机电一体化的定义范文

导语：如何才能写好一篇机电一体化的定义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：V形块，定位误差计算，通用公式，应用

 

1引言

总所周知，在机床专用夹具设计时，定位误差的分析与计算是解决一批工件定位“准不准”的问题。[1]当工件以外圆柱面定位时，V形块是用得最多的定位元件，V形块定位误差的计算方法有合成法、极限法和微分法，无论哪一种方法，都需要进行具体的分析，计算过程繁琐。因此，应建立一个完整、一般性的计算公式，以便能迅速、准确地进行V形块定位误差的分析和计算论文格式模板。

2 V形块定位误差计算的通用公式

2.1 V形块定位的基本要素分析

工件定位时，不同定位方式的基本要素包含定位基准、定位基面、限位基准、限位基面和工序基准机电一体化论文，由于定位方式的多样化，所以，定位的基本要素表述也不尽相同，因此，掌握不同定位方式的基本要素，是设计定位方案和分析计算定位误差的基本条件。笔者对于V形块定位方式的基本要素分析如下：

定位基准为工件中心线，定位基面为工件外圆面；限位基准则为放在V形块上标准心棒的中心线，工序基准为工序尺寸两端中非加工表面一端。

2.2 V形块定位误差计算通用公式分析

所谓定位误差，是指一批工件在夹具中定位时，由于定位不准而引起的工序基准相对于加工表而在工序尺寸方向上的最大位置变动量。工序基准的变动量主要取决于两个因素:一是由于定位副(工件上的定位基而和夹具上的定位元件)的制造误差而引起的基准移位误差；二是由于工件的定位基准与工序基准不重合而引起的基准不重合误差。[2,3]定位误差由这两项误差合成，考虑到定位尺寸（定位基准与工序基准所夹尺寸）和定位基准的变动方向与加工尺寸方向的夹角，V形块定位时基准不重合误差和基准位移误差的相对确定性，结合以往的教学和实践生产经验，笔者认为，V形块定位误差应按下式讲行计算：

公式中为定位基面直径的公差；为V形块的夹角；为定位基准的变动方向与加工尺寸方向的夹角；为定位基准变动方向与加工尺寸方向的夹角。

公式中为工序基准的位置因子,如工序基准与定位基准重合，取900；如工序基准与定位基准不重合，取00

公式中的为定位误差合成符号。当工序基准不在定位基面上，直接取“”；当工序基准在定位基面上，“”或“-”的判定可按以下方式进行：

1）与V形块对称面垂直的定位基面中心线作为分界线，

2）当工序尺寸与定位基面的上母线接触，取“”；当工序尺寸与定位基面的下母线接触，取“-”；

3）当工序尺寸与定位基面的中心线接触，此时机电一体化论文，工序基准与定位基准重合，取900，为0，不存在“”或“-”的判定论文格式模板。

3 公式的应用

3.1 V形块定位垂直方向工序尺寸的计算

图1为工件以外圆表面在V形块上定位钻孔的示意图，求工序尺寸H1、H2和H3的定位误差。

图1 垂直工序尺寸

对于工序尺寸H1：

通过分析可知，定位基准的变动方向为垂直方向，加工尺寸方也为垂直方向，所以，定位基准的变动方向与加工尺寸方向的夹角是00，取00；定位基准为N点，工序基准为工序尺寸H1的上母线，两者所夹尺寸即为定位尺寸，定位尺寸故与加工尺寸方向的夹角是00， 取00；工序基准与定位基准不重合，取00；工序基准在定位基面上，且工序尺寸与上母线联系，故公式取“+”，将分析结果代入公式直接得到结果：

=

按照上述分析思路同理可得

==

=

3.2 V形块定位水平方向工序尺寸的计算

图2为工件以外圆表面在V形块上定位钻孔的示意图，求工序尺寸L1和L2的定位误差。

图2 水平工序尺寸

对于工序尺寸L1：

分析可知，定位基准的变动方向（垂直）与加工尺寸方向的夹角是900，取900；定位尺寸与加工尺寸方向的夹角是00， 取00；工序基准为右侧母线，定位基准为中心机电一体化论文，工序基准与定位基准不重合，取00；为0，不存在“”或“-”的判定。将分析结果代入公式直接得到结果：=

对于工序尺寸L2：

按照上述分析思路可得 =

3.3 倾斜的工序尺寸

图3为工件以外圆表面在V形块上定位钻孔的示意图，求工序尺寸A的定位误差。

图3 倾斜工序尺寸

对于工序尺寸A：

定位基准的变动方向与加工尺寸方向的夹角是，取；定位尺寸与加工尺寸方向的夹角是00， 取00；工序基准为工序尺寸A的上端母线，定位基准为工件中心，工序基准与定位基准不重合，取00；工序基准在定位基面上，且工序尺寸与上母线联系，故公式取“+”，将分析结果代入公式直接得到结果：

=

4 结论

本章提出的V形块定位误差的通用公式，对于理论教学和实际生产中快速、准确进V形块定位误差的分析和计算，提供了一种便捷的方法。

参考文献：〔1〕焦小眀、孙庆群.机械加工技术〔M〕. 北京:机械工业出版社.2005.〔2〕龚定安、赵孝昶、高化.机床夹具设计〔M〕. 西安:西安交通大学出版社,1992.〔3〕薛源顺 机床夹具设计〔M〕. 北京:机械工业出版社.2000.

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关键词：机电一体化系统；设计；方法论

引言

机电设备往往是多工程应用领域综合产品，需要研发人员及从业使用人员具备多学科的背景知识。机电一体化系统设计方法论从系统全局的角度出发，全面阐述机电一体化的设备设计过程，对于研发机电设备具有极其重要的指导意义。在当今工业4.0背景下，机电一体化系统设计方法论被赋予了更多时代使命，需要解决更多实际问题。国内外学者的相关理论研究成果早已层出不穷，本文将研究分析国内外关于机电一体化系统设计方法论的发展现状。

1机电一体化系统设计方法论的发展阶段

机电一体化系统设计方法论与机电一体化的发展密切相关，而机电一体化的发展历史目前可以分为四个阶段。1950—1970年代，在第三次工业革命的大背景下，伴随着计算机技术的发展，机电一体化已处于萌芽阶段，但相关产品和技术没有获得成功与认可。1970—1990年代，得益于集成电路和微型计算机技术的发展，控制和通讯等技术得到突破性进展，同时自动化水平大大提高，机电一体化已形成独立学科，处于初步发展阶段。1990—2010年代，由于计算机、自动化等技术进一步极速发展，光学、智能算法等更多领域知识融入机电一体化学科，机电一体化处于高速发展阶段。2010年至今，在工业4.0的大背景下，由于计算机数字仿真、网络信息等技术的迅速发展，机电一体化技术处于繁荣发展阶段，将对社会生产力作出更大贡献。相应地，机电一体化系统设计方法论也随着机电一体化技术的发展而出现。从1970年代开始，最初的理论研究集中在如何定义机电一体化系统，主要观点来自欧美和日本。从1980年代末期学者开始对机电一体化进行系统设计方法论研究，主要是从系统的组成划分角度出发，更加注重各部分的功能描述、物理特性及其相互间的逻辑关系，使人们更加深入了解机电一体化系统。1990年代开始，由于计算机技术的极速发展与大规模普及，机电一体化系统设计方法论开始有了新的发展方向，主要是从基于系统建模技术的仿真平台出发，能够模拟机电一体化系统，大幅节省机电产品研发周期与成本。

