机电一体化与自动化篇（1）

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：

机电一体化与自动化篇（2）

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.147

随着我国生产力的不断发展和科学水平的提高，自动化控制技术得到广泛的应用，已经成为人类社会发展不可缺少的重要部分。利用自动化生产控制技术，不仅有利于扩大生产规模，而且体现了技术上的先进性，对其进行深入研究和分析意义重大。机电一体化在我国制造业地位显著，具有卓越的创新思维，在产品上的应用也越来越完善。当然，不同类型的产品在进行设计的过程中需要采取不同的方法，根据实际情况选择最合理的方法才能确保产品制作过程的顺利。

1 机电控制系统和自动控制技术的介绍

1.1 机电控制系统

机电控制系统的核心元素是控制，它是指在无人参与和指导下，利用控制装置的作用使机器、设备或生产的过程能够自动按照设计好的方式运行，共同完成指定任务。机电控制通过一套完整的系统把控制器、控制对象和其他部件组合在一起，需要多种技术的共同配合来完成，例如微电子、信息处理、通信、自动控制等技术。所以，机电控制技术是一项综合性技术，主要包括检测传感、自动控制、信息处理、伺服传送这四种技术方式。随着计算机的发展和开发，机电控制系统出现之后便得到大力推广，现已经在生产制造、航空航天等领域被广泛的应用着，占据较为稳定的地位。

机电控制系统主要进行远程控制，管理人员可以通过异地拨号或者网络连接来远程控制异地的计算机，来完成相应的任务或指令。这种控制技术基于网络平台，可以对系统的每一个过程实时监督，保证人机之间可以随时建立联系。

1.2 自动控制技术

自动控制技术是指通过控制器使被控制的对象或过程能够自动按照预定的规律运行的一种技术方式。这一技术的理论基础是自动控制原理，通过协调机械、电器的各部件共同工作来有效完成动作过程，在机电控制系统中扮演着重要的角色。自动控制原理分为经典控制理论和现代控制理论，统称为传统控制理论。第一种理论的研究对象是针对单变量的线性时不变系统，这种理论要借助数学工具拉普拉斯变换，利用函数传递的方法在频率域进行系统分析。经典控制理论也叫自动调节原理，在负反馈闭环系统中，通过自动调节器的反馈作用来控制系统的中心环境。第二种理论的研究对象则是多变量、非线性和时变系统，借助的数学工具为矩阵论、线性代数和集合论等。它的研究内容主要是“四种控制”，分别是最优控制、自适应控制、随机控制和鲁棒控制，利用状态空间的方法在时间域内作系统分析，根据所处的状态或条件来分析下一步会出现的状态，然后用状态方程来描述整个系统过程。这两种理论存在的共同之处就是把被控制对象的精确数学模型作为基础，把控制对象和其他干扰因素都用严格的数学方程和函数来表示。但是随着时代的发展，21世纪的智能化进程更进一步，传统控制理论越来越显得有气无力，而新兴的智能控制系统则完全得心应手，表现出强大的功能和优势。智能控制是多个领域相互交叉的学科，目前发展也只是初步阶段，还需要根据实际情况不断补充和完善才能发挥出更加重要的作用和优势。

在机电控制技术中，自动控制技术非常重要，主要负责提高产品精度、加工效率、设备利用率等问题，技术的关键就是依据现代控制理论，表现出工程化和实用化的特点，优化控制模型，精确边界条件等。不过，任何技术要想在社会快速发展的今天不被淘汰或取代，就必须不断地进行改进和优化，全面适应发展需求。所以，自动控制技术也应该根据实际情况努力实现突破和创新。

2 机电一体化设计思想

根据调查，最早机电一体化是由日本的一家机械整形协会经济研究所提出的，他们设想将电子技术加入机构中的动力功能、主功能等加以控制和管理，实现电子设计、软件设计和接卸装置三者融合成一个统一的整体，非常具有创造性。后来随着社会经济的发展和科技的进步，机电一体化的思想越来越成熟，也逐步发展成一个较为完善的学科。在对产品进行设计工作时，机电一体化要求系统分析设计产品，反复审核，综合结果，不断进行修改和完善，从而达到最理想的效果。作为世界制造业的大国，我国出现并推广机电一体化思想是非常必要的，使产品表现出智能化、人性化、绿色化、微型化等先进理念，具有一定优越性。另外，机电一体化的产品有机融合了微电子技术、机械技术、自动控制技术等，系统的质量和性能都得到了进一步的提高，在特殊功能和任务的完成度上也有了良好的改善。

3 机电一体化产品的设计方法

3.1 整体法

这种方法就是将机械部分与电子部分进行有机整合，也就是

将机械技术与电子技术进行有机整合，从整体上开展设计。机电

（下转第228页）

（上接第167页）

一体化的设计，最关键的就是表现出创新性的产品设计理论，打破传统的设计模式，全面提高产品的质量和性能。整体法通过把电子技术和机械技术整合成为一个不可分割的有机整体，实现产品设计上的新颖和独特，也体现了一种创新的思维方式，具有一定的影响和价值。

