發(fā)布時間：2022-04-19 03:24:38
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的機電一體化論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
由于旋蓋的螺紋長度較長和螺紋成型后脫模力較大,與常規(guī)的脫模機構(gòu)不同,圖4模具采用電機驅(qū)動鏈輪使螺紋型芯旋轉(zhuǎn)的方法來實現(xiàn)自動脫模。
模具結(jié)構(gòu)特點:(1)常規(guī)的三板模結(jié)構(gòu),1模2腔,側(cè)澆口進料。(2)無拉料桿和推桿裝置,在彈簧力的作用下通過澆口推板將主流道凝料從定模板上推出,模具結(jié)構(gòu)簡單。(3)模具工作可靠,操作方便,自動化程度高。(4)脫螺紋機構(gòu)的主要零件有:電機、鏈輪、鏈條、推力軸承、深溝球軸承、接近開關(guān)、中間繼電器、時間繼電器等。模具的工作過程為:模具合模、注射、保壓、冷卻過程結(jié)束后,模具開模,動模開始向后運動,澆口推板18在彈簧17的作用下,將主流道凝料和塑件從動模上推出。動、定模開模到一定距離,注塑機頂桿通過動模座板16的頂出孔進入模具,使接近開關(guān)22受到感應(yīng),并發(fā)信號給中間繼電器19,啟動電機26。
電機通過主動鏈輪24、鏈條14帶動從動鏈輪8旋轉(zhuǎn),螺紋型芯7在推力軸承5和深溝球軸承6的配合下作旋轉(zhuǎn)運動。塑件與型芯在相對旋轉(zhuǎn)運動的作用下實現(xiàn)自動脫模。當時間繼電器20到時后自動斷電,電機停止運轉(zhuǎn),型芯同時停止旋轉(zhuǎn),模具的一個工作循環(huán)過程結(jié)束。
模具中采用的機電一體化控制系統(tǒng)包括電器控制、機械傳動和動力元件三大部分。電器控制部分功能上包括:信號采集、信號傳遞和信號控制;機械傳動的類型有:齒輪傳動、鏈傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動以及常用機構(gòu)等。動力元件有:電機、液壓泵和氣壓泵。下面主要對電器控制元件的功能和作用進行介紹。
信號采集元件信號采集元件可分為:接近開關(guān)(見圖5)、光電開關(guān)(見圖6)、信號傳感器等。圖4模具中使用接近開關(guān)作為信號采集元件。接近開關(guān)是一種無需與運動部件進行機械接觸而可以操作的位置開關(guān),當物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時,不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作,從而觸發(fā)交流或直流電器工作或給計算機裝置提供控制指令。光電開關(guān)是利用被檢測物對光束的遮擋、吸收或反射,檢測物體有或無。物體不限于金屬,所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)出,接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。
信號傳遞元件圖模具中采用中間繼電器(見圖7)作為信號傳遞元件。中間繼電器是用來傳遞信號或同時控制多個電路,也可直接用它來控制小容量電機或其他電氣執(zhí)行元件。繼電器的工作原理是:當某一輸入信號(如電壓、電流、溫度、速度、壓力等)達到預(yù)定數(shù)值時,使它動作,以改變控制電路的工作狀態(tài),從而實現(xiàn)既定的控制或保護的目的。在此過程中,繼電器主要起傳遞信號的作用。
信號控制元件模具中采用的信號控制元件是時間繼電器(見圖8)。時間繼電器的用途是配合工藝要求,執(zhí)行延時指令。時間繼電器可分為通電延時、斷電延時、循環(huán)延時、釋放延時等。時間繼電器使用于交流50~60Hz,額定電壓12~380V的控制電路中作延時元件,按預(yù)定的時間接通或斷開電路,具有延時精度高、觸電容量大、延時范圍廣等
機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛涉及工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域。初級的機電一體化產(chǎn)品是指采用電子技術(shù)代替和完善機械產(chǎn)品中的一部分,以提高產(chǎn)品的性能,而高級的機電一體化產(chǎn)品是利用機電一體化技術(shù)使機械產(chǎn)品實現(xiàn)自動化、數(shù)字化和智能化,使產(chǎn)品性能實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。旋蓋成型模具通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)簡化模具結(jié)構(gòu)和提高模具性能,可為注射模上采用機電一體化技術(shù)提供參考。
摘要:文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展,探討傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用,并分析我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:傳感器技術(shù);機電一體化;應(yīng)用
在機電一體化系統(tǒng)中,傳感器處系統(tǒng)之首,其作用相當于系統(tǒng)感受器官,能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境考驗,是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動檢測,系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現(xiàn)。
一、傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展
傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置,主要用于檢測機電一體化系統(tǒng)自身與操作對象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài),為有效控制機電一體化系統(tǒng)的運作提供必須的相關(guān)信息。隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展,電子信息種類日益繁多,信息傳遞速度日益加快,信息處理能力日益增強,相應(yīng)的信息采集——傳感技術(shù)也將日益發(fā)展,傳感器也將無所不在。
從20世紀80年代起,逐步在世界范圍內(nèi)掀起一股“傳感器熱”,各先進工業(yè)國都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域,傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。
二、傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
傳感器是左右機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)發(fā)展的重要技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用于各種自動化產(chǎn)品之中:
1.機器人用傳感器。工業(yè)機器人之所以能夠準確操作,是因為它能夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài),包括:其自身狀態(tài)信息的獲取通過內(nèi)部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來完成,操作對象與外部環(huán)境的感知通過外部傳感器來實現(xiàn),這個過程非常重要,足以為機器人控制提供反饋信息。
2.機械加工過程的傳感檢測技術(shù)。
(1)切削過程和機床運行過程的傳感技術(shù)。切削過程傳感檢測的目的在于優(yōu)化切削過程的生產(chǎn)率、制造成本或(金屬)材料的切除率等。切削過程傳感檢測的目標有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態(tài)及切削過程辨識等,而最重要的傳感參數(shù)有切削力、切削過程振動、切削過程聲發(fā)射、切削過程電機的功率等。對于機床的運行來講,主要的傳感檢測目標有驅(qū)動系統(tǒng)、軸承與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、溫度的監(jiān)測與控制及安全性等,其傳感參數(shù)有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態(tài)與冷卻潤滑液的流量等。
(2)工件的過程傳感。與刀具和機床的過程監(jiān)視技術(shù)相比,工件的過程監(jiān)視是研究和應(yīng)用最早、最多的。它們多數(shù)以工件加工質(zhì)量控制為目標。20世紀80年代以來,工件識別和工件安裝位姿監(jiān)視要求也提到日程上來。粗略地講,工序識別是為辨識所執(zhí)行的加工工序是否是工(零)件加工要求的工序;工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯,同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規(guī)程要求的位姿。此外,還可以利用工件識別和工件安裝監(jiān)視傳感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成這些識別與監(jiān)視將采用或開發(fā)許多傳感器,如基于TV或CCD的機器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統(tǒng)等。
(3)刀具(砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度(按磨鈍標準判定)或出現(xiàn)破損(破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱),使它們失去切(磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時,稱為刀具/砂輪失效。工業(yè)統(tǒng)計證明,刀具失效是引起機床故障停機的首要因素, 由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外,它還可能引發(fā)設(shè)備或人身安全事故,甚至是重大事故。
3.汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)。隨著傳感器技術(shù)和其它新技術(shù)的應(yīng)用,現(xiàn)代化汽車工業(yè)進入了全新時期。汽車的機電一體化要求用自動控制系統(tǒng)取代純機械式控制部件,這不僅體現(xiàn)在發(fā)動機上,為更全面地改善汽車性能,增加人性化服務(wù)功能,降低油耗,減少排氣污染,提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性,先進的檢測和控制技術(shù)已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統(tǒng)中,必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。
三、我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向
傳感器技術(shù)是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是機電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一,其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能;其水平越高,系統(tǒng)的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統(tǒng)中,如果不能利用傳感檢測技術(shù)對被控對象的各項參數(shù)進行及時準確地檢測出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號,我們所需要的用于系
統(tǒng)控制的信息就無法獲得,進而使整個系統(tǒng)就無法正常有效的工作。
我國傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué),始于20世紀80年代,與國外先進技術(shù)相比,我們還有較大差距,主要表現(xiàn)在:
(1)先進的計算、模擬和設(shè)計方法;
(2)先進的微機械加工技術(shù)與設(shè)備;
(3)先進的封裝技術(shù)與設(shè)備;
(4)可靠性技術(shù)研究等方面。因此,必須加強技術(shù)研究和引進先進設(shè)備,以提高整體水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有幾方面:
1.加速開發(fā)新型敏感材料:通過微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科,各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用,可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。
2.向高精度發(fā)展:研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。
3.向微型化發(fā)展:通過發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點。
4.向微功耗及無源化發(fā)展:傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化,工作時離不開電源,開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。
5.向智能化數(shù)字化發(fā)展:隨著現(xiàn)代化的發(fā)展,傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能,其輸出不再是一個單一的模擬信號(如0-10mV),而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號,有點甚至帶有控制功能,即智能傳感器。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對煤礦機械的性能要求也在不斷提高,電子(微電腦)控制裝置在煤礦機械上的應(yīng)用將更加廣泛,結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜,維護也將更加專業(yè)化。為幫助煤礦機械使用人員、維修人員、管理人員對煤礦機械中的電氣與電子控制裝置的功能、類別及特性有一些初步的了解和掌握,下面就這些做一下介紹與淺述。
煤礦生產(chǎn)中,煤礦機械的性能自動化程度及其經(jīng)濟性等可以說直接影響到生產(chǎn),也直接影響到煤礦供電、排水、通風、提升等的安全運行。而煤礦機械電氣與電子控制系統(tǒng)部分質(zhì)量的好壞與性能的優(yōu)劣又直接影響到機械的動力性、經(jīng)濟性、可靠性,從而影響施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及使用壽命等。電子(微電腦)控制系統(tǒng)已成為煤礦現(xiàn)代機械不可缺少的組成部分,同時也是評價煤礦現(xiàn)代機械技術(shù)水平的一個重要依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,以及對煤礦機電產(chǎn)品性能要求不斷提高,電子(微電腦)控制系統(tǒng)在煤礦機械中所占的比重越來越大,其功能將會越來越強,應(yīng)用范圍也將越來越廣,而其復(fù)雜程度也隨之提高,這樣就對使用與維修維護這些設(shè)備的煤礦工作人員提出了更高的要求,對煤礦職工的培訓(xùn)工作和對煤礦設(shè)備的管理工作也顯得尤為重要。
為適應(yīng)煤礦機械對性能的要求,僅僅依靠機械和液壓技術(shù)已顯得力不從心。電子(微電腦)控制技術(shù)的發(fā)展就成了煤礦機械的必要選擇。機電一體化是一項新興的技術(shù),將其引入到煤礦機械中,必將會給煤礦機械帶來了新的技術(shù)變革,使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。
機電一體化又稱機械電子工程學(xué),是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù),是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)以及其他技術(shù)相互融合而成的一門獨立的交叉學(xué)科。機電一體化技術(shù)從20世紀70年代中期開始在國外機械上得到應(yīng)用。20世紀80年代以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)的興起,推動了機械制造技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是隨著微型計算機及微處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展及其在機械上的應(yīng)用,極大促進了煤礦機電產(chǎn)品的性能,使煤礦機械進入了一個飛躍的發(fā)展時期。以微電腦或微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)在國外機械上的應(yīng)用已相當普及,在我國也是發(fā)展的方向,已成為機械高性能的體現(xiàn)。
目前機械的電子(微電腦)控制系統(tǒng)主要用以實現(xiàn)如下功能:
1)在線監(jiān)控、自動報警及故障自診
即對煤礦機械的電動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的在線運行狀態(tài)監(jiān)控,出現(xiàn)故障能自動報警并準確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,提高機器的工作效率,簡化設(shè)備維護檢查工作,降低使用維修費用,縮短停機維修時間,延長設(shè)備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用PLC控制,可實現(xiàn)多種在線監(jiān)控和故障自診,還有煤礦用各種電器設(shè)備也越來越智能化。
2)節(jié)能降耗,提高生產(chǎn)效率
例如井下使用的膠帶輸送機、通風機、提升機等,使用變頻起動、PLC控制系統(tǒng),節(jié)電量就為30%左右,同時生產(chǎn)效率也大大提高了。
3)自動化或半自動化程度的提高
煤礦機械實現(xiàn)自動化或半自動化控制,可以減輕操作者的勞動強度,提高生產(chǎn)效率,并減少因操作者的經(jīng)驗不足,對作業(yè)精度的影響。例如,冀中能源黃沙礦2009年投入使用的一整套薄煤綜采設(shè)備,由我國北京天地瑪坷電液控制系統(tǒng)有限公司與德國MARCO公司合作生產(chǎn)的PM31型液壓支架電液控制系統(tǒng),就是微電腦控制,只要在支架操作控制器上輸入程序,支架使會自動連續(xù)動作,也可實現(xiàn)遠程控制和工作面無人操作。
4)其他應(yīng)用