2机电一体化系统设计方法论的主要观点

表1～3列出了机电一体化系统设计方法论发展各个阶段对应的主要观点。不难看出，表1是各国研究组织对机电一体化的定义，其从最初的机械与电子简单相叠加，发展到包含机械、电子、电气、通讯、控制、网络等多学科交叉融合，并且直到现在仍在不断更新，一直在反映着工业科技和理论研究的最新方向，但缺点是未能对机电一体化系统设计方法论进行深入的研究。相比于表1对应的仅仅定义机电一体化阶段，表2对机电一体化系统进行了深入的设计方法论研究，都各自提出了自己的设计理论，更加全面地阐述了机电一体化系统设计的内涵。例如德国达姆施塔特大学的RolfIsermann在自己的研究论文里提出机电系统设计五块论，把机电一体化系统比作人，由五个部分组成，包括控制、动力、传感、操作和结构，分别对应大脑、心脏、五官、四肢及躯体，不过缺点是对各部分的特点和融合设计考虑较少。表2中的方法论缺点在于太偏重于理论方面研究，虽然尝试着引入数学物理模型，但不能较好地描述实际系统，面对日益复杂的机电系统越来越吃力。如表3所示，由于计算机仿真技术在现代工业产品设计中起到了越来越大的作用，而仿真软件平台的核心技术理论在于建模，研究者纷纷提出基于各自建模理论的机电仿真设计平台或系统设计方法论，部分软件在机电设计领域得到了广泛应用和商业化，例如20-Sim、AMESim和Dymola等。

3机电一体化设计方法论发展趋势预测

从机电一体化系统设计方法论的发展来看，未来方向会越来越围绕计算机仿真为核心来建设，主要发展趋势如下：

3.1多个软件联合仿真成为方法论关键技术

在计算机技术日益进步的今天，很多商业机电仿真软件建模模型库更加接近物理实际，算法更加丰富，界面更利于互动，操作更加容易，兼容性和稳定性更好，功能越来越强大，但是在多学科仿真方面还不够完善。而机电产品往往涉及到机械、电气、电子、气动、液压、热力学、磁场、光学等多学科，目前单一的仿真软件无法擅长上述所有学科建模，因此将各机电软件自身最擅长的学科联合起来，取长补短，对机电系统进行联合仿真，提出相应方法论，可以达到最佳效果。

3.2方法论更加注重机电系统各组成部分逻辑

由于仿真软件模型越来越能反映实际物理模型，机电系统模型更加真实，方法论对于基于纯数学工具建立机电模型的能力要求在逐步削弱，而基于机电仿真的设计方法论会更加注重机电系统各组成部分的逻辑建设，使各软件或各理论模型更加融会贯通地结合。

3.3方法论更加注重机电系统最优化设计

方法论应在系统设计的各个阶段提出评价方法，利于优化设计评估。由于机电仿真软件功能的强大，进行机电设计时可以利用软件自带的优化算法，在关键设计阶段不断进行优化。或者直接提出相应的系统优化方法，在设计流程中，把仿真和试验作为其中的工具或步骤，来达到高效优化的目的。

3.4方法论更加注重机电系统创新设计

借助于计算机仿真，机电一体化系统设计方法论能够更加快速地融合各学科知识，机电系统设计的周期必然变短，方案种类变多，创新元素也必然更容易产生、表达和实现，从而能更加高效地实现整个机电系统创新设计。

3.5工业4.0将会在方法论中得到体现

工业4.0的重要特征是大数据化，本质上是广义工业智能物联网信息共享交互，这也将在机电一体化系统设计方法论的发展中成为必然趋势。例如方法论可以在设计、验证、优化过程中每一个步骤都被数据化记录，和机电产品在生产、运维和退役过程中表现出来的性能优缺点数据进行双向物联，可以在实际生产应用中预测问题、解决问题以及优化设计。

4结语

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【关键词】煤炭机电一体化技术；发展趋势

前言

中国资源储蓄量和产量很庞大，但是因为人口众多，所以也是一个能源小国。面对这种状况，我国有关部门和企业正在不断地优化采煤工艺中的各方面技术，以不断的增强我国采煤工业实力。煤矿机电一体化技术越来越得到广泛的应用和关注，它作为一门先进的综合化采煤技术，直接的提高了矿井的生产能力。那么到底什么是煤矿机电一体化技术？它在我国运用的现状又如何，接下来笔者针对以上问题来探讨一下煤矿机电一体化在我国的发展方向。

1、煤矿机电一体化技术的内涵

在我们的印象中，可能比较狭义的将机电一体化归属在机械制造行业中。其实机械制造行业只是较早的引入了机电一体化技术，在以后各个行业的发展中，对机电一体化都有了不同的定义与内涵。但是一般来讲，机电一体化是指在原有的机械技术的基础之上，再运用先进的计算机技术、自动控制技术、微电子技术和光学技术等具有时代特征的技术设备，使原有的生产模式和生产手段更加的具有科学性。而煤矿机电一体化，就是将机电一体化运用在煤炭行业中，作为一种新型的技术来提高原来的机械操作水平，控制了煤矿工作的劳动强度，提高了安全系数。在进行煤矿开采工作时，用计算机技术来控制整体操作，并严格深入煤矿开采工作的每个环节，并通过计算机来计算和监测煤矿开采工作的进度。并采用自动控制技术进行远程挖掘机的操控，提高了作业质量和进程。在矿井中的安全情况监控方面，可以通过计算机系统来进行及时的发现和汇报，有效地避免安全事故的发生。

2、煤矿机电一体化技术在我国运用的现状

因为我国的经济和技术比起国外发达国家来说起步较晚，所以机电一体化技术在煤矿企业中发展也比较落后。随着计算机的逐渐发展与应用，加速了机电一体化在煤矿工作中的应用，但是跟西方发达国家之间还是存在着很大的差距，除了具体的机械设备上的落后，我国的自动化技术还未成熟。但是我国的煤炭机电一体化也取得了很大的成就，主要体现在对综合液压支架的应用、对钢丝绳损耗定量检测系统的应用等方面，都取得了明显的进步。

2.1机电一体化技术在采煤机中的应用

电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。与液压牵引相比，它具有一下特点：

①良好的牵引特性：可以在采煤机前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。

②可用于大倾角煤层：牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器，因为它的设计制动力矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍，所以电牵引采煤机可用在40°～50°倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。

③运行可靠，使用寿命长，电牵引和液压牵引不同，前者除电动机的电刷和整流子有磨a损外，其它元件均无磨损，因此工作可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。

④反应灵敏，动态特性好：电控系统能及时调整各种参数，防止采煤机超载运行。

⑤结构简单、效率高：电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，效率可达99%，而液压采煤机的效率只有65%～70%左右。

1991年煤炭总院上海分院与波兰玛克公司合作，研制成功我国第一台采用交流变频调速MG344-PWD型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机以来，我国的电牵引采煤机有了较快的发展。国内上海天地公司、太原矿山机械厂、西安煤机厂、鸡西煤机厂等都生产交流变频和直流电牵引采煤机，而且得到了广泛的应用。经过近20年的研制开发，我国的电牵引采煤机一逐步走向成熟，为煤矿生产技术的进步起到了积极的推动作用。