3.2 取代法

这一设计方法就是用电子线路代替机械控制结构，一般用于电子化产品设计。机械控制结构在完成指定任务的运行过程中形式过于单一，这种情况在机电设计一体化中就得到了改变，也就是利用电子线路来控制机构。我们往往将电子线路控制分步骤进行，首先在控制器或微型计算机上编出相应的程序，用于把电子线路和机械控制结构有机地相结合；然后，开始取代工作，即用电子线路代替原有机械结构，用变速机构、凸轮等代替那些接触式控制器。这样一来，传统的机械结构得到简化，体现出机电一体化的设计思想，而且产品的质量和性能也能得到相应的提高。

3.3 组合法

组合法是功能模块的整合，就是把各种标准功能的模块组合成各个机电一体化系统。当简单的机械与电子的有机整合并不能完成指定任务时，我们往往采取组合法，将各个功能模块进行整合，形成一个一体化的多功能模块的综合系统，然后对系统进行设计来达到预期效果。现在组合法在数控机床上面的应用效果显著、优势明显，拓展了多种使用功能，极大地提高了产品质量。另外，这一设计方法周期短、质量高，还可以节约设备成本，在生产管理、使用和维修上都非常方便，今后也一定会得到进一步的发展和完善。

4 总结

机电控制系统融合多种技术，在人类社会生产生活中发挥着越来越重要的作用。而机电一体化是新时代下的产物，在带来显著的经济效益和社会效益的同时，为机械工业的发展注入新的生命力。关于机电一体化产品的设计方法，虽然目前主要总结出三种，但今后肯定会出现更多的具有创新性的设计理念，在产品的人性化服务和自身质量性能上作出更大的提高和进步。随着未来科学技术和社会经济的不断提高，各种技术呈现相互融合的发展趋势，不同学科相互渗透，因此，机电一体化发展前景一片光明，必将得到更优质的完善并发挥出更大的价值。

参考文献：

[1]李进生.浅析机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].通信电源技术，2013（01）：73-74.

[2]黎洪洲.机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].信息系统工程，2013（08）：36-37.

机电一体化与自动化篇（3）

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2016）11C-0091-03

机械类专业主要有机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、车辆工程等。在这些专业的培养目标中，明确了对学生进行自动化技术的教学要求。因此，在专业培养方案中设置了自动化类课程，科目主要有电工技术、电子技术、测试技术、单片机原理及应用、工程控制与机电一体化技术等。自动化类课程的设置对于学生掌握现代机械设计方法与先进制造技术，能够从事机电结合的产品开发、自动生产设计等方面的工作起到了积极的作用。

一、自动化类课程体系教学中存在的问题

由于各方面原因，机械类专业有偏“机”的倾向，自动化方面偏弱，虽然在教学过程中讲授机电两方面的知识，但是实际上各自为政，出现了机电脱节的现象，造成学生所学的知识不能相互融合，培养的学生很难成为机电综合类人才。

（一）理论教学内容相互结合不足

机械类专业中自动化类课程未形成合理的体系，一方面，在教学中没有注意相互内容的层次关系，衔接不理想。授课教师各自讲授教学内容，相互之间缺乏沟通，出现了授课内容重叠的现象。比如，在《电工技术》课程中关于直流电动机以及PLC控制的知识，而在《机电一体化技术》课程中又有直流伺服电机和PLC技术的内容，如果任课教师间不注意交流，不可避免地出现了重复讲授的情况，在当前课程学时压缩的背景下，造成了学时的浪费。另一方面，自动化课群与机械制造类课程联系不够紧密，机电结合不足。自动化类课程的设置，是为了使学生在机械设计与制造环境中能够利用自动化的技术手段，达到掌握机电技术的知识目标。但在教学中这两方面的课程相对独立，课程学期安排上不够合理，造成了学生机电知识上的割裂与脱节。比如，机械类课程中的《数控机床》课程，主要讲授作为典型机电一体化产品一数控机床的知识，可作为它的前续课程《机电一体化技术》却安排在了同一个学期甚至滞后的学期开设，不能起到前期知识铺垫的作用。

（二）实践教学环节薄弱，缺乏综合性训练

自动化类课程的实践教学环节内容单一、薄弱，对学生综合应用机电一体化技术的能力培养与训练不足，主要体现在：1.实验内容大多以验证性为主，未能充分从机电结合的角度去安排应用性强的项目;2.生产实习没有与自动化相关的任务;3.毕业设计训练缺失，近几年机械类专业的学生进行的毕业设计只是在机械设计与制造方面的题目，没有与自动化相结合的内容。

由此可见，现有状态制约了相关专业学生对机电综合应用能力的培养，学生发现问题、分析问题、解决问题的能力不能得到训练。因此，在我校实行学分制的背景下，如何使机械类专业的学生具备能适应现代社会需要和技术发展要求的机电综合能力是亟需解决的问题，进行对自动化类课程体系和教学内容的研究与实践具有重要的现实意义。

