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2.1套料技術配置缺乏科學合理性

由于數控坡口機所擁有的編程是十分的繁雜的，因此在進行使用的時候，若是進行操作出現失誤，那么就會使鋼材等材料出現切割過量的現象，往往來說，進行切割的速度越快，那么材料過量的現象就越多，糟蹋的材料就更多。一般情況下，所采用的數控坡口機經常使用到的軟件就是將DXF或者是CAD等有關的相應零件圖轉化成為比較簡單的NG切割數據，然后再采用人工的方法在數控坡口機上實行材料編排。但是這一切割方法只適合于對部分的鋼材料實行切割工作，對于那些整一個的鋼材料實行切割行為就比較困難了，從而導致管道鋼材料受到糟蹋的現象出現，甚至有時還會因為一個簡單或較小的行為而致使整一個管道出現作廢的情況。與此同時，由于數控坡口機所擁有的編程基本上都是使用控制器工作的，這也就導致了數控坡口機很大一部分的時間都浪費在編程的等候中，浪費了大量的時間，使機器的工作率下降。

2.2比較過時的數控切割技術

數控坡口機在進行工作的時候.首先就是要對材料進行相應的切割，這也是在對材料進行焊接時的基礎。由此可見，數控坡口機進行切割所擁有的良好質量，對于接下來進行焊接所產生的質量奠定了良好的基礎。但是到目前為止，我國在數控切割這一領域上還是擁有著非常多的問題，大多數的企業都會選擇在采用數控坡口機進行切割的根本上，再加以刨邊機等各式有關的機械進行協助，有的還會采用人工進行加工等的方法進行反復性的加工，這就必然導致需要產生過多的步驟。這樣一來，必然會造成數控坡口機進行切割時產生的工作效率明顯的降低，與此同時，還使很多的鋼材等材料得到糟蹋，從而產生了濫用資源的現象。

3.為提高數控坡口技術水平采取的措施

3.1加強套料技術配置的科學合理化

由于數控坡口機在進行切割的時候會出現套料技術配置的不科學合理化，因此可以將機電一體化技術應用到數控坡口機上使套料數據的配置得到科學合理化。因為機電一體化技術具有使機械、電氣和計算機等各種有關的技術進行協調統一，從而使數控坡口機中擁有的套料數據得到較高程度上的合理配置，并且保障在進行聯合的過程中，將套料本身所具有的作用和功能都得到充分的使用，進而使數控坡口機的工作效率得到進一步的提高。在進行數控坡口機套料數據的配置的時候，可以通過先采用合適的軟件對數據等進行改善并且提前進行圖畫的編程，當出現了較為全面性的套料數據以及切割步驟時，就可以利用坡口機進行操作，完成對管道的切割，從而使大部分的鋼材等材料資源得到節約，促進了數控坡口機的工作完成質量和工作效率的提高。

3.2己女善和加強數控切割技術

從一定程度上來說，機電一體化是屬于采用高新科技實行的一種機械工作方式。由于我國在數控坡口機進行切割的時候出現了種種問題，因此通過采用最新的高新科技對坡口機實行設計，提前在坡口機上對有關的零配件等進行編排和編程，利用所產生的命令實行管道的切割工作。通過這種方式進行切割，既使坡口機的切割速度得到一定程度上的提高，而且還為數控坡口機的切割質量提供保障。不但能夠使所需要的鋼材料等材料得到減少，使運行和生產成本得到降低，而且還大大的使數控坡口機切割的工作效率得到進一步的提高。

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（四）建設特色課程

在課程設置上根據對企業人才需求情況和對近幾年畢業生就業情況的調查，以工作過程為導向，以工作任務或產品為載體，根據學生就業崗位群的任職要求，參照相關的職業資格標準，通過與企業有關人員共同論證，進行課程設置。課程內容的確立與工作過程各階段的任務密切相關，在與企業的深度耦合中，通過對職業崗位群從業人員和與職業崗位群有關的人員及專家進行調查，通過對在職業崗位上工作的學生的描述，經過分析、歸納、整理、綜合，確立職業崗位工作過程中不同階段的工作任務，將工作任務和內容轉化為學習領域的課程內容，通過對工作過程各階段的各級工作任務的使用頻率和難易程度進行分析，確定適用于不同層次的專業核心課程內容和學時安排。

（五）總結

機電專業教學中必須堅持“面向現代，面向世界，面向未來”的發展方針，從實際出發，確定教學改革思路、培養目標，深入改革課程體系、教學方法和教學內容，使專業人才培養與未來社會發展需要相適應。在對學生的培養方面要做到：1.培養學生的綜合應用能力、實際動手能力、工程設計和創新能力，學生能根據一般的設計要求和動作流程完成整個控制系統的設計。2.提高教學質量，培養了學生的學習興趣。3.在實驗和設計中增強了他們的團隊合作精神。從一個目的、兩個原則的教改思想出發，抓好課程理論、實踐、考核的每一個教學環節，不僅充分發揮了學生的開拓創新精神，而且充分調動教師教學和教改的積極性，在教與學兩個積極性的推動下，教學質量得以大幅度提高，使高校為社會主義現代化建設培養出更多優秀的人才。

【論文關鍵詞】機電一體化教學改革專業特色

【論文摘要】針對機電一體化專業教學不能滿足經濟快速發展的需求這一現狀，提出了以實踐為導向的機電一體化教學改革。闡述了機電教學改革的必要性、思路和方法，提出在實踐環節深化改革，在專業培養方案上努力突出專業特色的重要性，淡化了原專業課和專業基礎課的界限，對課程實踐教學進行了改革，體現了機電教學的特色。

【參考文獻】

[1]張超,劉愛云,王娜,葉婷.高職機電一體化專業教學計劃改革初探[J].中國科技信息,2007(22):202-204.

[2]李巧萍.生本教育理念來源于實踐服務于實踐[J].現代教育論叢,2002(5):6-20.

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一、機電一體化的核心技術

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

（一）機械本體技術

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

（二）傳感技術

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

（三）信息處理技術

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

（四）驅動技術

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

（五）接口技術

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

（六）軟件技術

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

二、機電一體化技術的主要應用領域

（一）數控機床

數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：

1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。

2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。

3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。

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

5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。

6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。

7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。

（二）計算機集成制造系統（CIMS）

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

（三）柔性制造系統（FMS）

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

（四）工業機器人

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

三、機電一體化技術的發展前景

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

（一）智能化

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

（二）系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。

（三）微型化

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

（四）模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。

（五）網絡化

網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

（六）綠色化

工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。

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

【參考文獻】：

1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.

2、芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.