一些國外生產(chǎn)的輸送機、采煤機、綜掘機等采用了電子(微電腦)控制的自動變速器,能夠根據(jù)外負荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比,從而改變功率,這不僅充分利用了電動機功率,大大提高了能耗經(jīng)濟性,而且也簡化了操作,降低了勞動強度,提高了設(shè)備的安全性能,提高作業(yè)人員操作的安全性。目前我國在綜合機械化采煤機上采用電子(微電腦)控制,可實現(xiàn)無人操作,使機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業(yè),也配備了無線遙控裝置,可遠程遙控也可微電腦編程控制。電子(微電腦)系統(tǒng)的可靠性是煤礦機械非常重要的一項性能指標。由于煤礦機械一般井下作業(yè),其直接受到潮氣、煤塵、通風、石塊、地質(zhì)變化等的侵襲,此外還受到采煤振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾,工作環(huán)境非常惡劣,因此電子(微電腦)控制系統(tǒng)必須滿足井下性能環(huán)境要求,能在井下環(huán)境溫度下可靠、穩(wěn)定地工作;抗壓強度高、抗老化,具有較長的使用壽命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入;較好耐沖擊和抗振性能;較強的抗干擾能力,系統(tǒng)能在各種干擾下可靠地工作。
機電一體化技術(shù)煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用機電一體化技術(shù)包括基礎(chǔ)的機械技術(shù)、以及計算機與信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動控制技術(shù)動技術(shù)。而在在礦井的生產(chǎn)過程中，采煤工藝的先進與否直接影響整個礦井的生產(chǎn)能力。因此，要盡量選用先進的采煤工藝，從而到礦井的高產(chǎn)高效的目的。隨著我國工業(yè)控制自動化技術(shù)的發(fā)展，煤礦機電自動化在礦上的應(yīng)用目益增多。
因為煤礦是高危行業(yè)，提高機電設(shè)備自身的安全可靠程度和自動化程度，最大減少用人，是實現(xiàn)礦井長治久安的關(guān)鍵所在，因此煤礦機電的自動化有力推動了企業(yè)安全高效、又好又快發(fā)展。
電氣自動化在采礦機械設(shè)備中的應(yīng)用采煤機從中厚煤層起步，發(fā)展到薄煤層、大功率、大采高強力滾筒采煤機。從有鏈牽引、無鏈液壓牽引方式，逐漸發(fā)展到了電磁滑差無鏈電牽引和變頻調(diào)速無鏈電牽引。液壓支架高度從薄煤、中厚到厚煤層，支架型式由占主導(dǎo)的掩護式，逐漸發(fā)展到有四柱支撐式低位放頂煤、兩柱式的高位放頂煤(單輸送機)、兩柱掩護式低位放項煤液壓支架等多種架型。液壓支架電液控制系統(tǒng)在美國、澳大利亞、德國等煤炭生產(chǎn)發(fā)達國家得到了普遍的應(yīng)用，液壓支架電液控制系統(tǒng)是實現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，是今后發(fā)展的必然方向充分發(fā)揮機電一體化技術(shù)在煤礦開采中的作用。目前從國內(nèi)煤礦的技術(shù)、經(jīng)濟條件和效益出發(fā)，電液控制液壓支架主要用于年產(chǎn)400萬t以上的一次采全高長壁工作面，600萬t以上放項煤工作面及薄煤層高效開采工作面。將在近年內(nèi)結(jié)合各礦特點嘗試液壓支架的電液控制系統(tǒng)。
我國電氣自動化的應(yīng)用使采煤的過程更加人性化，綜采工作面裝備遠程監(jiān)控及專家診斷系統(tǒng)的可靠性是國產(chǎn)采煤機研究的主要內(nèi)容。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)綜采裝備液壓支架和采煤機的遠程監(jiān)控，使采煤機根據(jù)煤層的變化實現(xiàn)自動割煤、煤層的軟硬自動調(diào)節(jié)采煤速度，檢驗并完善動態(tài)監(jiān)測綜采支架液壓系統(tǒng)壓力和各受力點的狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)支架推移輸送機的拉移等，使綜合機械化水平上一個新的臺階。
煤礦機電一體化技術(shù)礦井運輸提升產(chǎn)品的應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中，因為現(xiàn)代化煤礦發(fā)展的需要，對煤礦機械化采煤提出更高的要求，因此隨之對井下、井上的運輸和提升系統(tǒng)的要求也就越來越高。如今，對于國外一些采煤技術(shù)比較先進的國家，煤礦井下大巷的運輸系統(tǒng)大多是采用帶式運輸機，他們基本上是采用直流式交流變頻裝置驅(qū)動方式，主要以電力電子器件為核心。
在我國，大多數(shù)煤礦井下生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)了皮帶化，采用大巷強力帶式運輸機運輸?shù)姆绞揭卜浅Ｆ毡椤Ａ硗猓嬎銠C控制系統(tǒng)發(fā)展也非常迅速，它們具有很多種及時故障診斷和自我保護等功能，如應(yīng)用過程中的軸承溫度、倒轉(zhuǎn)、跑偏及斷帶等故障，可能在某些方面沒有面面俱到，在使用上還不能滿足一些功能，但是從發(fā)展的角度看問題，這的確是一個很好的開始。而全數(shù)字化提升機高度可靠，采用總線方式，使電器安裝大大簡化，此外，硬件配置簡單，互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化提升機，其核心部分ascs是由雙 cpu構(gòu)成的計算機系統(tǒng)，其性能先進、操作簡便、準確可靠。機電一體化技術(shù)在綜合機械化采煤中的應(yīng)用，使設(shè)備動作趨于協(xié)調(diào)，且安全性、可靠性大為提高，操作性能更加完善，為煤炭企業(yè)帶來了更高的經(jīng)濟效益。
礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是最能體現(xiàn)煤礦機電一體化的技術(shù)之一。20世紀 90年代以來，緊跟世界監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展潮流，我國自行研制開發(fā)出了一批具有世界先進水平的監(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)研究總院常州自動化研究所的kj95系統(tǒng)等。自此，大大小小的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家如雨后春筍般的不斷出現(xiàn)，不僅為各煤礦提供了更多的選擇機會，且促進了各廠家在市場競爭條件下不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)意識。經(jīng)過多年的實踐表明，安全監(jiān)測監(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，基本代表了我國煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平。
煤礦機電管理存在的主要問題．1機電管理職能部門作用沒有充分發(fā)揮盡管各地方煤礦一般都設(shè)置了機電管理部門，但大多數(shù)礦井機電科都承擔 2種職能：一是機電管理，二是機電生產(chǎn)。
機電科管理人員的主要精力放在應(yīng)付生產(chǎn)上，管理作用沒能充分發(fā)揮。一些地方煤礦的領(lǐng)導(dǎo)對機電管理重視不夠，大量壓縮機電人員，造成機電管理人員不足，機電專業(yè)組織未能健全，機電管理網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常中斷，機電職能管理作用淡化，技術(shù)手段落后。
機電隊伍整體素質(zhì)較低及機電技術(shù)力量薄弱一些地方煤礦機電管理人員文化較低，專業(yè)技術(shù)水平不高，未系統(tǒng)學(xué)習(xí)設(shè)備管理理論和企業(yè)管理理論，機電管理憑經(jīng)驗進行。機電職工一般未接受機電專門技術(shù)培訓(xùn)，理論知識不足，實踐經(jīng)驗缺乏，違章作業(yè)經(jīng)常發(fā)生。設(shè)備故障較高，因電氣失爆而引起的瓦斯、煤塵爆炸事故幾乎年年發(fā)生。用電管理 兩票三制堅持不嚴，帶電作業(yè)，約時停送電時有發(fā)生。
設(shè)備存在隱患較多設(shè)備老、舊、雜、帶病運轉(zhuǎn)，安全設(shè)施、保護裝置不全，距《煤礦安全規(guī)程》要求差距較大。提升系統(tǒng)缺少緩沖裝置和托罐裝置，電控系統(tǒng)、制動系統(tǒng)保護不全。井筒裝備銹蝕嚴重，末能定期防腐。有的礦井為了趕產(chǎn)，不能保證主副井2h的停產(chǎn)檢修時間，絞車的實際提升負荷超過設(shè)計提升能力。一些固定設(shè)備的電壓表、電流表、壓力表、真空表、安全閥未按規(guī)定定期校驗。井下電氣設(shè)備沒有按規(guī)定做電氣試驗，過流保護整定過大，漏電保護、煤電鉆綜保、照明信號綜合保護、輸送機保護、風電閉鎖、瓦斯電閉鎖甩掉不用或試驗及記錄不規(guī)范。井下局部接地極及連線的材質(zhì)、工藝不符合要求，安裝不合格。非阻燃的電纜、輸送帶仍在井下使用。電氣設(shè)備失爆現(xiàn)象屢見不鮮。
改進地方煤礦機電管理的辦法重視機電管理，首先是礦井領(lǐng)導(dǎo)人重視機電管理，這是加強機電管理的關(guān)鍵。機電管理人員要經(jīng)常向礦領(lǐng)導(dǎo)匯報機電工作，多提工作建議，以獲得領(lǐng)導(dǎo)的支持。
因礦制宜建立機電管理機構(gòu)，授予職權(quán)，統(tǒng)一管理礦井機電管理機構(gòu)體系不論采取哪種形式，都必須授予機電部門職權(quán)，實行統(tǒng)一管理。一般機電部門要具有以下職權(quán)，即：制定機電管理規(guī)章制度杈；編制部署機電工作計劃權(quán)
；設(shè)備配件分配權(quán)：制止違章作業(yè)權(quán)：追查機電事故權(quán)；檢查評比考核獎罰權(quán)：機電業(yè)務(wù)骨干調(diào)整調(diào)動工作監(jiān)督權(quán)。認真落實規(guī)章制度，扎實地做好設(shè)備綜合管理，加大機電培訓(xùn)。達到培訓(xùn)的目的各礦應(yīng)建立設(shè)備綜合管理體系，完善設(shè)備綜合管理制度，配齊設(shè)備管理人員，實行流程化管理，扎實地做好設(shè)備綜合管理工作，確保設(shè)備管理制度化、正?；?、規(guī)范化。培訓(xùn)上提高職工學(xué)習(xí)積極性，嚴謹機電培訓(xùn)走過場。能實現(xiàn)要我學(xué)到我要學(xué)的轉(zhuǎn)變，培訓(xùn)達到目的。
對我國煤礦機電一體化技術(shù)的思考在20世紀，我國煤礦機電一體化技術(shù)(產(chǎn)品)取得了較大的發(fā)展，機電一體化技術(shù)應(yīng)用到了煤礦每個環(huán)節(jié)，但相對國外先進煤礦還是比較落后的。因此，要讓我國煤礦機電一體化技術(shù)達到世界先進技術(shù)水平，必須掌握信息時代機電一體化技術(shù)的特點和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的動態(tài)。
應(yīng)提高我國煤礦機電一體化產(chǎn)品的規(guī)范化、標準化、系列化和通用化的程度：以計算機為機電一體化的核心裝置，因為計算機運算和存貯能力非常強，且體積和功耗小，更加適合于工作空間狹小的煤礦機電一體化產(chǎn)品，在設(shè)計煤礦機電一體化產(chǎn)品時，應(yīng)盡可能的選用功能強大的嵌入式計算機，從而保證工作性能更可靠：對于新開發(fā)的煤礦機電一體化產(chǎn)品應(yīng)具有通信功能，同時，要選用很好的開放性和高可靠性的通信模塊，方便與控制網(wǎng)絡(luò)進行連接通信控制；煤礦機電一體化產(chǎn)品需要達到智能化發(fā)展水平，能判斷機電設(shè)備和周圍環(huán)境的狀態(tài)，使設(shè)備能自動適應(yīng)環(huán)境并以最憂的狀態(tài)工作，同時能快速地對所采集的參數(shù)進行分析，從而對故障進行診斷，再根據(jù)這些診斷結(jié)果對以后工作過程中的故障進行預(yù)測；要對礦用傳感器進行深入研究和開發(fā)，提高礦用傳感器的可靠性和使用壽命，同時考慮傳感器的數(shù)字化、集成化、智能化和多維化，使礦用傳感器在比較惡劣的工作環(huán)境下進行信號的測量，并保證其測量；隹確度，并具有自校正、自診斷、狀態(tài)識別和自我調(diào)節(jié)等功能；要關(guān)注國內(nèi)外高新技術(shù)的發(fā)展，將那些適于煤礦井下工作環(huán)境的高新技術(shù)用于煤礦機電一體化產(chǎn)品，從而提高煤礦現(xiàn)代化，達到煤礦自動化生產(chǎn)。
1.機械制造智能化技術(shù)的發(fā)展
1.1人機互動的功能發(fā)展方向
機械制造業(yè)對圖形的精密性要求非常高。因此,必須借助計算機技術(shù)完成產(chǎn)品的設(shè)計與操作,通過計算機的窗口與菜單完成產(chǎn)品生產(chǎn)的操作過程,利用快速編程、藍圖編程、三維彩色動態(tài)圖形展示、圖形動態(tài)跟蹤、圖形模擬、多方向視圖、比例縮放等技術(shù)為機械制造提供技術(shù)支持,以大量的可視圖形和技術(shù)數(shù)據(jù)幫助設(shè)計者更好地完成設(shè)計過程,提高產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟效益,同時縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的人機互動。
1.2高效化、智能化的性能發(fā)展方向
在目前機械制造的操作系統(tǒng)中,高分辨率檢測元件和多CPU控制能夠提高機械制造過程的效率、精度和速度,形成系統(tǒng)化、科學(xué)化、規(guī)范化的數(shù)字伺服系統(tǒng),使機床的運轉(zhuǎn)速度得到大幅度提升,自動化調(diào)整機械生產(chǎn)的信息流和物料流,以機械制造群控系統(tǒng)提高機械制造的效率與水平。
1.3集成化、可控化的體系發(fā)展方向
隨著智能化技術(shù)在機械制造領(lǐng)域內(nèi)的不斷應(yīng)用與推廣,基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源的機械制造管理系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)深入了解生產(chǎn)工藝流程及設(shè)計原理,實現(xiàn)了編程、設(shè)定、運行、操作的集成化與可控化,提高了機械設(shè)計和制作的效率。機械制造的集成化、可控化的體系發(fā)展方向以軟硬件運行速度和數(shù)控系統(tǒng)的集成度為依據(jù),利用集成化CPU、RISC芯片和可編程集成線路,提高了集成電路的密度,減少/！/互聯(lián)長度和數(shù)量,從而降低了生產(chǎn)成本,提高了產(chǎn)品性能和系統(tǒng)可靠性。這是機械制造智能化技術(shù)的發(fā)展方向和任務(wù)。
2.機械制造智能化與機電一體化的結(jié)合發(fā)展
機械制造智能化與機電一體化的結(jié)合是機械制造業(yè)的發(fā)展方向,隨著智能化技術(shù)和機電一體化技術(shù)水平的提高,機械制造有著非常廣闊的發(fā)展前景。具體說來,機械制造與智能化技術(shù)、機電一體化技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面:
2.1網(wǎng)絡(luò)化
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是機械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣與普及,企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營過程發(fā)生了極大的變革。物料選擇、產(chǎn)品設(shè)計、零件制造、產(chǎn)品銷售和市場開拓的方式都發(fā)生了很大的變化,異地與跨國生產(chǎn)已經(jīng)非常普遍,技術(shù)交流、產(chǎn)品開發(fā)合作和經(jīng)營管理學(xué)習(xí)也在廣泛開展。機械制造企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展環(huán)境下既競爭又合作,為了提高自己的競爭力不斷研發(fā)新產(chǎn)品和新技術(shù),提高了機械制造業(yè)的整體水平。因此,網(wǎng)絡(luò)化是機械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。
2.2智能化
在機械制造業(yè)的發(fā)展過程中,不斷吸收運籌學(xué)、人工智能、計算機技術(shù)、心理學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、生理學(xué)、混沌動力學(xué)等新思想和新方法,在機械生產(chǎn)過程中模擬人類智能,使機械生產(chǎn)過程更具人性化。
2.3自動化
機械制造的自動化以系統(tǒng)技術(shù)、集成技術(shù)、人機一體化技術(shù)、單元制造技術(shù)、柔性制造技術(shù)等技術(shù)為支撐,為機械制造營造了一個現(xiàn)代化的生產(chǎn)環(huán)境,使機械制造朝著敏捷化、全球化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、虛擬化和綠色化的方向發(fā)展。
2.4系統(tǒng)化
機械制造的系統(tǒng)化表現(xiàn)為開發(fā)式和模式化的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了靈活組態(tài)、任意裁剪、任意組合,達到了綜合管理和系統(tǒng)控制的目標。此外,機械制造領(lǐng)域內(nèi)的通信功能也在不斷增強,更加注重產(chǎn)品和人的關(guān)系,通過模仿生物機理來研制機電一體化產(chǎn)品。
3.結(jié)語
總而言之,機電一體化技術(shù)和智能化技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果,也是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進步,機械制造業(yè)也將不斷吸收智能化和機電一體化技術(shù),實現(xiàn)機電一體化和機械制造智能化的相互融合、相互促進,不斷提高機械制造業(yè)的科技水平和生產(chǎn)效率,促進機械制造業(yè)走向一個新的發(fā)展階段。
主題詞：機電一體化、對策
一、機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢
自電子技術(shù)一問世,電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,"機電一體化"技術(shù)之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.
(一)"機電一體化"的發(fā)展歷程
1.數(shù)控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;
2.微電子技術(shù)為"機電一體化''帶來勃勃生機;
3.可編程序控制器、"電力電子"等的發(fā)展為"機電一體化"提供了堅強基礎(chǔ);
4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發(fā)展趨勢
1.光機電一體化.一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的.因此,引進光學(xué)技術(shù),實現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢.