二、自动化类课程体系建设的措施

（一）建立教学团队

教学团队建设既是加强师资队伍建设的有效途径，也是促进教学改革的广阔平台和凝聚教师向心力的良好载体。在机械类专业自动化类课程教学中，通过建立团队合作机制和组织模式，有利于开展教学研讨和交流，便于科学合理地构建相关课程的教学内容;有利于进一步开发教学资源，整合团队成员的优势，为教学实践提供强有力的师资保障。

（二）建立科学合理、衔接有序的课程体系

围绕机械类专业人才培养目标，研究自动化类课程中各科目的具体教学内容，特别要注重各科目的衔接及其知识在机械设计制造中的应用。

在《电工技术》课程中重点讲解电路基本理论、变压器、三相异步电动机、继电器控制;直流电机以及PLC控制在后续课程《机电一体化技术》中讲授;《测试技术》课程中主要讲解传感器与信号处理，测试系统的构建由《机电一体化技术》课程介绍等。理顺自动化类课程授课次序（如图1所示）。

图1 自动化类课程教学次序

在机械类专业的自动化类课程中，《机电一体化技术》是以当前机电一体化技术为主，面向具有代表性的机电一体化系统的设计开发，从较宽广的应用范围讲述机电一体化的基础理论与应用，综合性、实践性很强，涉及知识面广、容量大。课程教学内容主要包括机械系统、检测系统、伺服系统、控制系统、接口技术以及机电一体化系统设计等。该课程对于机械类专业中“机”“电”类课程知识的衔接与协调起着重要的作用，相关课程关系（如图2所示）。所以可以以此为抓手，统筹安排，妥善处理好两大类课程的体系建设问题。

图2 机电类课程关系

（三）加强综合性实践教学体系建设

在实验内容上，突破课程体系的界限，将机械设计、液（气）压传动、电气控制和PLC、单片、测试技术等课程内容有机结合，围绕典型的机电一体化装备，建设系统性、综合性的实验项目或开展机电综合性课程设计。

加强机电相结合的生产实习、毕业设计的建设。探讨在原有实习项目中如何增加自动化类的要求，这样可以充分利用现有实习基地（大型国有企业）的资源使学生得到现场的综合训练。增加机电一体化的毕业设计题目，使学生所学知识得到整合与提高。

（四）构建学生创新教育体系

机械类专业学生创新能力的培养贯穿高等教育的全过程，构建创新教育体系是非常重要的一个环节。大学生往往思想活跃、勇于创新、竞争意识强，开展学生科技创新活动可以激发学生的主观能动性，提高创新意识。可以组织学生参加“机器人大赛”“飞思卡尔智能车大赛”等活动，进一步加强对其机电综合能力的培养和锻炼，使学生对所学的知识融会贯通。学科竞赛还可以与课堂教学以及实践教学结合起来，使学生在专业知识体系的构建中，逐步形成机械设计制造与自动化控制相融合的构架。

三、结束语

机械类专业中的自动化类课程是其专业培养方案中重要的组成部分，合理设置课程及其教学内容、科学安排讲授学期与次序，并与机械类课程能够有机结合对于专业培养目标的实现有着重要的意义。在当今社会中，对机电结合的一体化人才需求比较旺盛，培养出掌握机电技术的复合型应用人才，使之在工作岗位做出贡献，是高等教育的目的。建设并完善机械类专业自动化类课程体系，可以适应学分制的要求，为培养学生机电一体的综合应用能力提供环境和条件。

基金项目：内蒙古自治区“电工电子系列课程教学团队”;内蒙古自治区精品课程“电气控制技术”;内蒙古农业大学教育教学改革研究项目（JG-201316）。

参考文献：

[1]王福元.“机械设计制造及其自动化”专业电类课程设置的思考[J].内江科技，2008，（9）.

机电一体化与自动化篇（4）

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，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、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”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。

1机电一体化概述

机电一体化是指在机构的主功能、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已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2 机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：（1）20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。（2）20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。（3）20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。

我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。

3 机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：

3．1 智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。　3．2 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。

3．3 网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3．4 微型化

机电一体化与自动化篇（5）

Status and development of the mechatronics technology

Wan Xing-li

(Shaanxi Han and Tang Dynasties Computer Co., Ltd Xi''an Shaanxi 710061)

【Abstract】The continuous development of modern science and technology, has greatly promoted the cross-penetration of different disciplines, has led to the technological revolution and the transformation of the fields of engineering. The advent of CNC machine tools, and wrote the first page of the history of the "mechatronics"; microelectronic technology for mechatronics, mechatronics implementation.