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1.智能控制

1.1 簡單介紹

智能控制（intelligent controls）在無人干預的情況下能自主地驅動智能機器實現控制目標的自動控制技術。控制理論發展至今已有100多年的歷史，經歷了“經典控制理論”和“現代控制理論”的發展階段，已進入“大系統理論”和“智能控制理論”階段。智能控制理論的研究和應用是現代控制理論在深度和廣度上的拓展。20世紀80年代以來，信息技術、計算技術的快速發展及其他相關學科的發展和相互滲透，也推動了控制科學與工程研究的不斷深入，控制系統向智能控制系統的發展已成為一種趨勢。智能控制綜合了多門學科，比如自動控制、人工智能、信息論和運籌學等，它克服了傳統控制理論的許多缺點，能夠用來控制各種復雜的系統。

1.2 智能控制與傳統控制的比較

首先，智能控制包括傳統控制，智能控制是傳統控制的高級階段。與傳統控制相比，智能控制處理信息的綜合能力更強，而且能夠從全局優化系統。從結構上來看，智能控制的分布式、分級式和開放式結構也比傳統控制更加先進。

其次，智能控制是多門學科進行交叉的結果，因此它比傳統控制在理論體系上更加完善。智能控制系統具有足夠的關于人的控制策略、被控對象及環境的有關知識以及運用這些知識的能力。智能控制系統能以知識表示的非數學廣義模型和以數學表示的混合控制過程，采用開閉環控制和定性及定量控制結合的多模態控制方式。

再次，智能控制系統具有變結構特點，能總體自尋優，具有自適應、自組織、自學習和自協調能力。智能控制適用的對象和任務可以更加復雜、高度非線性、模型可以具有不確定性。同時智能控制系統有補償及自修復能力和判斷決策能力。

最后，智能控制系統還可以用數學表示混合控制過程，用知識描述非數學的廣義模型，采用多模態控制方式，這種方式是定性決策、定量控制和開閉環控制相互結合的體現。

1.3 主要方法

目前，智能控制運用的主要方法為遺傳算法控制、神經網絡控制、模糊系統控制、專家系統控制、分級遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等。

2.智能控制在機電一體化系統中的應用

2.1 智能控制在機械制造過程中的應用

智能加工技術是利用智能束與物質相互作用的特性對材料（包括金屬與非金屬）進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門技術，而智能如工藝研究之所以光器是智能加工技術應用的前提條件。機械制造是機電一體化系統中的重要組成部分，當前最先進的機械制造技術就是將智能控制技術與計算機輔助技術有機結合，向智能機械制造技術的方向發展。其最終目標是利用先進的計算機技術取代一部分腦力勞動，從機電一體化系統設計課程論文而模擬人類制造機械的活動。同時，智能控制技術利用神經網絡及模糊系統計算的方法對機械制造的現狀進行動態地模擬，通過傳感器融合技術將采集的信息進行預處理，從而修改控制模式中的參數數據。在此過程中利用神經網絡技術中的并行處理與學習功能將一些殘缺不全的信息進行有效處理，利用模糊系統所特有的模糊關系與模糊集合等特征，可以將一些模糊的信息集合到閉環控制中的外環決策機構來選取相應的控制動作。智能控制在機械制造中的應用領域包括：機械故障智能診斷、機械制造系統的智能監控與檢測、智能傳感器及智能學習等 。

2.2 智能控制在機器人領域的應用

通常情況下，動力學中的機器人表現出的是非線性的、強耦合，而且變化具有不穩定的特征，由于信息量繁多而龐大，并且控制參數較多，需要通過智能控制來實現機器人在處理信息和參數的靈敏和快捷化。當前，智能控制技術已被廣泛應用于機器人領域中的各個方面，在動力學方面，機器人是非線性、時變和強耦合的;在控制參數方面，是多變量的;在傳感器信息上，是多信息的;在控制任務的要求方面，是多任務的，因此，從這些方面的分析可以得出智能控制非常適合運用于機器人領域。而且，目前在機器人領域也廣泛地使用到了智能控制技術，比如機器人地行走路徑規劃、機器人的定位和軌跡跟蹤、機器人的自主避障、機器人姿態控制等。在機器人領域，人們可以通過采用智能控制中的模糊控制、人工神經網絡、專家系統技術進行環境建模和檢測、機器人定位、汽車柔性制造等。為了提高機器人系統的適應能力，人們可以綜合運用幾種智能控制技術，例如機器人行走時可以主動的避讓障礙物，還可按照規定的路徑行走，其中機器人手臂可按指令完成相應預期動作。以上這些內容，都是采用了計算機神經網絡智能控制技術實現的，由此可見智能控制在機器人領域中的應用也趨于成熟 。

2.3 智能控制在交流伺服系統的應用

伺服驅動裝置是一種轉換部件和裝置，它能夠使電信號轉換為機械動作，并且決定著控制的功能和質量以及系統的動態性能，它是機電一體化的重要的組成部分。智能控制中電力電子技術的發展能夠提高交流調速系統性能，實現直流的伺服系統向交流的伺服系統的轉變。將智能控制引入交流伺服系統，能夠幫助交流伺服系統應對比如負載擾動、參數時變、被控對象和交流電動機嚴重的非線性特性以及較強的耦合性這樣一些不確定的因素，幫助交流伺服系統通過不確定的模型獲得較滿意的PID參數，滿足系統的高性能指標要求。

常規的PID控制和智能控制技術相結合，能夠形成智能PID，方法就是通過非線性的控制方式將人工智能引入到控制器，使系統的控制性能更好，并且能夠不依賴控制器參數和精確的數學模型進行自動地調整，使得系統的適應性增強。

2.4 智能控制在數控領域的應用

隨著科學技術的發展，我國的機電一體化技術的發展對數控技術提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數控技術可以實現智能編程、智能監控、建立智能數據庫等目標，運用智能控制技術可以實現這些目標。比如說，利用專家系統可以數控領域中難以確定算法與結構不明確的一些問題進行綜合處理，再運用推理規則將數控現場的一些數控故障信息進行推理，從而獲得維修數控機械的一些指導性建議;利用模糊系統技術可以將數控機械的加工過程進行優化，對一些模糊的參數進行調節，從而更加清晰地發現數控機械出現的故障，并找出相應的解決措施。在數控領域，還可以利用遺傳進化算法，找到數控系統的最佳加工路徑;還可以運用智能控制中的預測和預算功能，在高速加工時加強對綜合運動的控制。

參考文獻

[1]王成勤，李威，孟寶星.智能控制及其在機電一體化系統中的應用[J].機床與液壓，2008（8）.