2.自律分配系統(tǒng)化——柔性化.未來的機電一體化產(chǎn)品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。
3.全息系統(tǒng)化——智能化。今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)(尤其是軟件及芯片技術(shù))的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復(fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。
4.“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構(gòu)可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領(lǐng)域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割?？磥?，機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。
5.微型機電化——微型化。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學(xué)是機電一體化的重要發(fā)展方向。
三、典型的機電一體化產(chǎn)品
機電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)(整機)和基礎(chǔ)元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機床、機器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構(gòu)等。這些典型的機電一體化產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。
四、北京發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務(wù)
機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品，促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。
(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢
1.北京用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度
(1)在700余家北京市屬工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)中，有60%以上的企業(yè)用微電子技術(shù)改造機床設(shè)備、工業(yè)窯爐、風機電泵、生產(chǎn)過程的任務(wù)還未完成需要量的一半。
(2)北京工業(yè)系統(tǒng)還有2000余臺機床設(shè)備亟需用微電子技術(shù)進行改造；在已改造的近6500臺機床設(shè)備中，大約有15%需進一步改造。
(3)北京工業(yè)系統(tǒng)尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術(shù)進行改造；且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進一步應(yīng)用模糊技術(shù)進行二次改造的必要。
(4)北京工業(yè)系統(tǒng)CAD應(yīng)用還有較大差距。目前，北京工業(yè)品設(shè)計，CAD應(yīng)用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內(nèi)先進地區(qū)也超過了30%)；CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應(yīng)用工程領(lǐng)導(dǎo)小組指出，“八五”期間大中型企業(yè)要達到35%，中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%；到“九五”時，按國務(wù)委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。
(5)北京工業(yè)系統(tǒng)共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調(diào)速技術(shù)進行改造的任務(wù)，占總?cè)蝿?wù)量的99.5%左右。
(6)工業(yè)是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業(yè)系統(tǒng)占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業(yè)系統(tǒng)萬元產(chǎn)值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業(yè)化國家高近9倍。因此，北京工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降耗的任務(wù)非常重，而電力電子技術(shù)是節(jié)能降耗的王牌。
2.北京用機電一體化技術(shù)加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業(yè)產(chǎn)品大約有3萬種，每年約開發(fā)試制新產(chǎn)品3000種，更新周期很長。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業(yè)產(chǎn)品的競爭能力。
1993年，北京市工業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品約837種，在當年生產(chǎn)的產(chǎn)品品種總數(shù)中僅占7.8%左右。其中：機械局系統(tǒng)主要產(chǎn)品約1200種，機電一體化產(chǎn)品不到150種機電一體化產(chǎn)品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產(chǎn)品350種，機電一體化產(chǎn)品210種，機電一體化產(chǎn)品所占比例為60%；輕工系統(tǒng)主要產(chǎn)品總數(shù)為649種，機電一體化、智能化產(chǎn)品15種，機電一體化、智能化產(chǎn)品所占比例約2.3%；汽車工業(yè)總公司系統(tǒng)平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產(chǎn)品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內(nèi)先進水平相差一半左右。
3.北京用機電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產(chǎn)品的責任重，有意義。在北京工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重，且不少地處城區(qū)和近郊區(qū)。近年來北京的工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖然幾經(jīng)調(diào)整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領(lǐng)導(dǎo)部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè)，優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產(chǎn)有關(guān)的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低，且具有柔性，可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革，而無須改換設(shè)備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力
勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的歷史不長，差距較大，許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。
(二)北京“機電一體化”工作的任務(wù)
北京在機電一體化方面的任務(wù)可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產(chǎn)品，促進機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為北京產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整作貢獻。
1.北京應(yīng)用機電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工作重點
(1)大力采用模糊技術(shù)，工業(yè)爐窯改造應(yīng)上新臺階
國內(nèi)外成功的范例表明，應(yīng)用模糊技術(shù)改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和PID技術(shù)好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時要大力推廣應(yīng)用模糊技術(shù)，到2000年，對應(yīng)該進行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術(shù)等先進電子信息技術(shù)改造完畢，其中采用模糊技術(shù)改造要在80%。
(2)積極采用數(shù)控技術(shù)，機床高備改造要達新水平
對機床設(shè)備的改造重點應(yīng)放在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用上。根據(jù)需要和可能，到1995年，北京應(yīng)該改造的機床設(shè)備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。
(3)努力推廣變頻調(diào)速技術(shù)，風機電泵改造要攀新高度
風機、電泵采用變頻調(diào)速后一般可節(jié)電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調(diào)速技術(shù)的推廣應(yīng)用作為重點來抓。到1995年，應(yīng)該采用變頻調(diào)速技術(shù)改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調(diào)速電機要普遍；采用先進的變頻調(diào)速技術(shù)。
(4)優(yōu)先應(yīng)用CAD／CAM技術(shù)，工業(yè)設(shè)計水平提高要有新目標
北京工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，設(shè)計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業(yè)系統(tǒng)CAD的應(yīng)用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應(yīng)分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。
2.北京機電一體化產(chǎn)品開發(fā)的奮斗目標
(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產(chǎn)品數(shù)應(yīng)不少于800種，2000年，應(yīng)不少于2000種，機電產(chǎn)品的機電一體化率分別達到25%和60%。
(2)單項目標：
·機床數(shù)控化率：1995年，產(chǎn)量數(shù)控化率達5%，產(chǎn)值數(shù)控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。
·汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產(chǎn)品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。
·PLC的開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間，開發(fā)能力要穩(wěn)居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的PLC生產(chǎn)基地之一。
·“電力電子”開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產(chǎn)技術(shù)和第三代電力電子器件的開發(fā)技術(shù)?！熬盼濉逼陂g第三代電力電子器件的生產(chǎn)要形成經(jīng)濟批量。在電力電子產(chǎn)品應(yīng)用方面，“八五”期間，開關(guān)電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產(chǎn)品；交流變頻調(diào)速裝置要達到批量生產(chǎn)程度；高頻電子鎮(zhèn)流器要能出口創(chuàng)匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產(chǎn)、開發(fā)、推廣綜合配套能力的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
·模糊控制器的開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術(shù)控制器的開發(fā)生產(chǎn)基地，開發(fā)出用于工業(yè)爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術(shù)控制系統(tǒng)典型產(chǎn)品來；交逐步將模糊技術(shù)應(yīng)用于家用電器中。1995年，空調(diào)器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產(chǎn)品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術(shù)普及率要達到50%以上。
·其它機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)能力：微機控制多色印刷機要穩(wěn)居全國第一；電子醫(yī)療儀器的開發(fā)、生產(chǎn)爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產(chǎn)量上全國領(lǐng)先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發(fā)電機組為代表的發(fā)電設(shè)備要形成綜合配套能力，打出規(guī)模效益來；數(shù)字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……
總之，機電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發(fā)展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產(chǎn)業(yè)。其中，數(shù)控機床、機電一體化印刷系統(tǒng)、新型電子醫(yī)療設(shè)備和數(shù)字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；PLC模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產(chǎn)品銷售額可超過25億元。機電一體化產(chǎn)業(yè)不僅是北京高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主力軍，也是機電行業(yè)停工、待產(chǎn)、明虧、潛虧企業(yè)的出路所在。
五、北京發(fā)展“機電一體化”的對策
(一)加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)發(fā)展計劃
目前，北京地區(qū)從事“機電一體化”研究開發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套發(fā)展策略和計是。同時，市政府各有關(guān)委、辦、局(總公司)也有不少相應(yīng)的發(fā)展計劃與規(guī)劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關(guān)計劃和規(guī)劃，也有統(tǒng)一考慮不足，統(tǒng)籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權(quán)威性的發(fā)展計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，建議市政府責成有關(guān)機構(gòu)在進行深入調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，制定出北京統(tǒng)管全局的“機電一體化”研究、開發(fā)、生產(chǎn)計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復(fù)，生產(chǎn)上撞車!
(二)強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用
目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業(yè)的統(tǒng)管機構(gòu)，根據(jù)目前國家政治體制改革和經(jīng)濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協(xié)會的建設(shè)，賦予其行業(yè)管理職能。
“協(xié)會”要進一步擴大領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)——理事會的代表層面和復(fù)蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設(shè)；要通過其精明干練的辦事機構(gòu)、經(jīng)濟實體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制；指導(dǎo)行業(yè)布點布局的調(diào)整，進行發(fā)展突破口
的選擇，抓好重點工程的試點和有關(guān)項目的發(fā)標、招標工作……(三)優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度
優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業(yè)內(nèi)外都重視、支持“機電一體化”發(fā)展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發(fā)展“機電一體化”產(chǎn)業(yè)提供方便；盡可能為興辦開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)開綠燈；盡力為開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品調(diào)配好資源要素等。
增大支持力度，在技術(shù)政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展，對未采用機電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，對有關(guān)機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)乾地改造，對有關(guān)技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用中做出貢獻的單位領(lǐng)導(dǎo)、科技人員進行表彰獎勵等。
在經(jīng)濟政策上，要多給機電一體化科研攻關(guān)課題、開發(fā)應(yīng)用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發(fā)設(shè)貸款要多向機電一體化技術(shù)改進、生產(chǎn)合資和機電一體化產(chǎn)業(yè)規(guī)模化建設(shè)項目上傾斜；成立“機電一體化”發(fā)展基金，支持機電一體化生產(chǎn)發(fā)展等。
(四)突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”
機電一體化產(chǎn)業(yè)復(fù)蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應(yīng)分清主次，大膽取舍 ，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設(shè)備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術(shù)在淺層次上結(jié)合。第二個層次是“提高”工作，即在新產(chǎn)品設(shè)計之初，就把“機械”與“電子”統(tǒng)一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結(jié)合，生產(chǎn)出來的新產(chǎn)品起碼正做到機電一體化。
我們認為，北京“機電一體化”發(fā)展，當務(wù)之急，重中之重是：
抓緊開發(fā)生產(chǎn)GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應(yīng)用裝置——交流變頻調(diào)速器、逆變焊機、高頻電子鎮(zhèn)流器等，用電力電子技術(shù)進行的節(jié)能、節(jié)材為主要目的的技術(shù)改造；
抓緊推廣應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，改造機床設(shè)備；開發(fā)生產(chǎn)低、中檔數(shù)控系統(tǒng)；
抓緊開發(fā)、生產(chǎn)中小型PLC，用PLC進行生產(chǎn)過程控制；
抓緊組織生產(chǎn)多色膠印機、中英文打字機、電子出版系統(tǒng)、中高調(diào)頻X射線疹療設(shè)備、心腦病人監(jiān)護設(shè)備、30萬千瓦汽輪發(fā)電機組、模糊控制器、汽車電子高壓開關(guān)、高頻電子點火器等產(chǎn)品。同時要注意用變頻調(diào)速技術(shù)、電力拖動技術(shù)、模糊技術(shù)、PLC等改造供暖、供水設(shè)備，進行高層建設(shè)的現(xiàn)代化管理，解決交通難、出行難問題……
摘要：針對機電一體化系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運行時，系統(tǒng)受到的干擾問題，進行了一定的分析，并提出了一些具體的解決辦法。
關(guān)鍵詞：機電一體化 干擾 抗干擾
機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。機電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運行時，系統(tǒng)總會受到電網(wǎng)、空間與周圍環(huán)境干擾。若系統(tǒng)抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進行正常的工作，微機系統(tǒng)往往會因干擾產(chǎn)生程序“跑飛”，傳感器模塊將會輸出偽信號，功率驅(qū)動模塊將會輸出畸變的驅(qū)動信號，使執(zhí)行機構(gòu)動作失常，最終導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。
1 干擾源
從干擾竄入系統(tǒng)的渠道來看，系統(tǒng)所受到的干擾源分為供電干擾、過程通道干擾、場干擾等，如圖1所示。
（1）供電干擾
大功率設(shè)備會造成電網(wǎng)的嚴重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開關(guān)的通斷，電動機的啟停等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)很高的尖峰脈沖干擾。據(jù)統(tǒng)計，電源的投入、瞬時短路、欠壓、過壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起CPU誤動作及數(shù)據(jù)丟失占各種干擾的90％以上。
（2）過程通道干擾
過程通道干擾主要來源于長線傳輸。當系統(tǒng)中有電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者傳感器測量部件絕緣不好等；及各通道的傳輸線如果處于同根電纜或捆扎在一起，尤其是將信號線與交流電源線處于同一根管道時，產(chǎn)生的共模或差模電壓都會影響系統(tǒng)，使系統(tǒng)無法工作。
（3）場干擾
系統(tǒng)周圍的空間總存在著磁場、電磁場、靜電場，如太陽及天體輻射；廣播、電話、通訊發(fā)射臺的電磁波；周圍中頻設(shè)備發(fā)出的電磁輻射等。這些場干擾會通過電源或傳輸線影響各功能模塊的正常工作，使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號。
2 抗供電干擾的措施 （1）配電系統(tǒng)的抗干擾
抑制供電干擾首先從配電系統(tǒng)上采取措施，可采用圖2所示的配電方案。
其次可采用分立式供電方案，就是將組成系統(tǒng)各模塊分別用獨立的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路構(gòu)成的直流電源供電，這樣就減少了集中供電的危險性，而且也減少了公共阻抗以及公共電源的相互耦合，提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。
另外，交流電的引入線應(yīng)采用粗導(dǎo)線，直流輸出線應(yīng)采用雙絞線，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線長度．
（2）利用電源監(jiān)視電路
在配電系統(tǒng)中實施抗干擾措施是必不可少的，但這些仍難抵御微秒級的干擾脈沖及瞬態(tài)掉電，特別是后者屬于惡性干擾，可能產(chǎn)生嚴重的事故。因此應(yīng)采取進一步的保護性措施，即使用電源監(jiān)視電路。電源監(jiān)視電路需具有監(jiān)視電源電壓瞬時短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電的功能；及時輸出供CPU接受的復(fù)位信號及中斷信號等功能。
3 過程通道抗干擾措施
抑制過程通道上的干擾，主要措施有光電隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線等。
（1）光電隔離
利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長線傳輸時可以將模塊間兩個光電耦合器件用連線“浮置”起來，這種方法不僅有效地消除了各電氣功能模塊間的電流流經(jīng)公共線時所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾，而且有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配問題。
（2）雙絞線傳輸
在長線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但阻抗高，降低了共模干擾。由于雙絞線構(gòu)成的各個環(huán)路，改變了線間電磁感應(yīng)的方向，使其相互抵消，因而對電磁場的干擾有一定的抑制效果。
（3）阻抗匹配
長線傳輸時，若收發(fā)兩端的阻抗不匹配，則會產(chǎn)生信號反射，使信號失真，其危害程度與傳輸?shù)念l率及傳輸線長度有關(guān)。
（4）電流傳輸
長線傳輸時，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。
（5）合理布線
強電饋線必須單獨走線，強信號線與弱信號線應(yīng)盡量避免平行走向。
4 場干擾的抑制
防止場干擾的主要方法是良好的屏蔽和正確的接地。須注意以下問題：
（1）消除靜電干擾最簡單的方法是把感應(yīng)體接地，接地時要防止形成接地環(huán)路。
（2）為了防止電磁場干擾，可采用帶屏蔽層的信號線，并將屏蔽層單端接地。
（3）不要把導(dǎo)線的屏蔽層當作信號線或公用線來使用。 （4）在布線方面，不要在電源電路和檢測、控制電路之間使用公用線，也不要在模擬電路和數(shù)字脈沖電路之間使用公用線，以免互相串擾。
5 軟件抗干擾技術(shù)
各種形式的干擾最終會反映在系統(tǒng)的微機模塊中，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集誤差、控制狀態(tài)失靈、存儲數(shù)據(jù)竄改以及程序運行失常等后果，雖然在系統(tǒng)硬件上采取了上述多種抗干擾措施，但仍然不能保證微機系統(tǒng)正常工作。因為軟件抗干擾是屬于微機系統(tǒng)的自身防御行為，實施軟件抗干擾的必要條件是：
（1）在干擾的作用下，微機硬件部分以及與其相連的各功能模塊不會受到任何損毀，或易損壞的單元設(shè)置有監(jiān)測狀態(tài)可查詢。
（2）系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會因干擾的侵入而變化。
（3）RAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)在干擾侵入后可重新建立，并且系統(tǒng)重新運行時不會出現(xiàn)不允許的數(shù)據(jù)。 抑制數(shù)據(jù)采樣的干擾可采用：數(shù)字濾波，寬度判斷抗尖峰脈沖干擾等辦法，也可采用重復(fù)檢查法，偏差判斷法來檢查判斷是否有干擾信號。而程序運行失常的軟件抗干擾措施一般有：
（1）設(shè)置WATCHDOG功能，由硬件配合，監(jiān)視軟件的運行情況，遇到故障進行相應(yīng)的處理。
（2）設(shè)置軟件陷阱，當程序指針失控而使程序進入非程序空間時，在該空間中設(shè)置攔截指令，使程序進入陷阱，然后強迫其轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)。
【論文摘要】提出一種新型電動執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計方案，詳細介紹了該執(zhí)行機構(gòu)各功能元件的選型與設(shè)計、閥位及速度控制原理以及各種關(guān)鍵問題的解決方法。該執(zhí)行機構(gòu)將閥門、伺服電機、控制器合為一體，采用8031單片機、變頻技術(shù)實現(xiàn)了閥門的動作速度和位置控制，解決了閥門的精確定位、閥門柔性開關(guān)、極限位置判斷、電機保護及模擬信號隔離等技術(shù)問題?，F(xiàn)場運行情況表明，該電動執(zhí)行機構(gòu)具有動作快、保護完善以及便于和計算機通訊等優(yōu)點。
1 引言
在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機構(gòu)起著十分重要的作用，它是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分?，F(xiàn)有的國產(chǎn)大流量電動執(zhí)行機構(gòu)存在著控制手段落后、機械傳動機構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機構(gòu)的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。整個機構(gòu)缺乏完善的保護和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不便與計算機聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線等技術(shù)在工業(yè)過程中的應(yīng)用，這種執(zhí)行機構(gòu)已遠遠不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設(shè)計的大流量電動執(zhí)行機構(gòu)，采用機電一體化技術(shù)，將閥門、伺服電機、控制器合為一體，利用異步電動機直接驅(qū)動閥門的開與關(guān)。通過內(nèi)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)閥門的動作速度、精確定位、柔性開關(guān)以及電機轉(zhuǎn)矩等控制。該電動執(zhí)行機構(gòu)省去了用于控制電機正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅換向開關(guān)模件、機械傳動裝置和復(fù)雜、昂貴的控制柜和配電柜，具有動作快、保護較完善、便于和計算機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。實際運行表明，該執(zhí)行機構(gòu)工作穩(wěn)定，性能可靠。
2 電動執(zhí)行機構(gòu)的硬件設(shè)計及工作原理
電動執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示。智能執(zhí)行機構(gòu)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動部分。
控制部分主要由單片機、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測和報警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動部分主要包括三相伺報電機和位置傳感器。
系統(tǒng)工作原理：
霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機。單片機通過8255控制PWM波發(fā)生器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對380V電源進行全橋整流得到。
