導語：如何才能寫好一篇機電一體化的定義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：V形塊，定位誤差計算，通用公式，應用

 

1引言

總所周知，在機床專用夾具設計時，定位誤差的分析與計算是解決一批工件定位“準不準”的問題。[1]當工件以外圓柱面定位時，V形塊是用得最多的定位元件，V形塊定位誤差的計算方法有合成法、極限法和微分法，無論哪一種方法，都需要進行具體的分析，計算過程繁瑣。因此，應建立一個完整、一般性的計算公式，以便能迅速、準確地進行V形塊定位誤差的分析和計算論文格式模板。

2 V形塊定位誤差計算的通用公式

2.1 V形塊定位的基本要素分析

工件定位時，不同定位方式的基本要素包含定位基準、定位基面、限位基準、限位基面和工序基準機電一體化論文，由于定位方式的多樣化，所以，定位的基本要素表述也不盡相同，因此，掌握不同定位方式的基本要素，是設計定位方案和分析計算定位誤差的基本條件。筆者對于V形塊定位方式的基本要素分析如下：

定位基準為工件中心線，定位基面為工件外圓面；限位基準則為放在V形塊上標準心棒的中心線，工序基準為工序尺寸兩端中非加工表面一端。

2.2 V形塊定位誤差計算通用公式分析

所謂定位誤差，是指一批工件在夾具中定位時，由于定位不準而引起的工序基準相對于加工表而在工序尺寸方向上的最大位置變動量。工序基準的變動量主要取決于兩個因素:一是由于定位副(工件上的定位基而和夾具上的定位元件)的制造誤差而引起的基準移位誤差；二是由于工件的定位基準與工序基準不重合而引起的基準不重合誤差。[2,3]定位誤差由這兩項誤差合成，考慮到定位尺寸（定位基準與工序基準所夾尺寸）和定位基準的變動方向與加工尺寸方向的夾角，V形塊定位時基準不重合誤差和基準位移誤差的相對確定性，結合以往的教學和實踐生產經驗，筆者認為，V形塊定位誤差應按下式講行計算：

公式中為定位基面直徑的公差；為V形塊的夾角；為定位基準的變動方向與加工尺寸方向的夾角；為定位基準變動方向與加工尺寸方向的夾角。

公式中為工序基準的位置因子,如工序基準與定位基準重合，取900；如工序基準與定位基準不重合，取00

公式中的為定位誤差合成符號。當工序基準不在定位基面上，直接取“”；當工序基準在定位基面上，“”或“-”的判定可按以下方式進行：

1）與V形塊對稱面垂直的定位基面中心線作為分界線，

2）當工序尺寸與定位基面的上母線接觸，取“”；當工序尺寸與定位基面的下母線接觸，取“-”；

3）當工序尺寸與定位基面的中心線接觸，此時機電一體化論文，工序基準與定位基準重合，取900，為0，不存在“”或“-”的判定論文格式模板。

3 公式的應用

3.1 V形塊定位垂直方向工序尺寸的計算

圖1為工件以外圓表面在V形塊上定位鉆孔的示意圖，求工序尺寸H1、H2和H3的定位誤差。

圖1 垂直工序尺寸

對于工序尺寸H1：

通過分析可知，定位基準的變動方向為垂直方向，加工尺寸方也為垂直方向，所以，定位基準的變動方向與加工尺寸方向的夾角是00，取00；定位基準為N點，工序基準為工序尺寸H1的上母線，兩者所夾尺寸即為定位尺寸，定位尺寸故與加工尺寸方向的夾角是00， 取00；工序基準與定位基準不重合，取00；工序基準在定位基面上，且工序尺寸與上母線聯系，故公式取“+”，將分析結果代入公式直接得到結果：

=

按照上述分析思路同理可得

==

=

3.2 V形塊定位水平方向工序尺寸的計算

圖2為工件以外圓表面在V形塊上定位鉆孔的示意圖，求工序尺寸L1和L2的定位誤差。

圖2 水平工序尺寸

對于工序尺寸L1：

分析可知，定位基準的變動方向（垂直）與加工尺寸方向的夾角是900，取900；定位尺寸與加工尺寸方向的夾角是00， 取00；工序基準為右側母線，定位基準為中心機電一體化論文，工序基準與定位基準不重合，取00；為0，不存在“”或“-”的判定。將分析結果代入公式直接得到結果：=

對于工序尺寸L2：

按照上述分析思路可得 =

3.3 傾斜的工序尺寸

圖3為工件以外圓表面在V形塊上定位鉆孔的示意圖，求工序尺寸A的定位誤差。

圖3 傾斜工序尺寸

對于工序尺寸A：

定位基準的變動方向與加工尺寸方向的夾角是，取；定位尺寸與加工尺寸方向的夾角是00， 取00；工序基準為工序尺寸A的上端母線，定位基準為工件中心，工序基準與定位基準不重合，取00；工序基準在定位基面上，且工序尺寸與上母線聯系，故公式取“+”，將分析結果代入公式直接得到結果：

=

4 結論

本章提出的V形塊定位誤差的通用公式，對于理論教學和實際生產中快速、準確進V形塊定位誤差的分析和計算，提供了一種便捷的方法。

參考文獻：〔1〕焦小眀、孫慶群.機械加工技術〔M〕. 北京:機械工業出版社.2005.〔2〕龔定安、趙孝昶、高化.機床夾具設計〔M〕. 西安:西安交通大學出版社,1992.〔3〕薛源順 機床夾具設計〔M〕. 北京:機械工業出版社.2000.