3、煤矿机电一体化技术在我国的发展方向

3.1智能化

智能化系统作为一门新兴的技术，是很多技术都想达到的最终效果。煤炭机电一体化在智能方面还存在很多缺陷，所以在以后的发展中，要开发更多的技术应用在煤炭机电一体化技术上，增加煤矿机电一体化的功能与应用。使其更加的智能，为煤矿开采工作带来更多的方便，尤其是在作业时，智能化技术的应用，不仅保证了工作质量与工作进程，更是最大程度的提供了矿井内的准确、全面的信息，保证了矿井工作人员的人身安全。

3.2微型化

在煤矿机电一体化技术中，微型化尚未成熟。随着微电子技术的开发和兴起，微型化也随之流行。微电子技术在机电技术一体化技术的应用过程中起着至关重要的作用。大型的生产机械在很大程度上为煤矿工作带来了不便，而且使其受阻碍不能正常运转的因素有很多。而微电子技术发展而来的微型化则解决了这些问题，微型机械也备受关注和应用。虽然在煤矿机电一体化发展的过程中存在一些问题，但是也是煤矿机电一体化技术发展中不得不走的道路。

3.3系统化

当前煤矿企业中机电一体化所包含的范围越大越广，所涉及的技术范围也随着增加，正是因为应用技术繁多，人们就将关注点转移到如何组合来自各个方面的技术，使其发挥更大的作用。将煤矿机电一体化技术进行系统化的探究与应用，最大化的避免在运用过程中出现的问题，充分的利用他们的优势，使机电一体化技术以最大的效率运用在煤矿开发工作中。

3.4绿色化

现在全球都在提倡环保，进行绿色生产。随着人们环保意识的额增强，对各个企业的环保工作也越来越重视。因此，煤矿机电一体化技术应以绿色安全无公害为里程碑，优化生产模式，在每个环节都要环保放在首位，实现经济和生态保护的共同发展，不能因为眼前利益而忽视了长远利益。所以实现煤矿机电一体技术的绿色化，是迎合社会发展的必然结果。

4、小结

随着机电一体化在我国煤矿企业的应用，是矿井作业更加的安全高效。在煤矿机电一体化的运用过程中，虽然暴露出了很多问题，但是我国有关企业单位及时针对问题进行分析，使当前的煤矿机电一体化技术取得了一定的成就，并不断的向智能化、系统化、微型化和绿色化发展。为我国的煤矿开发事业的顺利进行扫清了道路，更有助于我国经济的增长，国家的繁荣富强。

参考文献

[1]周俊丽.煤矿机电一体化技术应用及发展研究[J].中国新技术新产品，2012，（7）：52-53.

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关键字：机电一体化；技术；发展

1 机电一体化的基本概念

机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科；其次，机电一体化是一个发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术：Computer、Communication和 Control Technology）“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的简单叠加。

2 机电一体化的核心内容

机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，要了解机电一体化，必须从以下几方面着手：

（一） 机械技术

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，来提高其各项性能，满足更广的需求。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。

（二） 计算机与信息技术

凡是能扩展人的信息功能的技术，都是信息技术。可以说，这就是信息技术的基本定义。它主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。

（三） 系统技术

系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

（四） 自动控制技术

自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。

（五） 传感检测技术

传感技术是把各种量转变成可物理识别的信号进行输出，检测就是指人员对可是别的信号进行处理的过程。传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

3 机电一体化的发展趋势

（一）绿色化

在人们越来越追求生活质量和生活品质的今天，绿色环保成为了人们生活关注的焦点，随着社会进步和近年来人们对生态保护意识的重视和加强，绿色产品概念也将成为时展的必然！绿色理念倡导消费者在与自然协调发展的基础上,从事科学合理的生活消费,提倡健康适度的消费心理,弘扬高尚的消费道德及行为规范,并通过改变消费方式来引导生产模式发生重大变革,进而调整产业经济结构,促进生态产业发展的消费理念。机电一体化技术也顺应了绿色理念，机电一体化产品在人们的生活使用时不会对环境造成污染或者污染远远小于传统的产品，而且在产品报废后，其零件还能被再利用和再加工，资源利用率得到了大幅度的提高，达到节约资源的目的。

（二）智能化

智能化是21世纪机电一体化发展的一个显著特点，它由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能集合,随着信息技术的不断发展，其技术含量及复杂程度也越来越高，智能化的感念开始逐渐渗透到各行各业以及我们生活中的方方面面，同样，机电一体化的智能化研究也在各个国家普遍开展。这里所提到的 “智能化”是指机器本身所具有的特性，它是在运用控制理论的基础上，结合计算机技术、精细化制造、运筹学等新学科、新技术和新方法，通过使机器模仿人类所具有的一些能力，如思维、推理、决策等，可以在一个比较复杂的工作和困难的环境中代替人类去工作。

（三）网络化

网络技术的发展是计算机技术发展的里程碑，网络技术的发展不仅推动了人类的科学技术的发展,同时给人们的学习,工作和生活带来重大的改变，同时，也深刻的影响着机电一体化技术的发展。其中最重要的影响就是对机电一体化设备的网络控制，控制的终端设备就是机电一体化产品。

（四）微型化

微型化也是机电一体化未来发展的趋势之一，尤其是近10年来，由于包括纳米级的精密机械研究成果、分子层次的现代化学研究成果、基因层次的生物学研究成果，以及高精密超性能特种功能材料研究成果和全球网络技术推广应用成果等在内的一大批当代最新技术成果的竞相问世，使得机电一体化领域朝着微型化有了质的发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,可进入一般机械无法进入的空间，并易于进行精细操作，因此在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。因此在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。

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【关键词】机电一体化；发展现状；发展趋势

中图分类号：F407文献标识码： A

一、前言

随着我国科技的不断进步与发展，机电一体化技术越来越受到企业及科研人员的重视，本文就该部分内容进行了探讨。

二、机电一体化的内容

1.机电一体化技术是从系统工程观点出发,应用机械、电子等有关技术,使机械、电子有机结合,实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术,主要包括技术原理和使用机电一体化产品(或系统)得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群(族)的总称。

2.机电一体化系统(产品)由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体,具有满足人的使用要求的最佳功能,机电一体化系统(产品)。主要是指机械系统(或部件)与微电子系统(或部件)相互置换和有机结合,从而赋予新的功能和性能的新一代产品,有良好的人机协作关系。一个机电一体化的系统主要是由机械装置、执行装置、动力源、传感器、计算机这5个要素构成。

3.机电一体化工程(机械电子工程)是机械工程与电子工程的综合集成,即给定机电一体化系统(或产品)“目的功能”与“规格”后,机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程体系。机电一体化工程是系统工程在机电一体化系统(产品)中的具体应用。

4.机电一体化思想体现了“系统设计原理”和“综合集成技巧”。系统工程、控制论和信息论是机电一体化技术的方法论。从某种意义上讲、机电一体化思想相当于“一体化”思想。它带来了诸如光电机一体化、机电液一体化、科工贸一体化、人机一体化等技术及其产品。

20世纪80年代中期以来,计算机特别是微型计算机已日益广泛应用于机械产品和生产过程的控制,使机、电有机地结合,发展成机电一体化技术。机电一体化技术的应用,给机械行业带来了显著的效益,提高了生产率,提高了产品的性能和质量,降低了原材料消耗,节约了能源,减轻了操作工人的劳动强度,增强了企业在市场中的竞争力。“机电一体化”是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的综合性高新技术,是机械技术与微电子技术的有机结合。