控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計：
1)單片機 選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機，它主要通過并行8255口擔負控制系統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號；處理IPM發(fā)出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號；
2)三相PWM波發(fā)生器 PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算產(chǎn)生PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統(tǒng)的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。
3)智能逆變模塊IPM 為了滿足執(zhí)行機構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機構(gòu)主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0．75。經(jīng)計算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動電路、制動電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)器件。
4)位置檢測電路 位置檢測電路是執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)中多采用繞線電位器、差動變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。
5)電壓、電流及檢測 檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。如圖2-2所示。
6)通訊接口 為了實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)和遠程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內(nèi)部有兩個完全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機與其它微機間的通訊。
7)時鐘電路 時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數(shù)據(jù)。
8)液晶顯示單元 為了實現(xiàn)人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數(shù)等信號進行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。
9)程序出格自恢復(fù)電路 為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復(fù)正常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運行。如圖2-3所示，該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。
工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。
3 閥位及速度控制原理
閥位及速度控制原理框圖如圖3-1所示。
采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)主要將當前速度與速度給定發(fā)生器送來的設(shè)定速度相比較，通過速度調(diào)節(jié)器改變PWM波發(fā)生器載波頻率，實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。速度調(diào)節(jié)器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法(具體內(nèi)容另文敘述)。
外環(huán)主要根據(jù)當前位置速度的設(shè)定，通過速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán)提供速度的設(shè)定值。由于大流量閥執(zhí)行機構(gòu)在運行過程中存在加速、勻速、減速等階段。各階段的時間長短、加速度的大小、在何位置開始勻速或減速均與給定位置、當前位置以及運行速度有關(guān)。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實際閥位與給定閥位，當二者不相等時，以恒定加速度加速，減速點根據(jù)當前速度、閥位值、閥位給定值的大小計算得來。
執(zhí)行機構(gòu)各階段運行速度的計算原理
圖3-2為執(zhí)行機構(gòu)的典型運行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線組成。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點稱為起始段點，相應(yīng)的時間稱為段起始時間，如圖3-2中的t(i)(i＝0，1，2，……)，相應(yīng)的速度稱為段起始速度，如圖3-2所示v(i)(i＝0，1，2，…)。
設(shè)第i段速度的變化速率為ki，則有：
式中：Δv為兩段點之間的速度變化值，Δv＝vi＋1－vi；
Δt為兩段之間的時間，Δt＝ti＋1－ti。
顯然，當ki＝0時為恒速段，ki＞0時為升速段，ki＜0時為減速段。任意時刻的速度給定值為：
Ts為采樣周期。
變化速率ki的取值由給定位置、當前位置以及運行速度的大小確定。
4 關(guān)鍵技術(shù)問題的解決
該電動執(zhí)行機構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術(shù)，電機驅(qū)動功率小于5．5kW。用戶可根據(jù)需要設(shè)定力矩特性，根據(jù)控制的閥設(shè)定速度，速度分多轉(zhuǎn)式、直行程、角行程3種方式。控制系統(tǒng)由閥位給定和閥位反饋信號構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制特性視運行方式、速度而定，并具有自動過流保護、過載保護、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護功能。
該執(zhí)行機構(gòu)解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題主要有：
1)閥門柔性開關(guān) 柔性開關(guān)主要是為了當閥關(guān)閉或全開時，保證閥門不卡死與損傷。執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測得的變頻器輸出電壓和電流，通過精確計算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達到或大于設(shè)定的力矩，自動降低速度，以避免閥門內(nèi)部過度的撞擊，從而達到最優(yōu)關(guān)閉，實現(xiàn)過力矩保護。
2)閥位的極限位置判斷 閥位的極限位置是指全開和全關(guān)位置。在傳統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)中，該位置的檢測是通過機械式限位開關(guān)獲得的。機械式限位開關(guān)精度低，在運行中易松動，可靠性差。在文中，電動執(zhí)行機構(gòu)極限位置通過檢測位置信號的增量獲得。其原理是，單片機將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，即認為己達到極限位置，立即切斷異步電機的供電電源，保證閥門的安全關(guān)閉或全開。省去了機械式限位開關(guān)，無需在調(diào)試時對其進行復(fù)雜的調(diào)整。
3)電機保護的實現(xiàn) 為了防止電機因過熱而燒毀，單片機通過溫度傳感器連續(xù)檢測電機的實際運行溫度，如果溫度傳感器檢測到電機溫度過高，自動切斷供電電源。溫度傳感器內(nèi)置于電機內(nèi)部。
4)準確定位 傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)在異步電機通電后會很快達到其額定動作速度，當接近停止位置時，電機斷電后，由于機械慣性，其閥門不可能立即停下來，會出現(xiàn)不同程度的超程，這一超程通常采用控制電機反向轉(zhuǎn)動來校正。機電一體化的大流量電動執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)當前位置與給定位置的差值以及運行速度的大小超前確定減速點的位置及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實現(xiàn)精確的微調(diào)和定位，從而將超程降到最低。
5)模擬信號的隔離。
對于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。如圖4-1所示，采用±15V和±12V兩組獨立的正負電源。若運放A的反相端電位由于擾動而正向偏離虛地，則運放A輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發(fā)光強度將增強，則使其集射極電壓減小，最后使運放A反相端的電位降低，回到正常狀態(tài)。若A的反相端電位負向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。從而增強了系統(tǒng)的抗干擾性。
5 結(jié)束語
該執(zhí)行機構(gòu)集微機技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機是通過內(nèi)部集成的一體化變頻器來控制，因此，同一臺智能執(zhí)行機構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)具有不同的運行速度和關(guān)斷力矩。該智能執(zhí)行機構(gòu)采用了液晶顯示技術(shù)，它利用內(nèi)置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的開、關(guān)狀態(tài)和正常運行時閥門的開度，還可以通過菜單選擇運行參數(shù)設(shè)定，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能顯示出故障信息?？傊?，該執(zhí)行機構(gòu)集測量、決斷、執(zhí)行3種功能于一體，順應(yīng)了電動執(zhí)行機構(gòu)的發(fā)展趨勢，它的研制成功給電動執(zhí)行機構(gòu)的研究開發(fā)提供了新的思路。
摘 要 討論了機電一體化技術(shù)對于改變整個機械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 機電一體化 技術(shù) 應(yīng)用
1 機電一體化技術(shù)發(fā)展
機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關(guān)技術(shù)的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
1.1 數(shù)字化
微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復(fù)。
1.2 智能化
即要求機電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機床上增加人機對話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進步與發(fā)展，為機電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。
1.3 模塊化
由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。
1.4 網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
1.5 人性化
機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。
1.6 微型化
微型化是精細加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。
1.7 集成化
集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。
1.8 帶源化
是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。
1.9 綠色化
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。
2 機電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用
在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機的結(jié)合起來，采用組裝合并方式，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個方面：
2.1 智能化控制技術(shù)(IC)
由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。
2.2 分布式控制系統(tǒng)(DCS)
分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實時調(diào)度、生產(chǎn)計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。
2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)
開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計算機技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設(shè)計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。
2.4 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)
鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強管理，獲取必須的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀80年代已廣泛實現(xiàn)CIMS化。
2.5 現(xiàn)場總線技術(shù)(FBT)
現(xiàn)場總線技術(shù)(Fied Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù)(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導(dǎo)線?，F(xiàn)場總線的引入導(dǎo)致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。
2.6 交流傳動技術(shù)
傳動技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴大。
主題詞：機電一體化、對策
一、機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢
自電子技術(shù)一問世,電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,"機電一體化"技術(shù)之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.
(一)"機電一體化"的發(fā)展歷程
1.數(shù)控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;
2.微電子技術(shù)為"機電一體化''帶來勃勃生機;
3.可編程序控制器、"電力電子"等的發(fā)展為"機電一體化"提供了堅強基礎(chǔ);
4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發(fā)展趨勢
1.光機電一體化.一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的.因此,引進光學(xué)技術(shù),實現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢.
2.自律分配系統(tǒng)化——柔性化.未來的機電一體化產(chǎn)品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。
3.全息系統(tǒng)化——智能化。今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)(尤其是軟件及芯片技術(shù))的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復(fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。
4.“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構(gòu)可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領(lǐng)域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割?？磥?，機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。
5.微型機電化——微型化。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學(xué)是機電一體化的重要發(fā)展方向。
三、典型的機電一體化產(chǎn)品
機電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)(整機)和基礎(chǔ)元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機床、機器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構(gòu)等。這些典型的機電一體化產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。
四、北京發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務(wù)
機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品，促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。
(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢
1.北京用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度
(1)在700余家北京市屬工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)中，有60%以上的企業(yè)用微電子技術(shù)改造機床設(shè)備、工業(yè)窯爐、風機電泵、生產(chǎn)過程的任務(wù)還未完成需要量的一半。
(2)北京工業(yè)系統(tǒng)還有2000余臺機床設(shè)備亟需用微電子技術(shù)進行改造；在已改造的近6500臺機床設(shè)備中，大約有15%需進一步改造。
(3)北京工業(yè)系統(tǒng)尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術(shù)進行改造；且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進一步應(yīng)用模糊技術(shù)進行二次改造的必要。
(4)北京工業(yè)系統(tǒng)CAD應(yīng)用還有較大差距。目前，北京工業(yè)品設(shè)計，CAD應(yīng)用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內(nèi)先進地區(qū)也超過了30%)；CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應(yīng)用工程領(lǐng)導(dǎo)小組指出，“八五”期間大中型企業(yè)要達到35%，中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%；到“九五”時，按國務(wù)委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。
(5)北京工業(yè)系統(tǒng)共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調(diào)速技術(shù)進行改造的任務(wù)，占總?cè)蝿?wù)量的99.5%左右。
(6)工業(yè)是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業(yè)系統(tǒng)占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業(yè)系統(tǒng)萬元產(chǎn)值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業(yè)化國家高近9倍。因此，北京工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降耗的任務(wù)非常重，而電力電子技術(shù)是節(jié)能降耗的王牌。
2.北京用機電一體化技術(shù)加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業(yè)產(chǎn)品大約有3萬種，每年約開發(fā)試制新產(chǎn)品3000種，更新周期很長。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業(yè)產(chǎn)品的競爭能力。
1993年，北京市工業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品約837種，在當年生產(chǎn)的產(chǎn)品品種總數(shù)中僅占7.8%左右。其中：機械局系統(tǒng)主要產(chǎn)品約1200種，機電一體化產(chǎn)品不到150種機電一體化產(chǎn)品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產(chǎn)品350種，機電一體化產(chǎn)品210種，機電一體化產(chǎn)品所占比例為60%；輕工系統(tǒng)主要產(chǎn)品總數(shù)為649種，機電一體化、智能化產(chǎn)品15種，機電一體化、智能化產(chǎn)品所占比例約2.3%；汽車工業(yè)總公司系統(tǒng)平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產(chǎn)品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內(nèi)先進水平相差一半左右。
3.北京用機電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產(chǎn)品的責任重，有意義。在北京工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重，且不少地處城區(qū)和近郊區(qū)。近年來北京的工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖然幾經(jīng)調(diào)整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領(lǐng)導(dǎo)部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè)，優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產(chǎn)有關(guān)的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低，且具有柔性，可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革，而無須改換設(shè)備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。
另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的歷史不長，差距較大，許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。
(二)北京“機電一體化”工作的任務(wù)
北京在機電一體化方面的任務(wù)可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產(chǎn)品，促進機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為北京產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整作貢獻。
1.北京應(yīng)用機電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工作重點
(1)大力采用模糊技術(shù)，工業(yè)爐窯改造應(yīng)上新臺階
國內(nèi)外成功的范例表明，應(yīng)用模糊技術(shù)改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和PID技術(shù)好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時要大力推廣應(yīng)用模糊技術(shù)，到2000年，對應(yīng)該進行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術(shù)等先進電子信息技術(shù)改造完畢，其中采用模糊技術(shù)改造要在80%。
(2)積極采用數(shù)控技術(shù)，機床高備改造要達新水平
對機床設(shè)備的改造重點應(yīng)放在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用上。根據(jù)需要和可能，到1995年，北京應(yīng)該改造的機床設(shè)備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。
(3)努力推廣變頻調(diào)速技術(shù)，風機電泵改造要攀新高度
風機、電泵采用變頻調(diào)速后一般可節(jié)電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調(diào)速技術(shù)的推廣應(yīng)用作為重點來抓。到1995年，應(yīng)該采用變頻調(diào)速技術(shù)改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調(diào)速電機要普遍；采用先進的變頻調(diào)速技術(shù)。
(4)優(yōu)先應(yīng)用CAD／CAM技術(shù)，工業(yè)設(shè)計水平提高要有新目標
北京工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，設(shè)計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業(yè)系統(tǒng)CAD的應(yīng)用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應(yīng)分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。
2.北京機電一體化產(chǎn)品開發(fā)的奮斗目標
(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產(chǎn)品數(shù)應(yīng)不少于800種，2000年，應(yīng)不少于2000種，機電產(chǎn)品的機電一體化率分別達到25%和60%。
(2)單項目標：
·機床數(shù)控化率：1995年，產(chǎn)量數(shù)控化率達5%，產(chǎn)值數(shù)控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。
·汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產(chǎn)品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。
·PLC的開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間，開發(fā)能力要穩(wěn)居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的PLC生產(chǎn)基地之一。
·“電力電子”開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產(chǎn)技術(shù)和第三代電力電子器件的開發(fā)技術(shù)?！熬盼濉逼陂g第三代電力電子器件的生產(chǎn)要形成經(jīng)濟批量。在電力電子產(chǎn)品應(yīng)用方面，“八五”期間，開關(guān)電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產(chǎn)品；交流變頻調(diào)速裝置要達到批量生產(chǎn)程度；高頻電子鎮(zhèn)流器要能出口創(chuàng)匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產(chǎn)、開發(fā)、推廣綜合配套能力的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
·模糊控制器的開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術(shù)控制器的開發(fā)生產(chǎn)基地，開發(fā)出用于工業(yè)爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術(shù)控制系統(tǒng)典型產(chǎn)品來；交逐步將模糊技術(shù)應(yīng)用于家用電器中。1995年，空調(diào)器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產(chǎn)品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術(shù)普及率要達到50%以上。
·其它機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)能力：微機控制多色印刷機要穩(wěn)居全國第一；電子醫(yī)療儀器的開發(fā)、生產(chǎn)爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產(chǎn)量上全國領(lǐng)先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發(fā)電機組為代表的發(fā)電設(shè)備要形成綜合配套能力，打出規(guī)模效益來；數(shù)字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……
總之，機電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發(fā)展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產(chǎn)業(yè)。其中，數(shù)控機床、機電一體化印刷系統(tǒng)、新型電子醫(yī)療設(shè)備和數(shù)字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；PLC模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產(chǎn)品銷售額可超過25億元。機電一體化產(chǎn)業(yè)不僅是北京高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主力軍，也是機電行業(yè)停工、待產(chǎn)、明虧、潛虧企業(yè)的出路所在。
五、北京發(fā)展“機電一體化”的對策
(一)加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)發(fā)展計劃
目前，北京地區(qū)從事“機電一體化”研究開發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套發(fā)展策略和計是。同時，市政府各有關(guān)委、辦、局(總公司)也有不少相應(yīng)的發(fā)展計劃與規(guī)劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關(guān)計劃和規(guī)劃，也有統(tǒng)一考慮不足，統(tǒng)籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權(quán)威性的發(fā)展計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，建議市政府責成有關(guān)機構(gòu)在進行深入調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，制定出北京統(tǒng)管全局的“機電一體化”研究、開發(fā)、生產(chǎn)計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復(fù)，生產(chǎn)上撞車!
