机电一体化与自动化汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇机电一体化与自动化范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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1　研究意义

电力体制深化改革，电力企业的市场化进程不断推进，电网公司从过去的“电老虎”转型成为一个新型的服务性企业，更加注重向客户提供优质的电能和服务。因此，电网公司必须采取现代化科技手段，抓好内部管理，塑造良好的企业形象“’。

电能计量是电网公司与用电客户进行电费结算的依据，用电负荷是电网调度必须掌握的关键指标，因此倍受关注。近年来，各地电网公司不断投入资金建设地网遥测系统、大客户负荷管理系统、配变监测系统和低压集抄系统等各类电能计量管理系统。但由于缺乏科学的规划，采集数据分散在各类系统中，这些系统相互独立，整合应用程度差，所产生的效益远远未能达到电网公司的期望。基于一体化平台的电能计量自动化系统能彻底打破数据采集分散、孤立的局面，通过统一、直观、图形化的界面，实现从变电站关口表到低压用户表计数据的自动采集、监测、分析、管理和考核，提高电，网企业用电管理的自动化水平，强化电力需求侧管理。

2　系统结构

从目前的技术水平和各类计量自动化系统的结构设计看，要实现各类计量子系统一体化，关键在于实现主站设备的共享，主站平台的统一，应用工作站软件功能的扩充和编制统一的编码规则。

对于电网规模较大，计量点众多，数据量很大的供电局，各子系统的数据库可采用不同的数据库服务实例分布式部署。各子系统建立自己的电网结构，子系统的对象统一编码之后通过统一接口传送到综合应用数据库，综合应用系统根据统一编码还原总电网结构。通过消息总线同步各系统档案变更。各子系统处理自己的业务，综合应用处理线损、需求侧管理等综合应用。

对于电网规模较小，数据量不大的供电局，综合应用数据库和各子系统的数据库可以合为一个数据库，在统一数据库直接建立电网结构对象，根据子系统的特征过滤出各子系统的电网结构，各子系统的业务根据对应的电网结构来展现组织。同时对电网对象进行统一编码实现对其他系统的接口。上层综合应用根据编码访问对应子系统的接口服务，周期性抽取相关变化数据，实现数据的单向同步。应用工作站方面，以WEB形式展现，通过角色映射的方式实现单点登录。

基于一体化平台的电能计量自动化系统拓扑结构见图1。

2.1　硬件结构

(1)前置机服务器：支持对不同设备和终端，不同通讯方式，不同通讯规约的良好兼容。可以根据系统规模配置前置机服务器组，实现负荷均衡。

(2)数据库服务器：作为数据存储和处理的核心载体。采用一体化设计后，由于采集的数据量大，数据库管理采用大型商用数据库软件作为支撑，充分应用数据库集群、数据仓库技术来保障数据库性能。

(3)光纤通道磁盘阵列：提供高速I/O和大容量磁盘管理，为大规模数据存储提供了基础。加快了数据传输的速度；提供了更大的灵活性；减少了网络的复杂性，缓解了传输瓶颈对系统的影响。

(4)磁带库：提供高效的数据备份，支持远程备份和异地容灾。

(5)中间件服务器：采用消息队列来实现消息服务总线，连接各个构件和模块进行协同工作，使系统能达到比较好的模块化结构，提升整个系统的扩展能力。

(6)应用服务器：完成任务调度服务、数据交换服务、后台计算服务、报警服务、报表服务等，需要24h不间断运行的后台服务，是系统稳定运行的核心。采用多台集群的方式均衡响应前端的应用请求。

(7)Web服务器：提供各种高级应用功能，主要用于采集终端命令和计划任务的下达，以及系统运行情况的监测和采集数据的加工处理。

(8)隔离器：实现系统和较低安全级别区域的安全保护。

2.2　软件设计

基于一体化平台的计量自动化系统主要包括现场数据前置采集处理层、数据交换及处理层、业务处理和综合应用层。通过消息总线进行数据交换和协同工作。

2.2.1　采集处理层

(1)统一的输入、输出模块。能够实现对不同通讯方式和厂家终端的开放性。

(2)统一的通讯规约库和数据字典。实现对不同厂家采集装置，不同通讯规约的兼容。同时支持与终端数据的压缩、加密传输。可以通过增加规约库的方式进行无缝扩展。

(3)统一的远程诊断和升级模块。提供接口可以实现与不同厂家装置或终端的远方故障检测和在线升级。

(4)统一的采集任务调度和负荷均衡。各数据前置采集服务器统一管理，按照设定的任务自动采集数据，实现负载均衡和互为备用。

(5)底层数据流收发监测和通讯工况统计。为终端和通道的故障检测提供支持。可以回溯历史报文。

(6)通讯资源控制，实现了对不同通讯方式的兼容，达到不同通讯方式互为备用的目的。

2.2.2　数据交换处理层

(1)基础数据存储。根据规模和硬件配置采用集中式数据库或分布式数据库。用于响应数据采集层的大量频繁的OLTP请求，并对原始计量数据做分类存储。

(2)业务数据集中存储，用于将所有子系统的数据形成一个准实时的集中存储，为前端的业务应用和展现层提供一个统一的全局数据视图和高效的海量数据查询分析引擎，从而消除信息孤岛，提供快速、全面、准确的决策和管理依据。

(3)任务调度实现对数据交换任务、计算任务、采集任务以及其他接口任务的驱动、调度、监控和管理。

(4)后台计算服务提供了数据的集中处理，通过消息池和计算途径的管理，快速有效地实现了原始数据的加工和处理。

(5)报警服务收集系统产生的各类报警事件，根据设定的规则，采用不同的方式通知相关处理人员。

(6)报表服务定时生成各种已制定的报表，按指定途径，并支持输出到网络打印机。

(7)数据交换服务实现各业务数据和综合应用数据之间的交换，采用WebService服务进行数据和参数的交换，对象采用全局统一编码作为唯一标识。

(8)计量自动化系统与其它系统接口和互联。

2.2.3　业务处理层

整个系统的人机交互主要采用B/S架构，提供基于Web方式的业务应用与展现平台，各种应用和管理通过该平台实现。

3　系统功能

过去建设的负荷管理系统、变电站遥测系统、配变监测系统和低压集抄系统由于缺乏科学的规划，采集数据分散，整合应用程度差，且维护工作量大。基于一体化平台的电能计量自动化系统在结构上决定了它能够打 破数据采集分散的局面。它所具有的

