機(jī)電一體化概述范文

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第1篇

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)電一體化技術(shù)；應(yīng)用

1.煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)煤礦機(jī)電一體化技術(shù)始于建國(guó)初期，電子科技的初步發(fā)展使得把電子技術(shù)和原有的機(jī)械水平結(jié)合成為了可能，一定程度上提高了機(jī)械水平，但是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，機(jī)電一體化并沒(méi)有蓬勃發(fā)展起來(lái)。20世紀(jì)70年代初，在“九五”期間發(fā)生了跳躍式變化，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，機(jī)電一體化程度加深；我國(guó)不僅引進(jìn)了很多當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并且研制成功了許多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品并得到廣泛應(yīng)用[2]。近年來(lái)隨著煤礦行業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦生產(chǎn)水平也在不斷的提高，機(jī)電工程的控制水平也要隨著行業(yè)的發(fā)展而得以提高，從而也加快了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化更加具有先進(jìn)性，尤其是21世紀(jì)以來(lái)，智能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用對(duì)機(jī)電一體化起到了極大的作用，并且應(yīng)用到煤礦系統(tǒng)中。

在煤礦的井下，智能設(shè)備已被應(yīng)用，例如井下智能機(jī)器人、智能化作業(yè)設(shè)備等，這些都是機(jī)電技術(shù)所提供的機(jī)械設(shè)備，但我國(guó)井下機(jī)電設(shè)備的能力不高，可靠性和檢測(cè)智能控制水平也不能達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，這樣會(huì)影響到工作的安全生產(chǎn)。就我國(guó)目前的情況來(lái)說(shuō)，煤礦機(jī)電一體化取得了很大的突破，這在很多方面都得到了提現(xiàn)，以MGD150NW采煤機(jī)的應(yīng)用為例，它不僅大大提高了產(chǎn)量，還增加了安全性；綜合液壓支架的使用不僅僅大量減輕了重力的壓力，也提高了人身設(shè)備的安全性；鋼絲繩損耗定量檢測(cè)系統(tǒng)，充分利用了計(jì)算機(jī)的作用，精確的計(jì)算了鋼絲繩的損耗程度，使安全隱患消失于無(wú)形；此外還有很多其他技術(shù)的應(yīng)用也充分體現(xiàn)了我國(guó)煤礦機(jī)電一體化的進(jìn)程，例如提升機(jī)交流電控系統(tǒng)、LC煤礦提升機(jī)綜合后備保護(hù)裝置、ZDC/30煤礦用斜巷防跑車擋車裝置等。雖然現(xiàn)在我國(guó)煤礦一體化已經(jīng)有了明顯的成就，但是和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著明顯的差距，整體技術(shù)水平和具體的機(jī)械設(shè)備都明顯落后，以SL500系列采煤機(jī)為例，這種智能的自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)還沒(méi)有廣泛的流行。

2.電牽引采煤機(jī)

電牽引采煤機(jī)是機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的一個(gè)典型應(yīng)用。和液壓牽引對(duì)比，它具有以下特性：

其具備較好的牽引特性，能在采煤機(jī)向前工作時(shí)提供牽引力，讓它克服陰力進(jìn)行移動(dòng)，也能夠在采煤機(jī)下滑時(shí)進(jìn)行發(fā)電制動(dòng)，向電網(wǎng)反饋電能；能用于大傾角煤屋。此外牽引電動(dòng)機(jī)軸端還安有制動(dòng)器，從而不必借助別的防滑設(shè)備；運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng)。電牽引不同于液壓牽引，其除電動(dòng)機(jī)的電刷和整流子有磨損外，別的元件都沒(méi)有磨損，故其工作可靠，礦障少，壽命長(zhǎng)，維修工作量小；反應(yīng)屢敏，動(dòng)態(tài)性好，電控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)調(diào)整各種系數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高。電牽引采煤機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、規(guī)格小，份量輕，傳動(dòng)效率能達(dá)99%，比液壓采煤機(jī)的傳動(dòng)效率高出將近30個(gè)百分點(diǎn)。1991年煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作，研發(fā)出我國(guó)首臺(tái)交流變頻調(diào)速M(fèi)G3442PWD型薄煤屋強(qiáng)力爬底板電牽引采煤機(jī)。后國(guó)內(nèi)有關(guān)研究單位與企業(yè)在吸納國(guó)外采煤機(jī)技術(shù)進(jìn)步。如：上海天地公司、太原礦山機(jī)械廠、西安煤機(jī)廠、雞西煤機(jī)廠等都對(duì)電牽引采煤機(jī)進(jìn)行了大量的研究開(kāi)發(fā)，同時(shí)在煤礦生產(chǎn)中起到了廣泛的作用。