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1 機電專業課程設計的重要性

機電一體化技術不是機械技術與電子技術的簡單疊加，而是二者的有機結合。一直以來由于在基礎課與專業課教學中缺乏機電知識綜合運用能力的培養和訓練，學生在學習了機械設計、機械制造和電子技術、微機原理與應用等基礎課程以及數控技術、機電一體化技術等專業課之后，仍然不能很好地將機、電的知識融會貫通，不能很好地將所學知識運用于實際生活生產中的機電一體化系統的綜合設計，遇到這類問題常常無從下手，存在不少困難。

機電專業課程設計是一個重要的實踐性教學環節，一般安排在控制原理、數控技術、機電一體化技術等專業課學習之后。要求學生能夠綜合運用所學過的機械、電子、計算機和自動控制等方面的知識，獨立進行一次機電結合的設計訓練，主要目的是：①②

（1） 承上啟下。在學習完相關專業課和即將進行畢業設計之前，初步建立“系統設計”的思想，以及相關能力的培養，為畢業設計奠定基礎。

（2） 結合生產生活中的機電產品，學習機電系統總體設計方案的擬定、分析與比較的方法，進一步提高學生對本專業重要性的認識。

（3） 通過對機械系統的設計，掌握幾種典型傳動機構、導向機構及執行機構的工作原理、設計計算方法與選用原則。如齒輪/同步齒型帶減速裝置、蝸桿副、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌副等以及相應機構的消間隙方法及裝置。

（4） 通過對進給伺服系統的設計，掌握常用伺服電動機的工作原理、設計選擇方法與控制驅動方式。如步進電機、交流伺服電機、直流伺服電機等。

（5） 通過對控制系統的設計，掌握一些典型硬件電路的設計方法和控制軟件的設計思路。如控制系統選用原則、CPU選擇、存儲器擴展、I/O接口擴展、A/D與D/A轉換配置、鍵盤與顯示電路設計等，以及控制系統的管理軟件、伺服電動機的控制軟件設計思路等。

（6） 通過對機床夾具的設計，充分了解夾具在保證加工精度和提高生產率方面的重要性，掌握典型夾具的工作原理、設計計算和定位分析與選用原則。如數控鉆床工作臺設計、數控銑床工作臺設計、箱體端蓋鉆锪孔鉆模設計及動態仿真、車床撥叉兩個25孔鉆模設計及動態仿真等。

（7） 通過對機電產品零件生產工藝設計，掌握一些典型零件的加工工藝規程設計的內容及步驟，工藝路線擬定的方法和步驟。如CA6140型車床主軸箱箱體工藝路線設計、軸類零件數控仿形加工、型腔零件數控仿形加工等。

（8） 培養學生獨立分析問題和解決問題的能力。

（9） 鍛煉提高學生閱讀應用手冊和標準、查閱文獻資料以及撰寫科技論文的能力。

2 提高機電專業課程設計質量的方法

2.1 選題

選題是決定專業課程設計質量的關鍵。題目的內容應該圍繞機電一體化技術，難度和工作量要適中，既不要太難太大，拿到題目后使學生無從下手；又不要太易，照葫蘆畫瓢即可以完成。而應該使同學們能夠在3～4周的時間中綜合應用所學過的課程知識，同時查閱相關工具書及文獻資料，通過總體方案論證、設計計算、選型、三維繪圖及裝配，論文撰寫，最終完成題目的內容。近幾年我院對機電專業課程設計的題目逐步進行規范，機電專業課程設計的對象主要結合生產生活中的機電產品（系統），分為機電產品生產工藝設計、機電產品制造夾具設計、機電系統進給伺服系統設計等三個主要方向。通過課程設計完成可以使學生有一定的成就感，進一步提高對本專業的學習興趣。設計的機電產品主要有（下轉第190頁）（上接第169頁）CNC機床、工業機器人、三坐標測量機、自動雕刻機、全自動洗衣機、果蔬自動烘干機等。

2.2 質量控制

2.2.1 規范課程設計過程

整個課程設計包括：確定題目及任務書、學生選題及進行課程設計、成績評價。其中任務書包括：題目，主要完成內容及具體工作量（說明書字數及設計圖紙大小、數量）。課程設計的時間一般為3～4周，指導教師根據具體題目進一步安排學生詳細的進度安排，并督促學生按期完成進度任務。具體執行時為保證質量主要采取以下措施：

* 一人一題；同一題目不同參數可以擴展至兩題；

* 必須有設計圖紙（裝配圖和（或）零件圖，或工藝流程圖、工序卡）；

* 提高、規范機械制圖能力，圖紙嚴格按機械制圖標準、規范執行。其中，裝配圖要求：結構、投影關系、剖面、標題欄格式、配合、總尺寸、技術要求、線條、字體、字號、標準件標注及國標等；零件圖要求：結構、投影關系、剖面、標題欄格式、尺寸、公差、粗糙度、材料、熱處理等以及技術要求、線條、字體、字號等；

* 認真撰寫設計說明書。設計說明書要求清楚地敘述整個設計過程和詳細的設計內容。內容一般不少于10000字符，要求條理清晰、圖文并茂、符合國標。

2.2.2 規范成績評價賦分標準

成績評價應能充分反映課程設計的全過程，目前我們制定的專業課程設計賦分標準如表1所示。

從表1可以看出，成績評定既包括學生的主觀態度，又包括其完成的具體內容情況。

課程設計結束后，教研室根據指導人數，每名教師抽取所指導學生的20%比例，由全體指導教師組成小組，對設計內容、結果、教師給分等進行集體評議，以使課程設計成績評定更加合理。

通過規范課程設計選題、規范課程設計過程、規范課程設計成績評定，使我院的專業課程設計質量明顯提高，為同學們后續的畢業設計奠定了良好的基礎。

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1.光機電一體化技術特征

光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。

1.1體積小，重量輕，適應性強，操作更方便

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

1.2功能增加，精度大幅提高

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

1.3部分硬件實現軟件化，智能化程度提高

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

1.4產品可靠性得到提高，使用壽命增長

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

1.5融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品

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

1.6產品系統性增強，各部分系統間協調性要求提高

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

2.研究現狀和發展趨勢

2.1研究現狀

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

2.2發展趨勢

光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業，而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。從世界科學技術的發展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括：

（1）激光技術

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

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

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

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

（2）傳感檢測技術

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

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

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

其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。

（3）激光快速成型技術

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

（4）光能驅動技術

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

3.結語

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

參考文獻

[1]劉志，朱文堅.光機電一體化技術，現代制造工程，2001（12）

[2]梁進秋.微光機電系統國內外研究進展.光機電信息，2000（8）

篇7

Curriculum Reform of "Mechatronics System Design" in Universities

ZENG Yudan, DU Liuqing, ZHANG Mingde, YANG Xiangyu, WANG Yali

(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract "Mechatronics System Design" as a core curriculum in group of mechanical engineering curriculum, has strong comprehensive and practical features. In this paper, our undergraduate institutions in the curriculum development and teaching reform emerged as the major issue, the demand for the industry, for engineering applications, emphasizing awareness and sense of innovation and engineering training, a typical mechatronic systems - NC special main design feature for teaching, student-centered, self-study students for the purpose of awareness and self-learning ability, the students involved in the actual design process was focused on teaching content, teaching reform, to build and improve enhance undergraduate project quality, to develop students' practical ability and creative ability of the curriculum and teaching model are discussed.

