机电一体化论文论文汇总十篇

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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：（1）20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。（2）20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。（3）20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脚，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(homenet)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(computerintegratedappliancesystem，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少，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指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

3．6系统化

未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。

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1.2机械手搬运机构在这部分机构中，装有较多的磁性传感器用作多个不同的位置检测，它需要在前点和后点各装一个，以便检测气缸伸出和缩回的位置是否到位。例如，提升气缸、手臂伸缩气缸以及分拣机构的三个手指伸缩气缸就分别各装有5对磁性传感器。在运行中，当磁性开关检测到气缸准确到位后，则发出信号到PLC，PLC内部程序指挥相应部件执行下一步动作。值得注意的是，在机械手手爪处单独安装有一个磁性传感器，若手爪为夹紧状态，则有信号输出，指示灯亮；反之，手爪松开则无信号输出。

1.3物料传送和分拣机构在这部分机构中，落料口附近与出料口一样，需要安装一个物料检测传感器，检测是否有物料在传送带的起始端。在运行中，如果它检测到物料，则发出信号到PLC，PLC内部程序启动电机驱动传送带；若检测为无料并保持若干秒钟后，停止传送带。当物料在传动带前进时，有三个传感器逐一检测物料的材料性质，先是通过一个电感式传感器，它可以检测到金属材料，发出信号至PLC，启动推料一执行推料动作。为保证检测的灵敏度，检测距离需调节为3～5mm。若物料不是金属，将继续前行至后面的两个光纤传感器处，它们主要用于检测塑料，并区分黑、白两种不同颜色。对于不同颜色的塑料，光纤传感器的灵敏度是不同的，可以通过调节光纤放大器来区分塑料的不同颜色。

2传感器应用说明与注意事项

2.1常用传感器光电传感器由光源、光学通路和光电元件三部分组成，具有使用简单、性能稳定、抗干扰强的特点，常采用光电器件作为检测元件，如光敏三极管。使用时应注意将光电传感器的前端面与被检测的工件或物体表面保持平行，且距离应保持在规定的范围内。电感式接近传感器由即振荡电路、开关电路和放大输出电路这三部分组成。当接通电源时，震荡器在传感器感应面产生一个交变的磁场，当金属物料接近传感器感应面时，金属中产生的涡流会改变磁场，根据磁场的变化来判断是否有金属物体接近。

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2我国煤矿机电一体化技术的应用展望

在我国各个煤矿企业的实际发展中，各种大型机械设备越来越多的被广泛应用于煤矿生产，机械设备液压系统输出的功率也不断加大，这就需要煤矿生产机械设备液压系统不断向高压方向推进。随着科技的不断进步，机械化生产模式在我国的煤矿生产之中的应用日渐普及，其机械生产的多元化、智能化以及一体化水平也大大加强，这对机械数据处理也提出了越来越高的要求，目前传感器及微处理器等相关原件也能较好的满足相关要求，在机电一体化技术中对其给予有效使用能够有效增强机械设备的性能，提高机械设备运行的效率[3]。在煤矿机电一体化技术发展的过程中，要确保及技术的有效性、科学性及适用性，就一定要遵守持续性原则，并对机械设备的燃油功率进行相应的自动化管理控制，才能使机械设备的节能效果得到进一步提高。此外，在机械节能的时候，还要对机械设备运行的效率给予全面考虑，加强对新材料、新技术、以及新工艺的应用，并在确保机械设备运行效率的前提下，重点关注节能效果的发挥。在实际的煤矿机电一体化技术产生过程中，要有效应用传感器、通讯媒体以及微处理器等先进设备，需要功能较为强大的系统软件来做支撑，才能促进其应用效果的发挥。在煤矿机电一体化技术的发展中，电流变流体技术是其可行的发展方向，将这种技术应用到煤矿机械设备的液压系统之中，能有效降低其能量的消耗，延长机械设备的使用寿命，且操作较为简便，应用前景较好[4]。此外，由于各种高级语言、汇编语言的广泛应用，煤矿机电一体化技术的软件开发也具有了较为广阔的发展前景。