3.礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

最能體現(xiàn)煤礦機(jī)電一體化技術(shù)之一的是礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，上世紀(jì)80年代初，原國(guó)家煤炭部組織了大規(guī)模地對(duì)國(guó)外煤礦監(jiān)控技術(shù)的考察和引進(jìn)工作，不僅推動(dòng)了國(guó)內(nèi)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。而且還從法國(guó)、波蘭、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等先后引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion2200），經(jīng)過(guò)消化，響應(yīng)收同進(jìn)又結(jié)合我國(guó)的實(shí)阮情況，研發(fā)出KJ2，KJ4等安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)并通過(guò)了鑒定。

上世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)緊跟世界監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，自行研發(fā)出了一批具有世界先進(jìn)水平的監(jiān)控系統(tǒng)，如煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的KJ90系統(tǒng)、煤炭科學(xué)研究總院常州自動(dòng)化研究所的KJ95系統(tǒng)等。它們的主要特點(diǎn)有：測(cè)控分站的智能化水平進(jìn)一步提高：可與網(wǎng)絡(luò)邊接，系統(tǒng)軟件采用了Windows操作系統(tǒng)。而且，在“以風(fēng)定產(chǎn)，先抽后采，監(jiān)測(cè)監(jiān)控”12字文針和煤礦安全章程等有關(guān)條款的指導(dǎo)下，規(guī)定了我國(guó)各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。此后，更多的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，這不但為各煤礦提供了更多的選擇，也促進(jìn)了各廠家產(chǎn)品質(zhì)理和服務(wù)意識(shí)的提高。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐，安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。

4.液壓支架電液控制系統(tǒng)

我國(guó)研制液壓支架電液控制系統(tǒng)的起步較蟓。雖有諸多型號(hào)的電液控制系統(tǒng)液壓支架研發(fā)成功，但我國(guó)自主生產(chǎn)的電液控制系統(tǒng)的液壓支架卻還未在煤礦中廣泛的推廣使用，在高產(chǎn)高效工作方面依然是從國(guó)外引進(jìn)電液控制系統(tǒng)液壓支架。以我國(guó)目前研制的支架電液控制系統(tǒng)來(lái)年，仍處于成組程序和單架控制的起步階段。液壓支架研制的趨勢(shì)是向電液控制的方向發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與液壓控制相結(jié)合，達(dá)到定硬度雙向鄰架或自動(dòng)移架，避免對(duì)頂板和支架產(chǎn)生沖擊。而且，電液控制設(shè)備還可查測(cè)支架的工作狀態(tài)。美國(guó)、德國(guó)液壓支架電液控制系統(tǒng)的研發(fā)走在世界前列，它們的液壓支架技術(shù)配備有礦障預(yù)警功能，能實(shí)現(xiàn)液壓支架與采煤機(jī)、刮板機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

5.礦井運(yùn)輸提升設(shè)備

帶式輸送機(jī)不僅能滿足長(zhǎng)距離的連續(xù)輸送、而且具有輸送量大、運(yùn)行可靠、效率高和自動(dòng)化等特點(diǎn)，已成為我國(guó)當(dāng)今機(jī)電一體化技術(shù)的研究重點(diǎn)。

5.1 帶式輸送機(jī)

我國(guó)已自行生產(chǎn)制造了多個(gè)品種類型的帶式輸送機(jī)。“八五”時(shí)期，由于“日產(chǎn)萬(wàn)噸綜采設(shè)備”項(xiàng)目的實(shí)施，帶式輸送機(jī)的技術(shù)水準(zhǔn)得到了極大地提升，煤礦井下用大功率、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)研究和新產(chǎn)品的研發(fā)也獲得了較大的進(jìn)步。如大傾角長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)成套設(shè)備、高產(chǎn)高效順槽可伸縮帶式輸送機(jī)等；均真補(bǔ)了國(guó)內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)的空白，并對(duì)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及主要部件進(jìn)行了理論探討和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，成功的研制出多種軟起動(dòng)和制動(dòng)裝置。有以PLC為核心的可編程電控裝置、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星步齒輪減速器。