Key words Mechatronics System Design; engineering applications; innovation ability; practical ability

0 引言

機電一體化系統設計涉及機械、電子、計算機、自動控制及信息處理技術、系統工程、檢測傳感技術、伺服傳動技術等多學科領域，是機械工程專業學科課程群中的核心課程。本課程技術含量高，內容更新快，要求學生能綜合運用機械、電子、控制與信息處理等多學科的知識，完成對系統的分析、設計、優化等一系列過程，具有很強的綜合性和工程實踐性，相比其它專業課程而言，課程建設和教學改革面臨更多問題，具有更大難度。

目前課程建設中存在的主要問題有：①教學內容過分側重于工程科學理論知識的灌輸，缺少工程分析設計的實踐過程，遠遠不能滿足工程應用要求；②教學模式基本還是傳統的以教師傳授知識為主，學生被動學習的模式，“以教師為中心，以課堂為中心，以書本為中心” 的單向灌輸式教學模式方法仍然占據主導地位，學生動手解決實際工程問題的機會很少。以上問題使得學生理論知識與工程實踐相脫離，實踐能力和創新能力薄弱，不能適應現代化經濟建設和工程技術發展的要求。

1 課程教學改革研究

我校自1999年開設機電一體化專業方向以來，一直對《機電一體化系統設計》課程建設和教學改革進行了不斷的探索，現將教學內容和教學模式改革的過程小結如下：

1.1 教學內容改革

高檔數控機床和基礎制造裝備是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》16個重大專項之一，也是國家振興計劃的重要組成部分，因此在教學內容設置上，緊跟這一重大決策，響應國家戰略需求，將典型的機電一體化系統――數控專機系統設計專題作為主要內容，在前續課程所講授的理論知識和工程應用實例基礎上，教師指導學生結合工程實例，對機電一體化系統，特別是數控專機系統的設計過程進行較系統完整的學習，并循序漸進地進入實際設計過程，并最終完成數控專機的方案設計和優化、各元部件選型、軟件流程圖、電氣原理圖等所有理論設計和功能模塊細部設計過程。教學所用的工程設計案例大部分來自學校教師所承擔的實際科研項目，如數控電焊專機設計、錐齒輪傳動質量智能檢測分析系統設計、數控彎管機控制系統設計等，避免了空泛地照搬教材進行照本宣科，而是由教師指導學生在設計過程中自主查閱、了解相關知識，進一步掌握相關技能，并將所學所得結合實際設計過程進行鞏固，在此過程中，教師將自己的設計思路、方法和經驗毫無保留地對學生進行傳授和討論，從而實現對學生自學能力、創新能力、實踐動手能力等機電復合型工程技術能力的培養。這對于在校學生來說是非常難得的學習和實踐的機會，也真正體現出課程面向社會需求、面向工程應用的實質。

1.2 教學模式和教學方法改革

本課程是一門面向工程應用，分析解決實際工程問題，對“系統”進行“設計”和“整合優化”的專業核心課程。因此在教學中指導學生始終要以系統工程的角度出發，以整體全局性的高度，對所設計的數控專機進行化整為零、化繁為簡的分析，將一個大系統的設計任務分解為各個子系統乃至各個單獨的功能模塊和功能部件的設計和選型，再經過接口設計，將各功能模塊有機地融合在一起，組成一個整體性能高于各部件之和的完整系統。

在教學過程中，始終堅持面向工程應用，以學生為主體的模式，課堂時間主要用于重要理論和技能、關鍵問題和練習作業的學習和討論，其余所需知識技能交由學生課后通過圖書館、網絡等查閱設計案例、論文、產品技術手冊等相關資料和自學完成，同時學習運用一些常用設計工具，并通過作業和小組討論等方式進行鞏固，有疑難問題可提出并在全班進行討論，最后在教師指點下得出正確結論。這種以具體工程設計任務為教學主線的方式讓學生明確意識到課內外所學知識技能在實踐生產中大有用武之地，認識到教師布置的作業均是完成設計任務必需環節，從而大大提高了學生的學習積極性，使其在課堂上的注意力非常集中，課后能根據任務所需而主動自發地進行學習和討論以完成任務，而不再像以往那樣由于不明白所學知識具體有何用處而造成理論和實際脫節，甚至產生忽視和厭學心理。在此過程中學生逐漸認識到自己理論知識上的薄弱點和缺少的實踐經驗，有針對性地學習參考相關理論知識和前人的方法經驗，彌補以往知識技能系統的缺失環節，并能及時將所遇到的問題及心得體會在課內課外與教師和同組同學進行交流討論，最終較系統完整地完成對各相關知識和技能進行總結，并在工程項目中綜合應用的過程。

本課程是涉及到機械、電子、控制、信息等多學科知識和技術的一門交叉課程，在課堂教學環節，普遍出現的情況是將本課程作為前續課程中“機”、“電” 、“控制”等學科知識的簡單組合和回顧，導致本課程應具有的系統性、綜合性、實踐性不能體現，與其余專業課程間也無法形成科學合理的承接脈絡。改革教學模式和方法后，以整個工程設計過程為主線，將所涉及到的各學科關鍵理論知識，進行系統性邏輯性的梳理，形成清晰的脈絡和層次，并指導學生在完成設計任務的過程中，有意識地綜合運用所學知識、工具和技能，達到學以致用的目的。

例如，在講授“機械子系統設計”章節時，把握住“各子系統有機融合”這一本質，讓學生不僅掌握書本上陳述的對機械系統的性能要求等知識點，更要明白這些要求的提出不是孤立地從機械系統本身穩定性、快速性、準確性等性能指標出發，而更要從控制系統、伺服驅動系統與機械系統有機結合的角度來看待。通過運用經典控制理論中的時域分析和頻率分析兩種方法，了解機械系統參數中系統阻尼比和無阻尼固有頻率這兩個最基本的參數，對機械系統參數變化引起的控制性能變化的過程、原理進行分析推導，同時通過課堂上采用MATLAB對系統進行設計與仿真的實例演示，使學生了解這一控制設計領域的經典工具，經過教師指導和課后自學，掌握該軟件的基本使用方法并在設計中加以運用，從而將控制工程領域的相關知識、技能與機電一體化系統設計任務緊密聯系起來。

又如，在進行“伺服驅動系統設計”章節的教學時，通過課堂討論和課后作業，讓學生將伺服驅動器、變頻器等驅動系統，以及交直流伺服電機、步進電機、力矩電機等常用伺服電機的性能、特點、應用場合、性價比等主要指標逐一進行分析和比較，針對數控專機任務要求設計合適的驅動方案，并查閱技術資料，完成電機選型計算以及電機與驅動器的接口設計，從而將前續課程所學的機電控制知識通過設計任務進行系統完整地運用。

再如，在“控制系統設計”環節，教師通過簡要講解和演示PLC梯形圖編制、單片機編程和仿真、VB/VC++或LABVIEW等高級語言編程驅動運動控制卡等控制實例，使學生了解各控制系統的軟、硬件組成及其設計過程和設計方法，課后自行查閱資料，對各種控制系統的優缺點、最新應用現狀和發展趨勢進行分析總結，設計出合適的控制方案，并在課堂演示實例基礎上，學習運用相關工具，進行初步的控制系統軟、硬件設計。

運用以上教學模式和方法，使學生在系統性地了解基礎理論和技術的基礎上，迅速地掌握關鍵理論知識和必要技能，并有效地在工程設計項目中加以應用，在培養學生自學能力、創新能力和理論聯系實踐的能力方面頗有成效，為其今后的工程應用和技術研究工作打下了良好的基礎。