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1.2电机在机电一体化中的用电问题一般的电机控制保护装置都是基于电热原理和电磁原理。现在，随着机电一体化的发展和普及，人工控制的机器越来越少，大多数工厂已全面实现机电一体化。所以电机工作量很大，电机经常启动，因此引起不少电路方面的问题。比如电机对于电能的损耗，电压不稳造成的短路，电机超负荷运作等问题。一些企业领导在选购电机时往往过于注重电机本身的工作情况，坏损情况，而忽略了电机对于电能的损耗，忽略了节约用电在电机使用中的具体实践。

2完善电机在机电一体化应用中的保护

2.1解决井下电机设备故障问题的措施井下电机故障频发，对此有关工作单位应该加大重视程度，完善电机保护的相应理论。任用相应技术人才，定期对井下的电机设备进行检查，维修，安排专门检测人员。要时刻注意电动机各方面指标的变化情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。还要加大对电机设备的监控，故障预警方面的投入。例如采用现代化数字监控装置。我们就要分派专门负责人时刻密切关注电机的使用情况，及存在的一些隐患。在未出现问题时及时维护，企业相关负责人应该掌握相关知识，在选购时应全方位考虑。另外，要想从根本上解决电机故障问题，那么相关研发者在设计电机时就应该考虑到电机的养护维修等问题，从而研发出更为可靠的电机保护装置。

2.2对电机用电问题解决方法的探讨由于现在各大企业对于电机越来越依赖，电机在电能利用方面也显露出一些问题。所以，在使用机电一体化设备时，需要有针对性的对于其电路和电能损耗方面的指标进行监测。确保电流以及电压等参数等能稳定在一个相对正常的水平，有针对性的在这些方面进行检查有利于电力故障的判定。在这个过程中需要实施检测，但是常规的仪器并不能做到精准的测量，因此在对其进行应用的过程中，需要选择较为专业的设备如霍尔型电流互感器和IPM输出电压采用分压电路的方式对IPM输出三相电流和电压进行检测，在对故障做出快速判断的同时及时发出报警。另外要想减少电能的损耗，也应该增加用电情况的监控仪器。但要想从根本上解决问题，最重要的是，在电机的设计时我们应综合考虑多方面因素，将绿色创新的理念融入其中，使我国机电一体化技术的发展达到一个全新的水平。

2.3新时代背景下对于电机保护设施的完善随着电机保护理论知识的完善和新技术的发展，通过仿真计算机故障模拟并对其数据进行精确分析，一方面可以防止电机故障的发生和及时对电机故障做出判断与维护，另一方面，也可以用以完善相应的理论知识，让理论知识在实践中得以升华。另外，新技术的应用开发也是完善电机保护系统的重要方面。例如红外光，电磁波等技术的应用，采用科学有效的数据完善电机保护系统是新时代对于我们的要求。对于电机保护装置的研究，我们大多忽略了一个方面，那就是我们应大力倡导电机与其保护装置配套出厂，根据我国现在的需求，有针对性的生产电机及其配套的装置。对于一些其他国家来说电机和电机的保护装置配套出厂的现象早已不是陌生，而在我国，大多数情况下还是电机与其保护装置分别在不同厂家出厂。这种情况下，在设备维修时往往出现设备不匹配的现象，造成不必要的麻烦，而且对于生产的成本来说，也未免有些浪费。因此我们应不断学习进取，吸取好的经验，在我国大力建倡导电机与其保护设备匹配出厂。这样做的优点就是，用户在选择设备时减少了繁琐的对比，测量，更重要的是，大大减少了因设备不匹配而出现的坏损现象，在一定程度上减少能源的浪费，完善了绿色环保在电机保护及机电一体化中的应用。

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1．2压缩空气系统自动控制水电站的空气系统主要给机组的制动、密封及检修提供压缩空气，机组正常运行中压缩空气需要一个稳定的压力来保证正常的生产用气，电厂安装有空气压缩机、储气罐及配套的自动控制系统，在储气罐上安装有压力变送器以及电接点压力表，自动控制系统根据压力变送器及电接点压力表测得的实时压力值与整定的启动与停止空气压缩机的压力值进行比较，若实时压力低于启动压缩机压力就自动启动压缩机，当压力达到停机压力时自动控制系统自动停止压缩机。

