓住客户的眼球,吸引客户的注意力,给人留下深刻的印象。因此,对机电一体化产品外形的设计要进行创新,在注重产品外观的同时,也要使产品的外观与功能相融合,使产品与其周边的设备与接口相适应。
﹙2﹚产品功能的创新
功能作为机电一体化产品的重要内容,也是机电一体化产品在市场竞争中最重要的因素。机电一体化产品的功能创新主要包括两方面的内容:一是在已有的机电一体化产品的基础上,根据客户的需求对其功能进行改进与完善,使之符合客户要求;二是指企业不是根据客户的需求而进行创新,而是依据市场的发展进行自主的创新,创造具有新功能的产品,引领市场的发展。当然,由于第一种创新是在原有的基础上进行的创新与改造,因此,其所需的人力物力及资金也相对较少,并且投入市场的风险较小。而第二种则需要一定的资金技术及时间的投入,并且当新的产品投入市场时还存在着较大的风险。但是,创新是推动企业发展的动力,只有不断地研发出新功能的产品,才能占据更大的市场份额,在众多企业的竞争中独占鳌头。
﹙3﹚产品材料的创新
对机电一体化产品的创新,材料的创新也是其创新的重要环节。机电一体化产品对材料的创新也包括两个方面:其一是指研发出新机电一体化产品的材料,例如,研发合金材料、纳米材料等新的材料用于机电一体化产品的运用;其二是在机电一体化产品的研制过程中逐步地采用质量轻、体积小、强度大以及耐高温、耐磨的材料,使机电一体化产品更符合人们的需求。
﹙4﹚产品控制功能的创新
机电一体化产品控制功能决定着产品性能的好坏 。随着当今科技水平的迅速发展,微电子技术也在飞速地发展。如今,多功能的高速微处理器在市场中不断出现。从而推动了在机电一体化产品中自适应控制、神经网络控制等现代的控制技术得以实现。但是,就目前来说,大多数机电一体化产品还只具备低级智能,因此,对于具有控制功能、状态监视及故障自诊断等功能的产品的研究具有很高的发展需求与前途。如果企业能够出奇制胜,研发出新的控制功能的产品,必然会赢得市场的竞争力,促进机电一体化的不断创新。
﹙5﹚产品结构的创新
另外,对于产品结构的创新也是机电一体化产品创新的一个重要的方面。对于机电一体化产品来说,无论是对产品进行再改进,还是对产品进行创新设计,对产品结构的创新都是极其重要的一部分。具体包括动力结构、机械结构、传动结构以及周边的接口等结构的创新。
四、机电一体化产品的发展方向
机电一体化不是一门单独的学科,它集计算机、电子等学科于一体,因此,随着计算机、电子等技术不断地向快速化、智能化和微型化飞速发展,在未来阶段,机电一体化产品主要朝智能化、小型化、网络化等方向发展。
另外,机电一体化作为一门新兴的领域,涉猎研究的人员还比较少。机电一体化人才的欠缺是当前的一个严重的问题。因此,大力地推进机电一体化的发展,完善建立相关专业及培养机构,培养出更多机电一体化人才,是当前的主要任务及目标。例如,在各高校中设立相关的专业,国家加强对该专业的扶持;鼓励相关专业培训机构的发展等,吸引更多的学生学习机电一体化专业内容。只有这样,才能尽快地培养出高素质的机电一体化人才。促进我国机电一体化向前发展。
总结
机电一体化作为与我们生活息息相关的内容,要不断地进行创新才能适应发展的需要。在机电一体化的创新过程中,要在掌握已有的技术的基础上着眼于为来,了解市场需求,创造出更多满足未来需求的产品,在激烈的市场竞争中利于不败之地。
参考文献