(二)強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用
目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業(yè)的統(tǒng)管機構(gòu)，根據(jù)目前國家政治體制改革和經(jīng)濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協(xié)會的建設(shè)，賦予其行業(yè)管理職能。
“協(xié)會”要進一步擴大領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)——理事會的代表層面和復(fù)蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設(shè)；要通過其精明干練的辦事機構(gòu)、經(jīng)濟實體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制；指導(dǎo)行業(yè)布點布局的調(diào)整，進行發(fā)展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關(guān)項目的發(fā)標、招標工作……
(三)優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度
優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業(yè)內(nèi)外都重視、支持“機電一體化”發(fā)展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發(fā)展“機電一體化”產(chǎn)業(yè)提供方便；盡可能為興辦開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)開綠燈；盡力為開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品調(diào)配好資源要素等。
增大支持力度，在技術(shù)政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展，對未采用機電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，對有關(guān)機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)乾地改造，對有關(guān)技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用中做出貢獻的單位領(lǐng)導(dǎo)、科技人員進行表彰獎勵等。
在經(jīng)濟政策上，要多給機電一體化科研攻關(guān)課題、開發(fā)應(yīng)用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發(fā)設(shè)貸款要多向機電一體化技術(shù)改進、生產(chǎn)合資和機電一體化產(chǎn)業(yè)規(guī)?；ㄔO(shè)項目上傾斜；成立“機電一體化”發(fā)展基金，支持機電一體化生產(chǎn)發(fā)展等。
(四)突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”
機電一體化產(chǎn)業(yè)復(fù)蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應(yīng)分清主次，大膽取舍 ，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設(shè)備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術(shù)在淺層次上結(jié)合。第二個層次是“提高”工作，即在新產(chǎn)品設(shè)計之初，就把“機械”與“電子”統(tǒng)一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結(jié)合，生產(chǎn)出來的新產(chǎn)品起碼正做到機電一體化。
我們認為，北京“機電一體化”發(fā)展，當務(wù)之急，重中之重是：
抓緊開發(fā)生產(chǎn)GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應(yīng)用裝置——交流變頻調(diào)速器、逆變焊機、高頻電子鎮(zhèn)流器等，用電力電子技術(shù)進行的節(jié)能、節(jié)材為主要目的的技術(shù)改造；
抓緊推廣應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，改造機床設(shè)備；開發(fā)生產(chǎn)低、中檔數(shù)控系統(tǒng)；
抓緊開發(fā)、生產(chǎn)中小型PLC，用PLC進行生產(chǎn)過程控制；
抓緊組織生產(chǎn)多色膠印機、中英文打字機、電子出版系統(tǒng)、中高調(diào)頻X射線疹療設(shè)備、心腦病人監(jiān)護設(shè)備、30萬千瓦汽輪發(fā)電機組、模糊控制器、汽車電子高壓開關(guān)、高頻電子點火器等產(chǎn)品。同時要注意用變頻調(diào)速技術(shù)、電力拖動技術(shù)、模糊技術(shù)、PLC等改造供暖、供水設(shè)備，進行高層建設(shè)的現(xiàn)代化管理，解決交通難、出行難問題……
在當前競爭激烈的市場經(jīng)濟形勢下,企業(yè)對員工綜合職業(yè)素質(zhì)的要求,尤其是對專業(yè)技能的要求不斷提高。職業(yè)學(xué)校要主動適應(yīng)這種要求,必須進一步強化實習(xí)教學(xué)管理,把提高學(xué)生的職業(yè)技能水平看作是辦學(xué)質(zhì)量的重要標志。機電一體化專業(yè)學(xué)生的實習(xí)教學(xué)應(yīng)切實解決好以下幾個問題。
一、加強機電一體化專業(yè)實習(xí)教學(xué)的環(huán)節(jié)管理
1、制訂切實可行的實習(xí)教學(xué)計劃。
實習(xí)計劃應(yīng)根據(jù)實綱并結(jié)合現(xiàn)代企業(yè)對人才類型的需要合理安排制定。
目前,機電一體化專業(yè)就業(yè)崗位的需求有三個方向:1、機電一體化設(shè)備制造與維修;2、機床數(shù)控技術(shù)應(yīng)用;3、自動機(線)的運行與維修。要按照不同的專業(yè)化方向,對主要基礎(chǔ)實習(xí)教學(xué)作相應(yīng)的調(diào)整。對于機電一體化設(shè)備制造與維修方向,基礎(chǔ)實習(xí)教學(xué)的重點應(yīng)放在機械方面,要加強鉗工與電工電子實習(xí)訓(xùn)練,使學(xué)生達到中級鉗工的操作水平;對于機床數(shù)控技術(shù)應(yīng)用方向,應(yīng)加強學(xué)生的車工實習(xí)及數(shù)控機床編程與操作實習(xí),使學(xué)生達到中級車工的操作水平;對于自動機(線)的運行與維修方向,應(yīng)向電的方面適當偏移,加強電工及單片機與可編程控制器實習(xí),使學(xué)生達到中級電工的操作水平。在制定實習(xí)教學(xué)計劃時,采用分階段實習(xí)和集中實習(xí)相結(jié)合的方法。即在二年級第一學(xué)期安排四周的階段實習(xí),進行鉗工、電工的有關(guān)基本操作入門實習(xí);在二年級第二學(xué)期結(jié)合專業(yè)課教學(xué),每周安排一天半到二天實習(xí)課,進行車工基本操作技能訓(xùn)練,達到初級車工操作水平;在三年級安排頂崗實習(xí),通過嚴格的專業(yè)技能訓(xùn)練逐步使學(xué)生達到中級車工操作水平,并能赴工廠生產(chǎn)實習(xí),使學(xué)生接觸現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)與管理實際,并將所學(xué)專業(yè)技術(shù)運用于生產(chǎn)中。
2、編寫針對性較強的實習(xí)補充教材或?qū)嵙?xí)指導(dǎo)書。
機電一體化專業(yè)教學(xué)實習(xí)包括入門實習(xí)、提高實習(xí)、強化實習(xí)。目前,機電類實習(xí)教材尚不能與當前的實習(xí)教學(xué)需要相配套。因此,為加強實習(xí)教學(xué)內(nèi)容的針對性,應(yīng)組織教師編寫具有本校機電一體化專業(yè)特色的實習(xí)補充教材或?qū)嵙?xí)指導(dǎo)書,要體現(xiàn)實習(xí)過程的連貫性、實習(xí)階段目標的漸進性。各實習(xí)階段要有明確的實習(xí)目的、任務(wù)、內(nèi)容、方法和考核要求等。
3、規(guī)范實習(xí)教學(xué)過程管理。
實習(xí)教學(xué)具有生產(chǎn)性的特點,完全不同于理論課教學(xué)。實習(xí)教學(xué)過程管理是指對實習(xí)教學(xué)過程中影響實習(xí)教學(xué)質(zhì)量的諸多因素進行組織、協(xié)調(diào)和控制,使實習(xí)教學(xué)按計劃、有秩序地進行。實習(xí)教學(xué)管理包括對對實習(xí)教學(xué)設(shè)施設(shè)備工具、對學(xué)生的管理和對整個實習(xí)教學(xué)過程的管理等,其中對實習(xí)教學(xué)過程的管理尤為重要。實習(xí)教學(xué)不是將學(xué)生安排到實習(xí)工廠交待一下實習(xí)課題、示范一下操作過程就可以了,要嚴格按照入門指導(dǎo)、巡回指導(dǎo)、結(jié)束指導(dǎo)的實習(xí)教學(xué)程序要求實施全過程管理。特別是巡回指導(dǎo),是實習(xí)教師發(fā)揮主導(dǎo)作用、實施因材施教、加強個別指導(dǎo)、提高實習(xí)教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。規(guī)范實習(xí)教學(xué)過程管理對于加強學(xué)生專業(yè)技能訓(xùn)練,提高實習(xí)教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。
4、嚴格實習(xí)考核要求。
實習(xí)考核要求是實現(xiàn)教學(xué)目標的具體體現(xiàn),科學(xué)合理的考核要求能夠增進學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心和積極性。實習(xí)考核要求應(yīng)根據(jù)學(xué)生實際,采取分層次步步過關(guān)的方式,使學(xué)生通過自身的不斷努力一步步地達到考核要求。對于少數(shù)在規(guī)定實習(xí)課時內(nèi)不能達到考核要求的學(xué)生,實習(xí)教師要適當安排其他時間開小灶,進行個別輔導(dǎo),使其達到實習(xí)教學(xué)目標的要求。實習(xí)考核要求應(yīng)與勞動部門的職業(yè)技能考核標準接軌,達到中級工職業(yè)技能水平。
二、加強機電一體化專業(yè)實習(xí)教師隊伍建設(shè)
實習(xí)教學(xué)目標的實現(xiàn),實習(xí)教師起著主導(dǎo)作用。職業(yè)學(xué)校要加強實習(xí)教師隊伍的建設(shè),建立一支高質(zhì)量的”雙師型“實習(xí)教師隊伍。目前,一些職業(yè)學(xué)校機電一體化專業(yè)實習(xí)教師存在專業(yè)技能水平不高、實習(xí)教學(xué)組織能力欠缺的現(xiàn)象。
三、加強實習(xí)基地建設(shè)
實習(xí)設(shè)施、設(shè)備是實習(xí)教學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)和前提條件。要提高機電一體化專業(yè)畢業(yè)生的職業(yè)技能水平,必須確實建設(shè)好校內(nèi)外實習(xí)基地。
1、 建好校內(nèi)實習(xí)基地。
按照職業(yè)學(xué)校機電一體化專業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的要求,職業(yè)學(xué)校應(yīng)建設(shè)相對完備的、具有一定先進性的,與培養(yǎng)目標、教學(xué)計劃相適應(yīng)的校內(nèi)實習(xí)基地。添置的設(shè)備既要具有一定的先進性還要具備足夠的數(shù)量。機電一體化專業(yè)有了校內(nèi)實習(xí)基地,就可以按照實綱和企業(yè)用人要求適時調(diào)整實習(xí)計劃,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)實際合理設(shè)計實習(xí)課題,實習(xí)教學(xué)質(zhì)量的提高就有了保證。
2、廣泛建立校外實習(xí)基地。
廣泛建立校外實習(xí)基地,與現(xiàn)代企業(yè)保持較為密切的聯(lián)系,以滿足學(xué)生畢業(yè)前頂崗實習(xí)的需要。學(xué)生在企業(yè)中實習(xí),能夠接觸到先進的生產(chǎn)設(shè)備,學(xué)到先進的生產(chǎn)工藝和加工方法,拓寬視野,并且能學(xué)以致用,將所掌握的專業(yè)知識和操作技能應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。同時學(xué)校在與企業(yè)的交往過程中,還可以了解現(xiàn)代企業(yè)對員工綜合素質(zhì)的要求、征求企業(yè)對學(xué)校辦學(xué)的建議,以便對教育教學(xué)的方方面面進行改革與調(diào)整。
論文關(guān)鍵詞：機電一體化；技術(shù)；現(xiàn)狀；產(chǎn)品；制造技術(shù)；發(fā)展趨勢
論文摘要：機電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果,本文簡述了機電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景。綜述了國內(nèi)外機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。
1 機電一體化概要
機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。
因此，“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。只是，機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)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(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產(chǎn)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，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2 機電一體化的發(fā)展狀況
機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)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(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，不取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
3 機電一體化的發(fā)展趨勢
3.1 智能化
智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)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(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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(chǎn)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(chǎn)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。
3.2 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(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)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(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)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(nèi)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
3.3 網(wǎng)絡(luò)化
20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。
3.4 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(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
3.5 綠色化
工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
3.6 系統(tǒng)化
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。
結(jié)語
綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。
摘 要：文章從電工新技術(shù)的發(fā)展談起，對電工新技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用作詳細分析，并著重探討電工新技術(shù)的特點，歸納、總結(jié)出相關(guān)結(jié)論，供同行參考借鑒。