“四分”线损管理功能，是过去任何一种覆盖对象不全面的计量系统无法实现的。

3.1　基本业务功能

(1)数据自动采集与处理：按一定的时间间隔周期性地和远方终端通信，采集遥测量数据和电能量数据。

(2)旁路代供处理功能：支持因电网运行方式的变化引起的旁路表计计量电量的处理功能。

(3)用电监测及故障报警：对配变数据、有异常的用电情况和系统或表计故障进行实时监测，自动报警，实现防窃电管理，及时掌握运行情况和故障。

(4)负荷控制功能：在电力供需矛盾突出的情况下发挥重要作用，使得“限电到户”和“限电不拉路”成为可能，为需求侧管理提供自动化技术支持。

(5)远程预付费功能：通过与营销系统的互联，改变以往电费营业管理中“先使用后付费”的状况，避免电费回收困难的局面。

3.2　系统管理功能

(1)参数管理；

(2)系统资源管理；

(3)对象拓扑关系管理；

(4)用户/用户组管理；

(5)任务调度管理；

(6)值班日志管理；

(7)报表服务和管理；

(8)报警服务和管理；

(9)通讯监测和流量统计；

(10)基础数据查询和分析。

3.3　综合应用功能

3.3.1　“四分”线损管理

(1)统计范围

①按地区供电局、下属供电公司、供电所等区域进行分区统计；

②按220kV、110kV、35kV、10kV等不同电压等级进行分别统计；

④按各电压等级母线、联络线、10kV配电线路进行分线统计；

④按各10kV配电变压器、380/220V公用台区进行分台区统计。

(2)分析方式

①线损明细：分析线损对象各个组成部分，输入、输出的明细查询，支持层次挖掘。

②趋势分析：按年、季、月、周、日等不同层次对线损对象进行统计分析，分析线损时间趋势的特性；支持不同时间段比较分析；支持不同对象比较分析。

③区域分布：按全网、子网、区局、厂站、线路、母线、台区等不同层次分析线损组成的分布特点。

④理论线损对比：支持线损预警曲线的定义，支持理论线损和实际线损对比分析，超阀值进行自动报警。

⑤各种生产线损报表：支持表格、曲线、棒图、饼图等多种输出方式。

3.3.2　需求侧管理

(1)错峰管理：实时监测错峰执行情况，对错峰执行率进行考核提供依据。

(2)用电情况自助查询：让大客户能够通过外网进入系统了解企业的用电情况，提供节能降耗的建议，指导用电大客户合理安排用电时间，有效错峰、避峰，降低电费成本，提高生产利润。

(3)大客户互动：向大客户提供互动平台，听取大客户的合理化建议，客户经理及时回复大客户的疑难问题，通过互动更多更快地了解客户的需求。

4　效益分析

4.1　利用系统监控，有效错峰调度

计量自动化系统大大改进了供电局错峰用电管理工作，使错峰管理模式由原来成效低、吃力不讨好的人盯户战术，改变为利用系统实时监控、电话警告和有的放矢地远程拉闸的高效工作模式。由于数据的整合，利用计量自动化系统监控进行错峰用电管理不仅能针对专用大客户，也能面向工业园区的公用变，甚至是低压的工商业客户，使错峰用电管理工作更加全面、更加到位。

4.2　远程自动抄表，提高工作质量

利用计量自动化系统进行远程抄表，大大解放抄表劳动力，改善了抄表员的工作环境，由于外出抄表的工作量减小，因此提高了工作的安全系数。同时杜绝人为抄表错误或估抄现象，保证了数据的系统性、严肃性，通过数据整合，抄表员只需在一个界面上操作就可以将计量自动化系统覆盖的用户抄表行度进行审核并导入营销系统，提高了抄、核、收工作水平和工作质量。在计量自动化系统的覆盖面日渐扩大的同时，人工抄表的范围也在不断的缩小，所需的抄表员人数也相应减小，同时外出所需的车辆使用、维护费用也减小，因此有效地节省抄表成本，为供电局的运营节约开支。

4.3　负荷实时监测，掌握运行情况

有了计量自动化系统，技术人员可以通过实时监测负荷的变化情况，及时发现偷漏电客户并能有效现场查处，解决了以往偷电客户与供电局玩“捉迷藏”的问题，保障了供电局的利益。另外，通过负荷监测情况，能够为变压器过负荷改造提供实际运行数据，使改造资金真正用到实处。

4.4　计量故障报警，及时发现处理

通过系统自动报警，能够及时发现计量故障情况，使运维人员能够尽快排除计量故障，恢复正常计量。同时，由于系统根据不同类型客户记录了间隔最长一天一次的抄表数据，能够为计量故障发生后进行电费追补工作提供有效的依据，客户也比较容易接受。减轻了由于计量故障所产生的电费追补工作的难度。

4.5　“四分”线损统计，提高管理水平

基于一体化平台的计量自动化系统，整合了从变压站关口表到低压用户表计的数据，能够真正实现“四分”线损管理，这是过去的遥测系统、负控系统、配变系统和集抄系统无法独立完成的，也是计量自动化系统最有价值的功能之一。通过计量自动化系统进行“四分”线损管理，减轻了管理人员大量的统计工作，避免了计算错误所带来的假象。管理人员能够清晰地看到线损高的线路、区域、台区，全面了解电网运行的线损情况。还能够通过运行数据分析线损高的原因，有的放矢地投放改造资金。并且能够通过相关数据的分析，制定最切合实际的线损目标，大大提高了供电局的自动化管理水平。

4.6　系统技术支持。实现优质服务

计量自动化系统在实现对大客户用电情况监测的同时，采集的数据也为大客户用电情况进行分析和优化提供了数据基础。大客户通过外网登陆，可以查询负荷曲线、电量柱状图、电费数据等，并通过模拟改变用电情况，显示电量电费结果，为大客户提供详细的用电情况分析和优化用电建议，引导客户合理安排生产，达到节电节能、降低成本的目的。并通过互动窗口，使供电局及时了解大客户需求，更好地实现优质服务。

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中图分类号：U665文献标识码： A

一、电力调动自动化系统的发展及现状

随着科技的进步，我国的电力调度自动化系统也充分的利用了先进的科学技术，实现了遥测、遥信、遥调、遥控、遥视的五大功能。随着电力调度自动化系统的不断完善和发展，在电网中，采取电网存取数据的越来越多，电力调度自动化系统正向智能化发展，面对我国幅员辽阔的现状，电网的覆盖面积也相当的大，电网的规模也由此很大，所以，面对如此巨大的电力调度系统，必须采取一个有效的控制方法，才能保证电力调度自动化系统正常的运行。

二 电力调度自动化的内容

电力调度自动化系统是由调度总站、通信设备和厂站端三个部分组成的，厂站端又可以分为电厂综合自动化系统和变电站综合自动化系统。从另一方面来说，电力调度自动化系统又是最核心、最主要的调度总站系统。它的任务是保证电网安全可靠地运行，保障电力能量的质量，进而保证电网经济稳定运行。

三、电力调度自动化系统的框架

现在的电力调度自动化系统大多使用的是客户服务器分布式的体系架构。它的特点：提供系统开发运行一体化的运行环境；提供分布式系统的运行接口，扩大运行系统的范围；按照需求自动分配功能任务；多样化的功能任务；多元性和选择性的系统配置；统一透明的操作系统平台；配置的灵活性，保证电力调度自动化系统的可伸缩性；开发接口统一提供，支持二次开发和跨系统平台，缩短系统的开发进度。

四、电力调度自动化系统存在问题探究

（一）自动化平台存在着差异

我国当前的电力自动化的系统平台存在着差异，我们在进行电力调度的时候，所建立起来的调度平台主要是基于计算机的平台之上。有很多的用户为了整个电力系统的可靠性，实现其稳定以及高效，我们采用RISC的结构进行电力的调度，但是有时我们为了整个方便需要运用CISC的架构。我们在进行电力调度的自动化系统设计的时候要考虑到计算机操作系统中的问题，实现对计算机系统的扩容和升级以及更换。

