机电一体化参考文献期刊

机电一体化技术的应用与发展前景 摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。 关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。 在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电 一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的核心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处 理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下 几方面着手。 (一)机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (二)传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵 敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰 有着直接的关系。为了避免电干扰,目前 有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信 息传感器来说,目前主要发展非接触型检 测技术。 (三)信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、 信息处理设备(特别是微型计算机)的普 及应用紧密相连。为进一步发展机电一体 化,必须提高信息处理设备的可靠性,包 括模/数转换设备的可靠性和分时处理 的输入输出的可靠性,进而提高处理速 度,并解决抗干扰及标准化问题。 (四)驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用,但 在快速响应和效率等方面还存在一些问 题。目前,正在积极发展内部装有编码器 的电机以及控制专用组件-传感器-电 机三位一体的伺服驱动单元。 (五)接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据 传递的格式标准化、规格化。接口采用同 一标准规格不仅有利于信息传递和维修, 而且可以简化设计。目前,技术人员正致 力于开发低成本、高速串行的接口,来解 决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕 器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (六)软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为 了减少软件的研制成本,提高生产维修的 效率,要逐步推行软件标准化,包括程序 标准化、程序模块化、软件程序的固化、推 行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 (一)数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展,在结构、功能、操作和控制精度 上都有迅速提高,具体表现在: 1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即 采用多C PU、多主总线的体系结构。 2、开放性设计,即硬件体系结构和功 能模块具有层次性、兼容性、符合接口标 准,能最大限度地提高用户的使用效益。 3、W O P技术和智能化。系统能提供 面向车间的编程技术和实现二、三维加工 过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊 控制等智能机制。 4、大容量存储器的应用和软件的模 块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也 加强了C N C系统的控制功能。 5、能实现多过程、多通道控制,即具 有一台机床同时完成多个独立加工任务 或控制多台和多种机床的能力,并将刀具 破损检测、物料搬运、机械手等控制都集 成到系统中去。 6、系统的多级网络功能,加强了系统 组合及构成复杂加工系统的能力。 7、以单板、单片机作为控制机,加上专 用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 (二)计算机集成制造系统(CIMS) C IM S的实现不是现有各分散系统 的简单组合,而是全局动态最优综合。它 打破原有部门之间的界线,以制造为基干 来控制“物流”和“信息流”,实现从经营 决策、产品开发、生产准备、生产实验到生 产经营管理的有机结合。企业集成度的提 高可以使各种生产要素之间的配置得到 更好的优化,各种生产要素的潜力可以得 到更大的发挥。 (三)柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系 统,主要由计算机、数控机床、机器人、料 盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。 它可以随机地、实时地、按量地按照装配 部门的要求,生产其能力范围内的任何工 件,特别适于多品种、中小批量、设计更改 频繁的离散零件的批量生产。 (四)工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人, 它们只能根据示教进行重复运动,对工作 环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活 性;第2代机器人带有各种先进的传感元 件,能获取作业环境和操作对象的简单信 息,通过计算机处理、分析,做出一定的判 断,对动作进行反馈控制,表现出低级智 能,已开始走向实用化;第3代机器人即智 能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂 的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独 立行动,与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状 和高新技术的发展动向,机电一体化将朝 着以下几个方向发展。 (一)智能化 智能化是机电一体化与传统机械自 动化的主要区别之一,也是21世纪机电 一体化的发展方向。近几年,处理器速度 的提高和微机的高性能化、传感器系统的 集成化与智能化为嵌入智能控制算法创 造了条件,有力地推动着机电一体化产品 向智能化方向发展。智能机电一体化产品 可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取 代制造工程中人的部分脑力劳动。 (二)系统化 系统化的表现特征之一就是系统体 系结构进一步采用开放式和模式化的总 线结构。系统可以灵活组态,进行任意的 剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调 控制和综合管理。表现特征之二是通信功 能大大加强,一般除R S232等常用通信 方式外,实现远程及多系统通信联网需要 的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一 体化更加注重产品与人的关系,如何赋予 机电一体化产品以人的智能、情感、人性 显得越来越重要。机电一体化产品还可根 据一些生物体优良的构造研究某种新型 机体,使其向着生物系统化方向发展。 (三)微型化 微型机电一体化系统高度融合了微 机械技术、微电子技术和软件技术,是机 电一体化的一个新的发展方向。国外称微 电子机械系统的几何尺寸一般不超过 1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于 微机电一体化系统具有体积小、耗能小、 运动灵活等特点,可进入一般机械无法进 入的空间并易于进行精细操作,故在生物 医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国 防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利 用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在 实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 (四)模块化 模块化也是机电一体化产品的一个 发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由 于机电一体化产品种类和生产厂家繁多, 研制和开发具有标准机械接口、电气接 口、动力接口、信息接口的机电一体化产 品单元是一项复杂而重要的事,它需要制 订一系列标准,以便各部件、单元的匹配 和接口。机电一体化产品生产企业可利用 标准单元迅速开发新产品,同时也可以不 断扩大生产规模。 (五)网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化 有重大影响,使其朝着网络化方向发展。 机电一体化产品的种类很多,面向网络的 方式也不同。由于网络的普及,基于网络 的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而 远程控制的终端设备本身就是机电一体 化产品。 (六)绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒 适的同时也使资源减少,生态环境受到严 重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化 是时代的趋势,其目标是使产品从设计、 制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极 小,资源利用率极高。机电一体化产品的 绿色化主要是指使用时不污染生态环境, 报废时能回收利用。绿色制造业是现代制 造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化是众多科学技 术发展的结晶,是社会生产力发展到一定 阶段的必然要求。它促使机械工业发生战 略性的变革,使传统的机械设计方法和设 计概念发生着革命性的变化。大力发展新 一代机电一体化产品,不仅是改造传统机 械设备的要求,而且是推动机械产品更新 换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业 的必由之路。 参考文献: 1、李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003. 2、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004. 3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6). 4、章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7). 5、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).