關(guān)鍵詞：電工新技術(shù)；機電一體化；應(yīng)用
電工新技術(shù)目前已在機電一體化中得到了廣泛應(yīng)用，依靠電工新技術(shù)研發(fā)制作的機電一體化產(chǎn)品種類眾多，為機電一體化事業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。分析電工新技術(shù)的基本功能，當該技術(shù)應(yīng)用到機電一體化以后，不但能有效改善機電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境，提高機電產(chǎn)品工作效率，還能減少能源浪費，實現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)能。下面筆者結(jié)合電工新技術(shù)的發(fā)展概述，對機電一體化中應(yīng)用到的電工新技術(shù)作詳細分析。
1 電工新技術(shù)分析
1.1 電工新技術(shù)是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵因素
電工新技術(shù)的發(fā)展帶動了我國國民經(jīng)濟的增長，它借助自身技術(shù)優(yōu)勢，一方面解放了國民生產(chǎn)力，有效促進了生產(chǎn)效率的提高，另一方面降低了生產(chǎn)能耗，為社會主義建設(shè)做出了貢獻?？偟膩碚f，電工新技術(shù)促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展，為社會進步以及人民生活品質(zhì)的提升創(chuàng)造了條件。
1.2 電工新技術(shù)的定義與發(fā)展趨勢
所謂電工新技術(shù)，實際就是指在當前并未實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，但具有一定效益的電工技術(shù)。隨著時代與社會文明的不斷進步，電工新技術(shù)在國民生產(chǎn)中起到的作用越來越大，成為了21世紀最具活力和最具生命力的電工技術(shù)。追究電工新技術(shù)的發(fā)展原因，它實際是在傳統(tǒng)電工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是知識經(jīng)濟時代下出現(xiàn)的電工新理論、新知識、新材料以及新工藝等集多種表現(xiàn)形式于一體的新電工技術(shù)。電工新技術(shù)從20世紀下半葉開始發(fā)展，當時盛行的電工新理論有等離子物理、生物電磁學(xué)、電磁流體力學(xué)等等，新技術(shù)則主要有放電應(yīng)用技術(shù)、磁流體發(fā)電技術(shù)、電磁診斷技術(shù)等。在21世紀的今天，電工新技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)邁上了一個新臺階，除了原有的電工技術(shù)、理論、設(shè)備、材料在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用以外，電工新技術(shù)還向納米技術(shù)、生物工程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方向發(fā)展，成為了國民經(jīng)濟發(fā)展中的中堅力量。
2 電工新技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用
電工新技術(shù)當前已經(jīng)在機電一體化中有了較為普遍的應(yīng)用，比如生產(chǎn)中常見的自動監(jiān)控制技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、運動控制卡等，都屬于電工新技術(shù)的范疇。詳細分析如下：
2.1 自動控制技術(shù)
自動控制技術(shù)與自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用是電工新技術(shù)的一種主要表現(xiàn)形式。以自動控制系統(tǒng)為研究對象，該系統(tǒng)的基本特點是能實現(xiàn)自動化控制。將該系統(tǒng)應(yīng)用到機電一體化中，系統(tǒng)能對機電設(shè)備的運行狀態(tài)進行連續(xù)測量，并結(jié)合測量數(shù)據(jù)推斷出設(shè)備偏差，及時采取相應(yīng)措施對偏差進行處理，盡可能的將偏差降低到最小。在機電一體化自動控制中，為了將自動化控制系統(tǒng)測量的快速性、穩(wěn)定性、精確性體現(xiàn)得更加充分，往往會選擇采用比例控制器、積分控制器等對系統(tǒng)進行控制。工業(yè)大革命之后，市場對機電一體化產(chǎn)品的精度、性能、使用可靠性等性能要求越來越高，而為了滿足市場要求，機電一體化產(chǎn)品內(nèi)部所采用的控制器性能也隨之越來越好，全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)使得自動控制技術(shù)在機電一體化產(chǎn)品中的應(yīng)用地位越來越高，既能滿足系統(tǒng)自動控制技術(shù)要求，又能提高系統(tǒng)控制與調(diào)節(jié)精度，為機電一體化產(chǎn)品自動化控制與調(diào)節(jié)的實現(xiàn)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。因此，現(xiàn)代機電一體化產(chǎn)品大多選擇該類伺服系統(tǒng)來實施產(chǎn)品控制。
2.2 pc的應(yīng)用
pc，實際指可編程控制器。該控制器是上世紀60年代生產(chǎn)出來的一種工業(yè)控制裝置，技術(shù)基礎(chǔ)建立在計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)上，既具有計算機控制功能，又能實現(xiàn)通信，所以該控制器在出現(xiàn)以后，便被廣泛應(yīng)用于機械生產(chǎn)自動化控制中。pc技術(shù)產(chǎn)生初期，常用的pc大多只具備邏輯控制、定時和記數(shù)功能，通常將只能實現(xiàn)這三項功能的可編程控制器稱為可編程邏輯控制器。隨著電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，plc的功能日趨完善，性能不斷提高。plc已經(jīng)發(fā)展為集計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)、通信技術(shù)、過程控制技術(shù)于一身的電子裝置。目前plc正朝智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。plc作為一種新型的工業(yè)控制裝置。用計算機編程軟件代替繼電控制的硬件接線，既發(fā)揮計算機優(yōu)點，又考慮電器操作人員習(xí)慣，始終保持大眾化特點。plc具有可靠性高、編程方便、對環(huán)境要求低、與其他裝置連接方便等優(yōu)點。plc控制系統(tǒng)與繼
電順序控制系統(tǒng)的比較：plc控制系統(tǒng)大部分為軟件控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積??；plc控制器內(nèi)部全部為“軟接點”，動作快，系統(tǒng)的控制功能改變一般需要修改程序；plc控制系統(tǒng)的設(shè)計、施工、調(diào)試周期短plc控制系統(tǒng)具有較強的自檢、監(jiān)控功能，可靠性高，適用范圍廣。特別是可編程計算機控制器pcc與傳統(tǒng)的plc相比較能更好的實現(xiàn)分時多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件設(shè)計，不僅滿足了實時控制的要求還可以按照用戶的實際要求任意修改。
2.3 運動控制卡的應(yīng)用
運動控制卡是一種基于pc機及工業(yè)pc機、用于各種運動控制場合的上位控制單元。它包括脈沖輸出、脈沖計數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、d/a輸出等功能。它變頻器的工作原理主要是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，來實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備。以達到無極變速，從而縮短電機方向和轉(zhuǎn)速的時間，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電逆變成交流電。它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來控制電機的位置，用于控制步進（直線）電機或伺服電機。所以變頻器因調(diào)速性能好、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性高等這些優(yōu)點，使其在數(shù)控伺服、機械、同步傳動等多種場合都得到了廣泛的應(yīng)用，因此，變速器調(diào)速技術(shù)已逐漸成為電氣傳動自動化的一項核心技術(shù)。
3 結(jié)束語
綜上所述，我國當前的電工新技術(shù)在機電一體化產(chǎn)品中的應(yīng)用極為廣泛，成為了機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)自動化控制的必要措施。電工新技術(shù)以其獨有的技術(shù)特點，為機電一體化發(fā)展創(chuàng)造了眾多有利條件，促進了機電一體化自動控制的實現(xiàn)?？偟膩碚f，電工新技術(shù)的發(fā)展為機電一體化技術(shù)的進步做出了貢獻，它不僅省去了多余的社會勞動力，實現(xiàn)了機電一體化產(chǎn)品的自動化控制運行，還減少了能源消耗，對社會進步起到了巨大作用。
摘 要：機電一體化已經(jīng)成為了煤礦機械發(fā)展的主要趨勢，作為新時代的煤礦業(yè)，其正處于一個更新?lián)Q代的轉(zhuǎn)折點，現(xiàn)在的煤礦機械正處在一個向機電一體化方向發(fā)展的時代，隨著國家對煤礦安全生產(chǎn)的重視，煤礦設(shè)備投入的不斷增加，煤礦機械也處在一個更新?lián)Q代的時期。煤礦業(yè)在投入設(shè)備的基礎(chǔ)上重視安全生產(chǎn)，文章著重對煤礦生產(chǎn)中機電一體化情況進行了探討，并闡釋了其在煤礦生產(chǎn)中的主要作用。
關(guān)鍵詞：機電一體化；煤礦機械；作用；應(yīng)用
科技的進步為新時代的各行各業(yè)都帶來了新型的先進技術(shù)，煤礦業(yè)也不例外，在煤礦生產(chǎn)中對于機械性能的要求也不斷的在提高，煤礦機械中微電腦的應(yīng)用會更加的廣泛，且機械結(jié)構(gòu)會更加復(fù)雜，其對于維護的要求也向著更加專業(yè)的方向發(fā)展。以下就通過文章對煤礦機械中電子裝置的控制功能、特性和類別以及電氣的功能、特性和類別進行初步的介紹。用以幫助工作人員以及管理人員更加了解煤礦機械。
1 機電一體化的產(chǎn)生與應(yīng)用
機電一體化又稱機械電子工程學(xué)，是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)以及其他技術(shù)相互融合而成的一門獨立的交叉學(xué)科。目前各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。
在現(xiàn)代的煤礦生產(chǎn)中，機械性能會直接影響到煤礦的產(chǎn)出，機械的自動化程度以及經(jīng)濟性都會對生產(chǎn)造成一定的影響，也會對煤礦的供電、通風以及排水、提升造成安全性影響。煤礦機械的經(jīng)濟性、可靠性以及動力性會直接受到機械電氣以及電子系統(tǒng)中控制部分的性能以及質(zhì)量好壞的影響，在此影響下會直接對機械的壽命施工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率造成影響。微電子系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中越來越不可或缺，已經(jīng)成為了現(xiàn)代煤礦機械的核心組成部分，同時，也成為了評判煤礦機械水平的標準之一。隨著科技的進步和機械技術(shù)的發(fā)展，煤礦機電在性能上不斷提高，微電子開始在煤礦機械中得到廣泛的應(yīng)用、推廣，成為了煤礦機械的重要組成部分。換言之，煤礦機械系統(tǒng)的復(fù)雜程度會越來越高，功能也會越來越強大，應(yīng)用范圍相對也會隨之變廣，但是隨之而來的問題便是其維護和維修要求也相對開始變得越來越專業(yè)，這就使得煤礦的工作人員所面臨的專業(yè)機械問題更加復(fù)雜。為了更好的適應(yīng)更加復(fù)雜的機械設(shè)備以及控制系統(tǒng)，對煤礦員工的技術(shù)培訓(xùn)就顯得尤為重要，同樣對設(shè)備的管理也成為了煤礦管理工作的中心內(nèi)容。
隨著開采技術(shù)的提高，以及新時期對于煤礦生產(chǎn)的要求，煤礦機械的使用中僅僅依靠液壓技術(shù)以及機械技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代機械性能要求。對于煤礦機械應(yīng)用，現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求煤礦機械具有更好的可控性，更加智能化。因此微電子的技術(shù)引入成為了煤礦機械的必然發(fā)展趨勢，在對煤礦機械的控制上微電子控制成為了必然的選擇。機電一體化作為新興的技術(shù)，以其獨特的適應(yīng)性開始受到煤礦業(yè)的關(guān)注，將機電一體化技術(shù)引入煤礦生產(chǎn)的機械設(shè)備中，不僅僅是對于煤礦機械的技術(shù)革新，同時也使得煤礦機械設(shè)備從性能上有了本質(zhì)的改變。
機電一體化又被稱作電子機械工程學(xué)，是一門綜合性技術(shù)，同時也是一門跨學(xué)科技術(shù)，由多種學(xué)科技術(shù)（計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)以及液壓技術(shù)）相互融合形成的交叉學(xué)科，卻又獨立于上述任何一門學(xué)科。機電一體化的技術(shù)最先得到應(yīng)用是在上世紀七十年代，得以應(yīng)用于國外機械中。而隨著微電子技術(shù)在八十年代末期逐步的發(fā)展，并成為了核心技術(shù)開始，機械制造的發(fā)展速度日新月異，并且隨著微處理、計算機、檢測、傳感以及信息處理等技術(shù)在煤礦機械中得到引用并逐步發(fā)展，對煤礦機電產(chǎn)品性能產(chǎn)生了極大的促進，使得煤礦機械發(fā)展進入了一個快速轉(zhuǎn)變階段。目前以微處理器或者是微電腦為核心的電控系統(tǒng)已成為了我國煤礦機械的發(fā)展趨勢，雖然同發(fā)達的西方國家相比，我國的微控系統(tǒng)還存在一定的差距，但是隨著技術(shù)的引入和研究發(fā)展，煤礦機械技術(shù)的提升也會十分迅速。
我國煤礦業(yè)引入微電子控制系統(tǒng)主要用于對煤礦機械功能進行提升，其主要實現(xiàn)了以下幾方面功能。
2 在線監(jiān)控、自動報警及故障自診
即對煤礦機械的電動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的在線運行狀態(tài)監(jiān)控，出現(xiàn)故障能自動報警并準確地指出故障的部位，從而改善操作員的工作條件，提高機器的工作效率，簡化設(shè)備
護檢查工作，降低使用維修費用，縮短停機維修時間，延長設(shè)備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用plc控制，可實現(xiàn)多種在線監(jiān)控和故障自診，還有煤礦用各種電器設(shè)備也越來越智能化。
3 節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)效率
例如井下使用的膠帶輸送機、通風機、提升機等，使用變頻起動、plc控制系統(tǒng)，節(jié)電量就為30%左右，同時生產(chǎn)效率也大大提高了。
4 有效提高生產(chǎn)的自動化、半自動化
自動化煤礦機械設(shè)備是今后的發(fā)展趨勢，而半自動化的機械設(shè)備應(yīng)用也會越來越廣泛，不但從勞動強度上減輕了操作人員的負擔，同時也是對生產(chǎn)效率的有效提升。另外可以最大程度避免由于操作人員經(jīng)驗不足而對作業(yè)精度造成的影響。微電子在煤礦機械設(shè)備中的應(yīng)用也是其自動化智能化發(fā)展的重要保障，去推廣以及應(yīng)用，使得機械系統(tǒng)的構(gòu)造越來越復(fù)雜，但是功能以及適用范圍也會隨之而擴大。
5 其他應(yīng)用
一些國外生產(chǎn)的輸送機、采煤機、綜掘機等采用了電子（微電腦）控制的自動變速器，能夠根據(jù)外負荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比，從而改變功率，這不僅充分利用了電動機功率，大大提高了能耗經(jīng)濟性，而且也簡化了操作，降低了勞動強度，提高了設(shè)備的安全性能，提高作業(yè)人員操作的安全性。目前我國在綜合機械化采煤機上采用電子（微電腦）控制，可實現(xiàn)無人操作，使機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業(yè)，也配備了無線遙控裝置，可遠程遙控也可微電腦編程控制。電子（微電腦）系統(tǒng)的可靠性是煤礦機械非常重要的一項性能指標。由于煤礦機械一般井下作業(yè)，其直接受到潮氣、煤塵、通風、石塊、地質(zhì)變化等的侵襲，此外還受到采煤振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾，工作環(huán)境非常惡劣，因此電子（微電腦）控制系統(tǒng)必須滿足井下性能環(huán)境要求，能在井下環(huán)境溫度下可靠、穩(wěn)定地工作；抗壓強度高、抗老化，具有較長的使用壽命；密封性能好，能防止水分和污物的侵入；較好耐沖擊和抗振性能；較強的抗干擾能力，系統(tǒng)能在各種干擾下可靠地工作。