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關鍵詞：機電一體化系統；設計；方法論

引言

機電設備往往是多工程應用領域綜合產品，需要研發人員及從業使用人員具備多學科的背景知識。機電一體化系統設計方法論從系統全局的角度出發，全面闡述機電一體化的設備設計過程，對于研發機電設備具有極其重要的指導意義。在當今工業4.0背景下，機電一體化系統設計方法論被賦予了更多時代使命，需要解決更多實際問題。國內外學者的相關理論研究成果早已層出不窮，本文將研究分析國內外關于機電一體化系統設計方法論的發展現狀。

1機電一體化系統設計方法論的發展階段

機電一體化系統設計方法論與機電一體化的發展密切相關，而機電一體化的發展歷史目前可以分為四個階段。1950—1970年代，在第三次工業革命的大背景下，伴隨著計算機技術的發展，機電一體化已處于萌芽階段，但相關產品和技術沒有獲得成功與認可。1970—1990年代，得益于集成電路和微型計算機技術的發展，控制和通訊等技術得到突破性進展，同時自動化水平大大提高，機電一體化已形成獨立學科，處于初步發展階段。1990—2010年代，由于計算機、自動化等技術進一步極速發展，光學、智能算法等更多領域知識融入機電一體化學科，機電一體化處于高速發展階段。2010年至今，在工業4.0的大背景下，由于計算機數字仿真、網絡信息等技術的迅速發展，機電一體化技術處于繁榮發展階段，將對社會生產力作出更大貢獻。相應地，機電一體化系統設計方法論也隨著機電一體化技術的發展而出現。從1970年代開始，最初的理論研究集中在如何定義機電一體化系統，主要觀點來自歐美和日本。從1980年代末期學者開始對機電一體化進行系統設計方法論研究，主要是從系統的組成劃分角度出發，更加注重各部分的功能描述、物理特性及其相互間的邏輯關系，使人們更加深入了解機電一體化系統。1990年代開始，由于計算機技術的極速發展與大規模普及，機電一體化系統設計方法論開始有了新的發展方向，主要是從基于系統建模技術的仿真平臺出發，能夠模擬機電一體化系統，大幅節省機電產品研發周期與成本。

2機電一體化系統設計方法論的主要觀點

表1～3列出了機電一體化系統設計方法論發展各個階段對應的主要觀點。不難看出，表1是各國研究組織對機電一體化的定義，其從最初的機械與電子簡單相疊加，發展到包含機械、電子、電氣、通訊、控制、網絡等多學科交叉融合，并且直到現在仍在不斷更新，一直在反映著工業科技和理論研究的最新方向，但缺點是未能對機電一體化系統設計方法論進行深入的研究。相比于表1對應的僅僅定義機電一體化階段，表2對機電一體化系統進行了深入的設計方法論研究，都各自提出了自己的設計理論，更加全面地闡述了機電一體化系統設計的內涵。例如德國達姆施塔特大學的RolfIsermann在自己的研究論文里提出機電系統設計五塊論，把機電一體化系統比作人，由五個部分組成，包括控制、動力、傳感、操作和結構，分別對應大腦、心臟、五官、四肢及軀體，不過缺點是對各部分的特點和融合設計考慮較少。表2中的方法論缺點在于太偏重于理論方面研究，雖然嘗試著引入數學物理模型，但不能較好地描述實際系統，面對日益復雜的機電系統越來越吃力。如表3所示，由于計算機仿真技術在現代工業產品設計中起到了越來越大的作用，而仿真軟件平臺的核心技術理論在于建模，研究者紛紛提出基于各自建模理論的機電仿真設計平臺或系統設計方法論，部分軟件在機電設計領域得到了廣泛應用和商業化，例如20-Sim、AMESim和Dymola等。

3機電一體化設計方法論發展趨勢預測

從機電一體化系統設計方法論的發展來看，未來方向會越來越圍繞計算機仿真為核心來建設，主要發展趨勢如下：

3.1多個軟件聯合仿真成為方法論關鍵技術

在計算機技術日益進步的今天，很多商業機電仿真軟件建模模型庫更加接近物理實際，算法更加豐富，界面更利于互動，操作更加容易，兼容性和穩定性更好，功能越來越強大，但是在多學科仿真方面還不夠完善。而機電產品往往涉及到機械、電氣、電子、氣動、液壓、熱力學、磁場、光學等多學科，目前單一的仿真軟件無法擅長上述所有學科建模，因此將各機電軟件自身最擅長的學科聯合起來，取長補短，對機電系統進行聯合仿真，提出相應方法論，可以達到最佳效果。