2 結論

我國政府在2006年初已將建設創新型國家確立為一項重要的戰略目標，高質量的工程科技人才正是建設創新型國家的重要力量。我國高校機電一體化專業必須積極面向社會的迫切需求，以培養能滿足產業需求、具有較強創新能力和綜合能力的機電一體化科研技術人才作為最重要的工作目標。本文對機電一體化專業的核心課程――機電一體化系統設計的課程內容建設和教學模式方法改革進行了探討，提出了面向產業需求、面向工程應用、以典型機電一體化系統――數控專機設計過程為教學主線，以學生為主體，以學生參與實際設計的過程為教學重點等改革措施，以期逐步構建科學合理的課程內容體系和教學模式，實現培養學生的工程素質、提高學生實踐能力和創新能力的目標。

基金資助：重慶市重大教改項目“以培養學生工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革研究與實踐（09-1-005）”

重慶理工大學高等教育研究立項項目 “《機電一體化系統設計》課程教學改革研究（2010009）”

參考文獻

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機電一體化產品簡單的理解就是機械產品與電子產品的融合，機械技術與電子技術的融合，機械零件與電子元件的融合。兩者共同完成某一機電功能。這也只能是傳統意義上的機電一體化產品的定義。

現實生活中的機電一體化產品舉不勝數。我們日常生活中使用的空調、洗衣機、微波爐、油煙機、吸塵器、電吹風等都是典型的機電一體化產品；在機械制造領域中廣泛使用的各種鑄造設備、鍛造設備及機床、數控加工中心等也是典型的機電一體化產品；在工程機械領域中的挖掘機、裝載機、起重機、攪拌站、樁工機械、路面機械等，都是用得較為廣泛的機電一體化產品；在冶金設備領域，高爐、轉爐、連鑄機、軋鋼機等更是高度機電一體化產品。

一、機電一體化產品的技術構成

機電一體化技術是各種高新技術的融合體，它主要包括以下幾方面技術：機械技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和計算機與信息技術等交叉融合的系統技術等。

（一）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，實現從機械原理的選擇到機械結構的設計和機械零件的選材，都能達到最優化配置；并且保證最佳的使用性能與壽命；在維修保養上最大限度地做到簡潔、明快，甚至達到免維護。

（二）自動控制技術

自動控制技術是能夠在沒有人直接參與的情況下，利用自動控制裝置使生產過程或生產機械自動地按照某種規律運行，使被控對象的一個或幾個物理量（如溫度、壓力、流量、位移和轉速等）或加工工藝按照預定要求變化的技術。自動控制系統主要由：控制器，被控對象，執行機構和變送器四個環節組成。

（三）傳感檢測技術

傳感檢測技術是機電一體化產品的系統感受器官，它負責把一線的實況用各種信號傳遞給機電一體化產品的指揮中樞，即計算機或自動控制單元，是將電子系統或光電系統無法處理的外界物理量或化學量轉換為電信號的關鍵技術，它包括：電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、溫度傳感器及光電式和數字式、波式和射線式傳感器，還有相應的測試電路和信號處理技術等。

（四）伺服傳動技術

伺服傳動技術是指在控制指令的指揮下，控制驅動執行機構，使機械系統的運動部件按照指令要求進行運動。采用不同的分類方法，可以得到不同類型的伺服系統。按控制原理（或方式）不同，表示的方式有開環、閉環和半閉環三種形式；按被控制量性質不同有位移、速度、力和力矩等伺服系統形式；按驅動方式不同有電氣、液壓和氣壓等伺服驅動形式；按執行元件不同分為步進電機伺服、直流電機伺服和交流電機伺服形式。

（五）計算機與信息技術

機電一體化產品中的信息存取、交換、運算、判斷與決策、記錄等都屬于此類范疇，計算機與信息技術在整個機電一體化產品中起到類似于人類大腦和中樞神經的作用，它是指導其它功能部分完成各自任務的總指揮。

二、機電一體化產品的未來發展趨勢

“2011 IEEE 機電一體化與自動化國際會議”于2011年8月7日至10日于北京召開。IEEE 機電一體化與自動化國際會議（ICMA）是機電一體化、自動化領域的權威會議，在國際機器人及自動化等領域具有重要影響力。曾在中國、加拿大、中國香港、日本等國家和地區成功舉辦過7次。來自各國近440名學者參加了會議，圍繞智能機電一體化、機器人系統和自動控制方面的最新研究成果及未來發展方向等問題充分交流。從此次會議的議題不難看出機電一體化的發展趨勢趨向于智能機電一體化方向。

隨著科學技術的飛速發展，機電一體化產品目前不僅向智能化方向發展，而且還向仿生物系統化方向發展，應用范圍愈來愈廣。

（一）智能化

隨著人類文明的進步和科技的超越式發展，人類扮演的角色越來越趨于簡單、明了化，人們追求高品質與快節奏的生活與工作方式，那么機電一體的發展也就越來越趨于“傻瓜”式與“一鍵操作”式，這樣能把人類的活動從復雜的按部就班的程序化中解脫出來，用更多的時間來享受生活和工作給我們帶來的諸多便捷。未來的機電一體化產品，在開發與設計的時候，順其自然，第一先考慮的就是智能化。

智能化簡單的說就是具有人工智能或模擬人類智能的系統。目前，專家系統、模糊系統、神經網絡以及遺傳算法，是機電一體化產品實現智能化的的主要核心技術。這四種技術相互關聯，密切聯系。隨著機械制造與自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動，并會對制造中出現問題進行分析、判斷、推理、構思和決策。可以認為把類似于人類的“大腦”（人類高度文明的匯縮體）裝在了機電一體化產品之上，產品隨時啟動，“大腦”隨時工作，去判斷人類想要達到的各種需求，并能做出令我們滿意的行為。人類的大腦思維系統被模塊化的復制到機電一體化產品之上。

目前機電一體化產品的智能化應用已成為趨勢， 例如智能機器人和數控機床等。智能機器人是通過視覺、觸覺和聽覺等各類傳感器檢測工作狀態，根據實際變化過程反饋信息并做出判斷與決定。數控機床的智能化體現在各類傳感器對切削加工前后和加工過程中的各種參數進行監測，并通過計算機系統做出判斷，自動對異常現象進行調整與補償，以保證加工過程的順利進行，確保加工精度和質量要求，最后加工出合格的產品。

（二）仿生物系統化

今后的機電一體化對信息的處理會做得更加完美與準確，這就依賴先進的數據處理與模塊仿真系統的支持。人們從動物那里獲得了啟示，依據動物對外界反應的習性與規律，模擬其習慣做法，把其應用到機電一體化方向。比如說我們開發的機電一體化產品，在接受外界刺激的時候，根據動物常規習性和一般反應規律，機電一體化產品應該做出類似于動物的反應動作或程序準備工作，根據目標完成任務獨立選擇最優的行為動作，來實現目標任務的準確反應與目標的圓滿完成。