【Key words】Mechatronics;Organizations;Construction

1. 机电一体化概要

机电一体化是指传统的机电产品采用电子技术，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，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，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。机电一体化产品分系统和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有:数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有:电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。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。

2. 机电一体化技术的发展历程

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。有些相关技术研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。20世纪70～80年代为第二阶段，称为快速发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。机电一体化技术和产品得到了极大发展。20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。

3. 发展“机电一体化”面临的形势和对策

机电一体化与自动化篇（6）

由机械技术、计算机技术、信息处理技术以及自动控制技术联合运用的综合技术就是机电一体化技术，它是微电子技术渗透到传统机械工程技术而产生的结合电气与机械工程、计算机与信息技术等为一体全新技术。机电一体化技术符合了当前高科技发展的要求，彰显了强劲的活力。

一、煤矿中采用机电一体化技术的主要方面

（1）提升机中采用机电一体化技术。矿井提升机是当前煤矿机电一体化技术以及自动化程度最高的设备，全部采用数字化交流、直流提升机。特别是对于内装式提升机，在结构上把滚筒与驱动融为一体，极大地简化了机械结构，实现了机械、电子、微机以及自动控制的综合体。而全部采用数字化提升机可靠性能高，利用总线形式使电器安装十分简易，另外，硬件配置更加简易，兼容性好。（2）在采煤机中利用机电一体化技术。在采煤机中利用的一个典型机电一体化技术就是采用电牵引采煤机。和液压牵引进行比较，主要具备如下特性：优良的牵引性。可为采煤机提供向前推进的牵引力，从而克服移动的阻力前进，还能够在采煤机下滑时实施发电制动，给电网回馈电能。在大倾角煤层中应用。在牵引电动机的轴端设置了停机时预防机器向下滑动的制动装置，由于所设计的制动力矩是电动机额定转矩的1.6～2.0倍，因此电牵引采煤机能够应用在倾角为40°～50°的煤层中，而无需其余预防滑动的装置。运行稳定可靠，使用周期长。液压牵引与电牵引不一样，后者除了电动机的整流子与电刷存在磨损之外，其余元件都没有磨损，所以工作稳定可靠，故障率低，使用周期长，维修量较小。反应快速灵敏，动态性能较好。电控系统能够快速调节各类参数，预防采煤机超负荷运行。结构简易、运行效率高。电牵引采煤机的传动结构简易、重量较轻以及尺寸较小，电能转变为机械能单次转换就实现，效率能够达到99％，远高于液压采煤机的效率（65％～70％上下）。自从我们国家在1991 年由煤炭总院上海分院和波兰的玛克公司共同合作，成功研制出了中国首台薄煤层强力爬底板电牵引采煤机（利用交流变频调速MG344- PWD 型）之后，中国的电牵引采煤机的发展非常快速。我国的很多厂家（如太原矿山机械厂、上海天地公司、西安煤机厂等）均能生产直流与交流变频电牵引采煤机，并且获得很好的推广与应用。经过将近20 年的研发，我们国家的电牵引采煤机技术不断完善与成熟，进一步促进了煤矿生产技术的前进。（3）在带式输送机中采用机电一体化技术。带式输送机已经成为我们国家井下煤矿原煤运输系统的重要运输设备，其主要特点是，能够长距离持续运输、运输能力大、运行稳定可靠、自动化程度高以及运行效率高等。所以是近些年来机电一体化技术的重点研究对象。当前所利用的启动方式大多为机、电、液一体化的CST 可控软启动。它是一类针对平滑起动输送大惯性载荷的专门装置，比如为金属矿石或者煤炭的长距离胶带输送机而研制的软驱动装置。一条胶带输送机能够采用一台或者几台CST 进行驱动。因为目前我国还没有解决在线监视与控制技术、动态分析技术及启动延迟技术，我们国家的带式输送机的中间驱动点不宜太多，通常是3 点驱动，因此输送机的单机长度以及输送能力难免受到限制。并且，输送机的监视控制设备功能较弱、稳定可靠性能偏低、灵敏度不够高以及运行寿命较短，与发达国家进行比较还存在明显的差距。

二、机电一体化在煤矿的应用趋势展望

以目前的技术水平来看，我们还有许多技术难关需要攻克，使其在将来满足以下几个方面的发展趋势：（1）加大开发拥有自主知识产权的与煤矿开采相关的技术，包括开采配套设备中拥有自主知识产权的核心装置，增加采用设备的科技含量；（2）在机电一体化设备中增加通信联网功能，从机电一体化过渡到综合自动化；（3）开发建立在微处理器平台上的矿井设备工况监测、运行状态监测系统；（4）开发适应极端危险、恶劣开采环境的煤矿机器人技术。

在科学技术日新月异的今天，信息流已经成为机电一体化的主要特色之一，设备产品在性能与功能方面都有了质的飞跃。如今，机电一体化技术构成了煤矿企业的技术支撑，同时也是企业实行综合自动化的基础。机电一体化技术广泛应用于煤矿企业的开采、掘进、输送等个作业环节，大大提高了企业的综合实力，为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。