老哥10块钱想多了啊，1000都搞不定

机电一体化课堂教学改进措施论文

在日常学习中、工作生活中，大家都不可避免地会接触到论文吧，论文是学术界进行成果交流的工具。那么，怎么去写论文呢？下面是我收集整理的机电一体化课堂教学改进措施论文，希望对大家有所帮助。

一、机电一体化概念

机电一体化概念是由日本机械振兴协会第一次提出来的：机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。1996年，美国IEEE/ASME给出了一个较为全面的定义：“对机电一体化初步定义为‘在工业产品和过程的设计和制造中，机械工程和电子与智能计算机控制的协同集成’，包括11个方面：成型和设计;系统集成;执行器和传感器;智能控制;机器人;制造;运动控制;振动和噪声控制;微器件和光电子系统;其他应用。”机电一体化概念主要包括机电一体化技术和机电一体化产品两方面。

二、机电一体化

(一)机电一体化的发展历程

从第一次提出机电一体化概念到现在，机电一体化技术发展经历了三个阶段：20世纪60年代前的第一阶段为“萌芽阶段”，20世纪70年代到80年代的第二阶段为“蓬勃发展阶段”，20世纪90年代后期的第三阶段为“智能化阶段”。随着机械技术、计算机技术、控制技术和通信技术的发展，机电一体化技术的产品得到了各国的关注和支持，并出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。目前，学界对机电一体化的学科体系和法阵趋势都进行了深入研究;同时，人工智能技术、神经网络及光纤技术等领域发展取得巨大进步，促使机电一体化进一步形成完整的科学体系。

(二)机电一体化的应用领域

1.计算机数控机床。计算机数控机床(CNC)是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化机床。数控机床发展至今，经历了从电子管数控、晶体管数控、集成电路数控、计算机数控到微型计算机数控等5代演变。工业发达国家，数控机床占机床总数的30%-40%。近十年来，我国普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密加工中心则从3-5μm提高到1-1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。

2.汽车的机电一体化。汽车的机电一体化是以微机为中心，通过自动控制来改善汽车性能，增加汽车的功能，实现汽车降低油耗，降低排气污染，提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作方便和舒适性。近几十年来，在机电一体化技术飞速发展的背景下，汽车机电一体化的研究和发展都有了质的飞越。

3.工业机器人。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。工业机器人有以下几个显著特点：可编程、拟人化、通用性等。工业机器技术是机电一体化技术的典型应用。工业机器人越来越广泛地应用在食品工业、自动化生产等民用及工业生产领域。

4.计算机集成制造系统。计算机集成制造系统(CIMS)是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机集合起来，形成适用于多品种、小批量生产、实现整体效益的集成化和智能化制造系统。

(三)机电一体化的发展趋势

纵观机电一体化的发展历程、发展现状，结合目前国内外高新技术的发展现状和发展趋势，机电一体化技术和机电一体化产品的发展趋势主要体现在以下几方面。

1.微型化。微型机电一体化系统是在机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物，是机电一体化一个新的发展方向。微型机电一体化产品具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，在生物医疗、军事等方面有显著的优越性，是机电一体化将来发展的关键技术之一。

2.智能化。21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向就是智能化，人工智能在机电一体化建设的研究中得到越来越多的重视，其重要应用体现在机器人和数控机床的智能化方面。

3.绿色化。随着工业的发展，现有资源的减少，以及近年来回归自然理念的产生，绿色化是机电一体化发展的必然趋势。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染环境，报废后能回收利用。