（二）电网模型的多变问题探究

在电网的电力调度系统中，不断增加变电站或对变电站进行改造，在构建整个自动化的系统中，我们需要对整个电力调度系统进行建模和数据处理，这些将会造成整个调度系统的维护性容易出错，所以为了整个电力调度系统的安全问题以及经济性，我们要对电网模型的多变问题进行探究。电力调度是进行电网监视功能，实现其系统的自动化，就需要对电网的模型进行改造以及补充，我们在开始建立整个模型的时候，首先要完成单元的画图，并且在数据库中进行记录，将单元间进行连接，以及图形设备和数据库的关联。在整个电力调度系统中，对于变电站的扩容，在扩容的过程中要对整个自动化的系统进行一次性的绘图、建模等，其工作量非常大，需要进行电网的监控，所以我们在整个自动化系统的日常维护的时候，要解决安全的隐患就要实现监控。

（三）电力调度集中控制功能的高要求

对于电力系统的调整过程在要对集中控制功能提供非常高的要求，我们要在电网系统中实现电力调度的调整要满足整个数据库和电网模拟的一致性，由于当前的电力调度系统的所有功能的实现，都是在各自独立的基础之上的，在电力调度的自动化系统中，实现数据库和电力调度的一致性是不可能的。由于其电力调度的模型存在着多变性，所以我们在对电力调度的系统的控制功能的要求要不断的提高。

五、一体化技术在电力调度系统中的应用

（一）平台的一体化

电力调度的平台是建立在计算机平台上的，所以，由于计算机操作系统上存在很多的选择，所以，电力调度也存在很多的选择，并且攒在很多的差异，数据平台存在于电力调度系统的平台中，在众多的系统中，不同的系统有不同的特点，根据不同的要求我们选择不同的系统，这对于我们平台的一体化是非常不利的，为了实现平台的一体化，我们通过中间件耦合的方式来实现信息的交换，采用最多的中间件是OMG和CORBA的中间的对象，这些中间件能够很好的解决跨平台的问题，能够起到良好的通信能力，并且对信息具有很大的可扩展性，对于降低硬件和操作系统的差异性，我们要采用一个标准的数据接口来满足电力调度的系统平台的要求，从而实现电力调度自动化系统的平台一体化。

（二）电力调度图模的一体化

随着我国电网的不断改革和进步，电网在我国的规模不断加大，覆盖面积逐渐推广，这就要求我们对电网的电力调度有很好的数据控制系统和网络模型库的系统，以便更好地控制和管理电力调度，在电力调度系统中，建立一个比较常用的图库模型可以效地提高电力调度系统的工作效率。在整个电力调度系统中，通过图库模型系统的一体化功能实现模型的建立，从而为电力调度的一体化提供有效的支持，建立图库模型的一体化是电力调动自动化中实现电力调动一体化的前提条件。下图是图库模型一体化的模式图：

（三）电力调度自动化的功能的一体化

在二十一世纪经济高速发展的中国，电力调度得到了很大的发展，我们要实现电力调度的一体化和功能的发展，就必须达到对数据库和图形以及其他资源的共享，才能真正的实现电力调度自动化的功能的一体化，实现功能一体化需要一些中间件的参与，我们可以通过安装节点机等，灵活的配置在整个电网中的应用模块，而中间件是整个电力调度系统中应用模块的前提基础，从而实现功能的一体化。

（四）电力调度自动化系统中的接口一体化

对于各平台的差异，我们要实现一体化可以采用标准的数据接口，以便实现资源的共享和信息的传送，在电力调度系统中，电力系统都是通过接口进行对数据的访问和资源服务的查询的，所以为了更好地为电力系统各平台提供读访服务，通过访问的过程中，对接口服务进行筛选并记录，通过技术的层面得出偏离报告，并通过纠正和实验报告和采购的方法提供可靠的报告，并且利用保证归档技术确保在电力调度自动化系统中的信息的安全性，保证系统的稳定性和正确性。

（五）电网能量管理及调度员培训仿真一体化

随着电力系统的发展和电网商业化运营的深入开展，对电力系统的运行进行调度和控制变得越来越复杂。为提高电网安全、稳定、优质和经济运行水平，能量管理系统（EMS）和调度员培训仿真系统（DTS）作为电网调度中心中两套重要的计算机自动化系统，已经在实际的电力系统中得到了广泛的推广应用。其中，EMS系统主要用于电网监控和调度辅助决策，可以使电网调度由经验型上升至科学的分析型。而DTS则主要用于调度员培训、运行方式研究和反事故演习等。

由于历史原因，国内以往的EMS系统和DTS系统是两个科研课题，分别独立进行研制开发。用户使用时，需要掌握和维护两套系统，人机界面风格不一致，分析计算结果不尽相同，不同数据库之间通过数据接口相联，使用维护十分不便，严重影响了系统的实用性。近年来，随着EMS和DTS系统应用的普及，人们逐渐认识到两者应是一体化的，迫切需要研制出电网能量管理及调度员培训仿真一体化系统，该系统集EMS和DTS应用于一体，不但数据库和图形一体化，而且计算程序一体化，无冗余，实现了真正的一体化设计和一体化编程，用户只需维护一套系统，所有应用就可以正常进行。

结束语

为了更好地适应我国经济发展及社会进步对电力供应的需求量，我国中央政府及地方政府越来越关注电力系统的建立与完善问题，并就电力系统基础设施建设提供了更多的技术支持及资金支持，从而为电力系统输电、发电、配电等环节的优化及改革提供了可能，也为一体化技术在我国电力调度系统中的广泛应用提供了前提条件。

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.151

0 前言

机电控制系统是制造业，特别是机械制造业顺利完成相关项目的重要基础和保障，而制造业的不断发展对机电控制系统的结构、性能和作业精度等提出了更高的要求，传统的机电控制系统已难以满足产业进一步发展的需求。在此背景下，如何在了解机电控制与自动控制系统内涵的基础上，加强对机电一体化产品的设计，已成为当前制造领域及有关专业人员需要着重开展的关键工作。

1 机电控制与自动控制系统概述

1.1 机电控制系统

机电控制系统是指，在无人参与的情况下，借助相关控制设备将设备机器按照事先预定的生产流程进行自动化设计，并采用全方位控制系统连接控制器与控制对象，从而完成规定的控制目标的系统。机电控制系统的核心，即控制，从技术角度来看，机电控制系统是通过借助传感检测、自动控制、伺服传动以及集电极、微电子等相关技术来达到对设备远程操控目的的综合性技术系统。从控制形式来看，机电控制系统主要以远程控制为主，即管理人员在异地或远程也能够借助计算机网络实现对相关机械设备的控制[1]。但需要说明的是，在远程控制过程中，若相关人员需要对系统的每个运行步骤进行控制，并在必要时实现随时干预，此时，机电控制系统的控制形式即为保持型远程控制，保持型远程控制更有利于实现设备的实施、精确控制。

1.2 自动控制系统

自动控制系统，即在控制器的控制下，使被控对象按照事先预定的原理实现自动规律性运行的系统。以控制内容为依据，可将自动控制系统划分为速度控制系统、高精度控制系统以及自诊断控制系统和自适应控制系统等。自动控制系统的核心技术主要体现在其自身的实用性方面，即通过协调机械和电器的各个部分从而确保其能够顺利、高效地完成预先设定的内容。

2 机电一体化设计的基本思路

现阶段，我国已成为世界制造业大国，而市场经济的不断发展和产业结构的逐渐调整使得业内对机电一体化产品设计、交易和运用的呼声越来越高。目前，机电一体化已成为了一门新的学科，其要求相关设计人员在对产品进行设计时，应对产品的功能、结构进行全面、系统的分析，并结合具体的分析结果设计出与理想预期相符合的机电一体化产品。从系统层面来看，应确保所设计的机电一体化系统兼具模块化、智能化、网络化以及微型化和人格化的特点，提高所设计系统的各项技术性能[2]。具体来说就是，通过将机械技术、自动控制技术和微电子技术等相关技术进行有机结合，并通过对各模块单元的合理配置，使系统能够实现所要求的各项功能。