三、机电一体化技术设计原理

从方法学的观点出发,机电一体化技术应遵循以下设计原理：

1.整体最优化原理

机电一体化技术要求从系统的观点出发,综合机械技术和信息技术,实现整体最优化。其实,“最优化原理”是人类进行科学技术活动的基本思想动力。“精益求精”是这一思想的生动描述。人们为达到一定的目标,采用直接或间接的方法求得达到该目标的最佳途径。这里强调“整体最优化”,正是运筹学思想在机电一体化技术中的体现。

2.智能化原理

这是机电一体化技术与传统机械自动化技术的主要区别之一,也是21世纪机电一体化技术发展的主要方向。关于“智能”的定义。目前尚无确切和统一的说法。但是,它首先是对人类行为的描述。“智能”主要概括出人类有以下能力:感知能力;记忆能力;思维能力―包括形成概念的能力、判断能力、推理能力。

我们这里所说的“智能化”。是对机器行为的描述,是“仿人智能”,或者称之为“人工智能”(artificialintelligence)。具体地说,智能化就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,模拟人类智能,以求得到更高的控制目标。

3.仿生原理

如果说智能化是“仿人智能”,那么“仿生”便是对所有生物行为的模仿。生物世界是亿万年生物进化的结果,是“适者生存”这条自然规律“精雕细刻”的结果,是人类的学习宝库。现代信息技术和机械技术使这一“模仿”比较容易,成为可能。

4.柔性化原理

也可称之为“软化原理”。由于使用了微电子技术,可以而且应当尽量用软件功能代替硬件功能。因为“软化”可以使机械系统近乎完全“贴近”实际工况的需要,极大地提高产品的性能。例如,加工中心机床、电梯的“加减速无感控制”、汽车发动机的电喷技术、汽车的防抱死装置… ,都广泛地采用了软件控制原理。

四、机电一体化技术的应用

在人们的日常生活当中,自动机械、信息处理设备、办公室设备、车辆电子设备、医疗器械、光学装置、智能家电、楼宇安全系统等机电一体化系统都离不开执行元件为其提供动力。而执行元件和电子控制装置之间是无法直接连接的,因此需要一个驱动部件。该驱动部件在电子控制装置的控制下,接收指令,进行能量转换,从而得到目标输出。对于精密传动来说,需要在执行元件输出终端进行传动测量,如测量其位置、速度、加速度,同时将所测得的数据反馈给电子控制装置,让其进行比较,进行误差修正控制,最终实现精密传动。

当有多个执行元件,其输出动作规律各不相同时,一方面要根据各执行元件工作情况来考虑其控制的形式,另一方面需要确定它们之间是否存在输出的联系。如果它们之间没有联系,可以让它们单独来工作,也可以通过构建PC机上位控制来统一管理。若工作联动内容经常变化,就应该构建一个可以直接识别联动输出的软件,将联动输出写入软件当中,让其直接转化为控制程序,这样就能灵活地应对动作输出的需求。

五、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和进步。进入 21 世纪,在机电一体化技术的发展方向中,最主要的是:智能化、数字化、网络化、微型化、绿色化,下文对此略加探讨:

1.智能化

智能化是 21 世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用。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,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、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、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能,则是完全可能而又必要的。

2.数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础,如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路. 如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

3.网络化

20 世纪 90 年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片, 企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球。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是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 appliancesystem, CIAS),使人们在家里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朝着网络化方向发展。

六、结束语

只有加强对机电一体化技术发展的研究，才能使机电一体化技术的应用越来越广泛，是非常具有现实意义的研究。

参考文献：

[1] 彭海辉.机电一体化技术的发展及应用[J].工程技术.2013（3）:166-168.

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[关键词]大数据；机电一体化专业；教学创新

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.41.075

1 现有机电一体化专业教学现状及问题分析

1.1 在教学理念上

传统机电一体化的教学往往由教师占据主导地位，是整个教学过程的规划者与管理者。而学生则处于相对被动的地位，并且在传统教学理念下，学生已经习惯了“填鸭式”的教育方式。传统的教学理念一方面使得教师忽视了对学生学习情况的感知，缺少改良教学内容和教学方法的动力；另一方面，学生也没有自主学习和探知新知的动力，无法满足知识爆发时代下社会对人才的需求。

1.2 在教学内容上

目前机电一体化专业所用的教材主要是国内学者结合中国企业实际编著的教材。教学内容存在严重的滞后性，这不仅阻碍了教学与企业实际的结合，也降低了人才培养的效率。除此之外，教学内容的变革缺乏学生的反馈机制，而事实上学生对于教学内容是有发言权的，在进行教学内容变革时考虑学生的意见，对于提高教学内容的可读性、可理解性和针对性具有重要意义。然而，实际上，学生针对教学内容的反馈渠道并不畅通。

1.3 在教学方法上

机电一体化专业现有的教学方式仍然是以课堂学习为中心、以课后练习为辅助的教学方法。传统机电一体化专业的教学方法忽视了学生学习的自主性，过分强调课堂的作用。学生习惯了在课堂中被动的听讲，在教师没有提出关于课后学习硬性规定的前提下，学生的自学与课后复习往往存在严重不足的情况。这一问题在传统的教学方法下，除了可以通过考试被教师发觉以外，并不容易暴露出来。

2 大数据背景下机电一体化专业教育新契机

麦肯锡公司在2011年5月的《大数据：创新、竞争和生产力的下一个前沿领域》报告中首次提出了“大数据”的概念。维基百科将大数据定义为：所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。研究咨询机构Gartner对大数据的定义是：“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。

大数据的不断发展也为教育领域带来了新的发展机遇。学习分析技术是“大数据”挖掘技术在教育领域的应用，即采用先进的分析方法和研究工具，对反映受教育者学习情况的数据进行跟踪分析，从而评估学术进展、发现与预测教学问题，并实现教育活动优化的技术手段的集合体。学习分析技术（Learning Analytics Technology）具有如下特点：全新的分析工具与分析方法、分析与预测结果的直观性、提供方便快捷的师生交流平台（学情反馈机制）、多元化的数据来源。

大数据背景下，学习分析技术的应用，为职业技术教育提供了一个新的框架模式。突破传统的教育模式，改良机电一体化的教学理念、教学内容及手段，实现传统机电一体化教育与现代科技的有机结合，能够有效规避传统教育模式中的问题。将学习分析技术应用到机电一体化的教育中，能够极大地提高教学数据的可得性，大大降低数据采集成本，提高数据质量，并且其模糊化的相关关系计算可以发现不容易被察觉的教学问题，为尝试新的教学模式提供统计上的基础。因此，应用学习分析技术对机电一体化专业教学进行创新，无论是对学生、学校管理人员，还是教师都具有非常重要的理论价值与现实意义。