5.2 礦井提升機(jī)

礦井提升機(jī)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的提升，特別是內(nèi)裝式提升機(jī)，從結(jié)構(gòu)上將驅(qū)動(dòng)和滾筒合為一個(gè)整體，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，是典型的機(jī)電一體化設(shè)備。全數(shù)字提升機(jī)不僅能夠進(jìn)行可重復(fù)性礦障尋址、診斷和自診斷，而且還可以進(jìn)行簡(jiǎn)單而迅速地通信。采用選擇總線的方式，大大簡(jiǎn)化了電氣的安裝。其硬件配置簡(jiǎn)單，相互兼容，零備件少，能夠輕松地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟件控制和改變瞬間加速度。在我國(guó)“九五”計(jì)劃時(shí)期，國(guó)產(chǎn)全數(shù)字化直流提升機(jī)是各煤礦提升機(jī)的首選機(jī)型。我國(guó)研制成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)龍的全數(shù)字化直流提升機(jī)的核心部分ASCS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由雙CPU構(gòu)成。除此之外，我國(guó)還研制成功了第一臺(tái)交2交變頻器供電的交流提升機(jī)。2000年11月，該系統(tǒng)在焦作古漢山礦投入運(yùn)行，情況良好。提升機(jī)由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其安全保護(hù)系統(tǒng)更為完善。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：使用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)裝置，每臺(tái)都有自已獨(dú)立的測(cè)量、傳感裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)同步工作，互相檢測(cè)，互為備用，對(duì)提升行程實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量和間接測(cè)量容器位置相結(jié)合的方式，一定程度上實(shí)現(xiàn)了行程的自動(dòng)控制。因?yàn)椴捎昧擞?jì)算機(jī)，對(duì)安全回路、制動(dòng)回路、電源和驅(qū)動(dòng)回路能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，極大地提高了提升機(jī)安全性能。

6.其他煤礦機(jī)電一體化裝置

其他的機(jī)電設(shè)備主要為煤礦供電設(shè)備。煤礦供電的特點(diǎn)不僅要求可靠，質(zhì)量高，而且還要能滿足大功率設(shè)備的要求，因此節(jié)能型產(chǎn)品應(yīng)為首遷。高壓開(kāi)關(guān)柜采用了維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)的真空開(kāi)關(guān)。用集中補(bǔ)償和就地補(bǔ)償相結(jié)合的辦法提高功率因數(shù)，減少供電系統(tǒng)的無(wú)功電流，降低了無(wú)功功率損耗。目前高、低開(kāi)關(guān)柜普遍采用了“微機(jī)保護(hù)”，具備網(wǎng)絡(luò)功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)和遙調(diào)。

7.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，先進(jìn)煤礦機(jī)電一體化設(shè)備的高智能化、程序化、信息化特點(diǎn)，以及體積小、操作、維護(hù)方便、保護(hù)齊全、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，使得這些機(jī)電設(shè)備在煤炭生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，不僅減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還為煤礦工人提供了安全保障，極大地提高了煤礦的生產(chǎn)能力，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

第2篇

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；構(gòu)成要素；技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

機(jī)電一體化的發(fā)展總體上主要分為三個(gè)階段：（1） 第一階，也就是初級(jí)階段主要是是上世紀(jì) 60 年代之前，人們不自覺(jué)地應(yīng)用電子技術(shù)并且將其推廣。（2）第二階段主要是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品均取得較大的發(fā)展。（3）第三階段主要是各個(gè)國(guó)家都開(kāi)始加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化的關(guān)注以及大力支持機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。

一、國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)電一體化經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，其技術(shù)本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)足的進(jìn)步。特別是在經(jīng)過(guò)電子科技的完善、微型處理器的引入、通信技術(shù)和多媒體遙控技術(shù)以及自動(dòng)化的縱深發(fā)展的支援。