参考文献

机电一体化与自动化篇（7）

机电一体化就是电力设备与电力系统的一体化，这种结合提高了机械的使用性能，还可以使机电的使用更加便捷，提高企业的机械化程度，电力企业的电力设备在使用上可以提高企业的工作效率，对工作的益处是十分大的，因此，将电力系统不断完善，与时代的发展紧密结合，实现机电一体化，让电力设备对经济的发展做出更大的贡献。

1 机电一体化的阐述

现在很多的机械在生活中得到具体应用，尤其是信息技术的发展，将信息技术与电力系统相结合，这样电力系统就逐渐向着智能化和数字化的方向发展，机电一体化就是将电力设备和机械结合，其中涉及到的技术是非常复杂的，对计算机技术的掌握程度也是有一定要求的，将电力系统与其他的技术结合，优化电力系统，对电力设备的要求也是十分高的，这样就是技术与产品的融合，就是机电一体化的基本理解，这些产品也可以指家电用品，就是指一切的涉及到电力的产品都可以实行机电一体化。伴随着机电一体化的发展，机电一体化的功能逐渐增加，机电也向着智能的方向发展，，这样对电力系统与智能控制都是十分有益的。

2 机电一体化在电力系统与控制方向上的分析

2.1 电力设备是机电一体化的产物

电力设备包括的方向是非常广的，只要涉及到电力设备的工具都是机电一体化的产物，其中最基础的产物就是发电机，电能的输送是离不开发电机的，发电机是电能的来源，除了发电机之外最重要的就是变压器，变压器与发电机是基础的电力设备，电力设备的使用是离不开这两样设备的。发电机产生电能，再通过变压器对电压进行改变，变成适合工作与生活的电压，变压器的承载能力必须要足够的强大，是整个输电线路中最重要的一部分，发电机与变压器结合，在具体的电力设备上与电动机和无功补偿装置构成了机电设备，因此说，电力设备是机电一体化的产物，也是核心的设备，只有电力设备发展的更好，才能够使电力设备在具体使用上事半功倍。

2.2 机电一体化的在电力系统与控制方向上占据主导地位

电力系统是一个科学化的系统，电力系统比较复杂的系统，在使用的时候难度是很大的，伴随着技术的发展，将机械与电能结合在一起，将计算机技术与自动检测技术融合在一起，提高了电力系统的稳定性和安全性，令经济效益和社会效益都得到提高。

2.2.1 实现信息的自动化传输

机电一体化在电力系统中的应用是十分广泛的，电力系统的核心要素是非常多的，例如发电厂、变电器，这些因素使电力系统的信息传输更加便捷，电能在传输的过程中更加安全，这样用电管理的水平也能够提高。机电一体化将电力系统的的控制因素考虑在里面，可以实时对机电设备进行电能控制，防止电能设备在应用的过程中发生不易察觉的故障，如果利用控制系统，在进行电能传输的过程中就可以及时发现问题，及时解决问题，让信息可以及时传递给相关部门，将控制系统变得智能化，电力系统的运行效率就可以得到提高。

2.2.2 对事故装置有自动反应的能力

事故装置就是指反事故自动装置，这种装置就是一种报警的设备。反事故自动装置可以在电力系统出现危急情况或者电气运行中出现故障问题时发出预警，使相关工作人员能够及时将事故问题进行解决和处理，从而有效避免运行中的安全隐患。反事故装置主要分为两种：一种主要作用于事故发生后；另一种可以防止事故发生。前者主要借助继电器的反应及时发现问题所在，从而帮助相关工作人员及时找到故障点，采取维修或者更换等方式清理故障，进而保障电力系统的稳定和安全运行。后者主要是借助运行系统安全保护装置维持电力系统的稳定性，一旦电力系统中出现故障，运行系统可以自动恢复到原来的稳定状态，防止电压出现震荡、崩溃等情况的发生。

2.2.3 供电系统自动化

供电系统在电力系统中的功能和作用是分配电力，电能从发电厂输出后，电力系统工作人就应该实时监控每个区域供应的电能，实现供电系统的智能化。供电系统的自动化、智能化不仅可以为人们的生活和工作提供便利，还可以大大减少工作人员的工作压力，通过计算机管理系统实时监控电力系统的供电情况，代替以人工值班方式监控电力系统运行情况和供电系统供电情况，从而大大提高工作效率。

3 机电一体化在电力系统中的应用

3.1 机电一体化设备的应用

机电一体化设备是电力系统的中心框架，是电力系统的核心，在电力系统中起到稳定系统运行和提高运行效率的作用。比如变压器、互感器和其他自动装置等都是机电一体化设备的组成部分。其功能主要包括如下方面：一是为电力系统快速稳定运转提供源动力，保证电力系统稳定、安全、快速运行和工作；二是机电设备可以代替电力系统中变压器，可以自动调节电压输出功率，避免电路发生严重损耗和短路等现象。例如，在计算机系统中预先设置好变压器额定功率、额定电流、额定电压等指标系数，引入机电一体化自动控制方式，达到控制高压供电情况的目的，在应用上是十分广泛的。