3 机电一体化产品的设计方法

3.1 以电子线路取代机械控制机构

对传统的机电控制系统进行分析可知，其相关控制大都是以单一机械控制结构为依托的，对于机电一体化产品的设计，可引入电子线路对此种机械控制机构予以改进，从而改善系统整体的机械运行过程，获取预期的控制效果。具体方法如下：（1）采用可编程控制器或利用微型计算机，将电子线路与系统固有的机械控制结构有机结合；（2）引入变速机构、凸轮，使其代替系统中原有的插销板和步进开关等传统接触式控制器，从而完成电子线路对机械控制接口的取代，在简化机械结构的基础上，提高机电一体化产品的性能与质量。

3.2 电子与机械部分的有机整合

电子与机械部分的有机整合是机电一体化产品设计的另一主要方法。对机电一体化设计进行分析可知，设计过程中最为关键的步骤则为打破产品传统原有的设计模式，从而提高控制系统的控制精度和运行效率。但需要说明的是，一体化设计过程中，同产品本身相关的原理并未发生改动，而相关设计也只是为了提高产品自身的质量和性能，即实现电子技术和机械技术的有机整合，使二者成为不可分割的整体，共同完成相关控制工作。以电液比例控制系统为例，可将液压阀同比例电磁铁进行整合，使二者共同构成一体化比例阀，而这一整合设计的设计理念便是机电产品的一体化设计理念[3]。

3.3 相关功能模块的整合

在对机电一体化产品进行设计时，采取相对简单的机械构件与电子线路整合方法若不能达到预期设计效果，相关设计人员还应对系统的各个功能模块予以整合，从而在确保各模块功能得以顺利实现的基础上，使各模块共同构成一体化的机电系统。例如，数控车床采用的便是各部分功能模块相整合的设计方式。首先，应对可供车床使用的专用数控装置以及伺服驱动装置和其他相关机械装置的种类、功能进行明确和划分，并予以采购；其次，将所采购的各部分模块装置进行整合，最终设计出集各个功能模块于一体的数控车床，确保其相关切削任务的顺利完成。由此，各部分功能模块通过整合既能够确保机电一体化产品的质量，同时，又能够节省设备生产费用，有效提高了机电一体化产品的技术经济性。

4 结论

本文通过对机电控制系统与自动控制系统的相关概念进行阐述和分析，并结合机电一体化系统设计的基本思路，分别从以电子线路取代机械控制机构、电子与机械部分的有机整合和相关功能模块的整合等方面对机电一体化产品的设计方法做出了系统探究。研究结果表明，通过机电一体化设计，能够有效提高机电控制系统和自动控制系统的整合效果与控制精度，对于提高系统作业效率和促进制造产业的健康、稳定发展具有重要的作用和意义。

参考文献：

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电气自动化专业大多课程具有很强的实践操作性以及应用性，学生应该通过大量的练习操作提高自己的技能。对于技工院校学生而言，电气自动化专业的技校生就业岗位大多是从基础装配工作做起，为此，需要在教学中注意提高学生的实际操作能力与创新精神。

一、新常态下电气自动化专业人才培养目标

新常态下的制造业需要更多的高技能人才。为此，电气自动化专业应该根据行业发展的新方向，确立专业职业岗位。电气自动化专业的职业岗位定位体现在：电气设备的组装、运行、维修、调试以及电气产品的开发等；机械与电气联合制造产品的装配、运行、维修、调试等，比如数控机床电气设备。

二、一体化教学模式的含义

一体化教学模式指的是理论与实践相结合，在同一课时内，由一名或者两名老师共同组织教学，在教学过程中，教师让学生理论与实践交替学习，从而使得理论与实践有机结合起来，提高学生学习的兴趣，使教学达到事半功倍的效果。

三、基于一体化教学模式下的电气自动化专业教学改革

1.优化课程，使课程与企业生产有机结合

电气自动化专业的特点是非常抽象，理论性强。技工院校学生系统掌握电气自动化专业知识是非常困难的，因此，很有必要优化课程，使课程更加贴近企业生产实践。PLC、触摸屏、电磁阀、汽缸等都具有比较强的实践应用性，在讲授这些知识时，可以以项目为单元安排一体化教学。例如要求学生设计一个供水灌溉控制系统，学生可以将PLC、触摸屏、传感器、可编程控制器、马达等设备设计成一个供水灌溉控制系统。这种一体化教学，能够激发学生学习兴趣，学生的专业能力能够得到显著提升，对于学生将来进入社会以及为企业生产提供需要的人才具有重要意义。

2.教师队伍一体化

教师队伍的一体化，要求教师更多是双师型教师，即教师既能有效传授理论知识，又能进行实践指导。教师要能够有效组织教学，比传统教师的要求更高，要求教师能够有效保证一体化教学的顺利进行。

3.教学过程一体化

在进行一体化教学过程中，教学内容的安排非常重要。项目设计是一体化教学的基础，项目的选择要体现应用性，具有典型意义，否则会失去“项目”的意义与价值，项目的确立需要教师深入企业生产，与企业、行业合作办学，共同开发课程。

教学过程一体化指的是把课堂搬到实习实训基地中。在一体化教学中，要处理好三个层面的关系，即理论与实践关系，建立工学结合模式；发挥教师的指导性，处理好教与学的关系；以学生为主体，发挥学生的主动性，让学生在做中学、学中做，处理好学生学与做的关系。

四、电气自动化专业一体化人才培养方案设计

1.岗位剖析

技工院校电气自动化专业培养面向的岗位主要是电气维修、自动化仪表安装与调试等。技能证书主要是电工上岗证、维修电工、电气工程师等。

2.培养目标

知识结构：一定的文化知识，如语文、数学、英语、历史文化等；电路、电气控制技术、单片机、自动化控制等专业基础知识； AutoCAD、PLC、供配电系统维护等。

能力结构：提高学生对知识和技能的自学能力，会运用一些电工电子测试工具，会运用AutoCAD等软件绘制简单电气自动化工程图，会对简单电气工程系统进行设计、调试与维护。

3.考核评价一体化

建立多元化评价系统，具体方案：在每个项目完成后，由指导老师与企业人员共同评价学生完成项目的优劣，并且把项目评价结果告诉学生，该项目过程评价的分值所占的比例最大，另外发挥笔试以及平时表现作为考核评价的辅助作用。这种一体化考核评价是一种以过程操作考核为主，平时表现以及笔试为辅的考核评价体系。

4.毕业设计过程的一体化

一体化教学要求学生主动参与教学实践过程，突出强调了学习技能，以提高综合素质为目标。为此，在一体化教学过程中，要加强与社会各行业的联系。技工院校应该以一体化教学思想为指导，不仅在理论教学、实践教学中贯彻一体化教学模式，在毕业设计过程中也可以实施一体化模式，从而有效促进产学研发展。

五、小结

一体化教学模式的开展，对教师提出了更高的要求。教师在一体化教学实践过程中，要不断总结归纳，丰富一体化教学的内涵，探讨出适应技工院校自身实际情况的一体化教学模式，从而提高技工院校教学质量，促进技工院校的发展。