3 机电一体化专业教育创新要素分析

3.1 教学理念创新

在传统机电一体化教学模式中的，老师的经验教学在教学活动的开展中起着主要作用，老师往往依据多年来形成的教学经验对学生进行指导教育，这种教育方式是以教师为中心的教学理念形成的原因之一。然而，经过多年的教学实践，我们发现教师的“经验”的积累需要大量的教学经历才得以形成，难以进行有效的转移，并且这些经验往往具有一定的主观性，其可靠性、可测性的不足，这种依靠“经验”的教学方式阻碍了教学效率的更进一步提升。大数据的应用、学习分析技术的推广，为机电一体化专业教学理念的更新提供了新思路。通过利用学习分析技术，教师能够记录在教学中发现的问题以及问题的成因，大量的数据形成后，通过对数据之间相关性的分析，可以帮助教师高效的寻找到解决问题的方案，即通过大数据分析解决教学问题。同时，教师可以利用大数据学习分析技术，针对不同学生进行个性化教学。例如，教师在得到某个学生在测试题库中每道题的完成时间、错题数等数据后，可以有针对性地对该生学习情况进行了解和分析，并且有针对性地对教学内容进行调整，进而提高教学效率。

3.2 教学方法创新

对于机电一体化专业的教学方法，本文认为应该从线下的单一多媒体教学、实训教学，转向线上的复杂教学软件教学。传统的教学方式下，教师采用的是操作最为简单的Power Point幻灯片等多媒体形式进行教学，然而大量的实践教学经验表明，单纯使用这种多媒体教学方式的教学效果并不乐观，甚至还要差于传统的板书教学。科学技术的发展，也丰富了职业教育的教学手段，因此机电一体化专业在教学方法上，应该突破落后的多媒体教学手段，试图建立复杂的、多元的线上教学系统，用以满足学生在新时代下的学习需要。

3.3 教学内容创新

传统机电一体化专业的教育中，教师负责安排学生的学习内容及学习任务，这种方式的缺陷在于教师会受到教学资源、自身经历等方面限制，难以做到“因材施教”。然而，在大数据高速发展的今天，互联网已经能够成为学生学习的另一个重要知识来源，学生可根据个人情况为自己设计学习方案，合理安排每天的学生生活，如每天做题数目、学习间歇休息的时长等。这种方式一方面可以提高学生学习的自主性，同时这种“自发性”的学习活动也能够丰富学生的学习内容，从而在知识爆炸的今天，使学生掌握更多有用的知识。

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1.1我国机电一体化技术研究历程

从过去几十年的研究历史可以看出，我们可以把机电一体化技术的研究在我国分为四个阶段：上世纪六十年代以前，由于中国的内部问题以及战争，促使煤矿机械和电子技术的集成处理系统，这也体现出我们国家在这个问题上的机电一体化产品发展，在很大程度上是自我发展的水平，这也导致了我国发展自己的技术限制，已开发成功的产品难以获得大范围，导致下一个努力工作得到进一步发展；七十年代初，受到世界飞速的传播与发展，计算机通信控制技术为中国的机电一体化产品的发展提供了良好的外部技术基础。例如，技术的发展和国际大规模集成电路，计算机，研究我国机电一体化技术以外部物质条件。第三阶段始于九十年代初，由于光学技术的渗透，微加工技术，新型机电一体化技术越来越多地开始出现，最后的决定机电一体化技术是向智能化方向发展。

1.2机电一体化技术概述

目前最先进的机电一体化技术功能对比传统机电技术最大的特点是极大地加强了控制系统，以主菜单与机电一体化相结合以及源函数为基础，利用高端智能软件技术和微电子技术，引进多个相互融合、相互渗透的领域，以此新兴机电一体化注入新的活力。但在这一过程中，也可能面临多项技术的简单的、不集中的相加，这也给当前机电一体化增加了不少困难。研究发现，机电一体化技术在信息、计算机、煤矿机械加工、微电子技术等领域中可以寻求到最佳匹配。现在的机电一体化产品的发展是一个系统———智能化和小型化，以此达到煤矿机械加工与机电一体化技术能够共同操作，极大地满足了煤矿安全生产的需求、有效降低劳动紧张程度，并提高最终救援人员的安全度，极大地保护了矿区原生态环境，以此达到降低生产能耗的目的，使机电一体化得到长期有效稳定的发展。

1.3煤矿机械加工中机电一体化产品

伴随着全球资源日益紧缺，各国对能源问题的越来越关注，煤矿作为我国战略资源不可或缺的成员，其开采的重要性可见一斑。如今，伴随着越来越先进的机电一体化产品应用到煤矿机械加工中来，煤矿企业的开采效益越来越高。如今，以计算机控制为主的国产供电设备、提升机、电牵引采煤机、掘进机和输送机等煤矿机械加工都具备了全程监控、自动报警、图景扫描、信息控制等先进功能。这使得在我国的煤矿机械加工管理工作中，机电一体化产品的应用尤为广泛，也确保了煤矿开采工作中的高安全性、高效益性与高技术性。

2煤矿机械产品的机电一体化与生产流程的协同策略

机电一体化策略的主要内容有：其一、关系型产品模型；其二、与关系型产品模型相匹配的产品信息管理系统；其三、以实例推理为基础的智能技术。三方面是机电一体化策略的重要手段。以企业原有产品作为开发对象，开拓思路，对其进行重新改造与设计，充分重视与利用企业可再生的信息资源，提高交货效率及产品质量，节约成本的同时，增加了产品的环保性。企业想要在激烈的市场竞争中立于不败之地，就需要在机电一体化中积极寻求方法。

2.1零件分类及其变型模式

受制作成本限制，一般在定制煤矿机械产品零件事都是批量生产的，所以，首先应保证零件资源特性，其次要考虑不同客户的不同需求，对不同要求的零件进行单独处理。煤矿机械产品一般由标准件、通用件与定制件三类组成零件。机电一体化的模式受不同类型零件的影响其功能会产生差异。需要特别说明的是，在煤矿机械产品的机电一体化阶段，首先应该保证通用件的变型是根据已有实例做出的取代变形模型，当该模型已经不具备重用条件或是达不到变型所需要的条件时，零件变型主模型就必须通过参数化变型得到满足煤矿机械产品定制的需求。

2.2利用AutoCAD软件操作系统作为快速实现机电一体化产品信息的辅助工具

AutoCAD是指计算机的辅助设计，是设计者在设计过程中利用计算机技术或其他辅助设备帮助设计师工作时使用，使用它的画，抬高的过程，可以很简单按照各部分的大小、模式进行绘图，最终依据准确的命令完成煤矿机械的设计。由平面和高程AutoCAD绘制，在图纸中，利用软件充分表述设计者思想意图，并且可以产生三维立体模型，用最直观的方式在最大程度上表现出设计与施工。当然，任何软件都不可能完美无趣，AutoCAD绘制出来的图形同样也会存在一些软件系统难以完善的缺陷。因此，在设计部门经常使用PS图象处理软件。在煤矿机械产品的机电一体化开发中，利用几何数据模型和属性数据模型可建立煤矿机械产品的变型模型。