3.2 技术的应用

将机电设备引入电气系统中，可以提高电力系统的运行水平。其技术的应用主要表现在以下两方面：

3.2.1 控制应用

为进一步促使电力系统经济效率最大化，并保障电力系统的稳定性，电力系统相关负责人就需要根据电力系统当前运行情况展开控制活动。

3.2.2 保护应用

机电一体化可以大大减少电力系统中的安全故障，提高电力系统的安全指数。但是电路保护装置的安装工作需要建立在继电器稳定基础之上。继电器在电力系统中的作用是避免电路运输系统在电压出现短路时发生异常情况，进一步保障工作人员的安全。

4 结论

随着城市化脚步的加快，机电一体化渗透在生活和生产等各个方面。在电力系统中，无论是在电力系统运输管理方面，还是在信息传递方面，机电一体化的应用均较为广泛。换句话说，机电一体化在电力系统中的应用，不仅加强了电力系统的智能化和自动化，提高了电力系统的安全性和稳定性，还充分证明了两者相互促进的关系。在未来电力系统中，电力系统对机电一体化的依赖性将会增强。无论是在输电运输线路的管理方面，还是在用户用电管理方面，都会对机电一体化的需求大大增加，从而促使电力系统走向自动化。

参考文献

机电一体化与自动化篇（8）

我国信息技术的发展与进步，使机电一体化应用相关电子技术获得了广大的发展前景，有效提高了机械系统的设计水平。机电一体化的应用突破了传统机电行业的工作方式，加强改革与创新，通过对各部件的协调，强化了机电系统的运行状态。当前机电一体化机械系统中，仍存在灵活性、柔性不足等问题，为了提升机电系统的自动化能力，应明确机电一体化机械系统设计的要点和发展前景。

1机电一体化机械系统设计原则

（1）精度高。机电一体化可发挥机电一体化系统优势，提高产品精度，严格控制设计过程。例如：一旦机械系统精度未满足相关标准，出现产品不合格现象，便难以保证生产质量与生产效率，而通过机电一体化对精度标准进行判定，可提高零部件的尺寸标准率与产品合格率[1]。（2）智能化。智能化是机械系统的主要特征之一，在进行产品设计中，可及时发现并处理机电突况，缩短反应周期。因机电一体化在工作时，机械系统的各部件处于独立运行状态，当设计出现变动与更改时，不会因为一个部件而影响整体系统。智能化系统可及时发现故障，快速地向机械系统传达智能，执行相关操作，保证机电一体化可以正常运行或及时停止，避免故障增加。（3）稳定性。机电一体化机械系统的稳定性较高，不仅可以延长机械元件的寿命，还可提升工作效率，提升机电产品性能。在设计中，应严格控制机电一体化系统性能，单个机械系统涉及较多子系统，严格控制机械振动频率与摩擦系数，从而满足系统稳定性[2]。

2机电一体化机械系统的设计要点

2.1性能设计

提高精度是机电产品设计的基本原则，只有精度达到标准要求，才能加强产品应用优势，为机电产品的生产带来保障[3]。然而，在机电产品的设计中，往往会出现机电一体化机械系统设计不够准确的问题，导致产品不合格，生产出的零件尺寸不合理，零件精度不够，无法满足客户要求。加强其智能化机电设计和快速响应，是机电一体化系统的主要功能，通过智能化的运用，可以处理在生产过程中发生的突发事件，还可减少生产时间，临时修改设计内容。在系统收到计算机的指令后，智能系统便可快速与机器中的各种元件进行工作，传达信息内容，进而提升机械系统稳定性，从而提高各元件的寿命与效率[4]。因此，作为一个庞大、元件众多的机械系统，为了保证其稳定性，应减少机械振动的频率与零件与器械之间的摩擦次数，应确认零件尺寸的选择，向小型化与轻量化的方向发展。

2.2部件设计

机械系统的性能分析包括动态与静态特征分析，需要应用数学模型与公式表达，进而反映出机械系统的相关性能[5]。设计系统中，因各部件的运动参数、关系与结构确定了零件的精度与材料等特点，而选择其他部件等工作都由机械系统来决定，这些性能决定了机械产品的功能质量参数，功能质量参数优，则表示机械产品的性能较好，使用寿命长，灵敏度高，零件较为耐磨，可以长期运作。传统机械系统中，动力元件是重要的组成部分，机械系统的机电元件由计算机信息网络进行控制，为传动部件提供源源不断的动力。随着计算机技术的不断发展，机电一体化的机械系统零件逐渐智能、自动化，减少了人力投入，为企业带来更高的效益。其中，机电系统中的导体为驱动元件，驱动元件将计算机传达的指令转化为机电一体化的运用语言，进而引导机电一体化的工作，驱动元件主要由变速器转矩与速度转化器组成，具有精度高、体积小、重量低、效率高等特点，是一种稳定、高效的传输元件。