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电气工程及其自动化专业是一门实践性、应用性很强的学科，大多数专业课程都需要通过适量的实践活动来培养学生的实际动手能力和创新能力。根据我校关于本科培养方案指导思想的要求：以培养应用型高级人才为主，加强学生的创新意识、竞争意识和适应能力的教育，注重学生的知识、能力、综合素质的协调发展。因此，应用型本科专业在具体的实践教学中，应把培养学生分析和解决问题能力作为构建良好的实践教学体系的基础和核心。

一、实践性教学体系建设

1.实验室建设

随着我校顺利升格为本科院校及我系电气工程及其自动化本科专业的设置，提升电气自动化、电力系统的实验水平就迫在眉睫。但是众所周知，建设电力系统的相关实验室要求条件十分苛刻，加之所需的实验设备造价昂贵，而我院做为近几年刚刚升本的院校，争取上级有限的科研经费相对较为困难，导致对实验室建设的资金投入相对不足，实验条件相对有限，短期内难以满足电气工程及其自动化的相关实验要求。因此，这就要求我们必须广开门路，通过其他行之有效的措施和方法，不断满足该专业相关的实验要求。

在学习和借鉴外校实验室建设和管理的基础上，依据本校学生的基本素质和我校现有的实验条件，我系对实验室建设做以下改进。

（1）构建实验平台，满足课程需求。通过学院的持续投资和我系教师的不懈努力，我系建立了具有层次化、综合性的系统实验平台——电力系统综合实验室，该平台是对“电力系统分析”、“发电厂及变电站电气部分”、“供电技术”、“电力系统继电保护原理”、“电力系统自动装置”、“电力系统微机保护”及“电力系统综合自动化技术”等主要专业课程实践实验环节的系统整合。在此平台上，不仅能满足本专业核心课程的基础实验和综合实验的要求，还能使学生自主完成相关课程设计。

（2）依托仿真技术，调动学生兴趣。在课程中推广和运用仿真实验手段，实现仿真实验与相关课程的有机结合。教师在讲授专业课时，有选择的向学生介绍ANSYS、PSPICE、MATLAB等仿真软件以及应用组态王软件，并且通过较多实例的仿真讲解，使学生对该专业课有更深入的理解和应用，同时要求学生对该课程的实验内容预先进行仿真。这样既能提高学生的学习兴趣，又能使学生对该课程有更加全面的掌握。

（3）完善互动平台，提升教学效率。我们在现有的教学条件下，广泛收集网络上丰富的实验环节资源，建立完善了相关课程的网络实验室。如在《电力系统继电保护原理》教学网站上，增加了微机继电保护等教学、实验内容，搭建了师生互动平台，以此弥补实验教学时间的不足。教师的教学效率得以大大提升，也为学生更好的进行学习、实验创造了便利条件真正实现了教师与学生的教学互动和沟通交流。

（4）建立合作关系，拓宽实验领域。洛阳作为河南乃至全国有影响的重工业基地，本地众多的大中型工业企业也希望通过加强与科研院所的沟通联系来提高自己的技术水平。通过洛阳市政府的牵线搭桥，我们结合自身的学科优势和人才资源，近年来先后与黄河同力水泥有限公司、洛阳供电公司、龙羽电气等单位签订了校外实习合作单位协议，不断加强合作交流。我校每年都选送大批学生到相关企业，在其生产实验室内进行实践活动：如在龙羽电气有限公司进行的《高低压电器》实验，在黄河同力水泥有限公司进行的《工厂供电》实验，在庞屯变电站进行的《变电站综合自动化》实验等等。这样既解决了我们的有关实践难题，又提高了学生的实际动手能力。

（5）引入科研项目，注重实践培养。实践教学将由浅入深，由基础到综合将教师的科研内容和科研成果、工程实际问题等引入到实验教学中，把知识学习技能训练、能力培养等融合在一起，增强学生的实际应用能力，提高教学效果。适时引入设置创新型实验项目，让学生及时了解实验新技术的发展，注重培养学生掌握新实验技术的能力。此外，我校还组织学生积极参加全国技术大赛，进一步锻炼学生的综合能力。我校在全国电子设计大赛和“挑战杯”大赛中均取得了优异的成绩。

2.实习基地建设

本专业现有两个实习基地，分别是电工实习2和模拟变电所。

“电工实习2”实习基地分为两个部分，学生要在两周时间内完成电机的拆装和控制柜的安装实训，该实习基地主要面向经过专业课程学习，具有一定理论基础的大三或大四学生进行，该实习项目侧重工程技术应用、重视实践环节的锻炼，具有较强的工程适应能力，对于提高学生的实践动手能力、解决实际问题的能力，具有很大帮助。该实习项目至今已培训过数千名学生，学生反映实习效果非常好。

模拟变电所主要由380V模拟10kV电压进线，由真实的高低压一次设备完成整个的工厂供配电以及控制过程。该变电所模拟工程气氛浓厚，学生可以在该变电所中得到较好的工程锻炼机会。

除了校内实习基地的进一步建设与完善，还需要继续加强与同力水泥、洛阳供电公司、龙羽电气等合作单位在科研、人才培养、校外实习基地等方面的合作。

3.课程设计和毕业设计建设

专业课程设计建设的重点是如何提高学生的综合能力，而实现这一目标的前提是选择合理的课程设计题目。但是传统的课程设计题目大多较为单一，与具体的生产实际要求脱节较为严重，并且设计的标准也与工程规范相差甚远。因此，我院在具体的课程设计中，十分注重实践性和可操作性，要求选题与有关科研项目和相关企业紧密结合，如在工厂供电课程设计中，从企业得到第一手的详细资料，发给学生真学真练，使学生从中汲取更多的经验，既锻炼了独立思考的能力，也增强了实际操作能力。

毕业设计作为重要的实践教学环节，关键是要实现课题的真实性、知识的综合性和设计的创新性。近年来，随着电气工程及其自动化专业学生人数的不断增多，教师数量和毕业设计课题数量相对不足的问题日益突出，而用人单位也对新录用人员实际动手能力的要求越来越高。为此，我们在毕业设计课题的选择上，要求每位毕业生的毕业设计，或结合教师的科研项目，或结合企业的技术项目，或组织学生到外地公司和工厂开展毕业设计等工作尝试，使学生的综合素质、创新能力得到进一步提高。从2009届开始，我校就选送部分毕业生到龙羽电气和市内其他变电站进行毕业实习和毕业设计，并取得了较好的效果。

二、专业师资人才队伍建设

如何培养建设一批高水平人才，是每个高等院校都面临的共同难题。这不仅要求每一位教师具有扎实的理论知识，更要具备较强的实际动手能力。为此，我校积极做好人才的培养工作，把提升师资队伍的层次、优化师资队伍的结构、提高师资队伍的整体水平作为师资队伍建设的重点工作。以两个专业研究方向为目标，加强师资队伍建设，注意教师进修提高，积极引进博士，鼓励和支持青年教师攻读在职博士学位，促进学术带头人后备力量的培养工作，从而形成一支整体水平高、结构合理的教学和科研型教师队伍。主要通过以下几方面措施来实现。