1．3PLC微机调速系统的自动控制PLC微机调速系统是水电站自动控制的核心系统，也是机电一体化技术在水电站集中应用最多的系统，该系统集中应用了电子测量技术、机械测量技术、机械液压调速技术、远程控制技术等，由于水力发电厂其启动、停机时间短、效率高及功率调节范围大等优点常被作为电网的调峰调频机组使用，因此PLC微机调速系统应具有灵敏性、可靠性、调速连续性等要求。PLC微机调速系统在水电厂中通过采集发电机频率及电网功率调整水轮发电机组的转速及有功功率，采集到的发电机频率经转速与频率关系公式n＝60f／p（n为转速，f为频率，p为转子磁极对数）转换为机组实际转速，实际转速与机组额定转速相比较，若发现转速偏离额定转速，自动调速系统将根据转速调速命令使其调速液压系统开／关水轮机导水机构调整机组转速。PLC微机调速系统得到电网需要调整有功功率指令时在保证机组转速的前提下，通过调整水轮机导水机构的开度来调整机组的有功功率。为了使水电机组实现随着频率和功率变化自动调解的目的，PLC微机调速器通过电子测控装置测得发电机实时频率或电网功率命令机械液压装置动作带动导水机构动作，调整水轮机导水叶开度来实现调速，同时机械位移测量装置将液压装置导杆位移量同时反馈给PLC微机调速器，PLC微机调速器根据反馈数据与机组转速、功率与导叶开度曲线判断调节位置是否与电子测控装置测得的频率或功率相一致，是否还要下达调节命令。机械液压装置作为PLC微机调速中的唯一动力装置，其自身也拥有自动控制系统，通过自身的控制系统控制动力源，机械液压装置的动力源通过储油罐上的压力显控器（电接点压力表）设定的油压上、下限控制齿轮油泵的起停，使其动力源始终保持调速所需的工作压力。

2水电站机电一体化集成

水电站的机电一体化技术主要运用在上述的系统中，这些自动控制系统通过集成构成了水电站安全监测与运行的自动控制系统，通过水电站的中央控制室的控制，使得分散的独立运行的互不相关的系统成为一个整体，这些监测与控制系统不仅可以独立运行，同时还必须相互综合利用才能充分发挥出机电一体化技术的优势。各个系统通过中央控制室的集成，不管哪一个系统出现故障都将会影响整个自动控制系统的运行，其为电厂的安全平稳运行提供了有力的监测与自动控制保障。

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（二）构建高职会计电算化专业“教学做一体化”的实践课程体系通过行业调研和与行业专家研讨，社会对会计的需求主要为中小企业和事业单位会计、出纳、会计电算化、财务管理、审计等岗位，在建立会计电算化专业“教学做一体化”时要充分考虑市场环境和用人单位需求的变化，结合会计工作任务的特点，构建“教学做一体化”的实践课程体系。具体包括：珠算技术与点钞技能实训；手工会计基本技能实训；出纳基本技能实训；电算化会计基本技能实训；手工会计单项岗位技能实训；手工会计混合岗位综合技能实训；会计电算化维护管理技能实训；电算化会计综合技能实训；校外实践培训；多证强化训练；顶岗实习。按照毕业生应达到的知识、技能和素质标准，结合毕业生未来发展的需要，建立各门课程的质量标准。