2.3传动设计

传动设计可使机械系统应用动力机的机械能，主要集中在伺服机械系统方面，在进行实际的设计过程中，要根据机电结合的具体内容将控制电机引入系统中，在引入的同时，保证控制电机具有无级调速功能并将速度调为较大范围，减少其他零件的应用数量，进而降低磨损，避免在制造过程中出现误差，减少传动设计流程，使机电一体化的运行更为简单[6]。此外，控制电机应用过程中，传动方式要以并联为主，由执行、传动、控制等多种机构构成系统，控制机械系统的运行环节，发挥计算机的作用。在传动设计中，要应用现行或无间隙传动方式，加强机械系统的稳定性。

3机电一体化机械系统的发展趋势

3.1强化机电一体化的安全性

随着时代的发展，国外先进的机械生产技术逐渐在我国得到应用，其中在电子与机械方面，加强了自动化工作，减少了人员投入与生产成本，实现了经济效益。未来设计人才与设计理念将进一步加强机电一体化的设计与应用，增加科研与后期维修的支出，实现效益最大化。机电一体化机械系统不仅显著节省了人力、成本投入，还提升了制作成品的精密度，提高了成品的质量。微电子技术与电力电子技术是机电一体化技术发展的核心，应加强探究与应用，其中微型计算机与微型处理器最为重要，机电产品监控特点体现在操作、控制方面，可进行及时反馈，增加了机电一体化的安全性，保证了日常的维护工作，进而延长了机电一体化的使用寿命[7]。可见，机电产品监控加强了机电一体化的灵活性与自主性。

3.2应用柔性制造系统

未来，智能化、集成化的传感系统将得到更广泛的应用，机电一体化将以高性能、高处理速度与计算模式为智能控制方案创造有利条件，进一步推动机电产品的智能化发展。其中柔性制造系统具有一定的代表性，柔性制造系统指将各种设备由一个传输系统联系起来，由传输装置将工件送到各加工设备，使工件进行准确、迅速加工。柔性制造系统使机电一体化具有自动化能力，使其工作效率得到显著提升[8]。

4机电一体化系统的发展策略

4.1促进科技创新

首先要摒弃传统的思想观念，并在传统观念基础上加强创新，企业领导人要加强对机电一体化技术的重视，发展机电一体化技术，转变原有的“投资成本过高”等不正确的思想观念，要对机电一体化技术的发展进行创新，融入现代先进技术，保证机电一体化技术满足时代需要，符合社会需求。同时，要加强机电一体化技术在人们生活中的应用，提升用户对机电一体化的重视程度，发挥机电一体化的作用，进而促进我国经济发展。

4.2将现代技术与机电一体化结合

机电一体化技术并不单一存在，需要将其与现代技术结合。在未来发展中，将机电一体化与信息技术、高新技术结合，进而优化机电一体化系统，增加企业的经济效益；同时，对机电一体化进行现代管理，通过高新技术加强机电一体化的创新。应用这两种技术，可以找出机电一体化在工作中的不足，进而对机电一体化进行改进，发挥其最大作用。

4.3融入节能环保理念

机电一体化系统具有广阔的设计与发展前景，在未来发展中，要提升其制作成品的质量，加强机电一体化的性能，因此在进行设计中，要严格进行质量控制，采用正确的设计方式；同时对系统配置、设备接口和结构进行优化创新，将节能环保理念应用到机电一体化机械系统设计中。在对机电一体化的设计与使用过程中，要进行环保考量，保证其对生态环境的污染破坏较小，再通过正确的使用方式，优化设计流程，实现机电一体化的环保作用，进而使企业稳定发展，符合社会的发展规律。

5结束语

随着机电一体化技术的发展，将推动机械系统的新一步完善，而机械自动化在行业发展中具有较大优势，提高机电一体化的智能性将成为行业发展的最终选择，因此设计人员要结合机电产品的设计要求，在机械系统的设计过程中，要严格控制设计质量，从结构、动力元件、传动元件等多种方面提升机械制造技术水平，发展广阔的市场空间，实现机电一体化机械系统的设计目标。

参考文献：

[1]吕石磊,曹其新,李想,等.机电一体化机器人关节及其驱控系统硬件设计[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2021,33(1):111-117.

[2]王刚,贺乃宝,高倩,等.基于自适应模糊递归控制的机器手臂位置跟踪研究[J].制造业自动化,2020,42(8):47-50.

[3]李岩,柴媛媛,刘克平.一类机械臂指数加速迭代学习控制方法[J].科学技术与工程,2020,20(31):12904-12910.

[4]李劲林,王佳斌,何闻.非接触式定位隔振平台机电联合仿真分析[J].浙江大学学报(工学版),2019,53(1):146-157.

[5]李琳利,李浩,顾复,等.基于数字孪生的复杂机械产品多学科协同设计建模技术[J].计算机集成制造系统,2019,25(6):1307-1319.