6 結(jié)束語
科學(xué)技術(shù)的進步所帶來的便是煤礦機械的發(fā)展，而機械技術(shù)的發(fā)展使得煤礦機械在性能上的適應(yīng)性越來越高。隨著機電一體化程度的加深，以及先進技術(shù)的引入，我國的煤礦機械技術(shù)發(fā)展開始向著微電子控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，在應(yīng)用上更加的廣泛，同時對于相關(guān)維修以及管理工作人員的專業(yè)素養(yǎng)要求也越來越高。即便如此，機電一體化也越來越得到廣大煤礦業(yè)生產(chǎn)者以及管理者的推崇，在應(yīng)用中不斷的吸取經(jīng)驗，從而得以發(fā)展提高。雖然世界機電一體化的微電子控制技術(shù)發(fā)展較早，但是我國的技術(shù)應(yīng)用起步較晚，因此在煤礦的生產(chǎn)上還存在很多的差距。但是社會對于煤礦生產(chǎn)的要求不會因此而降低，因此機電一體化變革刻不容緩，需要煤礦生產(chǎn)工作中每一個環(huán)節(jié)的相互配合，以及每一個環(huán)節(jié)的工作人員的共同努力。
摘 要：本文對機電一體化技術(shù)進行了概述, 簡要介紹了機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢, 論述了機電一體化技術(shù)的研究在煤礦生產(chǎn)中的重要意義, 重點介紹了機電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：煤礦企業(yè) 機電一體化 科技管理
1.機電一體化技術(shù)概述
“機電一體化”(mechatronics)是集機械、電子、計算機和信息技術(shù)等多種技術(shù)有機結(jié)合的一門交叉綜合技術(shù)。機電一體化是在機械的主功能、動力功能和控制功能上引進計算機和電子技術(shù),將機械裝置和電子設(shè)備以及軟件等緊密結(jié)合起來,相互滲透,相互融合而形成的一門新興的綜合技術(shù)。它的本質(zhì)不僅是單純地利用電子技術(shù)來簡化或替代機械，更重要的是將機械系統(tǒng)、微電子和計算機技術(shù)、信息技術(shù)組成了最佳系統(tǒng)。
機電一體化技術(shù)具有增強生產(chǎn)的安全性和可靠性、具有自動監(jiān)視、報警、診斷等功能,大大簡化了操作步驟并且簡單、方便;適用面廣、生產(chǎn)、應(yīng)變能力強、工作質(zhì)量高；它的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取措施,使工作恢復(fù)正常。
2.我國的機電一體化技術(shù)
我國制造的機電一體化產(chǎn)品都具有智能化、程序化、信息化的特點,以及設(shè)備體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優(yōu)點,它的廣泛應(yīng)用減輕了勞動強度,提高了生產(chǎn)力水平。然而,我國的機電一體化技術(shù)與發(fā)達國家相比差距還很大,具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)不多,今后應(yīng)加強研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心裝置，同時增加產(chǎn)品的通信功能,以適應(yīng)綜合自動化的需要;開發(fā)以微處理器和微機為基礎(chǔ)的礦井設(shè)備工況和健康監(jiān)測以及微處理器、計算機和專家系統(tǒng)的應(yīng)用等;機器人仍然是機電一體化技術(shù)今后研究的重點之一。
3.機電一體化技術(shù)研究在煤礦生產(chǎn)中的重要意義
3.1 提高勞動效率，機電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用使過去落后的生產(chǎn)方式得到極大的改變,大量新型自動化電子設(shè)備的使用徹底轉(zhuǎn)變了煤礦的作業(yè)模式,明顯降低了工人的勞動強度,大幅提升了勞動生產(chǎn)率,極大地提高了勞動效率。
3.2 提高了勞動安全保障，傳統(tǒng)的煤礦工作環(huán)境非常惡劣,高負荷地工作會嚴重影響到礦工的身體健康和生產(chǎn)安全。采用機電一體化設(shè)備進行煤炭的采掘、運輸、提升等,不僅可以使礦工從繁重的體力勞動中解脫出來,而且還能降低發(fā)生事故和危險的幾率,提高安全生產(chǎn)效率。
3.3 增加了經(jīng)濟效益和礦工的勞動收入，煤礦機電一體化技術(shù)的運用使得煤炭的產(chǎn)量大幅提高,增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益,同樣使礦工的勞動收入有所提高,改善礦工的生活質(zhì)量。煤礦企業(yè)的快速發(fā)展帶動了其它相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展,對地方經(jīng)濟的快速發(fā)展起到積極的推動作用。
4.機電一體化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用
4.1 機電一體化技術(shù)在采煤機中的應(yīng)用。機電一體化技術(shù)在采煤機的一個典型應(yīng)用就是電牽引采煤機。它具有許多液壓牽引采煤機不具備的優(yōu)勢和特點:良好的牽引特性。在采煤機前進時它可以提供牽引力,在采煤機下滑時它還可以進行發(fā)電制動;可用于大傾角煤層。牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器,可用在40°～50°傾角的煤層,而不需要其它防滑裝置;運行可靠,使用壽命長。與液壓牽引不同的是電牽引采煤機除電動機的電刷和整流子有磨損外,其它元件沒有磨損,因此運行可靠,使用壽命長,維修量小;反應(yīng)靈敏,動態(tài)特性好，結(jié)構(gòu)簡單，效率高。電牽引采煤機機械傳動結(jié)構(gòu)輕便簡單,只做一次轉(zhuǎn)換，電能轉(zhuǎn)換為機械能,轉(zhuǎn)換效率可高達99%,而液壓采煤機的電能轉(zhuǎn)換機械能的轉(zhuǎn)換效率只有65%～70%左右。
4.2 機電一體化技術(shù)在提升機中的應(yīng)用。目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設(shè)備是礦井提升機,為全數(shù)字化交直流提升機。尤其是內(nèi)裝式提升機,在結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動合二為一,大大簡化了機械結(jié)構(gòu),充分體現(xiàn)了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。而全數(shù)字化提升機高度可靠,采用總線方式,使電器安裝大大簡化,此外,硬件配置簡單,互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化提升機,其核心部分ascs是由雙cpu構(gòu)成的計算機系統(tǒng),其性能先進、操作簡便、準確可靠。
4.3 機電一體化技術(shù)在帶式輸送機中的應(yīng)用。近幾年來帶式輸送機已成為機電一體化技術(shù)的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的cst可控軟啟動裝置。它是一種專門為煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設(shè)計的軟驅(qū)動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺cst驅(qū)動。由于尚未解決動態(tài)分析和在線監(jiān)控技術(shù)以及啟動延遲技術(shù),我國帶式輸送機一般為3點驅(qū)動,對輸送機的單機長度和運量存在一定的限制。而且,輸送機的監(jiān)控設(shè)備的功能、可靠性、靈敏度和壽命都與發(fā)達國家相比存在顯著的差距。
4.4 其他煤礦機電一體化設(shè)備液壓支架則向電液控制方向發(fā)展,將計算機技術(shù)與液壓控制有機結(jié)合,實現(xiàn)定壓雙向鄰架或成組自動移架,避免對頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。煤礦供電要求是供電要可靠,質(zhì)量要高,能滿足大功率設(shè)備。因此應(yīng)該推廣節(jié)能型產(chǎn)品。高壓開關(guān)柜采用維護量小,使用壽命長的真空開關(guān)。目前高、低開關(guān)柜普遍采用了“微機保護”,具備網(wǎng)絡(luò)功能,可以實現(xiàn)遠程遙控、遙測、遙信和遙調(diào)。
5.結(jié)語
機電一體化技術(shù)是企業(yè)信息化的重要支撐技術(shù),目前已經(jīng)成為礦山綜合自動化的基礎(chǔ)。機電一體化技術(shù)在煤礦采、掘、運裝備的應(yīng)用和推廣,極大地提升了我國煤礦生產(chǎn)的綜合實力,為實現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煤炭工業(yè)生產(chǎn)打下了扎實的基礎(chǔ)。
隨著信息技術(shù)等的發(fā)展,機電一體化已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢,同時也為人們的生產(chǎn)、生活提供了更多的便捷。接口是幾點一體化產(chǎn)品的重要組成部分,有效運用接口,可以更好地將幾點一體化產(chǎn)品中的各個組件有機地連接起來,使機電一體化產(chǎn)品的運行能夠更加順暢、有效。因此,接口技術(shù)的研究與運用,直接影響著機電一體化產(chǎn)品的運用效能,相關(guān)工作人員應(yīng)該積極創(chuàng)新接口技術(shù),滿足機電一體化技術(shù)不斷發(fā)展的需求,進而提高機電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量,更好地為人們的生產(chǎn)、生活服務(wù)。
1 簡述接口、接口類型與接口連接方式
機電一體化系統(tǒng),即是將機械系統(tǒng)與電子系統(tǒng)有機地聯(lián)系到一起,從而發(fā)揮機械電子的優(yōu)勢,提高機電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用性能。而接口是機電一體化產(chǎn)品的重要組成部分,它是連接機械系統(tǒng)與電子系統(tǒng)各個模塊的重要組件,具有調(diào)節(jié)、匹配、緩沖等性質(zhì),可以有效地轉(zhuǎn)換電平、增加功率,使機電一體化產(chǎn)品的性能得到提高;一些技術(shù)人員將接口加設(shè)抗干擾材料,可以將電子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間相互隔離,防止兩個系統(tǒng)之間的信號受到干擾,影響電子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)運行的可靠性;接口的運用,還可以進行電路轉(zhuǎn)換,保證機電一體化產(chǎn)品中各個系統(tǒng)之間電流量的匹配,進而提高機電一體化產(chǎn)品的運行效率。
不同的機電一體化產(chǎn)品,其性能、工作原理等都存在差異,自然接口也不完全相同。也就是說,在運用接口技術(shù)連接子系統(tǒng)的各個模塊時,需要運用到不同的接口。技術(shù)人員根據(jù)實際情況將接口分成兩類,即機電接口與人機接口。機電接口是指執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)與傳感器之間的接口,它可以模擬信息的輸入與輸出,并為機電一體化系統(tǒng)提供平穩(wěn)的電流,以保證機電一體化產(chǎn)品能夠保持一個有序的運行狀態(tài);人機接口是指工作人員或者技術(shù)人員與計算機之間的接口,這種接口可以將工作人員的指令,利用計算機網(wǎng)絡(luò)進行編碼形成有效的信息數(shù)據(jù),并通過接口在各個子系統(tǒng)之間相互傳遞信息,以滿足實際需要。
2 接口技術(shù)在機電一體化中的運用
2.1 概述接口技術(shù)
在機電一體化技術(shù)發(fā)展的過程中,接口技術(shù)是隨之發(fā)展起來的新型技術(shù)。顧名思義,它是將機電一體化中各個組件、系統(tǒng)相互連接,使其發(fā)揮最佳效用的技術(shù)。接口技術(shù)在機電一體化產(chǎn)品中的應(yīng)用,可以更加有效地使機電一體化產(chǎn)品中各個復(fù)雜的子系統(tǒng)模塊之間有效地連接起來,促進其數(shù)據(jù)、信息的傳遞與轉(zhuǎn)換,使機電一體化產(chǎn)品的性能得到提高。而隨著接口技術(shù)的發(fā)展,機電一體化技術(shù)也將得到更快的發(fā)展,并將向著網(wǎng)絡(luò)化、綠色化、智能化、模塊化方向發(fā)展,機電一體化產(chǎn)品的性能也將越來越高,為人們生產(chǎn)、生活提供更多的便利。
2.2 接口技術(shù)在機電一體化中的運用
眾所周知,接口技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用,大大提高了機電一體化系統(tǒng)的性能,同時也促進了機電一體化技術(shù)的發(fā)展。那么,接口技術(shù)到底是怎樣運用到機電一體化系統(tǒng)中的呢？
第一,連接機電一體化系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)模塊,充當“開關(guān)通道”。在機電一體化系統(tǒng)中,各個子系統(tǒng)模塊相互連接,再通過電子系統(tǒng)進行智能化控制,將信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、信息進行傳遞與轉(zhuǎn)換,使各個系統(tǒng)模塊都能夠在電子系統(tǒng)的控制下運作。要想實現(xiàn)以上功能,就必須有連續(xù)的電流,而在接口技術(shù)運用下的接口可以充當“開關(guān)通道”,工作人員只需正確操作開關(guān)執(zhí)行器,為系統(tǒng)模塊之間的連接提供連續(xù)的、平穩(wěn)的電流,就可以有效實現(xiàn)以上功能。
第二,工作人員可以根據(jù)需要手動接口,滿足工作需求。工作人員在操作監(jiān)控機電一體化系統(tǒng)運作時,通過人機接口使系統(tǒng)按照工作人員的需要進行運作,這種被稱為人機接口。人機接口主要分成輸入與輸出接口,工作人員只需按照需要將指令通過硬件輸入系統(tǒng),系統(tǒng)就會按照需要將指令編碼成信息數(shù)據(jù),并通過接口傳遞給各個系統(tǒng)模塊,輸出相應(yīng)的狀態(tài)、運行參數(shù)等,以實現(xiàn)工作人員監(jiān)控機電一體化系統(tǒng)的目的,滿足工作需要。
第三,運用接口技術(shù),可以有效提高系統(tǒng)輸出信號的質(zhì)量。傳統(tǒng)的機電一體化技術(shù)中,接口的運用還不是很成熟,導(dǎo)致系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)、信息等質(zhì)量不高。隨著接口技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的機電一體化系統(tǒng)在運用接口技術(shù)之后,有效地提高了數(shù)據(jù)、信息輸出的質(zhì)量。工作人員能夠有效控制輸出的數(shù)據(jù)、信息等運行參數(shù),對這些數(shù)據(jù)、信息等進行有效的調(diào)整,就可以實現(xiàn)監(jiān)控生產(chǎn)過程的目的。
2.3 運用接口技術(shù)需要注意的問題
接口技術(shù)是在機電一體化技術(shù)上發(fā)展起來的,所以在運用接口技術(shù)的時候,需要注意以下問題。技術(shù)人員在運用接口技術(shù)將接口連接于各個子系統(tǒng)模塊之間,需要注意接口技術(shù)是否與機電一體化技術(shù)相匹配,是否能夠符合機電一體化產(chǎn)品在性能上的要求,這些都是技術(shù)人員需要思考的問題。只有合理選擇、運用接口技術(shù),才能為機電一體化產(chǎn)品的性能正常發(fā)揮起到基礎(chǔ)的作用;任何技術(shù)在運用過程中,都需要進行調(diào)試,以確保技術(shù)運用的科學(xué)性、合理性與可靠性。同樣,接口技術(shù)的運用也需要進行智能調(diào)試。一般來說,技術(shù)人員在運用接口技術(shù)連接各個子系統(tǒng)模塊之后,就要及時地進行系統(tǒng)測試與接口的智能調(diào)試,這樣才能在第一時間發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,保證機電一體化產(chǎn)品的可靠運行,也可以為以后接口技術(shù)的發(fā)展提供參考;接口在使用過程中,人機接口是比較常見的,它是根據(jù)實際生產(chǎn)需要而進行的人工調(diào)整的接口,也就是說,這種接口是可調(diào)的。因此,技術(shù)人員運用接口技術(shù)必須積極思考機電一體化產(chǎn)品的實際生產(chǎn)效能,并注重接口技術(shù)的各項指標能夠按照要求合理調(diào)控,結(jié)合實際情況運用接口技術(shù)。這樣的接口技術(shù)才能保證機電一體化系統(tǒng)可以按照需要隨時進行調(diào)控,實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化,提高接口技術(shù)的運用效果。
3 結(jié)語