1. 數(shù)控技術(shù)方面的發(fā)展現(xiàn)狀。

我國(guó)的數(shù)控技術(shù)主要起步于 1958 年，在 1995 年末期,國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率已經(jīng)達(dá)到 52%左右,配置的數(shù)控系統(tǒng)也高達(dá) 11%左右。據(jù)對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)發(fā)展歷程分析，大體上已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。不僅擁有千套的數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)其生產(chǎn)能力也得到提高。

2 .計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面的發(fā)展現(xiàn)狀。

經(jīng)過(guò)多年理論與技術(shù)的準(zhǔn)備, 我國(guó)的 CIMS 已經(jīng)取得相當(dāng)不錯(cuò)的發(fā)展。早在上世紀(jì)初，我國(guó)已經(jīng)有多個(gè)省市、多個(gè)行業(yè)以及多家具有不同規(guī)模和類型的企業(yè)開(kāi)始采用或者已經(jīng)采用過(guò)CIMS 示范工程,并且取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。此外，隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，CIMS 試點(diǎn)的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用已經(jīng)廣泛的擴(kuò)展到機(jī)械、電子、航空、輕工、紡織、冶金以及石油化工等多個(gè)領(lǐng)域,同時(shí)也受到各個(gè)行業(yè)的關(guān)注，并投入較多的資金和精力的投入。

3 智能機(jī)器人技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)代機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也逐漸強(qiáng)調(diào)智能機(jī)器人的作用，從控制機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械操作到機(jī)器人自動(dòng)化操作，有關(guān)機(jī)電一體化領(lǐng)域中的智能機(jī)器人技術(shù)日益完善。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前擁有開(kāi)發(fā)智能工業(yè)機(jī)器人的科研機(jī)構(gòu)和廠家超過(guò)五十家，而在我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，大約有一萬(wàn)臺(tái)智能機(jī)器人參與市場(chǎng)流通。可以說(shuō)將智能機(jī)器人技術(shù)引入機(jī)電一體化系統(tǒng)之中，將會(huì)有助于提高機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)作效率，在某些特殊情況下能夠幫助工作人員減少人身傷害。

4 車床數(shù)控技術(shù)水平得到全面提升。

從二十世紀(jì)五十年代，我國(guó)的車床數(shù)控技術(shù)開(kāi)始得到國(guó)家和專家的重視。當(dāng)前我國(guó)的車床數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)能力有十分明顯的提高，年產(chǎn)量達(dá)到3000 多套，與之相關(guān)的主軸和配給方面裝置的年生產(chǎn)能力也早已突破了5000套。在車床數(shù)控技術(shù)提升的同時(shí)，數(shù)控機(jī)床業(yè)分為普通級(jí)和精密級(jí)等不同類別，但就普通級(jí)車床數(shù)控系統(tǒng)而言，目前其加工作業(yè)密度已經(jīng)精確到5μm；而精密級(jí)車床數(shù)控系統(tǒng)的加工精密度已經(jīng)可以達(dá)到1μm。相比較而言，十年前我國(guó)的車床加工精密度還只是在5μm 級(jí)別，不得不說(shuō)當(dāng)前在機(jī)電一體化技術(shù)中，車床數(shù)控技術(shù)的突飛猛進(jìn)十分引人矚目。

二、機(jī)電一體化技術(shù)體系的構(gòu)成要素

1.機(jī)械技術(shù)

機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。包括機(jī)架、工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)和動(dòng)力裝置等， 具體實(shí)現(xiàn)人們最終需要的各種功能。無(wú)論是設(shè)計(jì)、機(jī)械制造， 還是機(jī)械工藝， 潛力都很大。

2.微電子技術(shù)

微電子技術(shù)是體系內(nèi)傳遞、過(guò)濾、吸收和處理各種信息、能量和思想的工具， 是整個(gè)體系賴以生存和發(fā)展的關(guān)鍵和先導(dǎo)。因此， 要大力開(kāi)發(fā)功能多、性能高、保密性好、性能價(jià)格比較低的單元等， 以滿足日趨完善的機(jī)電一體化體系的需要。

3.計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)