（1）加大高层次人才引进力度，优化教师队伍的结构，不断增加师资队伍总量。

（2）加强专业带头人、课程负责人及骨干教师队伍建设，进一步明确其权利和义务，以激发教师积极向上的热情。

（3）充分培养和挖掘现有教师队伍的潜力，加强“双师型”教师的培养。一方面从企业引进工程技术人员，另一方面通过各种途径提高教师的实践技能。

三、实践性教学教材建设

通过综合了解国内、省内其他院校电力系统及其自动化专业教学、实验方面等情况，发现近年来在实践教材特别是综合实验方面教材编写的不多。因此，我们必须高度重视此项工作，以切实发挥实践性教学教材在教学、实验中的重要作用。

篇（6）

引言：人类生活水平的不断提高，得益于科学技术的发展与应用。尤其是在机械工程领域，传统的机械电气化主要以人力操控为主，不仅消耗了大量的人力与资源、还存在着一定的危险与安全隐患。机电一体化的出现，利用现代化技术实现了机械工程领域的自动化生产，是机械工程领域技术上的革新，生产力方面的突破，为机械企业今后的发展提供了必要的技术支持。

一、何谓机电一体化

科学技术的不断进步与发展，机电一体化系统也在不断的探索与发展中，融入了许多先进的技术，吸收了许多宝贵的经验，逐渐发展成为自身特点鲜明的科学性体系。如今，我国的机电一体化系统在不断的发展过程中，在信息化与自动化等方面均取得了重大的突破，实现了机械工业的自动化控制，并延续了自身的特点。为了确保机电一体化的快速发展，必须要明确机电一体化急需解决的问题：

1.机械本体技术

机械本体技术的核心在于减轻机械本体的质量，从而达到改善机械本体性能，提高机械本体精度的目的。因此，机械系统性能的优化与整体的提高都要建立在机械本体轻质化的基础上。为了实现机械本体轻质化的目的，可以使用非金属复合材料来代替钢铁材料作为机械本体的主体，从而减少机械本体的重量与能量的消耗率，提高机械本体的快速响应能力与工作效率。

2.信息处理技术

机电一体化与微电子技术的不断进步、信息技术的不断发展与普及有着十分密切的关系。为了促进机电一体化的进一步发展，必须提高信息处理设备的稳定性与可靠性。

3.传感技术

在解决传感技术的问题方面，应从传感器的基本功能入手，提高传感器的抗干扰能力，加强传感技术方面的科学研究力度，以提高传感器的性能，增强传感器的精准度与灵密度为目标，使我国在传感技术方面取得质的突破。

4.软件技术

作为机电一体化中的重要组成部分，软件在机电一体化发展的过程中，起到了至关重要的作用。因此，在软件方面，必须要使其与机械设备中的硬件设施保持一致。由于软件开发所消耗的资金巨大，为了降低软件研发的成本，应当在软件研发的过程中，推荐软件的标准化进程，以最小的代价获取软件技术方面的突破。

二、现代化技术在机电一体化系统中的运用

1.自律分配化系统的运用

机电一体化发展过程中，自律分配化系统是其未来发展中的必然趋势。所谓自律分配化系统，就是机电一体化系统发展到一定阶段的必然产物，该系统在处理突发事件的过程中，可以兼具柔性以及自律性。也正式由于该系统强大的自律性，才能保证该系统在运行的过程中，子系统始终保持独立运行，且相互之间不受任何影响。如此一来，一旦系统中的某一子系统出现了故障而无法急需运行，其他子系统依旧可以照常工作，不会导致整个系统的瘫痪，避免了大型安全事故发生的可能。

2.全息技术的运用

在未来的发展过程中，机电一体化追求对机电系统进行全方位的掌控，从多个角度去呈现处机电一体化后系统的运行情况，这种全方位的展示就叫做全息。全息系统化在机电一体化未来的发展过程中，作用会越来越明显，而自动化与智能化并存也是其未来发展的一大趋势。

3.光学技术的运用

所谓的光机电一体化，就是将光学技术与机械电子技术相结合，相较于传统的机电一体化技术来说，光机电一体化技术充分利用光学技术中的优势，提高机械设备自身的性能，使机电一体化系统更为完善。从目前的使用情况来看，光学技术可以在传感技术、信息处理技术等方面给予光电一体化系统提供一定的技术支持。

4.仿生物系统的运用

传统的机电一体化系统在信息处理方面始终处于“静态”处理的方式，在结构上往往会存在不稳定的情况。随着机电一体化系统的不断发展，系统需要处理的信息也越来越多，信息处理系统所需要承受的压力便越来越大。仿生物系统化的应用，使系统信息的处理方式从“静态”变为了“动态”，减小了信息处理时所承受的负荷。

三、机电一体化在机械工程中的应用

经济的发展不仅提高了现代人的生活水平，还改变了现代人的审美观念，由此一来，对工程施工的要求也不断的提高，现代工程施工规模的扩大化与难度的不断升级，对工程机械设备的性能与质量提出了更高的要求，如果可以实现机械工程设备的自动化运行，不仅减少了机械工程施工中人力资源的消耗，还提高了施工的质量与精准度，使施工企业的施工质量与经济效益都得到了显著的提高。由此看来，为了适应时代的发展，现代工程机械必须要在施工质量、精度、效率以及收益等几个方面取得突破，确保设备性能的稳定与可靠。为了分析机电一体化在机械工程中的应用，我们从以下几个方面对其展开了分析：

1.监督控制作用

在机电一体化系统中，电子监控系统是其重要的组成部分之一，电子监控系统不仅要对机械设备的运行进行全方位的监督与控制，还要在电子监控系统下加设报警装置。一旦机械设备在工作的过程中发生故障或事故，电子监控系统可以在第一时间警报提示，并迅速、准确的判断出故障发生的位置，并将相关信息送达故障维修的相关部门，使其快速制定故障的排除方案，尽可能以最快的速度解决系统中存在的故障及安全隐患。

2.提高机械工程的生产效率

机电一体化系统在机械工程中使用以后，有效的改善了传统机械设备能源消耗较高的问题，机电一体化系统中的电控系统，可以使机械设备对其所耗能源进行充分利用。在使用机械设备进行生产的过程中，充分利用电子控制技术，对机械设备的能源供给量的大小进行自由调节，在提高能源利用率的同时，减少了机械设备对能源的消耗。

3提高机械工程作业精度

在机电一体化系统的理念下，将电子控制系统引入工程机械设备当中，不仅可以提高工程机械设备的精准度，还可以实现工程机械设备的自动化工作。在传统的工作中，工程机械设备的称量工作通常都由人工完成，在精准度方面，自然不如电子自动化称量准确。因此，机电一体化系统在机械工程中的应用，有效的提高的工程机械称量的精准度。例如：混凝土的制作过程中，传统的人工称量方式无法做到精确配比，使混凝土的质量受到了一定的影响。采用电子称量系统进行自动化电子称量以后，混凝土配比的精准度有了明显的提高，成品混凝土的质量也得到了有效的提升。

四、总结

综上所述，机电一体化系统的出现，对于我国机械工程来说，是一次质的飞跃，大大提高了我国机械设备的生产质量与效率，减少了机械工程工作中存在的误差，提高了机械设备的生产水平。随着机电一体化在工程机械方面的广泛应用，机电一体化已经成为我国机械领域未来发展的主要趋势，由此，机电一体化也会获得更大的发展空间。

参考文献：

篇（7）

中图分类号：TH-39 文献标识码：A

机电一体化又称机械电子学，是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科，发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，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、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，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。