2.3煤矿机械几何数据模型

目前，在一体化煤矿机械产品中，操作者主要做到两项工作，一是数据化管理产品固有生成属性，二是要分析数据间的关系，此关系主要指层次分布关系。因此，分析机电一体化模型就要将其分为两部分：矿机械生产属性信息及零件图形信息。为了更好地体现零件图形信息，一般可以运用AutoCAD技术细致的体现煤矿机械零件的各个微小细节；相比之下，煤矿机械产品属性产生巨大的信息数据量，它对煤矿机械中各类零件特征进行采集归纳，以此为基础，才能实现生产煤矿机械零件实施信息化操控以及全程监控机电一体化过程等，具体到在几何数据模型中体现机电一体化工作则是由几何图形表示，为了便于从直观上观察数据，在几何数据模型中将通过点、线、面结合的方法展示。通过这些数据可以充分了解矿区环境下的所有煤矿机械产品和零件分别具有的不同属性特征与几何特征。首先，系统下的点线位置表示了几何特征；其次，属性特征则依据不同地物的分属类型进行层次归类。由前文所述可知，研究对象是几何集合构成，组成方式，为了更好地展开研究，我们可以将杂煤矿机械类的属性特征和几何特征分别分类并阐述其定义。一般情况下，具备几何特征的数据可以分为层次数据与几何数据两方面。几何数据是研究煤矿机械形状大小、空间位置及其拓扑关系等方面的基础数据。

2.4煤矿机械属性数据模型

一般情况下，属性特征可以对描述各物体要素特征、形态和分布关系等方面产生直接影响。煤矿机械产品属性与图形信息息息相关。实体对象与图层信息都拥有单向的属性数据。首先对属性数据和客观数据间的联系进行简要介绍。基本属性数据一般可以分成公共属性、独享属性、共名或共值属性、可否传播属性、传值属性和传名属性八种类型。然而如果以分类和层次关系为分类标准，那么又可将各属性数据分做两大类，例如：煤矿机械产品属性数据主要是由各设备的名称编号、赋予原值、生产状态、地理坐标等构成。

3结束语

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[关键词]煤矿企业；机电一体化；定义；发展；方向

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0102-01

我国是个能源大国，同时也是能源小国，一方面是我国各种资源储存量大，但另一方面人口众多，人均占有量远远低于世界人均占有量。因此我们需要对资源进行重视，急需提高采煤工艺中各方面的技术来增强我国采煤工业实力，因为煤炭企业开采技术高低直接影响到企业生产的能力，所以就需要引进先进的开采技术，才能保证煤矿企业的市场竞争力，和保证我国煤炭行业的平稳发展。综合化采煤设备也越来越先进了，并且经过不断的组装和综合使用，正在发挥着越来越重要的作用，进一步加快了我国煤炭开采的速度。所以更多的煤炭企业已经意识到这些作用对自身企业发展的重要性，因此我国煤炭行业势必走向科技化和智能化。随着近些年科学技术的快速发展，现代化的煤炭开采技术已经发展的越来越先进，越来越实用。以往传统的采煤工艺已经不能满足企业的需要，而现代化的综合采煤工艺也只有通过不断地创新才能跟上时展的步伐，而在众多的煤炭开采技术中，机电一体化技术以它绝对的优势迅速在煤炭开采中发展运用起来。

一.煤矿机电一体化的含义

其实说到机电一体化，我们更多的印象是在机械制造行业中提及和出现，在较早之前机械制造行业已经引入了机电一体化技术，但是在各个行业机电一体化的自身含义是不尽相同的。一般来讲，机电一体化是指在原有的机械技术的基础上，加之以先进的计算机技术、微电子技术、光学技术、自动控制技术等新近流行的技术设备以使得原有的生产模式更加具有时代感和先进性，目的是提高生产效率，获得更高的利润，间接的促使这些学科发展。而煤矿机电一体化简单说就是机电一体化技术在煤炭行业的应用，就是在煤矿企业中采用先进的各项新型的技术来提升原有的机械操作水平，以使得煤炭开采更具有活力和效率，并且提高了其安全性。比如以前在煤炭开采方面，更多的是大范围使用人力，人去操控机器进行煤炭的挖掘，靠人的经验去了解矿井的安全情况，有无安全隐患等。这样很容易出现在挖掘过程中出现安全事故，现在国家针对煤矿安全问题要求更加严格和规范，因此煤炭企业在整体的操作上，开始大范围的采用计算机技术，几乎深入到了煤矿开采的各个方面，可以使用计算机计算煤矿的开采进度和可开采度，可以使用自动控制技术进行远程挖掘机器的操控，尤其针对矿井中的安全情况，可以使用计算机系统进行全程监测和监控，及时发现安全隐患，及时解决，避免安全事故的发生，降低煤矿企业的安全事故率。

二、我国煤炭企业煤矿机电一体化的现状

我们已经了解煤矿机电一体化的含义是什么了，也知道其在煤炭企业生产过程的优势所在，其实这些优势早已经在国际上被很多国家和企业发现并且进行研究使用，那么我们国家在煤矿机电一体化方面是一个什么情况呢，以下就进行简单的介绍。

由于经济和科学技术发展方面的原因，我国机电一体化相对于国外一些发达国家而言，起步较晚，自然煤矿机电一体化也就发展较晚，这也导致我国煤炭企业的煤炭开采技术落后于发达国家。在建国初期，电子科技有了初步的发展，当时正是恢复经济的时期，人们当时尝试着把电子技术和原有的机械水平相结合，用以提高原有的机械水平，事实证明这种做法也起到了良好的效果，不仅刺激了机械行业的发展也进一步提高了电子技术的发展，从而促使我们进入了计算机时代。自从上个世纪九十年代开始，计算机已经在我国各个生产领域普遍使用，由于计算机技术是机电一体化技术中很重的一部分，因此机电一体化的发展逐渐加快起来。而随着近些年科学技术的快速发展，机电一体化也随着各种智能技术的开发与利用，更具有时代性和先进性，全面的提升了水平。这是所有机电一体化的发展历程，煤矿机电一体化属于机电一体化的一部分，因此这也是其发展过程，因为机电一体化的发展和利用是统一的，是同步进行的。

虽然我国煤矿机电一体化随着科学技术的发展，发展速度迅猛，但是和发达国家技术和应用上还是存在较大的差距，而且在具体的机械设备上也存在着明显的落后趋势。现在国外在煤炭开采方面使用一种SLS00系列采煤机，我们国家就没有其各项数据，自产不了，就其1965KW的装机总功率，按照我国现有的技术根本实现不了，并且在交流变频开采技术等方面也存在着明显的差距，最大的差距是存在于自动化技术上。众所周知，智能的自动化技术是近一段时期发展的新技术，本身在我国就没有广泛使用，因此存在一定差距也就不为怪了。不过虽然在与发达国家相比，我国的煤矿机电一体化还有很多不足和需要发展的地方，但是也随着我国国力增强和经济的发展取得了一些明显进步。例如MGDl50NW采煤机的应用是最明显的一个标志，它的使用，大大提高了煤炭的产量，同时还提高了安全性，其中综合液压支架的使用，减轻了重力的压力，提高人身设备安全性；钢丝绳损耗定量检测系统的使用，可以通过计算机的科学计算，准确的了解钢丝绳的损耗程度，消除了安全隐患，还有更多先进技术的使用，都大大促进了我国煤矿机电一体化的发展进程。

三、我国煤矿机电一体化的发展方向

一方面我国煤矿机电一体化取得不错的成就，另一方面和发达国家还是存在一些差距，针对存在的差距，我们需要从以下几个方面去看其发展方向。

1.日趋系统化

在煤矿企业，机电一体化所包含的范围越来越广，使用的技术范围也逐渐扩增，种类越来越多，这些技术之间存在着较大的技术差异，如果不能将其有效的组合起来，势必造成资源的浪费。但是将这些不同的技术优势很好结合起来，避免一些劣势，不是一件容易的事情，还没有那个国家能够很好的做到这一步，只是尽可能将其开采效率更大程度的进行提高，因此将煤矿机电一体化中各种技术系统化组合到一起，既是我国煤矿企业所研究的问题，也是发展的方向。