更準確地說，仿生物系統化是集動物習性、智能化于一身的技術。此類產品如仿生物寵物狗、動物園里的仿生物虎媽媽等，這都是研究的課題。考慮到仿生物系統化研究過程的復雜性，最關鍵的是被仿的生物習性與要完成的機電一體化產品行為之間的相似性研究與系統模塊的生成，仿生物系統化的道路還有很長的路要走。

新的時代脈搏在涌動，賦予我們在新的領域更高層次的挑戰，機電一體化的發展也被賦予了嶄新的使命。在發展科技不辱使命的前提下，我們更應該注重人性化理念與倫理道德，科技和信息的快速發展帶來的綠色壓力，充分考慮科技與生存環境的關系，共同建設好一個和詣、健康、高度文明的國家。

參考文獻

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篇9

機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統的機電產品相比，機電一體化產品具有下述優越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。

（二）生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現了工作的自動化，使得生產能力大大提高。例如，數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5～6倍。

（三）使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現，系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動最優化操作。

（四）具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。

（五）調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中，而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品，可以事先存入若干套不同的執行程序，然后根據不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。

機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業生產過程的所有領域，因此，機電一體化產品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能，可以將其分成下述幾類。

①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。

②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。

③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。

⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。

二、機電一體化產品的構成及特點

機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能，而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。

（一）機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。

（二）動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。

篇10

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，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域．由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化．使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化。使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。論文 畢業論文

2機電一體化的優點

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術．將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱 其涵蓋“技術”和“產品”兩個方面．是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術．而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊．這是機電一體化與機械+電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別機械工程技術由純機械發展到機械電氣化．仍屬傳統機械．其主要功能依然是代替和放大的體力 但是發展到機電一體化后．其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外．還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等 即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸．還是人的感官與頭腦的眼神。機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別是智能化 機電一體化產品的典型例子有：數控加工中心、機器人以及具有檢測控制性能的數碼相機等。總之．一個機電一體化的系統主要是由機械裝置、執行裝置、動力源、傳感器、計算機這五個要素構成。

3 機電一體化的發展歷史

2O世紀6O年代以來．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后．刺激了機械產品與電子技術的結合，再后來計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展更進一步奠定了技術基礎 大約到20世紀8O年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認：機電一體化技術和產品得到了極大發展：各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持：2O世紀9O年代后期．開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段．機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化．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。

我國是從20世紀8O年代初才開始在這方面研究和應用。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作．取得了一定成果，但與歐美、日本等先進國家相比仍有相當差距機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合。它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科．隨著科學技術的不但發展．還將被賦予新的內容。

4 機電一體化發展趨勢的分析

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

4．1 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建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

4．2 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、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。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。這樣可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

4．3 網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等人們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(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 appliancesystem，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。

4．4 微型化

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

4．5 綠色化

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    現代科學技術的發展極大地推動了機械工業領域的變革,同時給相關生產產業帶來了巨大的影響,提高了生產水平和技術。隨著各種技術之間相融合的發展,以計算機電子技術、機械技術為核心的機電控制領域將給工業及科研等領域帶來更多的實際應用。

    1 計算機技術與機電控制技術的發展概況

    1.1 計算機控制理論的形成與技術的發展

    忽略數字信號的量化效應,可以將計算機控制系統看成采樣控制系統,在這一系統中,將其中連續的環節離散化,則整個系統又可看成由不同的離散系統構成。計算機控制理論的發展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態空間理論和系統辨識自適應控制等理論綜合應用到控制技術中,使計算機控制系統有了初步發展。對于結構復雜、時變的非線性系統,控制系統則融入了魯棒控制、模糊控制、預測控制等多種新型理論,逐步形成了工業過程控制系統的一個新方向。

    自世界第一臺電子計算機問世后,計算機首先被用來自動檢測化工生產過程的過程參量并進行相關的數據處理,同時也研究了計算機的開環控制。到二十世紀六十年代,出現了用于過程控制的計算機,實現了直接數字控制。后經集中式計算機控制系統發展到現在的以微處理器為核心的分層式控制系統控制,通過計算機對生產過程進行集中監視、操作和管理控制等。伴隨著計算機處理器等技術的發展,計算機控制技術也隨之發生相應的變革,最終應用到工業生產中并對其產生巨大影響。

    1.2 機械和電子控制技術的發展和現狀

    在生產、科研等諸多領域里,有大量的物理量需要按某種變化規律進行控制。在二十世紀三十年代之前,工業生產多處于手工操作的狀態。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內,初步有了對工業生產的機械控制實踐。隨著電子技術的迅速發展和計算機控制系統的出現,直接實現了工業生產中各參量和過程的數字控制。計算機的微型化使控制技術更加智能化,同時將機械、電子、計算機技術和控制技術有機結合的機電一體化技術也得到迅猛發展,且越來越被廣泛的應用到各生產領域。目前主要形成并應用的機電控制技術主要有PID控制,PID是經典控制理論的代表,它吸收了智能控制思想并利用計算機的優勢,形成了自適應PID和非線性PID等更利于控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制(FLC)、變結構控制等,均隨著計算機領域的發展在不斷地拓寬。

    2 機電一體化的發展及在工業上的廣泛應用

    2.1 機電一體化的簡介和生產應用

    機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及計算機軟件系統集合起來所構成的系統總稱,綜合運用機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等對各生產領域的控制過程進行監督操作。它主要應用領域有數控機床,通過相應的數控技術,在工業操作上結構、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結構,豐富了數控功能,也提高了生產效率。

    柔性制造系統的應用是計算機技術和制造系統在機電控制工業的應用,是計算機化的制造系統。它主要由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業上,它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,更適用于多品種,小批量等的離散零件的批量生產。

    交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用,尤其是在鋼鐵工業中,使復雜的矢量控制技術得以實現,無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者異步電機實現可逆滑調速。也使交流傳動系統在軋鋼生產中得到廣泛的應用。

    可編程控制器(PLC)是集計算機技術和自動控制化技術于一體的新型控制系統。這一系統解決了工業控制系統中大量開關控制的問題,逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統。隨著PLC技術的進步,其應用領域更是不斷擴大,可采集存儲數據,還可對控制系統進行監控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。此外,隨著工廠網絡自動化的發展,PLC可實現通信及聯網功能,更有助于工業生產的控制過程的監控。如今,PLC技術已經被廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環保以及文化娛樂等各行各業。

    2.2 計算機在機械和電子控制產業的應用實例

    計算機技術和機械電子控制技術一體化的有機結合,不斷使相關的新技術應用到更多的領域中去,這些應用到的領域已經不再局限于工業的生產,更多技術是切身關系到我們日常的工作和生活。下面舉幾個具體實例來介紹計算機技術和機電控制相結合的實際應用。