3.2方法論更加注重機電系統各組成部分邏輯

由于仿真軟件模型越來越能反映實際物理模型，機電系統模型更加真實，方法論對于基于純數學工具建立機電模型的能力要求在逐步削弱，而基于機電仿真的設計方法論會更加注重機電系統各組成部分的邏輯建設，使各軟件或各理論模型更加融會貫通地結合。

3.3方法論更加注重機電系統最優化設計

方法論應在系統設計的各個階段提出評價方法，利于優化設計評估。由于機電仿真軟件功能的強大，進行機電設計時可以利用軟件自帶的優化算法，在關鍵設計階段不斷進行優化。或者直接提出相應的系統優化方法，在設計流程中，把仿真和試驗作為其中的工具或步驟，來達到高效優化的目的。

3.4方法論更加注重機電系統創新設計

借助于計算機仿真，機電一體化系統設計方法論能夠更加快速地融合各學科知識，機電系統設計的周期必然變短，方案種類變多，創新元素也必然更容易產生、表達和實現，從而能更加高效地實現整個機電系統創新設計。

3.5工業4.0將會在方法論中得到體現

工業4.0的重要特征是大數據化，本質上是廣義工業智能物聯網信息共享交互，這也將在機電一體化系統設計方法論的發展中成為必然趨勢。例如方法論可以在設計、驗證、優化過程中每一個步驟都被數據化記錄，和機電產品在生產、運維和退役過程中表現出來的性能優缺點數據進行雙向物聯，可以在實際生產應用中預測問題、解決問題以及優化設計。

4結語

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【關鍵詞】煤炭機電一體化技術；發展趨勢

前言

中國資源儲蓄量和產量很龐大，但是因為人口眾多，所以也是一個能源小國。面對這種狀況，我國有關部門和企業正在不斷地優化采煤工藝中的各方面技術，以不斷的增強我國采煤工業實力。煤礦機電一體化技術越來越得到廣泛的應用和關注，它作為一門先進的綜合化采煤技術，直接的提高了礦井的生產能力。那么到底什么是煤礦機電一體化技術？它在我國運用的現狀又如何，接下來筆者針對以上問題來探討一下煤礦機電一體化在我國的發展方向。

1、煤礦機電一體化技術的內涵

在我們的印象中，可能比較狹義的將機電一體化歸屬在機械制造行業中。其實機械制造行業只是較早的引入了機電一體化技術，在以后各個行業的發展中，對機電一體化都有了不同的定義與內涵。但是一般來講，機電一體化是指在原有的機械技術的基礎之上，再運用先進的計算機技術、自動控制技術、微電子技術和光學技術等具有時代特征的技術設備，使原有的生產模式和生產手段更加的具有科學性。而煤礦機電一體化，就是將機電一體化運用在煤炭行業中，作為一種新型的技術來提高原來的機械操作水平，控制了煤礦工作的勞動強度，提高了安全系數。在進行煤礦開采工作時，用計算機技術來控制整體操作，并嚴格深入煤礦開采工作的每個環節，并通過計算機來計算和監測煤礦開采工作的進度。并采用自動控制技術進行遠程挖掘機的操控，提高了作業質量和進程。在礦井中的安全情況監控方面，可以通過計算機系統來進行及時的發現和匯報，有效地避免安全事故的發生。

2、煤礦機電一體化技術在我國運用的現狀

因為我國的經濟和技術比起國外發達國家來說起步較晚，所以機電一體化技術在煤礦企業中發展也比較落后。隨著計算機的逐漸發展與應用，加速了機電一體化在煤礦工作中的應用，但是跟西方發達國家之間還是存在著很大的差距，除了具體的機械設備上的落后，我國的自動化技術還未成熟。但是我國的煤炭機電一體化也取得了很大的成就，主要體現在對綜合液壓支架的應用、對鋼絲繩損耗定量檢測系統的應用等方面，都取得了明顯的進步。

2.1機電一體化技術在采煤機中的應用

電牽引采煤機是機電一體化技術在采煤機的一個典型應用。與液壓牽引相比，它具有一下特點：

①良好的牽引特性：可以在采煤機前進時提供牽引力，使其克服阻力移動，也可以在采煤機下滑時進行發電制動，向電網反饋電能。

②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，因為它的設計制動力矩為電動機額定轉矩的1.6～2.0倍，所以電牽引采煤機可用在40°～50°傾角的煤層，而不需要其它防滑裝置。

③運行可靠，使用壽命長，電牽引和液壓牽引不同，前者除電動機的電刷和整流子有磨a損外，其它元件均無磨損，因此工作可靠，故障少，壽命長，維修工作量小。

④反應靈敏，動態特性好：電控系統能及時調整各種參數，防止采煤機超載運行。

⑤結構簡單、效率高：電牽引采煤機機械傳動結構簡單、尺寸小、重量輕，電能轉換為機械能只做一次轉換，效率可達99%，而液壓采煤機的效率只有65%～70%左右。

1991年煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作，研制成功我國第一臺采用交流變頻調速MG344-PWD型薄煤層強力爬底板電牽引采煤機以來，我國的電牽引采煤機有了較快的發展。國內上海天地公司、太原礦山機械廠、西安煤機廠、雞西煤機廠等都生產交流變頻和直流電牽引采煤機，而且得到了廣泛的應用。經過近20年的研制開發，我國的電牽引采煤機一逐步走向成熟，為煤礦生產技術的進步起到了積極的推動作用。