計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)是機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的核心要素， 是代替人操縱機(jī)器的替身。包括計(jì)算機(jī)主體和可仿程序控制器及其配套的輸入輸出設(shè)備， 顯示器和外部存儲(chǔ)器，也包括有關(guān)的傳感器等。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化， 必須提高信息處理設(shè)備的可靠性， 包括模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性， 進(jìn)而提高處理速度， 并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。

4.系統(tǒng)工程和控制技術(shù)

體系的組成、優(yōu)化、自動(dòng)化、智能化、可靠性、可行性的經(jīng)濟(jì)性的綜合反映都必須采用系統(tǒng)工程的方法來(lái)分析、決策并付諸實(shí)現(xiàn)。這是近年來(lái)最活躍的技術(shù)領(lǐng)域。特別是人工智能控制技術(shù)有了很快的發(fā)展， 對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

5.接口技術(shù)

為了能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信， 因此數(shù)據(jù)的傳遞格式必須是標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的接口可以使給信息傳遞和維修帶來(lái)方便，因此我們要著力于發(fā)展低成本、高速串行的接口的生產(chǎn)， 以解決信號(hào)電纜非觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。

三、機(jī)電一體化技術(shù)的功能

(1)提高機(jī)械系統(tǒng)的性能， 完成傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)不能完成的功能。

(2)提高機(jī)械系統(tǒng)的智能化程度， 使人在更舒適的環(huán)境中工作。

(3)提高機(jī)械系統(tǒng)的可回收性。

(4)降低機(jī)械系統(tǒng)的原材料消耗。

(5)降低機(jī)械系統(tǒng)的能耗。

(6)降低機(jī)械系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的污染。

四、現(xiàn)代機(jī)電一體化技術(shù)的特征

1.智能化特征

現(xiàn)代機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)具有三方面的智能能力:

(1)自學(xué)習(xí)能力，即能對(duì)一個(gè)過(guò)程或其所處環(huán)境的信息和知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并能將得到的知識(shí)用于進(jìn)一步的估計(jì)、分析、決策和控制，從而使其處于最優(yōu)狀態(tài);

(2)自適應(yīng)能力，即當(dāng)系統(tǒng)遇到未學(xué)習(xí)過(guò)的事例時(shí)，有能力給出合適的處理，甚至找出故障，分析和修復(fù)故障;

(3)自組織能力，即對(duì)復(fù)雜任務(wù)和分散信息有進(jìn)行組織和協(xié)調(diào)和能力，具有不同程度的靈活性和主動(dòng)性，能在任務(wù)要求的范圍內(nèi)自行決策，主動(dòng)采取行動(dòng)，當(dāng)各種任務(wù)沖突時(shí)，可指揮各拉制器有組織地自行解決。

為實(shí)現(xiàn)智能化功能，常以計(jì)算機(jī)為基本工具，根據(jù)控制論和信息論的原理，輔之以軟件系統(tǒng)框架。80年代末以來(lái)研究最多的是專家系統(tǒng)框架、模糊系統(tǒng)框架和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)框架.專家系統(tǒng)提取人類成熟的操作經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，以知識(shí)庫(kù)為核心，配以特征知識(shí)處理，采用多種推理機(jī)制和匹配法則.構(gòu)成完整的最優(yōu)決策系統(tǒng)。模糊控制首先對(duì)對(duì)銀的各Tl)卜比能指標(biāo)建立單項(xiàng)滿意度模糊子集的隸屬函數(shù)，按其重要性的小同分配以不同的加權(quán)因子，然后按一定算法得出綜合整體滿意度隸屬函數(shù)，再通過(guò)何優(yōu)化策略尋優(yōu)。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是一種用來(lái)模擬人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)，一般由多輸入單輸出非線性單元組成神經(jīng)元，各神經(jīng)元按一定模式連接，并構(gòu)成各種連接模型。

2.擬人化特征

機(jī)電一體化產(chǎn)品最終是要為人類服務(wù)的，在那些人能直接進(jìn)行干預(yù)或控制的場(chǎng)合，操作環(huán)境和控制方式越來(lái)越與人的行為方式一致，體現(xiàn)出高度的人一機(jī)一環(huán)境協(xié)調(diào)，這就要求在機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分研究人的生理、心理特性和能力限度，人機(jī)功能的配合與互補(bǔ)等等，最大限度地使產(chǎn)品更適宜人。在那些人無(wú)法直接進(jìn)行干預(yù)或不需要人直接進(jìn)行控制的場(chǎng)合，機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)加強(qiáng)與人或其他生命體保持相似的行為方式，即具有鮮明的仿生特征。