    PLC實現了機械手移動工件的控制過程。隨著世界經濟和技術的發展,人類活動的范圍不斷擴大,機器人的應用正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展,并從制造領域轉向非制造領域,各種各樣的機器人產品隨之出現。隨著機器人的生產和大量應用,很多領域,許多單一、重復的機械工作由機器人(也稱機械手)來完成。工業機器人是一種能進行自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機,廣泛采用工業機器人,不僅可提高產品的質量與產量,而且對保障人身安全,改善勞動環境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節約原材料消耗以及降低生產成本有重要意義。與計算機及網絡技術相結合應用的工業機器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產和生活方式。

    農業方面,機械作業過程中駕駛室內的儀表盤正迅速由電子監視儀表取代并逐步由單一參數顯示方式向智能化信息顯示終端過渡,以此來改善人機交互界面。這種智能化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端(Virtual Display Terminal),它代表了當代儀器與控制裝置發展的主流方向。它可通過屏幕任意選擇顯示機組中不同部分的終端信息,在屏幕上按操作者的需求,調用數據庫信息,顯示數據、圖形、語音等多媒體信息。另外,還可以將數據信息動態存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能化數據存儲卡,將農業作業過程的數據信息通過智能卡帶回辦公室,由計算機應用高級軟件進行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過智能卡傳送到拖拉機上的智能控制終端,實現自動控制農機的操作。

    PLC在自動售貨機中的應用。自動售貨機通過顧客選擇商品開關,投入的硬幣值由PLC驅動數碼管顯示,經過光傳感器識別,通過判斷,進行下一步操作,經過PLC的系統控制和信號輸出完成售賣過程。計算機技術和機電自動控制在自動售貨機中的這項應用極大方便了人們的生活,也使PLC的應用更加廣泛。

    交通信號燈系統也是微機軟件應用到電子控制系統中的典型實例。通過主要應用PLC技術控制十字路口的信號燈動作。準確無誤的完成信號燈的變燈動作來控制時間,這項應用更是極大方便了人們日常生活工作的出行。

    電腦橫機中計算機技術的應用給機械編織行業帶來了巨大的變革。現在的電腦橫機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域的復雜系統。電腦橫機的編織是一個極其復雜的過程,最初的橫機是手動橫機,只能勝任比較簡單的編織過程。隨著計算機技術應用到電腦橫機中,通過電腦的自動控制,設計人員可對編織花型進行數字化設計,通過計算機數字直接控制機械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應的機械編織動作,由計算機指令控制系統完成整個設計的編織,極大地提高了工業生產效率。

    與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢。

    3 總結

    在機械生產領域,電子技術和計算機技術的融入發展,機電一體化的形成是機械工業中的重要變革。通過不斷發展的計算機技術,使機電一體化相關的技術在諸多領域中得到了廣泛的應用。

    參考文獻:

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    馬增強等,數據采集系統的研究,微計算機信息,1998.

    王立新,淺談數控技術的發展趨勢[J].赤峰學院學報,2007.

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2.課程設置和教學內容不能滿足企業需求。近幾年來，重慶市機電一體化專業課程設置雖有所改進，但教學內容仍較陳舊，課程與教材內容重復較多，缺乏對學生智力的開發，學生所學到的知識與企業的要求尚存在差距。例如，數控加工工藝和刀具、CAD/CAM與數控自動編程、數控機床的維護與維修等教學還較薄弱。

3.體現工業發展水平的專業教材急待更新。目前高職院校所采用的機電一體化專業（數控方向）教材大多沒有充分體現出行業的發展水平，形態單一，內容陳舊，實踐性差。適合數控系統原理、數控機床故障診斷與維護維修和數控人才實訓等課程的教材非常有限，且與生產實際相脫離。

4.實踐教學方式不能體現高職教育特色。近幾年，筆者所在的萬州市一些職業院校在實訓硬件選型上逐步趨向采用工業用數控機床、加工中心。由于數控設備價格昂貴，學校購置設備數量有限，只能給學生作演示實驗，每個學生實際操作機會較少，而數控技術是實踐性很強的一門綜合技術，不通過實踐的體驗，很難學到操作技能，就達不到良好的教學效果。

5.“雙師型”教師數量不足、素質不高。目前在重慶市的職業院校中，具備相當的理論知識和豐富的實踐經驗的數控師資數量嚴重不足，由于一些職業院校固有的體制和政策規定上的限制，從社會上引進既具有豐富實踐經驗，又有一定理論水平的工程技術人員來充實教師，在職稱、工資、福利等方面得不到公正待遇，工作積極性得不到充分發揮。

二、高職機電一體化專業人才培養方案制定應注意的問題

1.形成新的人才培養機制。通過成立由學校、企業專家組成的專業指導委員會，充分的市場調研，確定本專業方向的理論與實踐課程體系和人才培養目標。制訂專業定位方向和人才培養目標，應立足庫區，面向西部和沿海地區，以滿足三峽庫區工業經濟快速增長對機電人才的需求。

2.注重學生綜合素質的培養。學校要始終把德育放在首位，把學做人和學技能結合起來。特別在基礎課、專業課教學和實踐教學環節中體現素質教育，培養學生創業精神、創新精神、團隊協作精神，進行愛崗敬業，艱苦奮斗的教育，幫助學生正確理解技術發展與勞動活動的關系，認識職業實踐活動對經濟發展和個人成長的意義，使受教育者形成健康的勞動態度、良好的職業道德和正確的價值觀。

3.形成具有高職特色的專業教學計劃。為了確保培養質量，突出職業能力，專業教學計劃要隨市場需要進行修改。將培養過程分為職業技術課程學習和職業崗位實訓兩個階段。第一階段圍繞專業核心技術的學習，建立課程體系，優化課程組合，精選課程內容，突出實用性，將理論課與實踐課融為一體，課堂教學與動手操作有機結合。第二階段主要進行綜合實踐訓練，使學生積累崗位工作經驗。實踐環節與理論教學的比例大于1：1。同時加強高等數學、大學英語、計算機應用等工具類課程的教學，為學生今后的發展奠定一個堅實的基礎。

4.改革傳統教學方式和考試方式。專業課程設置要隨企業的需用而增減，隨時進行調節，教學方式也要靈活。我校的高職機電一體化（數控方向）專業開設數控機床故障診斷與維修，引進具有豐富實踐經驗的企業技術人員作為任課教師，上課不照搬教材，每次課以不同的課題形式進行現場教學，培養了學生對實際問題進行分析和解決的能力。

以技能性綜合實訓相結合的考核方式代替傳統的閉卷考試，成績評定以學習過程為主。

5.重視兩個基礎實習環節。重視傳統金工實習。現代制造技術是在傳統技術的基礎上發展起來的，自動化的數控機床，離不開傳統的車、銑、刨、磨等加工技術，一個數控加工人員，如果不懂得刀具角度、切削用量和制造工藝，就不可能成為一個合格的數控人員。因此在教學計劃中必須設置金工實習，一般在第二學期開設，時間至少1個月。

重視生產實習。加強實踐教學環節，減少演示和驗證性實驗。在實踐教學別要注重生產實習這個環節，學生到企業不僅是學習職業技能，而且還要學習企業文化，因此生產實習的時間和何時設置都應該全面考慮，時間不能少于一個月。