3、煤礦機電一體化技術在我國的發展方向

3.1智能化

智能化系統作為一門新興的技術，是很多技術都想達到的最終效果。煤炭機電一體化在智能方面還存在很多缺陷，所以在以后的發展中，要開發更多的技術應用在煤炭機電一體化技術上，增加煤礦機電一體化的功能與應用。使其更加的智能，為煤礦開采工作帶來更多的方便，尤其是在作業時，智能化技術的應用，不僅保證了工作質量與工作進程，更是最大程度的提供了礦井內的準確、全面的信息，保證了礦井工作人員的人身安全。

3.2微型化

在煤礦機電一體化技術中，微型化尚未成熟。隨著微電子技術的開發和興起，微型化也隨之流行。微電子技術在機電技術一體化技術的應用過程中起著至關重要的作用。大型的生產機械在很大程度上為煤礦工作帶來了不便，而且使其受阻礙不能正常運轉的因素有很多。而微電子技術發展而來的微型化則解決了這些問題，微型機械也備受關注和應用。雖然在煤礦機電一體化發展的過程中存在一些問題，但是也是煤礦機電一體化技術發展中不得不走的道路。

3.3系統化

當前煤礦企業中機電一體化所包含的范圍越大越廣，所涉及的技術范圍也隨著增加，正是因為應用技術繁多，人們就將關注點轉移到如何組合來自各個方面的技術，使其發揮更大的作用。將煤礦機電一體化技術進行系統化的探究與應用，最大化的避免在運用過程中出現的問題，充分的利用他們的優勢，使機電一體化技術以最大的效率運用在煤礦開發工作中。

3.4綠色化

現在全球都在提倡環保，進行綠色生產。隨著人們環保意識的額增強，對各個企業的環保工作也越來越重視。因此，煤礦機電一體化技術應以綠色安全無公害為里程碑，優化生產模式，在每個環節都要環保放在首位，實現經濟和生態保護的共同發展，不能因為眼前利益而忽視了長遠利益。所以實現煤礦機電一體技術的綠色化，是迎合社會發展的必然結果。

4、小結

隨著機電一體化在我國煤礦企業的應用，是礦井作業更加的安全高效。在煤礦機電一體化的運用過程中，雖然暴露出了很多問題，但是我國有關企業單位及時針對問題進行分析，使當前的煤礦機電一體化技術取得了一定的成就，并不斷的向智能化、系統化、微型化和綠色化發展。為我國的煤礦開發事業的順利進行掃清了道路，更有助于我國經濟的增長，國家的繁榮富強。

參考文獻

[1]周俊麗.煤礦機電一體化技術應用及發展研究[J].中國新技術新產品，2012，（7）：52-53.

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關鍵字：機電一體化；技術；發展

1 機電一體化的基本概念

機電一體化是以機械學、電子學和信息科學為主的多門技術學科在機電產品發展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術學科。這里面包含了三重含義：首先，機電一體化是機械學、電子學與信息科學等學科相互融合而形成的學科；其次，機電一體化是一個發展中的概念，早期的機電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強調機械與電子的結合，即將電子技術“溶入”到機械技術中而形成新的技術與產品。隨著機電一體化技術的發展，以計算機技術、通信技術和控制技術為特征的信息技術（即所謂的“3C”技術：Computer、Communication和 Control Technology）“滲透”到機械技術中，豐富了機電一體化的含義，現代的機電一體化不僅僅指機械、電子與信息技術的結合，還包括光（光學）機電一體化、機電氣（氣壓）一體化、機電液（液壓）一體化、機電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機電一體化表達了技術之間相互結合的學術思想，強調各種技術在機電產品中的相互協調，以達到系統總體最優。換句話說，機電一體化是多種技術學科有機結合的產物，而不是它們的簡單疊加。

2 機電一體化的核心內容

機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，要了解機電一體化，必須從以下幾方面著手：

（一） 機械技術

機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來，來提高其各項性能，滿足更廣的需求。在機電一體化系統制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。

（二） 計算機與信息技術

凡是能擴展人的信息功能的技術，都是信息技術。可以說，這就是信息技術的基本定義。它主要是指利用電子計算機和現代通信手段實現獲取信息、傳遞信息、存儲信息、處理信息、顯示信息、分配信息等的相關技術。

（三） 系統技術

系統技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，它是實現系統各部分有機連接的保證。

（四） 自動控制技術

自動控制技術是20世紀發展最快、影響最大的技術之一，也是21世紀最重要的高技術之一。今天，技術、生產、軍事、管理、生活等各個領域，都離不開自動控制技術。就定義而言，自動控制技術是控制論的技術實現應用，是通過具有一定控制功能的自動控制系統，來完成某種控制任務，保證某個過程按照預想進行，或者實現某個預設的目標。