3.微型化特征

將機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用于人類無(wú)法施展的微觀世界，是一項(xiàng)重要而又自然的要求，由此開(kāi)拓了微機(jī)電一體化的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，并取得了輝煌的成果。目前，幾何尺寸不超過(guò)1cm3的微機(jī)電一體化產(chǎn)品已由研究全面走向生產(chǎn)，更微小的如納米級(jí)產(chǎn)品也開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室中研制。

4.綜合化特征

機(jī)電一體化技術(shù)已完全突破了機(jī)械與電子相結(jié)合的概念約束，成為綜合機(jī)、電、光、磁、聲、熱、液、生物等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，按照控制論、信息論、系統(tǒng)論、決策論等多門理論進(jìn)行集成而實(shí)現(xiàn)。另一方面，在機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMs)的思想也得以貫徹。

結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展提高了機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量,贏得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。機(jī)電一體化技術(shù)并不是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科,是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也能帶動(dòng)著的眾多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,代表著一個(gè)時(shí)代的前進(jìn)。因此,隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和各種技術(shù)的相互融合,機(jī)電一體化技術(shù)必將有著廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

第3篇

[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng) 討論互動(dòng) 教學(xué)實(shí)踐

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）10-0155-02

機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程是南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院機(jī)械電子專業(yè)的專業(yè)主干課，是一門綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)，具有系統(tǒng)工程應(yīng)用意義的課程。[1]課程涉及專業(yè)內(nèi)容多，知識(shí)廣泛，理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)。為幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)渡，提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力以及工程實(shí)踐能力，更好地培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才，我校機(jī)械電子專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)該課程不斷進(jìn)行教學(xué)改革，更新教學(xué)內(nèi)容，積極探索理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法。

一、教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）理論教學(xué)方面存在的問(wèn)題

教材和教學(xué)內(nèi)容與先修課程重復(fù)率高，各知識(shí)點(diǎn)分散。[2]機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)是許多高校相關(guān)專業(yè)為高年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)的一門課程，旨在讓高年級(jí)學(xué)生厘清前三年的各專業(yè)課之間的關(guān)系，能夠以系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法去分析和設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)。由于是原專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固和加深，因此，教材和教學(xué)內(nèi)容包括了之前學(xué)過(guò)的多門課程，教材大而全，教學(xué)內(nèi)容多而廣；此外，該課程現(xiàn)有教材內(nèi)容一般按照機(jī)電一體化大系統(tǒng)的各組成子系統(tǒng)組織設(shè)計(jì)，即每一子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一章內(nèi)容，不同章節(jié)知識(shí)點(diǎn)之間缺少有機(jī)聯(lián)系。雖然知識(shí)點(diǎn)可以獨(dú)立教授，但容易孤立，學(xué)生無(wú)法深刻理解機(jī)電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)性和技術(shù)的綜合應(yīng)用性。

（二）實(shí)踐教學(xué)方面存在的問(wèn)題

機(jī)械電子專業(yè)由于為我校后增專業(yè)，機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程開(kāi)設(shè)時(shí)間相應(yīng)也不長(zhǎng)，加之機(jī)電設(shè)備的復(fù)雜性、高造價(jià)、臺(tái)套數(shù)不足、使用維護(hù)成本高等原因，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)開(kāi)設(shè)的多為演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手操作調(diào)試的機(jī)會(huì)少。[3]在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，則通常紙上談兵，模仿設(shè)計(jì)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性主動(dòng)性不高，更談不上創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

上述原因使得理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)，在教學(xué)中出現(xiàn)“理論教學(xué)教懂難、實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)手難”的問(wèn)題。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)體系中存在的問(wèn)題，結(jié)合我校現(xiàn)場(chǎng)工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，機(jī)械電子教學(xué)團(tuán)隊(duì)探索構(gòu)建了以學(xué)生為主體，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主線，通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)引導(dǎo)理論教學(xué)和理論教學(xué)指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)踐的互推互動(dòng)的教學(xué)新模式。在剖析某幾個(gè)典型機(jī)電一體化系統(tǒng)（項(xiàng)目）的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、設(shè)計(jì)過(guò)程中，串聯(lián)講解知識(shí)點(diǎn)并在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)在項(xiàng)目中的具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而將項(xiàng)目實(shí)施和理論講授有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)一體化教學(xué)。教學(xué)改革探索的實(shí)踐表明，在機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)這門課程的教學(xué)上，采用此方法是可行且有效的。