（三）构建高职会计电算化专业“教学做一体化”的实践教学环境与运作模式会计电算化专业“教学做一体化”是以完成岗位工作任务为载体的情境式教学，传统的教室往往难以满足一体化教学模式的需要，因此，实施一体化教学的最好场所就是校内实训室和校外实训基地。1.建设校内实训基地。学院实行开放式办学，让行业企业专家走上课堂，指导学生实训实习，投入资金加强校内实训基地建设。在建设过程中，聘请企业专家参与实训室建设方案制订和建设过程指导，确保实训基地建成企业化、岗位化、模块化，使学生在学校就能体验企业工作氛围，强化职业素养。目前我们已建成“会计电算化实训室”“手工会计实训室”“纳税申报实训室“”财务咨询公司”等实训基地。制定《会计电算化专业校内实训教师岗位职责》，建立《会计电算化专业学生校内实训管理细则》，建立满足实训用的资料库、编写会计模拟实训指导书等，开发了仿真度高、职场氛围浓的虚拟校内实训基地。校内实训基地的建成，让学生在“教中学、学中做，做中学”，为实现“教学做一体化”的实践创造了良好条件。2.建设校外实践教学基地。学院始终把学生综合职业技能训练与职业素质养成放在企业、放在职场，同时不断加强校外实训基地的建设。在重庆市涪陵水利电力投资集团有限责任公司、太极集团重庆涪陵制药有限公司、重庆市涪陵榨菜（集团）有限公司、重庆财瑞财务有限责任公司、重庆市正凯空调安装工程有限公司等建立了多个稳定的校外实训基地。校外实训场地的建成，为会计电算化专业学生在校外实训提供了良好的环境，为学生进行会计电算化顶岗实习奠定了企业平台，也为“教学做一体化”的实践起到了推动作用。顶岗实习是专业教学中的重要环节，与常规教学相比，顶岗实习教学学习场地在企业，学校聘请企业一线技术人员做兼职教师。学生顶岗实习实行“双导师制”指导，明确企业兼职指导教师及学校指导教师的各自责任。针对顶岗实习学生，除保证每个实习学生有企业指导教师外，还安排足够的校内教师对学生顶岗实习进行管理。学校指导教师一方面要定期进行现场指导；另一方面要与企业指导教师进行沟通，使其加强对学生岗位技能的指导、答疑。学生实习期间定期向指导教师汇报实习情况并定期写出顶岗实习报告。

（四）构建高职会计电算化专业“教学做一体化”的实践教学方法体系为了提高教学质量和学生实践技能，必须优化教学手段。我院教师从传统教学法中脱离出来，进行“项目教学”“任务驱动”“模块化教学”“案例教学”“顶岗实习”等多种教学方法的探索，初步形成“教学做一体化”的教学模式，构建了“三层双轨六位一体”的开放式的一体化实践教学体系。即基本技能实训、专业技能实训、岗位技能三个层次；手工做账和计算机做账双轨并行；单项岗位实训+混合岗位综合实训+技能竞赛+考证强化+校外培训+校外顶岗实习的“六位一体”。同时，我们创新了“教、演、学、练、做”的一体化实践教学方法，实现了“教中学、学中做，做中学”，构建了“以职业能力定学、多证培养、教学做一体、理实融通”的人才培养模式。以上方法，促进了学生专业技能和职业能力综合素质的培养，课证融合，保证了学生顺利取得毕业证书和职业资格证书。

（五）加强高职会计电算化专业“教学做一体化”“双师”型教师队伍的建设为了保证会计电算化专业“教学做一体化”的实践教学质量，加强“双师”型教师队伍建设是关键，培养具有扎实理论知识和丰富实践经验的“双师型”教师尤其重要。我院一是让教师“走出去”，即鼓励教师到校企合作企业、会计师事务所或财务公司等机构兼职，为企业做会计、财务管理、审计和税务咨询等；也让教师轮流到企业顶岗实践，开展产学研合作，为教师到企业参与实践提供支持；同时还鼓励专业教师参加职业资格考试。通过这些措施，来增强教师的实践经验，从而提高双师队伍素质。二是通过“请进来”的方式加强师资队伍建设，即聘请校外行业企业专家为学生授课、指导实践教学。

（六）构建高职会计电算化专业“教学做一体化”的考评机制检验高职会计电算化专业“教学做一体化”的实践效果，就是制定科学的考核评价机制：以职业能力考核为要素，构建科学的考核评价方式与标准体系，主要包括考核方式、考核内容和评价标准。考核方式包括形成性考试与终结性考试两部分。形成性考试对于学生行动过程中的各种表现进行考核，包括作业、实训过程、实训结果、实训报告、单元测验、学习态度、进步系数等。终结性考试分为笔试和实务考试。（1）笔试主要针对会计电算化专业课程教学目标中的理论知识进行考核。考核内容固化在试题库中，理论知识的试题库全部采用客观题。试题库按照教学大纲组建，题库系统可以通过对考核范围、难度系数、分值分布等进行定制的方式自动组建试卷并评卷。学生随时可以申请在机房参加考试。（2）实务考试主要针对课程教学目标中职业技能进行考核，主要包括学生珠算技术与点钞能力；手工会计基本技能；出纳基本技能；电算化会计基本技能；手工会计单项岗位技能；手工会计混岗综合技能；电算化会计综合技能；顶岗实习报告；技能竞赛；多证强化等方面的考核。评价标准分为优、良、中、合格和不合格几个等级。