（五） 傳感檢測技術

傳感技術是把各種量轉變成可物理識別的信號進行輸出，檢測就是指人員對可是別的信號進行處理的過程。傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

3 機電一體化的發展趨勢

（一）綠色化

在人們越來越追求生活質量和生活品質的今天，綠色環保成為了人們生活關注的焦點，隨著社會進步和近年來人們對生態保護意識的重視和加強，綠色產品概念也將成為時展的必然！綠色理念倡導消費者在與自然協調發展的基礎上,從事科學合理的生活消費,提倡健康適度的消費心理,弘揚高尚的消費道德及行為規范,并通過改變消費方式來引導生產模式發生重大變革,進而調整產業經濟結構,促進生態產業發展的消費理念。機電一體化技術也順應了綠色理念，機電一體化產品在人們的生活使用時不會對環境造成污染或者污染遠遠小于傳統的產品，而且在產品報廢后，其零件還能被再利用和再加工，資源利用率得到了大幅度的提高，達到節約資源的目的。

（二）智能化

智能化是21世紀機電一體化發展的一個顯著特點，它由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用的智能集合,隨著信息技術的不斷發展，其技術含量及復雜程度也越來越高，智能化的感念開始逐漸滲透到各行各業以及我們生活中的方方面面，同樣，機電一體化的智能化研究也在各個國家普遍開展。這里所提到的 “智能化”是指機器本身所具有的特性，它是在運用控制理論的基礎上，結合計算機技術、精細化制造、運籌學等新學科、新技術和新方法，通過使機器模仿人類所具有的一些能力，如思維、推理、決策等，可以在一個比較復雜的工作和困難的環境中代替人類去工作。

（三）網絡化

網絡技術的發展是計算機技術發展的里程碑，網絡技術的發展不僅推動了人類的科學技術的發展,同時給人們的學習,工作和生活帶來重大的改變，同時，也深刻的影響著機電一體化技術的發展。其中最重要的影響就是對機電一體化設備的網絡控制，控制的終端設備就是機電一體化產品。

（四）微型化

微型化也是機電一體化未來發展的趨勢之一，尤其是近10年來，由于包括納米級的精密機械研究成果、分子層次的現代化學研究成果、基因層次的生物學研究成果，以及高精密超性能特種功能材料研究成果和全球網絡技術推廣應用成果等在內的一大批當代最新技術成果的競相問世，使得機電一體化領域朝著微型化有了質的發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,可進入一般機械無法進入的空間，并易于進行精細操作，因此在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。因此在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。

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【關鍵詞】機電一體化；發展現狀；發展趨勢

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一、前言

隨著我國科技的不斷進步與發展，機電一體化技術越來越受到企業及科研人員的重視，本文就該部分內容進行了探討。

二、機電一體化的內容

1.機電一體化技術是從系統工程觀點出發,應用機械、電子等有關技術,使機械、電子有機結合,實現系統或產品整體最優的綜合性技術。機電一體化技術,主要包括技術原理和使用機電一體化產品(或系統)得以實現、使用和發展的技術。機電一體化技術是一個技術群(族)的總稱。

2.機電一體化系統(產品)由若干具有特定功能的機械和電子要素組成的有機整體,具有滿足人的使用要求的最佳功能,機電一體化系統(產品)。主要是指機械系統(或部件)與微電子系統(或部件)相互置換和有機結合,從而賦予新的功能和性能的新一代產品,有良好的人機協作關系。一個機電一體化的系統主要是由機械裝置、執行裝置、動力源、傳感器、計算機這5個要素構成。

3.機電一體化工程(機械電子工程)是機械工程與電子工程的綜合集成,即給定機電一體化系統(或產品)“目的功能”與“規格”后,機電一體化技術人員利用機電一體化技術進行設計、制造的整個過程體系。機電一體化工程是系統工程在機電一體化系統(產品)中的具體應用。

4.機電一體化思想體現了“系統設計原理”和“綜合集成技巧”。系統工程、控制論和信息論是機電一體化技術的方法論。從某種意義上講、機電一體化思想相當于“一體化”思想。它帶來了諸如光電機一體化、機電液一體化、科工貿一體化、人機一體化等技術及其產品。

20世紀80年代中期以來,計算機特別是微型計算機已日益廣泛應用于機械產品和生產過程的控制,使機、電有機地結合,發展成機電一體化技術。機電一體化技術的應用,給機械行業帶來了顯著的效益,提高了生產率,提高了產品的性能和質量,降低了原材料消耗,節約了能源,減輕了操作工人的勞動強度,增強了企業在市場中的競爭力。“機電一體化”是微電子技術、計算機技術、信息技術與機械技術相結合的綜合性高新技術,是機械技術與微電子技術的有機結合。

三、機電一體化技術設計原理

從方法學的觀點出發,機電一體化技術應遵循以下設計原理：

1.整體最優化原理

機電一體化技術要求從系統的觀點出發,綜合機械技術和信息技術,實現整體最優化。其實,“最優化原理”是人類進行科學技術活動的基本思想動力。“精益求精”是這一思想的生動描述。人們為達到一定的目標,采用直接或間接的方法求得達到該目標的最佳途徑。這里強調“整體最優化”,正是運籌學思想在機電一體化技術中的體現。