[6]周锦添,张卿,苏桂文.对高职师徒共同开展科研项目前期研究实践的探讨:以课程改革后学生能力提升的机电类科研项目前期研究为例[J].工程技术研究,2021,6(12):226-228.

机电一体化与自动化篇（9）

 

一、机电一体化的基本概念 

 

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。 

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。 

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5 ～6 倍。 

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。 

（四） 具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。 

（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品， 可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。 

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。 

②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。 

③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、ct 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。 

④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置， 如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。 

⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。 

 

二、机电一体化产品的构成及特点 

 

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。 

（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础， 因此对机械结构提出了更高的要求， 需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。 

（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。 

机电一体化与自动化篇（10）

一、背景

以气动技术、液压技术、电气控制技术、传感器技术、PLC技术、网络及通讯技术相互渗透，综合形成的机电一体化技术，广泛应用于装备制造业和机械、电子、汽车、化工、材料、食品等产品的生产过程中。该项技术的应用提高了生产装备的信息化和智能化程度，提高了产品质量和生产效率。当前劳动力市场急需大批的机电一体化岗位技能型人才，机电一体化岗位技能型人才短缺的矛盾已经越来越明显。

二、机电一体化的概念

机电一体化技术是机械工程和电子工程、机械技术和电子技术合成的产物，其产品一般是在机械产品的基础上采用电子技术、控制技术和计算机技术等通过相互渗透和融合所产生出来的新一代产品和系统。目前机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合。

三、加强机电一体化职业技能学习的必要性

1.社会需求

机电一体化专业人才被国家列为21世纪社会发展最急需的十大专业人才之一，企业要求该专业的毕业生能从事加工制造业，家电生产和售后服务，数控加工机床设备使用维护，物业自动化管理系统，机电产品设计、生产、改造、技术支持，以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等。但目前机电一体化专业的毕业生所掌握的知识和技能还达不到社会和企业的要求。

2.机电一体化课程设置

目前全国许多职业中职、中高级技工学校、职业高中、高职高专等院校都开设有机电一体化专业，但各个学校结合自身的办学特点，一类是侧重于机械专业，另一类则侧重于电气专业，都只是机电一体化专业的一小部分，毕业生不能满足市场的需求，无法达到机电一体化技能岗位的工作。导致的原因不难看出，许多学校的学生除了要拿到毕业证外，还必须考取相应的职业技能等级证书，而机电一体化只是一个专业名称，涉及的知识面广，国家没有这个职业技能等级考试的工种，因此各学校就根据自身的特点针对职业技能鉴定的工种选择其一作为学生毕业鉴定合格的标准，这就使学校在专业课程设置上偏离了机电一体化的本质，学生不能将机电一体化专业技能全面掌握。

3.国家政策

机电一体化职业是劳动和社会保障部中国就业培训技术指导中心开发的新职业项目之一，2006年纳入到国家高技能人才培训工程。为了培养出能适应企业的生产要求，劳动和社会保障部中国就业培训技术指导中心设置了机电一体化职业技能培训和认证。

对机电一体化专业的学生在现有的专业基础上进行针对性的专业强化训练是很有必要的，可以使学生在掌握技能的同时取得从业资格的认证证书，为就业奠定基础。

四、机电一体化专业培养目标

1.核心技术要求

传统的机电控制技术主要是指以各种类型继电器、开关为核心的继电器逻辑与模拟电子技术相结合的机电技术。机电一体化技术是传统的机电控制技术与现代检测技术、新型自控元件应用技术、计算机控制技术有机结合的高新技术，是现代制造业的核心技术。机电一体化专业技能岗位要求从业员工掌握机械传动技术、气动技术、液压技术、电气控制技术、传感器技术、自动检测技术、PLC及其自动控制技术、变频技术、网络及通讯技术、机械技术、伺服驱动技术、CAD制图技术等。

2.核心能力要求

具有机电设备安装、调试、机电设备运行维护、设备故障维修能力，电工电子及控制技术应用能力，电气设备及控制电路、机械零件的测绘加工能力，设备的机电一体化技术改造能力。

3.职业技能要求

从事机电一体化技术岗位应取得劳动部门颁发的电工上岗证、中高级及以上级维修电工资格证书或CAD证等。

五、主要课程及实践环节

1.主要课程

机械制图、CAD应用技术、电工电子技术，机械制造工艺与装备、电动机及电气控制技术、液压与气动技术、传感器技术、PLC工程及技术应用、单片机应用技术、自动生产线的安装与调试、数控机床维修、变频器应用技术、网络通讯技术、机电一体化系统设计等。

2.实践环节

金工实习、电子实习、计算机操作实习、自动生产线实习、机电综合实训、数控系统维修实训、基本维修电工实训、PLC编程与设计实训、变频器实训、触摸屏及网络通讯实训等。

六、就业方向

机电一体化技术专业就业范围是面向各行业，主要可以从事以下工作。

一是机电设备的使用、安装、调试、维修与技术改造工作；

二是自动化设备和生产线的安装、调试、运行、维修与检测工作；