1机电一体化技术特点

1.1综合性

机电一体化技术是由机械技术、电子技术、微电子技术和计算机技术等有机结合形成的一门跨学科的边缘科学。各种相关技术被综合成一个完整的系统，在这一系统中，它们相互苛刻要求，彼此又取长补短，从而不断地向着理想化的技术发展。因此机电一体化技术是具有综合性的高水平技术。

1.2应用性

机电一体化技术是以机械为母体，以实践机电产品开发和几点过程控制为基础的技术，是可以渗透到机械系统和产品的普遍应用性技术，几乎不受行业限制。机电一体化技术应用计算机技术，以信息化为内涵智能化为核心，开发和生产了性能更好的功能更强的机电一体化系统和产品。

1.3系统性

机电一体化是将工业产品和过程利用各种技术综合成一个完整的系统，强调各种技术的协同和集成，强调层次化和系统化。无论从单参数、单击控制到多参数、多级控制，还是从单件单品生产工艺到柔性及自动化生产线，直到整个系统工程设计，机电一体化技术都体现在系统各个层次的开发和应用中。

1.4可靠性

机电一体化系统几乎没有机械磨损，因此系统的寿命提高，故障率降低，可靠性和稳定性增强。有些机电一体化系统甚至可以做到不需要维修，具有自动诊断、自动修复的功能。

2机电一体化的发展趋势

2.1智能化

随着科学技术发展，机电一体化技术“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术的发展。智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是未来机电一体化的发展方向。机电产品应具有一定的智能，使它与具有类似人的逻辑思考、判断处理、自主决策能力。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。

2.2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繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口等接口的机电一体化产品单元变得至关重要，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。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。

2.3绿色化

科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以开发和研制出绿色环保的产品变得至关重要。绿色产品是指低能耗、低耗材、低污染、可再生利用的产品。在研制、使用过程中复合环保的要求，销毁处理时对环境污染小，机电一体化产品绿色化主要也是要满足环境保护要求，在整个使用周期内不污染环境，可持续利用。

2.4微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统是指可批量制作的，机械部分和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器等器件可以集成在一起，减小体积，这种微型的机电一体化产品也是重要的发展方向。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器和微构件等。

2.5集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调又安全运转，然后再通过执行部分将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

2.6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，同时计算机网络的发展，为数字化设计与制造奠定了基础，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、自诊断能力以及人机交互界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

机电一体化技术是一个多种学科技术相互融合影响的技术，是科技发展的见证和结晶，随着科学技术水平的不断发展和进步，机电一体化技术的发展前景也变得更加广阔。

篇（8）

中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：

引言：机电一体化技术定义机电一体化又称机械电子学,英语称为Mcchatronics,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。一般来说，现代机电一体化是当今目前自动化技术发展的相对较高级的阶段。它同时也以计算机产业为基础和主要特征的自动化技术，同时也是生产实践对自动化技术进一步发展的需要。因此，根据整个行业的未来发展来看，整个工程机械的机电智能化和一体化将是今后的主要发展方向。

1.机电一体化概要

机电一体化技术的形成机电一体化技术是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化技术发展至今已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，综合运用计算机技术、机械技术、自动控制技术、传感测控技术、微电子技术、信息技术、电力电子技术、信息变换技术、接口技术、及软件编程技术等群体技术，按优化组织目标与系统功能目标，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。所以，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上面诉述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术和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。机械工程技术有着纯技术发展到机械电气化，属传统机械，它主要功能依旧是代替和放大的体力。但发展到机电一体化之后，其中的微电子装置除可以代替某些机械部件的原有功能之外，还可以赋予许多新的功能，比如自动处理信息、自动检测、自动调节、自动显示记录和控制自动诊断与保护等等。所以机电一体化产品不仅仅是人的手和肢体的延伸，并且人的感官和头脑的眼神，而具有智能化的特点是机电一体化和机械电气化在功能上的本质区别。

2.机电一体化的核心技术

2.1机械本体技术

机电一体化的基础是机械技术，在实践中如何才可以能够将机械技术与机电一体化技术进行有效的相互适应，是机械技术主要的着眼点。利用其他高新技术的更新概念，对结构、材料和性能实现有力的变更，能满足重量的减小及体积的缩小与精度的全面提高等等。在机电一体化整体系统制造的过程当中，借助计算机辅助技术才能可以有效实现经典的机械理论及工艺，同时还需有效的采用过人工智能及专家系统等，把机械制造技术在当今年社会中进行有力的更新。

机械本体必须要将性能及重量和精度等进行综合考虑，性能需进行总体的一个改善使之更加的有力，重要需进一步的给予有效减轻，精度更需全方位进行提高。现代社会中存在的机械产品，一般都是把钢材当作主要材料，那在重量方面就需进行有效的控制，想要有效的减轻钢材的质量，不仅需要在结构方面进行改进而且还要考虑利用非金属的复合材料。只有机械本身的重量可以有效的控制从而减轻，对驱动系统的小型化才能够得到有效的实现，从而在控制方面可有效的改善快速响应特性，有效的将能量消耗进行相应的减少，有效的提升了实际功效。

2.2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。

2.3传感技术

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。功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器可以快速、精确地获取信息并且能够经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的一个保证。传感器的问题集中在提高灵敏度、可靠性与精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为避免电干扰，当前有采用光纤电缆传感器的趋势。而对外部信息传感器来说，现在主要发展非接触型检测技术。

2.4驱动技术

电机作为驱动结构在社会当中已广泛的被接受并且采用，但在快速响应及效率等诸多方面，仍然存在许多需要继续有效的解决的问题。当前，我国针对内部装有编译器的电机及控制专用组件和传感器，三位于一体的伺服驱动单元正在积极的发展当中。

3.机电一体化在工程机械中的应用

机电一体化技术从20世纪70年代中期开始在国外工程机械上得到应用。80年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起．推动了工程机械制造技术的迅速发展，特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等的发展及其在工程机械上的应用，不但提高了施工工艺，还节约了大量的人力、物力和资源，使工程机械的性能得到了前所未有的提高，无论是在动力性、安全性、节能性和操控性上都有了极大的改善，充分满足了现代社会与经济发展的需求。从根本上改变了工程机械的面貌，极大促进了产品性能的提高，使工程机械进入了一个全新的发展阶段。工程机械的机电一体化和智能化将是今后的发展方向现代工程施工中，工程机械的性能、自动化程度及其经济性等可直接影响到施工工艺的好坏：而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。电子控制系统已成为现代工程机械技术水平的一个重要依据。

4..现代机电一体化在工程机械应用中的发展趋势

4.1 高性能化的应用发展

这里面主要包含：高速的应用化模式、高精度的应用模式以及高效率的应用模式、高可靠性的应用。新一代CNC系统采用多CPU结构以多总线连接，就是以此“四高”为满足生产而诞生的。这种系统采用精简指令集机，可同时实时多任务操作系统并行处理，从而来保证该机电一体化的产品具有相对高性能。

4.2 微型化的应用发展

微型机电一体化系统是机电一体化的一个新发展方向，同时也是电子技术与机械技术在纳米尺度上相融合的产物，国外称微电子机械系统。微型机电一体化产品，泛指几何尺寸向微米、纳米级发展，其体积一般不超过1cm3的机电一体化产品，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优越性，并且其耗能小、体积小、运动灵活，是近年和将来十大关键技术之一。

4.3 机电一体化智能化的应用发展

一般来说，现代机电一体化的发展和进步都主要体现在控制理论的基础上，也就是当前机电一体化技术与传统机械自动化技术的主要区别之一就是智能化技术，而且这种在实际中的区别表现就是表现在其产品的智能上。它是吸收计算机科学、人工智能、生理学等一系列智能的新方法、新思想，模拟人类智能，这样的技术目前任然在探索和应用中，相信将来是有非常广阔的应用前景。

5.结语

随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

参考文献：

［1］孙永利.机电一体化在工程机械中的应用［J］.农机使用与维修，2009，（1）.