2.智能化原理

這是機電一體化技術與傳統機械自動化技術的主要區別之一,也是21世紀機電一體化技術發展的主要方向。關于“智能”的定義。目前尚無確切和統一的說法。但是,它首先是對人類行為的描述。“智能”主要概括出人類有以下能力:感知能力;記憶能力;思維能力―包括形成概念的能力、判斷能力、推理能力。

我們這里所說的“智能化”。是對機器行為的描述,是“仿人智能”,或者稱之為“人工智能”(artificialintelligence)。具體地說,智能化就是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,模擬人類智能,以求得到更高的控制目標。

3.仿生原理

如果說智能化是“仿人智能”,那么“仿生”便是對所有生物行為的模仿。生物世界是億萬年生物進化的結果,是“適者生存”這條自然規律“精雕細刻”的結果,是人類的學習寶庫。現代信息技術和機械技術使這一“模仿”比較容易,成為可能。

4.柔性化原理

也可稱之為“軟化原理”。由于使用了微電子技術,可以而且應當盡量用軟件功能代替硬件功能。因為“軟化”可以使機械系統近乎完全“貼近”實際工況的需要,極大地提高產品的性能。例如,加工中心機床、電梯的“加減速無感控制”、汽車發動機的電噴技術、汽車的防抱死裝置… ,都廣泛地采用了軟件控制原理。

四、機電一體化技術的應用

在人們的日常生活當中,自動機械、信息處理設備、辦公室設備、車輛電子設備、醫療器械、光學裝置、智能家電、樓宇安全系統等機電一體化系統都離不開執行元件為其提供動力。而執行元件和電子控制裝置之間是無法直接連接的,因此需要一個驅動部件。該驅動部件在電子控制裝置的控制下,接收指令,進行能量轉換,從而得到目標輸出。對于精密傳動來說,需要在執行元件輸出終端進行傳動測量,如測量其位置、速度、加速度,同時將所測得的數據反饋給電子控制裝置,讓其進行比較,進行誤差修正控制,最終實現精密傳動。

當有多個執行元件,其輸出動作規律各不相同時,一方面要根據各執行元件工作情況來考慮其控制的形式,另一方面需要確定它們之間是否存在輸出的聯系。如果它們之間沒有聯系,可以讓它們單獨來工作,也可以通過構建PC機上位控制來統一管理。若工作聯動內容經常變化,就應該構建一個可以直接識別聯動輸出的軟件,將聯動輸出寫入軟件當中,讓其直接轉化為控制程序,這樣就能靈活地應對動作輸出的需求。

五、機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合, 它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。進入 21 世紀,在機電一體化技術的發展方向中,最主要的是:智能化、數字化、網絡化、微型化、綠色化,下文對此略加探討:

1.智能化

智能化是 21 世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。

2.數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎,如不斷發展的數控機床和機器人;而計算機網絡的迅速崛起,為數字化設計與制造鋪平了道路. 如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產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。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

3.網絡化

20 世紀 90 年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片, 企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到,質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及, 基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliancesystem, CIAS),使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此, 機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

六、結束語

只有加強對機電一體化技術發展的研究，才能使機電一體化技術的應用越來越廣泛，是非常具有現實意義的研究。

參考文獻：

[1] 彭海輝.機電一體化技術的發展及應用[J].工程技術.2013（3）:166-168.

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[關鍵詞]大數據；機電一體化專業；教學創新

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.41.075

1 現有機電一體化專業教學現狀及問題分析

1.1 在教學理念上

傳統機電一體化的教學往往由教師占據主導地位，是整個教學過程的規劃者與管理者。而學生則處于相對被動的地位，并且在傳統教學理念下，學生已經習慣了“填鴨式”的教育方式。傳統的教學理念一方面使得教師忽視了對學生學習情況的感知，缺少改良教學內容和教學方法的動力；另一方面，學生也沒有自主學習和探知新知的動力，無法滿足知識爆發時代下社會對人才的需求。

1.2 在教學內容上

目前機電一體化專業所用的教材主要是國內學者結合中國企業實際編著的教材。教學內容存在嚴重的滯后性，這不僅阻礙了教學與企業實際的結合，也降低了人才培養的效率。除此之外，教學內容的變革缺乏學生的反饋機制，而事實上學生對于教學內容是有發言權的，在進行教學內容變革時考慮學生的意見，對于提高教學內容的可讀性、可理解性和針對性具有重要意義。然而，實際上，學生針對教學內容的反饋渠道并不暢通。

1.3 在教學方法上

機電一體化專業現有的教學方式仍然是以課堂學習為中心、以課后練習為輔助的教學方法。傳統機電一體化專業的教學方法忽視了學生學習的自主性，過分強調課堂的作用。學生習慣了在課堂中被動的聽講，在教師沒有提出關于課后學習硬性規定的前提下，學生的自學與課后復習往往存在嚴重不足的情況。這一問題在傳統的教學方法下，除了可以通過考試被教師發覺以外，并不容易暴露出來。