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2构建思路

机电一体化专业课程体系构建是基于学生未来职业要求和技术技能型质量要求的，要充分考虑职业资格考试和技能大赛对教学引领作用，在课程体系中集中体现技术、技能属性。考虑现有机电一体化专业教学模式，将机电一体化专业课程体系构建为“阶段+模块”、“理论+实践”的互补体系。机电一体化专业教学课程阶段主要包括职业基础能力培养阶段、职业专门技术能力培养阶段、职业关键能力培养阶段和职业拓展能力培养阶段四个阶段，对学生在未来职业中所需技术技能进行培养，全面提升学生综合专业能力。机电一体化专业教学课程模块主要包括基础课程、技术课程、实训课程和选项课程四大模块，其中基础课程模块就学生在未来职业中的职业素质和基础能力进行开发培养，切实提高学生职业综合素养；技术课程模块就学生在未来职业中的专业技术能力进行开发培养，主要设置职业技术性课程；实训课程模块就学生在职业技术性课程中所学进行实训教学；选项课程模块就学生在未来职业中具体工作岗位所需设置的课程，具有较强的专业性和技术技能导向性。

3课程体系总体设计

高校机电一体化专业课程体系的总体设计框架是基于机械工程行业需求，强化学生技术、技能基础，拓宽机电专业能力，突出未来职业能力，提高综合专业素质，全面职业发展的课程结构，是面向多方向工作岗位需求，设计大类模块化课程的体系。机电一体化专业课程体系的总体设计包括集“自然科学+人文社会科学+专业思想教育”在内的基础课程教育（一个基础），包括集“电工电子基础平台+机械基础平台+计算机控制技术基础平台”在内的平台课程教育（三个平台），包括集“自动生产线方向+机电一体化设备+模具设计和制造+数控技术应用+计算机辅助机械设计”等多模块课程教育（多模块）。

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2.机电一体化在工程机械中的应用措施

2.1机电一体化技术在机床的应用我国数控机床一般使用Z80-CPU软件实现机电一体化，这是因为Z80-CPU系统开发较为简单，且配套的芯片具有普遍性和廉价性，因此在机电一体化技术上具有额可靠性和通用性。由于我国的数控机床是按照坐标轴进行工作台运动的，因此一般需要采用插补功能实现连续控制的目的。其中滚珠丝杠具有摩擦损失小、传动效率高的优势可以有效消除低速爬行的现象，因此在数控机床的执行机构传动方式可以使用该种传动方式。它具有耐磨性好，摩擦系数小，可消除低速运动的爬行现象，同时它的抗撕伤能力强、以及成本低等优点。

2.2监控系统的应用机电一体化技术在工程机械加装电子监控和故障诊治以及自动报警系统可以对工程机械的各种装置如传动系统、液压系统、发动机以及制动系统等进行综合的全方位的监控。监控系统在工程机械运行过程中如果发现异常，能够自动找出机械出现故障的部位，并发出警报，提醒工作人员注意。因此机电一体化技术的应用不仅提高了工程机械的工作效率，而且改善了操作人员的工作环境，降低了工程机械故障维修的费用，缩减了停机维修的时间，对延长机械使用寿命和提高机械经济效益具有重要的作用。

2.3对柴机的控制借助机电一体化技术的电子油门控制系统，对柴油机安装电子调速器和升温控制自动系统可以提高对柴油机控制的便捷性。

2.4降低工程机械功耗，促进生产效率的提高一般的工程机械使用时功耗较高，但是生产效率确较低，例如传统的液压挖掘机不仅功耗较高，能量利用率不到30%，而且生产率较低。但是应用了机电一体化技术的工程机械利用先进的电子控制系统使机械的功耗大大降低，生产率明显提高，例如采用了卡特电子系统的液压挖掘机，功率利用率明显提高，从而使机器的生产率大大增加。又如将机电一体化技术应用于柴油发动机，由于电子调速器等的应用，使柴油发动机可以根据不同的工况选择不同的工作模式，降低了柴油发动机的功耗，增加了柴油发动机的工作效率。