二、以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主線的教學(xué)新模式應(yīng)用

以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主線，是指以項(xiàng)目為載體、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，將某一門課程的核心概念和原理，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目的形式來(lái)體現(xiàn)[4]，將課程中分離的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為在具體項(xiàng)目中應(yīng)用的相關(guān)聯(lián)的技術(shù)支持點(diǎn)，將學(xué)生認(rèn)為枯燥乏味的理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦?dòng)的、具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，有利于學(xué)生更加系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)和掌握所學(xué)習(xí)的知識(shí)。

（一）項(xiàng)目選擇

教學(xué)新模式應(yīng)用中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)或選取尤為重要，其成功與否直接影響教學(xué)效果。首先，項(xiàng)目應(yīng)具有代表性，以體現(xiàn)機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)的典型應(yīng)用；其次，項(xiàng)目應(yīng)具有可操作性，即項(xiàng)目的難易程度應(yīng)適中；最好配套有足夠數(shù)量的、具體可操作的裝備供學(xué)生實(shí)踐操作；再者[5]，項(xiàng)目應(yīng)具有可拓展性，以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

基于上述考慮，并在我校實(shí)驗(yàn)室二期建設(shè)經(jīng)費(fèi)大力投入的支撐下，分別以PLC和51單片機(jī)兩大控制核心為基點(diǎn)，提出了“物料自動(dòng)分揀”、“自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)”、“桁架機(jī)器人”和“自動(dòng)尋跡小車”四大項(xiàng)目。以“物料自動(dòng)分揀”項(xiàng)目為例，此項(xiàng)目涉及的知識(shí)模塊包括：西門子S7-200PLC控制，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，辨識(shí)物料顏色、材質(zhì)的傳感檢測(cè)，觸摸屏監(jiān)控，自動(dòng)定位控制，光電編碼器及氣動(dòng)元件應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù)，均為機(jī)電一體化共性重要技術(shù)。與此相對(duì)應(yīng)，MPS實(shí)驗(yàn)室增配了多臺(tái)套可拆裝式物料分揀實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生可通過(guò)機(jī)械安裝、電氣硬件接線、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐操作，既可進(jìn)行單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，也可進(jìn)行綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

（二）具體實(shí)施

1.理論教學(xué)方面

概述部分仍沿用教材內(nèi)容，重點(diǎn)講述機(jī)電一體化概念、體系結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。在課程開(kāi)始即強(qiáng)化機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）“機(jī)電有機(jī)融合”的特點(diǎn)、“系統(tǒng)化”的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)理念和“綜合性”的技術(shù)應(yīng)用。

其余內(nèi)容則采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，并分兩大模塊，分階段展開(kāi)。

（1）第一階段：以教師講授為主，選用“物料自動(dòng)分揀”和“自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)”兩大項(xiàng)目，按“任務(wù)分析方案總體設(shè)計(jì)硬件選型、設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試”的項(xiàng)目一般設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程開(kāi)展。通過(guò)兩個(gè)項(xiàng)目的介紹，使學(xué)生熟悉項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的一般流程，總體方案設(shè)計(jì)的一般要求和原則，掌握系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)要求，學(xué)習(xí)如何結(jié)合功能實(shí)現(xiàn)和成本控制進(jìn)行硬件選型，常見(jiàn)硬件的工作原理和使用方法等。在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生掌握變頻調(diào)速、檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、伺服驅(qū)動(dòng)與控制、步進(jìn)電機(jī)與控制、軟件編程技巧與仿真調(diào)試等有關(guān)綜合應(yīng)用的理論知識(shí)。