2 大數據背景下機電一體化專業教育新契機

麥肯錫公司在2011年5月的《大數據：創新、競爭和生產力的下一個前沿領域》報告中首次提出了“大數據”的概念。維基百科將大數據定義為：所涉及的資料量規模巨大到無法透過目前主流軟件工具，在合理時間內達到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業經營決策更積極目的的資訊。研究咨詢機構Gartner對大數據的定義是：“大數據”是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。

大數據的不斷發展也為教育領域帶來了新的發展機遇。學習分析技術是“大數據”挖掘技術在教育領域的應用，即采用先進的分析方法和研究工具，對反映受教育者學習情況的數據進行跟蹤分析，從而評估學術進展、發現與預測教學問題，并實現教育活動優化的技術手段的集合體。學習分析技術（Learning Analytics Technology）具有如下特點：全新的分析工具與分析方法、分析與預測結果的直觀性、提供方便快捷的師生交流平臺（學情反饋機制）、多元化的數據來源。

大數據背景下，學習分析技術的應用，為職業技術教育提供了一個新的框架模式。突破傳統的教育模式，改良機電一體化的教學理念、教學內容及手段，實現傳統機電一體化教育與現代科技的有機結合，能夠有效規避傳統教育模式中的問題。將學習分析技術應用到機電一體化的教育中，能夠極大地提高教學數據的可得性，大大降低數據采集成本，提高數據質量，并且其模糊化的相關關系計算可以發現不容易被察覺的教學問題，為嘗試新的教學模式提供統計上的基礎。因此，應用學習分析技術對機電一體化專業教學進行創新，無論是對學生、學校管理人員，還是教師都具有非常重要的理論價值與現實意義。

3 機電一體化專業教育創新要素分析

3.1 教學理念創新

在傳統機電一體化教學模式中的，老師的經驗教學在教學活動的開展中起著主要作用，老師往往依據多年來形成的教學經驗對學生進行指導教育，這種教育方式是以教師為中心的教學理念形成的原因之一。然而，經過多年的教學實踐，我們發現教師的“經驗”的積累需要大量的教學經歷才得以形成，難以進行有效的轉移，并且這些經驗往往具有一定的主觀性，其可靠性、可測性的不足，這種依靠“經驗”的教學方式阻礙了教學效率的更進一步提升。大數據的應用、學習分析技術的推廣，為機電一體化專業教學理念的更新提供了新思路。通過利用學習分析技術，教師能夠記錄在教學中發現的問題以及問題的成因，大量的數據形成后，通過對數據之間相關性的分析，可以幫助教師高效的尋找到解決問題的方案，即通過大數據分析解決教學問題。同時，教師可以利用大數據學習分析技術，針對不同學生進行個性化教學。例如，教師在得到某個學生在測試題庫中每道題的完成時間、錯題數等數據后，可以有針對性地對該生學習情況進行了解和分析，并且有針對性地對教學內容進行調整，進而提高教學效率。

3.2 教學方法創新

對于機電一體化專業的教學方法，本文認為應該從線下的單一多媒體教學、實訓教學，轉向線上的復雜教學軟件教學。傳統的教學方式下，教師采用的是操作最為簡單的Power Point幻燈片等多媒體形式進行教學，然而大量的實踐教學經驗表明，單純使用這種多媒體教學方式的教學效果并不樂觀，甚至還要差于傳統的板書教學。科學技術的發展，也豐富了職業教育的教學手段，因此機電一體化專業在教學方法上，應該突破落后的多媒體教學手段，試圖建立復雜的、多元的線上教學系統，用以滿足學生在新時代下的學習需要。

3.3 教學內容創新

傳統機電一體化專業的教育中，教師負責安排學生的學習內容及學習任務，這種方式的缺陷在于教師會受到教學資源、自身經歷等方面限制，難以做到“因材施教”。然而，在大數據高速發展的今天，互聯網已經能夠成為學生學習的另一個重要知識來源，學生可根據個人情況為自己設計學習方案，合理安排每天的學生生活，如每天做題數目、學習間歇休息的時長等。這種方式一方面可以提高學生學習的自主性，同時這種“自發性”的學習活動也能夠豐富學生的學習內容，從而在知識爆炸的今天，使學生掌握更多有用的知識。

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1.1我國機電一體化技術研究歷程

從過去幾十年的研究歷史可以看出，我們可以把機電一體化技術的研究在我國分為四個階段：上世紀六十年代以前，由于中國的內部問題以及戰爭，促使煤礦機械和電子技術的集成處理系統，這也體現出我們國家在這個問題上的機電一體化產品發展，在很大程度上是自我發展的水平，這也導致了我國發展自己的技術限制，已開發成功的產品難以獲得大范圍，導致下一個努力工作得到進一步發展；七十年代初，受到世界飛速的傳播與發展，計算機通信控制技術為中國的機電一體化產品的發展提供了良好的外部技術基礎。例如，技術的發展和國際大規模集成電路，計算機，研究我國機電一體化技術以外部物質條件。第三階段始于九十年代初，由于光學技術的滲透，微加工技術，新型機電一體化技術越來越多地開始出現，最后的決定機電一體化技術是向智能化方向發展。