6.開展多渠道的實踐教學方式。學校應走產學結合的道路，與企業共建實習實訓基地；加強校內實訓基地的建設，增加實驗實訓設備的投入；成立職業院校共享的實驗中心、實訓中心等，提供公共的實踐教學平臺；建立開放式實驗室等措施。以增加學生實際操作的機會，也提高了職業資格證書的含金量。

7.推行職業資格證書。根據培養目標和職業技能鑒定考核的要求，建立以基本技能、專業技能、綜合技能三大模塊為主線的實踐教學體系。實踐教學做到三年不斷線：一年級主要進行基本技能實訓；二年級主要進行專業技能實訓；三年級主要進行綜合技能實訓，讓學生參加勞動部門組織的職業技能鑒定考核，獲得相應工種的職業資格證書，實現職業資格零培訓。

8.改革傳統的畢業設計。可以將傳統的畢業設計改為畢業綜合實訓，內容為設計、加工生產實用型零件。因為畢業綜合實訓是對學生職業技能的培養，與以往的畢業設計（論文）相比，實踐教學的范圍更廣，意義更大，它不僅是學習和掌握崗位操作技能的關鍵環節，也是學生應用所獲知識、技能和技術的一次綜合訓練。

9.加強教材體系建設。采用教育部高職高專規劃與推薦教材和自編教材相結合的教材體系。教師根據現場調研、所任課程的發展現狀編寫講義，力求貼近實際，使學生掌握較新的理論、技術、工藝，形成一套較為適用的教材體系。

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隨著工業自動化技術的迅猛發展，現代自動生產加工系統中的控制和操作技術越來越復雜，往往綜合了機械、氣動、液壓、傳感器技術、PLC及伺服驅動、數控技術、機器人技術、通信技術、柔性制造及計算機集成制造技術等多門學科，因此對于工業現場的應用技術人員也提出較高的要求。對于培養生產一線的技術應用型人才的高等職業技術教育院校來說，提供模擬自動化生產加工系統的綜合實訓環節，培養學生的綜合工程應用能力，滿足現代化企業生產的需求是我們的教學理念。在教學中我們引入了德國某公司的F’MS50系統，也稱為柔性制造系統機電一體化培訓設備。

2系統的組成和功能

此柔性制造系統是一套模擬實際工業自動化生產中不同復雜程度控制過程的柔性加工中心。根據系統的不同運行狀態，可實現對生產加工過程的改變和控制。圖1所示為該物流系統的平面示意圖，整個系統由以下13個工作站組成:①供料站;②檢測站;③提取站;④加工站;⑤圖像處理站;⑥裝配站;⑦暫存站;⑧提取站;⑨成品分裝站;⑩閉環柔性輸送裝置;⑧柔性加工系統上下料機器人;⑩數控車床;⑩數控銑床。

該系統的生產過程模擬短行程氣缸的裝配，其中包括的零件有:缸體、活塞、彈簧和端蓋。整個加工系統的流程為:工件由送料站送人檢測站~檢測站檢測工件的狀況~將合格零件放人傳送帶上的工件運送車上~由提取站中的機械手上下料裝置將工件放人加工站進行加工~再將工件放回傳送帶上~工件經過圖像處理站時由工業圖像處理系統檢測將要進行裝配的工件形狀是否合格~合格工件進人下一個站(不合格工件將被剔除)~裝配站中的五軸機器人對氣缸進行組裝(其中缸體由傳送帶運送，活塞儲存在裝配站的貨盤上，端蓋和彈簧儲存在料艙中)~暫存站將裝配好的工件暫存于高層倉庫中(可按需要將工件放回到傳送帶上)一由提取站中的機械手上下料裝置按工件的顏色將工件從傳送帶上放人成品分裝站中~成品分裝站完成成品輸出。

此系統是一個可以擴展的可以連接多個工作站的系統，并在生產過程中可柔性地面對運行狀態且可以按相應的情況控制物流。其主要單元是負責向系統內個工作站間輸送零件的閉環柔性輸送裝置。每個工作站中都帶有由STEMENS S7一300系列控制器和數字量vo模塊組成的控制板，控制板與工作站的連接通過一根標準的vo電纜連接。傳送系統的控制也由SIEMENS S7實現。工作站之間的通信由vo接口定義，傳送系統內部的數據傳送由AS一1(執行器和數字傳感器組成的網絡)總線實現。工作站與傳送系統之間的通信通過vo接口定義。在FMSSo中使用SIEMENS的WinCC對系統進行監視，控制以及數據采集。為了實現WinCC和PLC之間的數據交換，該系統采用了Profibus一DP現場總線。WinCC發送數據到PLC，同時從PLC接收數據信息。通過WinCC在主機中按照級別的優先權監控每個設備的運行情況，并且通過一根電纜即可完成在線對PLC S7編程和故障診斷。

該系統包含實際生產加工的主要功能:來料分配、工件檢測、工件操作(機械手上下料)、工件加工及處理、質量控制(圖像處理)、自動裝配(五軸機器人裝配)、立體倉庫(料倉)、工件輸出、工件分揀、閉環柔性輸送裝置、數控加工等。使用該系統應可以完成不同復雜程度、各種主要課題的教學培訓，如:氣動技術、機械技術、通信技術、機械手技術、傳感器技術、PLC技術、電氣/電子技術、自動控制技術、傳動技術、物流技術、數控技術和系統管理等。

3模塊化工作站

構成柔性制造系統FMS50中的各工作站均包括獨立的電氣和可編程控制器單元，帶有一個標準vo接口用于與PLC板的連接。機械和氣動單元按照各工作站的不同生產功能可以由標準模塊組裝而成，靈活性較大，氣動系統的控制原理相似。

以工件提取站為例，該站完成將工件從傳送帶上提取并將其放置在加工站上的分度盤上的任務。它的主要組成模塊是完成x軸運動(運送工件)的無桿氣缸A、完成:軸運動(提放工件)的扁平氣缸(提升缸)B，氣動平行抓手C(抓取工件)和由3片緊湊型閥組成閥島CPV10及滑槽模塊。氣動控制回路圖如圖2所示。圖中A缸和B缸控制回路中的單向節流閥用于控制兩缸的行進速度;A缸控制回路中的兩個氣控單向閥在回路中形成氣動鎖，是一種安全措施，可使氣缸在系統斷電或停氣時在任意位置保持不動。閥島中的3個電磁閥C，M，M分別控制氣缸A，B，C。其中C型電磁閥由兩個常斷式單電控二位三通電磁閥組成;M型電磁閥是單電控二位五通電磁閥。

模塊化工作站的特點是工作站中的小型模塊應該能夠體現生產加工中的各種單獨功能或組裝加工，采用的控制模式與實際生產中相同，每個工作站均包含獨立的電氣及可編程序控制器單元且采用標準的電氣接口，每個工作站本身可以單獨用于教學實訓，每個模塊都具有相應的培訓內容，各工作站之間通過電纜或總線連接可以形成不同形式的柔性制造系統。

4該系統的教學培訓理念