2.日趋微型化

在煤矿机电一体化中，微型化属于一项不很成熟的技术，它是随着微电子技术的兴起而发展的，因为微电子技术在机电一体化发展过程中起着重要的作用，当人们利用微电子技术发展微型化逐渐摆脱大型的陈旧的生产机械，转而尝到了微型机械的甜头。虽然在发展中存在一些不足和改进之处，但也是煤矿机电一体化的发展方向所在。

3.日趋绿色化

现在全世界都在提倡环保，提倡绿色生产，人们的环保意识越来越强，对企业的环保工作也更加重视。因此煤矿机电一体化的生产应该向绿色安全无公害的生产模式进行发展，无论是煤炭的开采还是煤炭的运输，每个环节都应该注意保护好生态环境，不能只重视生产和经济发展而忽略了生态保护的重要性，不能“杀鸡取卵”，只看到眼前的利益，而忽略了长远的利益。因此煤矿机电一体化绿色环保生产模式是今后必然的发展方向。

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1概述

电子技术与机械技术的联系与生俱来，从电子技术产生开始就有。电子技术的发展时刻影响着机械技术的创新，它们渐渐形成一中新兴技术即机电一体化。大规模集成电路的出现标志着电子技术发展的高峰，也大大的促进了机电一体化的发展，使她有了明显进展，使它的魅力凸显在人类的面前，它的发展开始成为科技发展的焦点。在机械系统中采用电子技术，机械系统通过接口以及软件与电子设计融合起来的技术被称为机电一体化。技术和产品是机电一体化的两个主要层面。简单的叠加机械技术、微电子技术以及其它新技术不是机电一体化，它是机械电子完美糅合的综合技术。机电一体化正是因此有别于机械电气化。机械电气化是机电一体化的基础。机电一体化取代机械电气化的发展后，简单的取代和扩大的系统被智能化，功能化所取代。机电接口技术作为机电一体化重要组成部分的也随着设计实践的日趋丰富、设计理念的日趋成熟吸引了更多人力财力的投入和关注。

2接口问题

2.1机电一体化接口技术的内涵

机电一体化技术是在电子、机械、计算机、控制理论等现代高新群体基础上建立起来的一种先进技术。机电接口技术是机电一体化发展中的一门新兴技术，它的主要内容是解决机电一体化系统中各要素之间的接口问题。这门技术的研究能使系统中信息能量的交互，技术的融合更有效的进行，使机电一体化系统达到最优化设计。

2.2机电接口的功能

机电接口作为联系条件，在各要素之间传递和转换信息和能量，并将机电一体化各组成技术的特性糅合。和计算机接口一样机电接口包括硬件和软件，硬件的主要任务是在各要素之间或人与机电一体化系统之间建立连接，通信、能量变送的物理通道。软件主要是提供系统信息交互、转换。调整的方法和过程，协调和综合一体化组成技术，使各要素集成融合，以实现新的功能。

2.3机电接口的分类

机械系统与微电子系统有着不同的技术与理论基础，使它们在性质上差别很大，如果缺少机电接口在各个要素之间对各个变量起到调剂、缓和、配对的作用，它们之间的联系就难以建立起来。因此，机电接口在机电一体化系统中起着必不可少的作用：行电平转换和功率放大。计算机的，而控制设备则可能是CMOS电平，电平转换在这里就必须要进行;此外，负载的大小决定着是否进行功率放大;抗干扰隔离。干扰信号太多会严重影响机电一体化系统的稳定性和精度，因此在微机系统和控制设备中使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器把它们隔离起来;进行数字/模拟转换或模拟/数字转换。微机系统只能进行数字量的处理，而传感器检测到的大多是模拟量，这样增加A/D与D/A转换电路到微机系统与被控过程系统之间成为必然为微机系统和被控对象的通信，匹配扫除障碍，使微机系统的控制更加顺利。

2.3.1模拟信号输入接口

在机电一体化系统中，被控过程的各个参数与状态都通过传感器和变送装置转化给微机系统的电信号。这些信号一般为连续的电信号即模拟信号。这些直接传送只能处理数字信号的计算机是无法完成的。为达到信息交互的目的，只能采用能够将连续电信号解析成离散数字信号的模拟信号输入接口。

2.3.2模拟信号输出接口

微机系统是根据输入设备采集到的反映被控对象工作状况的信息，按照存储器中预先存储的程序，选择相应的控制算法或是控制策略，自动地进行信息处理和运算，实时地向输出设备发出控制命令，达到预定的控制目标。但是直接控制生产过程的信号一般为模拟信号，如交流变频器、直流电动机调速器等。计算机作为进入数字化时代的代表产物，它输出的控制命令不可能是模拟信号，只有将计算机输出的数字信号通过接口转化为模拟信号才能够达到预定的控制目的。

(1)输入通道接口

缓冲器、隔离电路、转换电路以及译码器等四大重要部分组成了输入通道接口。它的作用是将那些控制命令中的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置离散数字信号传递给上机。数字输入通道(DI)在很多文献或是使用中被叫做开关信号输入通道，就是因为这些电平各异的数字信号在系统中被作为开关信号来使用。两种逻辑状态1和0构成了数字信号的全部，但是它的电平一般与微机的电平不尽相同。这就促使了数字输入通道有一个重要的任务是解决逻辑电平的差异不兼容以及降低噪声对执行过程的影响。

(2)输出通道接口

数字输出通道接口(DO)的作用是将计算机通过选择相应的算法或策略进行运算处理过的数字信号传递给I/O设备，然后传递给执行装置(如接触器或LED指示灯)。从本质上来说它是逻辑数字信号的输出通道。它主要是解决内外部公共地的隔离问题以及驱动开关的功率是否合适的问题。

3人机接口

3.1输入接口

3.1.1拨盘输入接口

拨盘是工程中一种常见的输入设备，在机电一体化系统中使用的也较多。一般在系统参数较少，比较简单时，使用拨盘比较简单方便，并且输入可以被保持。参数较多时，最好使用其他设备。拨盘种类繁多，十进制在人机接口方面使用最方便的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘的输入方式是以BCD码形式输入，它与控制微机的并行口或扩展口相连不需要其他任何部件，可以很方便地直接相连。

3.1.2键盘输入接口

键盘是一组键体开关，它们按照一定的顺序排列，并能通过键体里的功能电路，向计算机输入特定的编码，一般为ASCⅡ码。常见的键盘有编码键盘：它是通过数字电路直接产生对应于按键的编码。编码键盘使用起来相当方便，但是结构复杂，成本高，使用较少。非编码式键盘：一般它的键体是根据矩阵形式排列的，通过一定的方式对形成的矩阵进行不断的扫描不断获取按键的动作行为，一旦有输入，就会被输入送入主机，通过分析查表，得到数字编码，传递给主机处理器。构造简单，按键可以重新定义等优点使其使用相当广泛。