［2］冷俊.机电一体化在工程机械中的应用［J］.科技资讯，2011，（7）.

篇（9）

Pick to: mechanical and electrical integration is mechanical, microelectronics, control, computer, information processing, and other multi-disciplinary overlapping fusion, its development and progress depends on the progress of related technologies and development. Shallow to analyzing the content and the application of mechatronics technology research, in exchange for the colleague.

Keywords: mechanical and electrical integration; Technology; application

中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。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、机电一体化概述

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，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、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，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。只是，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、微电子技术以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。机械工程技术有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力。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，还能赋予许多新的功能，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。即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眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别

二、机电一体化技术的内容

1.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、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

2.计算机技术

计算机与信息技术，其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

3.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。

4.自动控制技术

其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

5.传感检测技术

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。其功能越强，系统的自动化程序就越高。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护。

6.伺服传动技术

包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

三、机电一体化技术的应用研究

1.自动机与自动生产线

在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的一具体体现。如：2000～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。

2.智能化控制技术(IC)

由于我国工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于我国企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢—连铸—轧钢综合调度系统、冷连轧等。

3.分布式控制系统(DCS)

分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

4.开放式控制系统(OCS)

开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

5.计算机集成制造系统(CIMS)

企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前我国企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代企业生产的要求。未来企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。

6.现场总线技术(FBT)

现场总线技术是对自动化领域的一场变革。由于现场总线简单、可靠、经济实用，已成为当今自动化领域发展的热点之—。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线的含义主要体现在以下几个方面：

(1)现场通信网络。传统的分散型控制系统(DCS)通信网络截止于控制站或输入输出单元，现场仪表仍然是一对一模拟信号传输。现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互联的现场通信网络，把通信线一直延伸到生产现场或生产设备。

(2)互操作性。互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备，不仅可以相互通信，而且可以统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。

(3)分散功能块。现场总线控制系统(FCS)废弃了分散型控制系统(DCS)的输入／输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入功能块，而且有PID控制和运算功能块。

(4)通信线供电。现场总线的常用传输线是双绞线，通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量。这种低功耗现场仪表可以用于安全环境，与之配套的还有安全栅。有的企业生产现场有可燃性物质，所有现场设备必须严格遵守安全防爆标准，现场总线也不例外。

结语

总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。今后应广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业，大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代，促进机电一体产业的形成，为我国产业结构和产品结构调整作贡献。

篇（10）

随着社会经济和科学技术的发展，促进了工程机械行业的进一步优化和完善，同时也对其领域相关技术水平提出了新的要求。在实际发展中，机电一体化技术的应用给工程机械的发展注入了新的力量，对机械、液压以及电子控制技术进行了有效的融合，进而大大提高工程机械的性能，延长工程机械的使用寿命。因此，机电一体化技术的应用不仅是工程机械现代化发展需求，同时也是工程机械未来主要的发展方向，使得工程机械和现代科技有效的结合在一起，全面提高机械工程的科技水平和运行效率，改善工程机械的相关使用性能，进而推动工程机械的进一步创新与改革。

一、机电一体化技术综合分析

机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广泛。其发展方向主要表现为以下几方面，第一，模块化。模块化是机电一体化重要的发展方向，在实际应用中，机电一体化具有多个动力单元，这些动力单元可以实现工程机械图像处理、识别以及测距等操作功能，并自动化生成一套完整的标准单元，迅速开发出新的机械产品，进而满足项目工程的实际需要。同时，规模化有助于生产规模的扩大，进而促进即机电一体化企业的快速发展。第二，网络化。网格技术的发展给机电一体化的应用带来新的方向，并将全球经济与生产紧密的连接在一起，促进企业发展的全球化，进而扩大了机电一体化产品的销售渠道。除了销售渠道之外，同时也促进了机电一体化产品的技术革新和完善，其中最具代表性的就是现场总线与局域网技术的广泛应用。第三，微型化。微型化主要是指机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势，又称微电子机械系统，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，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、信息等方面具有不可比拟的优势【1】。

二、机电一体化在工程机械中的应用

（一）工程机械作业精度控制

在实际的工程机械生产中，成本的精度是工程机械的主要标准与要求，若成品精度发生较大的偏差，会大大降低机械产品的使用性能，进而影响工程机械的运行效率和运行质量。机电一体化的实际应用很好的解决了成品精度问题，通过自动化数字监控系统，可以在实际生产中进行操作数据的收集和整理，实现对机械生产的实际监控，保证成品精度和整体质量。例如，在使用搅拌机进行混凝土搅拌施工中，要对混凝土各个原料重量进行人工计量，这样很容易会造成数据误差，进而影响混凝土配比的合理性，降低混凝土整体质量。在机电一体化应用后，可以通过微机控制电子称量系统对各种施工原料进行称量，降低传统计量方式的误差，实现混凝土原料配比的高精度，保证项目工程施工质量【2】。

（二）实现工程机械自动化

在工程机械中引进机电一体化技术，可以有效实现项目工程的自动化与半自动化作业施工，有效降低施工人员的劳动强度与劳动量，降低施工人员的使用，有效节省项目工程的人力资源，在保证施工质量的基础上减少了施工成本，有助于项目工程经济利益最大化实现。除此之外，在施工质量方面，自动化技术可以有效防止施工过程中的人为失误，提高工程作业精度，保证工程机械的运行效率和运行质量。

（三）提高工程监控水平

机电一体化技术通过先进的电子监控系统，可以在工程机械生产中实现监控系统与操作系统的高度结合，利用模拟摄像头和模拟硬盘摄像机实现工程机械的实际监控，采用300万像素逐行扫描CMOS，捕捉运动图像无锯齿，提高监控画面的清晰度，支持同轴高清输出，实现工程机械的无死角循环监控。同时，其电子监控系统还包含传动系统、执行装置、制动系统以及液压系统等，在工程机械生产中可以准确找出故障的位置，并对对故障位置进行数据收集和处理，找出发生故障的原因，发出警报提示管理人员，进而保证工程机械的正常运行。

（四）节约工程能耗

在传统工程机械生产中，为了保证机械的正常运行往往要消耗大量的资源，其主要原因是在机械生产会带动额定负荷进行非正常运作，使得机械运行效率没有达到规定功率，或者是存在过载运行的情况，大量增加了工程机械的运行能耗，不利于工程机械的可持续发展。而机电一体化技术的应用，可以根据实际的工程需要，自动对机械功率进行调节，进而节省了不必要的能耗，达到工程机械运行节约能耗的目的。另外，在燃料能量方面，机电一体化技术可以在保证工程机械运行质量的基础上，提高机械利用率，达到节省燃料的目的。

结束语：

本文通过对机电一体化在机械工程中的应用分析，让我们知道了机电一体化技术的应用不仅是工程机械现代化发展需求，同时也是工程机械未来主要的发展方向，提高工程机械的运行效率和运行质量。因此，本文主要提出工程机械作业精度控制、实现工程机械自动化、提高工程监控水平等措施，不断优化机电一体化技术，实现工程机械的快速发展。

参考文献：