2.5提高产品质量机电一体化技术应用于工程机械中，借助电子系统的精密控制系统，可以提高工程机械工作的精密程度，提高产品质量，促进良品率的提高。一般的机床在加工产品时是操作人员依据自身的操作经验和技术进行操作的，这造成的机床生产的良品较低。实现机电一体化的机床在进行产品加工时依赖于电子系统的控制，因此精确度较高，同时监控系统可以及时对机床操作进行调整，确保良品率的提高。我国较为先进的数控金切机床已经可以进行精度为0.001毫米的作业加工，这是单纯的依靠人工操作的机床难以做到的。

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现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

一、机电一体化的核心技术

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，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：

（一）机械本体技术

机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

（二）传感技术

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

（三）信息处理技术

机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。

（四）驱动技术

电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。

（五）接口技术

为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。

（六）软件技术

软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。

二、机电一体化技术的主要应用领域

（一）数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：

1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。

2、开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。

3、WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。

4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。

5、能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。

6、系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。

7、以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。

（二）计算机集成制造系统（CIMS）

CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

（三）柔性制造系统（FMS）

柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

（四）工业机器人

第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。

三、机电一体化技术的发展前景

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展：

（一）智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。

（二）系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强，一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。

（三）微型化

微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、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。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

（四）模块化

模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，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、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。

（五）网络化

网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。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。

（六）绿色化

工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。

综上所述，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

参考文献:

1、李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.

2、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.

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一、概述

机电一体化技术就是机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合运用的复合技术，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、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。机电一体化技术顺应了当今科学技术发展的规律，显示了强大的生命力。由于煤炭生产是将数百、数千万吨煤炭从地层深处采掘、运送到地面，因此需采用大量的机电设备才能实现这一目标，而机电一体化煤矿产品则是实现高产高效的最好选择。机电一体化将机械与电子技术融为一体，使物流、能流、信息流融为一体。

二、机电一体化技术在煤矿中的主要应用

2.1机电一体化技术在提升机中的应用矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备，全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一体，机械结构大大简化，充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，大大简化了电器安装，此外，硬件配置简单，互相兼容。“九五”期间，国产数字化直流提升机已成为煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机，其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统，其性能先进、操作简便、准确可靠。此外，我国还应用SIMADYND和S7研制成功了第一台交-交变频器供电的交流提升机。目前，最大装机容量已达到5000kW，主、副井提升机可做到全自动化，不需要专门的绞车司机。

2.2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。

2.3机电一体化技术在带式输送机中的应用带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点，已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此，成为近几年来机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置。它是一种专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台CST驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术，我国带式输送机的中间驱动点不能不知过多，一般为3点驱动，这样就限制了输送机的单机长度和运量。而且，输送机的监控设备功能少、可靠性较差、灵敏度和寿命都较低，和发达国家相比存在显着的差距。

2.4其他煤矿机电一体化装置液压支架则向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用从德国和美国引进的电液控制的支架，移架速度为6～8s/架，最快的移架速度达3s/架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。

煤矿供电的特点是供电要可靠，质量要高，能满足大功率设备的要求。因此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小，使用寿命长的真空开关。采用集中补偿和就地补偿相结合的办法提高功率因数，减少供电系统无功电流，减少无功功率损耗。目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”，具备网络功能，可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。

三、煤矿机电一体化技术应用的发展趋势

我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点，以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。这些设备在煤炭生产中的广泛应用，不仅减轻了操作人员的劳动强度，而且极大地提高了煤矿的生产水平和能力，创造了巨大的经济效益和社会效益。但是，我国的煤矿机电一体化技术与发达国家相比，还有一定的差距，因此还有很多的工作需要继续研究，其未来的发展趋势是:①开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，研究具有自主知识产权的核心装置；②增加产品的通信功能，以适应综合自动化的需要；③开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等；④煤矿机器人仍然是煤矿机电一体化技术今后研究的重点之一。

四、结束语

近年来，随着微电子技术、计算机技术、软件技术、传感器技术和自动化技术的飞快发展，信息流成为机电一体化的主要特色。其产品实现自动化、数字化、智能化，在性能和功能方面均实现了质的飞跃。因此，机电一体化技术是企业信息化的重要支撑技术，是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广，极大地提升了我国煤矿生产的综合实力，为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。

参考文献：

机电一体化实用手册[M].北京:科学出版社.2007.