3.2输出接口

由于发光二级管具有很多优点，例如结构简单、体积小、使用寿命长、可靠性高以及性价比高，因此在机电一体化系统中被作为典型的输出设备被广泛使用。LED显示器主要分为两种，一种是LED段位显示器，如7段LED数码管，另一种是点阵式LED显示器。7段LED数码管机构原理都很简单，它通过控制不同组合的二极管导通就可以显示出各种字符。点阵式LED由于能够显示复杂符号、字母以及表格等，所以其应用比较广泛，特别是作为大型LED显示屏和智能化仪器。

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关键词：机电一体化;解决方案;教学效果;教学反思

一、问题的提出

掌握机电一体化相关技术对于机电类专业的中职学生而言至关重要，但大部分学生即使努力学习了两年，也无法很好地掌握机电一体化相关技术，原因如下。

1.机电一体化技术多且涉及面广

机电一体化涉及的相关设备有PLC、PLC外接模块、变频器、触摸屏、传感器、交直流电机、特种电机、步进系统、伺服系统、工业机器人系统、气动系统等，每种设备对应相应的使用技术。传统教学是由浅入深顺次学习，但学生学习两年后技术仍没学全，更谈不上组合在一起使用。

2.传统教学模式不适合学习机电一体化技术

传统教学先理论后实操，理论讲的太深，实用性不强，而大部分实操以验证为核心，不是以使用为核心。这就导致了理论学习学生根本学不懂，信心受挫，学习兴趣全无，而实操与生产实践相差太远，学生走上工作岗位即使学过相关技术，也不会使用，且没掌握自学的方法，无法胜任相应的工作岗位。

3.机电一体化技术比较复杂且难度较大

机电一体化所涉及的每一种技术都比较复杂，都可以单独称为一门学科。以传感器技术这本中职教材为例，书中介绍了传感器的定义、分类、测量误差及各种传感器的结构和原理，可谓面面俱到，但传感器在生产实践中如何使用介绍的并不多。传感器技术只是机电一体化相关技术中的一种，所占比例不足十分之一，可想而知要想面面俱到学全所有技术难度有多大。

4.机电一体化技术综合应用难上加难

机电一体化只有把相关技术组合在一起使用才有实际意义，只掌握单独某一种或少数几种技术，无法满足工作岗位的要求，还需根据实际补全所欠缺的部分，这就要求学生有一定的自学能力，而这恰恰是中职学生的弱点。以PLC教学为例，学生通过一个学期的学习，掌握了PLC基本使用方法，对PLC的接线、编程有一定了解，但在生产实践中，PLC需要和编码器、传感器、步进驱动器、伺服放大器等配合使用，无论是接线还是编程，难度都提高了。这种技术岗位，学生无所适从，最后只能放弃。

二、解决方案

针对上述问题，笔者经过多年探索与研究，提出如下解决方案。

1.改变教学理念和教学模式

采用理实一体化教学模式，突破以往理论与实践相脱节的现象，教学环节相对集中。它强调充分发挥教师的主导作用，通过设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节，提高教学质量。在整个教学环节中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实，而是理中有实，实中有理。突出学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发学生学习兴趣。

2.依托模拟自动生产线教学

笔者采用的是广东三向教学仪器制造有限公司生产的SX-815L自动生产线实训考核设备。该设备把PLC、PLC外接模块、变频器、触摸屏、传感器、交直流电机、特种电机、步进系统、伺服系统、气动系统有机结合在一起。只需要掌握该设备一个生产流程，就可以初步学会机电一体化相关技术，既降低了学习难度，又侧重实用性，使学生的学习目标更加明确，大大提高了学习效率。该设备采用的是模块化结构，可按照生产线运行过程，分阶段学习各个模块，只需要两个学期，基础中等的学生就可熟练运行这个模拟生产线，进而掌握机电一体化相关技术。

3.采用从兴趣入手、循序渐进的教学方法

以SX-815L环形传输分拣单元中的分拣过程为例，把整个上料分拣过程的教学分为若干个环节。（1）指导学生观察设备上料分拣的运行过程。通过观察设备分拣运行过程，激发学生的好奇心，让学生有学习兴趣，教师讲解过程通俗易懂，化繁为简，并融入互动环节，学生可自由提问，教师回答学生的疑问。（2）讲解相关设备及元件。从基础学起，为后续环节打下基础。讲解过程中学生可自由提问，教师回答学生的疑问。讲解结束后，学生可在教师的指导下自主探究相关设备及元件，也可在学习小组中互相学习，共同研究，起到事半功倍的效果。（3）举例讲解接线。接线是教学中的重点，由教师举例详细讲解，学生理解后自行在纸上画出，再由教师逐个检查，帮学生改正错误，直至学生完全掌握为止。（4）学生验证接线。学生扒开线槽，查看电路和气路的连接方式，并使用万用表验证纸上的接线图，加深印象，学生自主探究，培养学生的动手能力。（5）详细介绍上料过程。循序渐进，为讲解程序打下基础。在此过程中，学生可自由提问，师生互动解决问题。（6）讲解上料程序。教师讲解程序中的要点及注意事项，学生理解后按照控制要求独立编程，遇到问题可在学习小组中互相学习，共同研究，在此过程中，教师应鼓励创新。（7）验证传感器与汽缸如何配合使用。此过程由教师引导，学生自主探究，培养学生独立思考能力。（8）详细介绍分拣过程。（9）讲解分拣程序。（10）学生分组练习。每套设备为一组，分配3～4人，每组都有一个基础比较好的学生当组长，由这名学生带领其他组员练习，教师负责答疑。此教学设计环环相扣，循序渐进，体现做中学、学中做的特色。需要注意的是，各个环节所需时间因人而异，整个上料分拣教学过程约为40学时。

三、教学效果

采用理实一体化的教学模式﹢依托模拟自动生产线教学﹢从兴趣入手，循序渐进的教学手段所产生的教学效果远远好于传统的教学模式。值得一提的是学生在编程过程中能够做到独立思考，所编写的程序既能够按照控制要求运行又与教师讲解的程序不一致，甚至优于教师讲解的程序，充分体现出了创新性。

四、教学反思

1.优势

（1）从兴趣入手，学生学习变被动为主动。传统教学没有切实考虑到学生的学习兴趣，学生不会主动学习，教师通过考核逼迫学生学习，可是学习机电一体化相关技术难度较大，完全靠考核的方式并不理想。从兴趣出发，学生主动学习，大大提高了学习效率，又可使教师的教学工作变得轻松，可谓一举两得。（2）有效激发学生的潜能。笔者观察学生在练习过程中，如果遇到问题会积极思考，尽可能独立解决问题。学生编写的程序起初很不完善，经过一段时间的改进，有的程序甚至要优于教师讲解的程序，学生看到设备按照控制要求流畅地运行，很有成就感。（3）教会学生学习机电一体化技术的方法。“授之以鱼，不如授之以渔”，机电一体化相关设备品牌繁多，学生走上工作岗位以后难免要自学学校没有学过的设备，这就要求学生要掌握学习机电一体化相关技术方法。每个品牌的设备使用方法虽不一致，但工作原理是相同的，学生掌握SX-815L自动生产线实训考核设备后就能做到“一理通，百理明”，再加上正确的学习方法，就可以自学其他品牌的设备，大大提高了工作岗位的适应能力。

2.不足之处

受成套教学设备的制约，电路及气路的布线工艺讲授和练习不够充分，以后笔者会继续探索弥补不足。

作者:王壮壮 单位:辽宁煤炭技师学院