三、关于机电一体化的课堂教学改进

《机电一体化系统设计》是一门综合性和应用性都很强的课程，也是机械设计制造及自动化专业的一本专业必修课程之一。该课程的基本任务是让学生了解机电一体化的概念，应用、发展趋势，掌握机电一体化系统设计理论、方法和相关的关键技术，了解机电一体化产品设计、开发流程。作为一门综合学科，其先修课程包括《机械设计》《机械原理》《机械工程控制基础》《机械工程测试技术》《电动技术》和《电子技术》等。

(一)机电一体化系统设计课堂教学现状

1.课堂理论教学内容重复。基于《机电一体化系统设计》课程综合性、应用性强的特点，其主要内容在前期的先修课程中都有专门课程讲授，比如，机械本体机械技术的相关知识在《机械设计》和《机械原理》等课程种有专门学习的;《机械工程测试技术》中有专门学习检测传感技术的相关内容，包括各类传感器的工作原理、工作特性及传感器的应用等知识;《机械工程控制基础》有关于控制理论与控制器设计的相关内容。而在《机电一体化系统设计》课程中，这些内容的回顾和重复，虽然是对前期的回顾和重复，但对大四学生的务实性而言，这些知识的学习对他们并没有多少吸引力，课堂教学效果不理想。

2.重理论轻实践的课堂教学方法。目前，《机电一体化系统设计》的教学还是以教师的课堂授课为主，整个学习流程为：机电一体化设计的关键技术的理论学习后→结合几个常用实例讲解其具体应用(三相异步电动机、机械手应用等实例)→结合机电一体化产品的设计流程讲解具体设计案例。最后以考试的方式来考核整个学习效果。从上述介绍的课程学习流程看，整个学习过程中涉及学生动手的环节很少，而且应用案例分析和设计案例讲解都是以课堂教学为主，这就会造成学生对案例分析和讲解的理解认知比较抽象，不够具体化。综上所述，我们可以得出结论：《机电一体化系统设计》课程设计的初衷是在于让学生能够综合所学相关专业知识，综合运用，具有一定的分析、设计产品的能力，为学生后期的毕业设计甚至是工作奠定基础，建立一定的'设计思路和培养其动手能力。但从整个现状分析看，教学效果不尽人意。

(二)机电一体化系统设计课堂教学改进

1.理论教学内容的改进。调整理论教学在整个教学过程中的比例，协调好各部分理论知识与前期先修课程之间的关系。一方面，可以适当减少与前期先修课程设计理论知识重复的部分，让学生保持对知识的求知欲;另一方面，加大相关技术前沿知识和发展现状及发展趋势的比重，让学生对学科发展的前瞻性有一个感性认识，争取做到课本知识与现有技术和现状良好衔接，尽量避免出现理论知识与实际脱节，做到与时俱进。

2.课程设计环节的改进。课程设计环节方面，可以在单纯理论教学的基础上加入实践教学环节。对于课程实践教学与动手能力的培养，不要仅限于几个课时的实验课，而是真正让学生做到将理论知识学以致用，在实践过程中对所学理论知识有更深刻的理解，甚至提出自己的设计思路和见解。3.教学方法的改进。教学方法的改进主要体现在理论知识和实践环节两方面。理论教学方面，可以不拘泥于PPT和单纯课本知识的讲解。可以利用现有的比赛项目或科研项目，让学生理论联系实际，真正做到在实际中感受知识的应用。比如，北京工业大学在2007年时，利用机电一体化综合教学培训系统，将该培训系统应用到本科生机电一体化课程设计中，这极大地提高了学生的工程实践能力、动手能力和学生创新意识以及团队合作精神的培养。北京航空航天大学提出了一体化项目教学的概念，通过实施一个完整的项目工作来进行教学活动，让学生学以致用。

四、结语

本文结合机电一体化的发展现状，提出现阶段《机电一体化系统设计》课程教学现状，并针对目前存在的不足，就理论教学内容、课程设计环节和教学方法三方面提出改进方法。

参考文献:

[1]姜培刚.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版社,2011.[3]杨明,路琴.机电一体化研究现状与发展趋势[J].农机化研究,2006,8(8):38-40.

[4]陈辉,王磊.机电一体化技术的现状及发展趋势[J].机械,2008:7(35):1-4.

[5]杨春光.我国机电一体化技术的现状和发展趋势[J].科技促进发展,2007,3(28):6-8.

[6]孙树文,杨建武,张慧慧.机电一体化教学培训系统分设计与实现[J].中国现代教育装备,2007,6(52):79-80,84.

[7]王田苗,陈殿生,吴永亮.《机电控制基础》一体化项目教学实践[J].北京航空航天大学(社会科学版),2008,21(2):77-80.