（2）第二階段：采用討論互動(dòng)課的模式進(jìn)行，教師主要起引導(dǎo)和指導(dǎo)作用，選用“桁架機(jī)器人”和“自動(dòng)尋跡小車”兩大項(xiàng)目。教師按每一項(xiàng)目確定3種任務(wù)方向共制訂6套項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書，包括設(shè)計(jì)題目、功能需求、技術(shù)要求及重難點(diǎn)。學(xué)生結(jié)合自身的興趣愛(ài)好，每3-5名同學(xué)自由組合為一組，從6套任務(wù)書中任選一套，每套設(shè)定限選額度（上限為4組）。選題在討論互動(dòng)課正式開(kāi)始前兩周即確定完畢。在兩周準(zhǔn)備時(shí)間內(nèi)，各小組需要完成的工作內(nèi)容是：任務(wù)分析組員分工資料查閱組內(nèi)討論方案擬訂方案形成書面報(bào)告并制作PPT。在討論互動(dòng)課上，按相同任務(wù)書抽簽選取1-2個(gè)小組進(jìn)行10分鐘的上臺(tái)演講、報(bào)告，5分鐘的討論互動(dòng)答辯。每組答辯完成后，教師利用2分鐘左右的時(shí)間總結(jié)學(xué)生討論、發(fā)言情況，提出改進(jìn)意見(jiàn)。[6]討論互動(dòng)課通過(guò)教師創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生思維，強(qiáng)化對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生參與合作，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生在課堂上的積極性和主動(dòng)性，變單純傳授知識(shí)為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和能力。

2.實(shí)踐教學(xué)方面

實(shí)踐教學(xué)主要包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)。

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)：由于實(shí)驗(yàn)室新購(gòu)置了多臺(tái)實(shí)訓(xùn)裝置，因此，開(kāi)出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從之前單一的驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)展躍升到集難度遞增的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)于一體的系統(tǒng)全面的實(shí)驗(yàn)體系。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)所需要的理論知識(shí)、技術(shù)應(yīng)用規(guī)范和應(yīng)用技巧與理論課所講授內(nèi)容高度契合，極大增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)的自信心、積極性和主動(dòng)性，學(xué)生敢于并愿意動(dòng)手操作，實(shí)驗(yàn)效果突出，學(xué)生動(dòng)手能力顯著提高。

（2）課程設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)選題上摒棄了之前單一的命題方式，改為可從教師給定的多組題目中任選或?qū)W生自由選擇的方式。其中，教師給定的題目主要為討論互動(dòng)課上項(xiàng)目任務(wù)的綜合和深化。由于已進(jìn)行過(guò)較為充分的論證，因此，對(duì)這部分設(shè)計(jì)題目詳細(xì)設(shè)計(jì)部分要求完成度較高，最好可通過(guò)實(shí)物驗(yàn)證。

（三）課程考核

與教學(xué)模式改革相匹配，對(duì)課程考核方式進(jìn)行了調(diào)整，更加強(qiáng)調(diào)應(yīng)用能力的測(cè)試，加大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)考核比重，增加討論互動(dòng)課考核。其中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核，除了考察實(shí)訓(xùn)時(shí)的常規(guī)表現(xiàn)（如出勤率、操作規(guī)范情況、實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況）外，在最后一次實(shí)訓(xùn)課上以現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放任務(wù)卡的形式，要求各組學(xué)生利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)裝置，在限定時(shí)間內(nèi)，完成某一小項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、接線、編程和調(diào)試工作，最終根據(jù)完成情況現(xiàn)場(chǎng)打分，該分值為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)最終考核成績(jī)的主要組成部分。

三、總結(jié)

教學(xué)改革實(shí)踐表明，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主線的理論實(shí)踐一體化的教學(xué)新模式，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的深度結(jié)合，將教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系，提高了學(xué)生對(duì)相關(guān)技術(shù)的工程綜合應(yīng)用能力，以‘用’促‘學(xué)’，學(xué)以致用；體驗(yàn)型的討論互動(dòng)教學(xué)方式，讓學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，發(fā)揮其主體作用，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

[ 注 釋 ]

[1] 楊汝清.機(jī)電控制技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2009：1.

[2] 陳英俊.“機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新設(shè)計(jì)分析[J].中國(guó)電力教育，2014（11）：94-95.

[3] 姜慶昌，郭士清，陳光軍.基于CDIO理念的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2012（1）：8-9.

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