總而言之,隨著我國工業(yè)化進程的不斷深入,各種相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展。機電一體化技術(shù)作為促進工業(yè)化與機械化發(fā)展的重要技術(shù)之一,對我國社會建設(shè)與人們生活水平的提高有著重要的意義。而接口作為機電一體化產(chǎn)品的重要組成部分,接口技術(shù)的發(fā)展也影響著機電一體化技術(shù)的發(fā)展。所以,相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該積極創(chuàng)新接口技術(shù),從各個方面提高機電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量,進而促進機電一體化產(chǎn)品在社會建設(shè)中重要作用的發(fā)揮。
摘要：本文從分析學(xué)科課程體系不符合職業(yè)教育特征的角度出發(fā)，提出構(gòu)建高職機電一體化專業(yè)工學(xué)結(jié)合一體化課程體系的必要性，論述了機電一體化專業(yè)課程體系構(gòu)建的技術(shù)路徑，分析了機電一體化專業(yè)課程體系實施過程中需要重點解決的三個問題。
關(guān)鍵詞：高職；機電一體化專業(yè)；一體化課程體系；技術(shù)路徑
近年來，隨著國外先進職業(yè)教育課程建設(shè)理念與技術(shù)的逐步引進與推廣，工學(xué)結(jié)合作為職業(yè)教育的重要特征也逐漸得到認同。廣州市工貿(mào)技師學(xué)院順應(yīng)國內(nèi)外市場對技能型人才的需求，即技能人才需具備綜合職業(yè)能力和奠定持久的職業(yè)生涯發(fā)展，在機電一體化專業(yè)建設(shè)中，提出構(gòu)建工學(xué)結(jié)合的一體化課程體系的工作目標，并在具體的教學(xué)中實施。
機電一體化專業(yè)課程體系改革的必要性
長期以來，我國職業(yè)教育所采用的課程體系多為學(xué)科課程體系，其基本特征是以學(xué)科內(nèi)容為中心設(shè)計課程，依據(jù)不同學(xué)科之間的相關(guān)性，按照先后順序開設(shè)教學(xué)科目。雖然學(xué)科課程體系具有邏輯性和系統(tǒng)性較強的優(yōu)點，但是，隨著科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)的發(fā)展，其缺點也日益凸顯，如學(xué)科課程忽略世界的整體性，將原本內(nèi)在統(tǒng)一的科學(xué)、藝術(shù)、道德割裂開來；學(xué)科課程強化“精英文化”，強化少數(shù)人利益，與“大眾文化”割裂開來；學(xué)科課程以灌輸學(xué)科知識為宗旨，過多倚重接受學(xué)習(xí)，忽視發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、行動學(xué)習(xí)在人的發(fā)展中的價值，忽視社會經(jīng)驗的獲得和實踐能力的形成；學(xué)科課程的系統(tǒng)性不能等同于職業(yè)活動的系統(tǒng)性，學(xué)科課程所強調(diào)的抽象概念和理論與職業(yè)教育的應(yīng)用性、實踐性要求不相符。
進入新時期，現(xiàn)代企業(yè)和社會管理步入了以過程為導(dǎo)向的綜合化運作時代，強調(diào)勞動者專業(yè)能力、社會能力及方法能力的綜合運用，孤立的學(xué)科課程體系與此需求相去甚遠。因此，改革長期徘徊在職業(yè)教育領(lǐng)域的學(xué)科課程體系，構(gòu)建適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展和企業(yè)用人需求的新課程體系勢在必行。
在機電一體化專業(yè)的學(xué)科課程體系中，課程主要分為專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)實訓(xùn)課程，專業(yè)基礎(chǔ)課程強調(diào)《工廠電氣控制技術(shù)》、《電工電子技術(shù)》、《機械制造技術(shù)》、《單片機與接口技術(shù)》、《液壓與氣動技術(shù)》、《自動檢測技術(shù)》、《機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)》等專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)，專業(yè)實訓(xùn)課程強調(diào)《金工基本技能實訓(xùn)》、《機電設(shè)備拆裝》、《電子電工專項技能實訓(xùn)》、《機電一體化技術(shù)實訓(xùn)》基本操作技能的訓(xùn)練，不管是理論知識的學(xué)習(xí)，還是單項技能的訓(xùn)練，學(xué)科課程體系均從片面的片段的角度看待本專業(yè)的整體性職業(yè)活動，沒有與完整的工作過程建立一種直接的聯(lián)系，對專業(yè)人才完成一項綜合性工作任務(wù)所需的綜合職業(yè)能力培養(yǎng)非常有限。因此，改革機電一體化專業(yè)的學(xué)科課程體系，構(gòu)建工作過程導(dǎo)向的課程體系勢在必行。
機電一體化專業(yè)課程體系改革的技術(shù)路徑
職業(yè)教育是為人們勝任職業(yè)活動和通過職業(yè)活動實現(xiàn)人的發(fā)展而提供的教育，具有完整的工作過程是職業(yè)教育的基本要求，因此，職業(yè)教育過程中的媒介和手段都應(yīng)是工作化的，必須將具體的工作情境置于教學(xué)過程之中，并以工作性思維來構(gòu)建教學(xué)過程，根據(jù)職業(yè)教育的特征和規(guī)律，課程設(shè)計開發(fā)要體現(xiàn)“在工作中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中工作”的理念。
基于工學(xué)結(jié)合的一體化課程體系改革理念，在機電一體化專業(yè)課程體系構(gòu)建中，課程的設(shè)計和開發(fā)必須以工作為基礎(chǔ)，并保證以工作為基礎(chǔ)的教學(xué)過程必須產(chǎn)生勝任現(xiàn)實工作的能力。校企合作的核心是認識企業(yè)的工作形態(tài)和工作內(nèi)容，并將其充分而有效地呈現(xiàn)于教學(xué)過程之中，聘請企業(yè)專家參與課程建設(shè)、簽訂校企合作合同、組織師生企業(yè)實習(xí)，其目的都是為了保證“工作呈現(xiàn)”的有效性。
因此，在機電一體化專業(yè)課程體系構(gòu)建中，本專業(yè)一體化課程體系的開發(fā)設(shè)計技術(shù)路徑如下：行業(yè)、企業(yè)情況分析和崗位工作分析召開實踐專家訪談會提取典型工作任務(wù)一體化課程轉(zhuǎn)化確定學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計教學(xué)計劃編制學(xué)習(xí)材料（工作頁等）開發(fā)投入實施。
行業(yè)、企業(yè)情況分析和崗位工作分析通過企業(yè)調(diào)研，與企業(yè)實踐專家訪談，與企業(yè)工程技術(shù)人員探討，觀摩企業(yè)實際生產(chǎn)運作等途徑，分析行業(yè)、企業(yè)實際工作情況和對技能人才的用人要求，確定本專業(yè)技能人才的就業(yè)領(lǐng)域有：電氣設(shè)備和機電一體化設(shè)備的運行、安裝、調(diào)試與維修；電氣、機電產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝實施；儀器儀表的配置、檢測、調(diào)試與維修；機電一體化工程項目的施工、維護及技術(shù)服務(wù)；機電類產(chǎn)品的營銷與售后服務(wù)；機電設(shè)備的技術(shù)改造、技術(shù)管理、產(chǎn)品輔助開發(fā)等。
召開實踐專家訪談會，提取典型工作任務(wù)向若干機電一體化行業(yè)的企業(yè)一線人員發(fā)放“實踐專家工作職責調(diào)查表”，分析企業(yè)一線技能型人才的個人工作經(jīng)歷和現(xiàn)從事崗位工作職責、工作內(nèi)容，從而遴選符合參加實踐專家訪談會條件的企業(yè)實踐專家。學(xué)校確定課程開發(fā)主持人、專業(yè)骨干教師及聘請的實踐專家之后，召開實踐專家訪談會。會上，在課程開發(fā)主持人主持，專業(yè)骨干教師配合下，引導(dǎo)企業(yè)實踐專家填寫個人“實踐專家職業(yè)發(fā)展階段分析表”，“實踐專家職業(yè)發(fā)展階段分析表”要求每位企業(yè)實踐專家列舉從進入機電一體化行業(yè)開始到成為實踐專家的發(fā)展過程的若干階段及其每一階段所從事過的、有挑戰(zhàn)性的、完成工作的過程能夠提高工作能力的有代表性的工作任務(wù)實例。待所有實踐專家填寫個人“實踐專家職業(yè)發(fā)展階段分析表”后，課程開發(fā)主持人引導(dǎo)實踐專家配合，從所有填寫后的“實踐專家職業(yè)發(fā)展階段分析表”中提取代表性工作任務(wù)，最后根據(jù)人才培養(yǎng)目標要求分析確定典型工作任務(wù)并按從入行到實踐專家的職業(yè)發(fā)展階段進行排序。機電一體化專業(yè)提取的典型工作任務(wù)，按照初級——中級——高級——技師的職業(yè)發(fā)展排序，通過企業(yè)實踐專家分析，共提取了“機電設(shè)備裝配、調(diào)試與維護”、“電氣控制柜的安裝調(diào)試”、“機電一體化系統(tǒng)疑難故障診斷與檢修”等16個典型工作任務(wù)。
轉(zhuǎn)化確定學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程根據(jù)職業(yè)教育規(guī)律和目標，按照一個典型工作任務(wù)轉(zhuǎn)化為一門學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程的原則，在企業(yè)實踐專業(yè)和學(xué)校專業(yè)骨干教師的共同討論分析下，將職業(yè)行動領(lǐng)域中的典型工作任務(wù)轉(zhuǎn)化為職業(yè)教育領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程。機電一體化專業(yè)最終確定的學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程有：“電氣安裝”、“機電設(shè)備疑難故障檢修”、“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”等16門課程，每門課程均體現(xiàn)一項完整的工作任務(wù)。
設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，編制教學(xué)計劃根據(jù)地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平和學(xué)校教育教學(xué)基本條件，對應(yīng)每一門課程，開發(fā)設(shè)計若干學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)習(xí)任務(wù)可以直接來源于企業(yè)，也可以由學(xué)校根據(jù)工作任務(wù)要求設(shè)計開發(fā)，但它原則上是一個完整的工作任務(wù)，能體現(xiàn)完整的工作過程。機電一體化專業(yè)開發(fā)設(shè)計的學(xué)習(xí)任務(wù)有：“工具和儀表檢修”、“齒輪傳動機構(gòu)拆裝與測繪”、“常見機床動力電路安裝與檢測”、“自動生產(chǎn)線總裝與調(diào)試”等58個。在學(xué)習(xí)任務(wù)的排序上遵循由易到難的排列原則，低年級設(shè)計數(shù)量較多的引導(dǎo)性較強的學(xué)習(xí)任務(wù)，高年級設(shè)計數(shù)量較少的綜合性和開放性較強的學(xué)習(xí)任務(wù)，完成所有學(xué)習(xí)任務(wù)的，其目標實現(xiàn)之和應(yīng)該大于或等于所屬一體化課程的目標。學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計完成后，根據(jù)學(xué)校實際師資情況和設(shè)施設(shè)備情況，以及教育教學(xué)秩序要求，確定每個學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)習(xí)與工作時間，編排可執(zhí)行的教學(xué)計劃。
學(xué)習(xí)材料（工作頁等）開發(fā)，投入實施根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)的目標要求，學(xué)校專業(yè)骨干教師到相關(guān)企業(yè)收集企業(yè)實際生產(chǎn)任務(wù)的工作素材、行業(yè)標準、企業(yè)標準、工作規(guī)范要求等，運用編寫學(xué)習(xí)材料的規(guī)范要求和技術(shù)方法，聘請企業(yè)專家與專業(yè)骨干教師共同編制教學(xué)材料，例如工作頁。學(xué)習(xí)材料開發(fā)完畢后，學(xué)校組織行業(yè)企業(yè)專家和課程開發(fā)專家評審課程體系成果材料，評審?fù)ㄟ^后投入實驗。
機電一體化課程體系的實施
目前，廣州市工貿(mào)技師學(xué)院機電一體化專業(yè)的四年制預(yù)備技師班、三年制高級技工班均采用工學(xué)結(jié)合的一體化課程體系實施教學(xué)，其教學(xué)效果得到廣大師生的一致認可。主要體現(xiàn)在以下四點：（1）新課程不僅讓學(xué)生掌握知識和技能，而且注重培養(yǎng)學(xué)生的信息處理能力、與人合作能力等關(guān)鍵能力，有利于學(xué)生持久的職業(yè)生涯發(fā)展；（2）新教學(xué)模式基本扭轉(zhuǎn)了學(xué)生被動聽課的習(xí)慣，使學(xué)生轉(zhuǎn)變成為探究知識的主體，可以提高學(xué)習(xí)主動性，增加學(xué)習(xí)興趣；（3）學(xué)生的創(chuàng)造能力、工作能力、應(yīng)變能力都能通過課堂學(xué)習(xí)得到鍛煉，對培養(yǎng)學(xué)生的成就感、承受挫折能力等有較大幫助；（4）學(xué)校的學(xué)習(xí)工作站比較類似企業(yè)的實際工作環(huán)境，能夠滿足學(xué)習(xí)需求。
通過一個周期的實施，總結(jié)出課程實施要重點從教學(xué)組織模式、師資團隊建設(shè)及學(xué)習(xí)工作環(huán)境建設(shè)三方面考慮，才能保證課程構(gòu)建和實施均能取得成功。
教學(xué)組織模式課程實施應(yīng)該以學(xué)生為中心，即學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的就是勝任工作、適應(yīng)社會和職業(yè)發(fā)展，因此必須將學(xué)習(xí)作為工作過程（即教學(xué)過程）的中心，以學(xué)生自主理解和完成工作任務(wù)作為教學(xué)的基本手段，并指導(dǎo)學(xué)生將理解和完成具體工作任務(wù)的能力轉(zhuǎn)化成為適應(yīng)變化的策略。學(xué)校的一切資源，包括教師資源都是學(xué)生實現(xiàn)這一完整過程的基礎(chǔ)，都應(yīng)服務(wù)于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程（即工作過程）。按照完成一項工作的基本思路，課程實施應(yīng)具有完整的工作過程：獲取信息——制定計劃——做出決策——實施計劃——檢查控制——評價反饋。
師資團隊建設(shè)由于工學(xué)結(jié)合的一體化課程強調(diào)學(xué)生自主完成若干完整的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)任務(wù)由工作任務(wù)轉(zhuǎn)化而來，在課程實施過程中，教師僅僅起到引導(dǎo)和服務(wù)的作用，因此，對教師的工作實踐經(jīng)驗，對工作的認識和理解均提出了較高要求。目前，職業(yè)教育界的教師多來自大專院校，缺乏企業(yè)實際工作經(jīng)驗的占大多數(shù)，勢必對工學(xué)結(jié)合的一體化課程實施帶來影響，所以，學(xué)校在考慮推一體化課程實施的同時，要在學(xué)校與企業(yè)之間建立一個長期合作的師資培養(yǎng)通道，讓教師適應(yīng)并逐漸勝任新課程的實施。
學(xué)習(xí)工作環(huán)境建設(shè)一體化課程實施需要與學(xué)習(xí)任務(wù)相匹配的教學(xué)媒體和設(shè)施設(shè)備，創(chuàng)設(shè)盡量真實的學(xué)習(xí)工作環(huán)境，讓學(xué)生有機會完成與典型工作任務(wù)內(nèi)容相一致的學(xué)習(xí)任務(wù)，因此，學(xué)習(xí)工作環(huán)境的建設(shè)并不僅僅是為了技能的重復(fù)操作訓(xùn)練而購置大量的設(shè)備，要從完成一項工作任務(wù)所需的綜合性資源建設(shè)的角度出發(fā)，從促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)資源建設(shè)的角度出發(fā)，規(guī)劃設(shè)計學(xué)習(xí)工作環(huán)境，也叫學(xué)習(xí)工作站。機電一體化專業(yè)的學(xué)習(xí)工作環(huán)境建設(shè)中，每一學(xué)習(xí)工作站均劃分信息檢索區(qū)、學(xué)習(xí)區(qū)、實訓(xùn)區(qū)、工具區(qū)、學(xué)業(yè)成果展示區(qū)等五大區(qū)域，方便學(xué)生自主檢索學(xué)習(xí)工作過程所需的資源，養(yǎng)成遵循企業(yè)工作規(guī)范和作業(yè)流程的習(xí)慣，并能夠在這個環(huán)境中實現(xiàn)學(xué)生之間的互動交流，互相學(xué)習(xí)。
總之，構(gòu)建實施機電一體化專業(yè)的工學(xué)結(jié)合一體化課程體系是一項系統(tǒng)工程，不僅僅是一種課程組織方式的改革，而是一種更深刻的課程價值觀的變革。課程是為學(xué)生提供教育服務(wù)的直接載體，建設(shè)符合企業(yè)用人要求、能夠保證學(xué)生持久職業(yè)生涯發(fā)展的課程是我們義不容辭的責任和義務(wù)。