1.2機電一體化技術概述

目前最先進的機電一體化技術功能對比傳統機電技術最大的特點是極大地加強了控制系統，以主菜單與機電一體化相結合以及源函數為基礎，利用高端智能軟件技術和微電子技術，引進多個相互融合、相互滲透的領域，以此新興機電一體化注入新的活力。但在這一過程中，也可能面臨多項技術的簡單的、不集中的相加，這也給當前機電一體化增加了不少困難。研究發現，機電一體化技術在信息、計算機、煤礦機械加工、微電子技術等領域中可以尋求到最佳匹配。現在的機電一體化產品的發展是一個系統———智能化和小型化，以此達到煤礦機械加工與機電一體化技術能夠共同操作，極大地滿足了煤礦安全生產的需求、有效降低勞動緊張程度，并提高最終救援人員的安全度，極大地保護了礦區原生態環境，以此達到降低生產能耗的目的，使機電一體化得到長期有效穩定的發展。

1.3煤礦機械加工中機電一體化產品

伴隨著全球資源日益緊缺，各國對能源問題的越來越關注，煤礦作為我國戰略資源不可或缺的成員，其開采的重要性可見一斑。如今，伴隨著越來越先進的機電一體化產品應用到煤礦機械加工中來，煤礦企業的開采效益越來越高。如今，以計算機控制為主的國產供電設備、提升機、電牽引采煤機、掘進機和輸送機等煤礦機械加工都具備了全程監控、自動報警、圖景掃描、信息控制等先進功能。這使得在我國的煤礦機械加工管理工作中，機電一體化產品的應用尤為廣泛，也確保了煤礦開采工作中的高安全性、高效益性與高技術性。

2煤礦機械產品的機電一體化與生產流程的協同策略

機電一體化策略的主要內容有：其一、關系型產品模型；其二、與關系型產品模型相匹配的產品信息管理系統；其三、以實例推理為基礎的智能技術。三方面是機電一體化策略的重要手段。以企業原有產品作為開發對象，開拓思路，對其進行重新改造與設計，充分重視與利用企業可再生的信息資源，提高交貨效率及產品質量，節約成本的同時，增加了產品的環保性。企業想要在激烈的市場競爭中立于不敗之地，就需要在機電一體化中積極尋求方法。

2.1零件分類及其變型模式

受制作成本限制，一般在定制煤礦機械產品零件事都是批量生產的，所以，首先應保證零件資源特性，其次要考慮不同客戶的不同需求，對不同要求的零件進行單獨處理。煤礦機械產品一般由標準件、通用件與定制件三類組成零件。機電一體化的模式受不同類型零件的影響其功能會產生差異。需要特別說明的是，在煤礦機械產品的機電一體化階段，首先應該保證通用件的變型是根據已有實例做出的取代變形模型，當該模型已經不具備重用條件或是達不到變型所需要的條件時，零件變型主模型就必須通過參數化變型得到滿足煤礦機械產品定制的需求。

2.2利用AutoCAD軟件操作系統作為快速實現機電一體化產品信息的輔助工具

AutoCAD是指計算機的輔助設計，是設計者在設計過程中利用計算機技術或其他輔助設備幫助設計師工作時使用，使用它的畫，抬高的過程，可以很簡單按照各部分的大小、模式進行繪圖，最終依據準確的命令完成煤礦機械的設計。由平面和高程AutoCAD繪制，在圖紙中，利用軟件充分表述設計者思想意圖，并且可以產生三維立體模型，用最直觀的方式在最大程度上表現出設計與施工。當然，任何軟件都不可能完美無趣，AutoCAD繪制出來的圖形同樣也會存在一些軟件系統難以完善的缺陷。因此，在設計部門經常使用PS圖象處理軟件。在煤礦機械產品的機電一體化開發中，利用幾何數據模型和屬性數據模型可建立煤礦機械產品的變型模型。

2.3煤礦機械幾何數據模型

目前，在一體化煤礦機械產品中，操作者主要做到兩項工作，一是數據化管理產品固有生成屬性，二是要分析數據間的關系，此關系主要指層次分布關系。因此，分析機電一體化模型就要將其分為兩部分：礦機械生產屬性信息及零件圖形信息。為了更好地體現零件圖形信息，一般可以運用AutoCAD技術細致的體現煤礦機械零件的各個微小細節；相比之下，煤礦機械產品屬性產生巨大的信息數據量，它對煤礦機械中各類零件特征進行采集歸納，以此為基礎，才能實現生產煤礦機械零件實施信息化操控以及全程監控機電一體化過程等，具體到在幾何數據模型中體現機電一體化工作則是由幾何圖形表示，為了便于從直觀上觀察數據，在幾何數據模型中將通過點、線、面結合的方法展示。通過這些數據可以充分了解礦區環境下的所有煤礦機械產品和零件分別具有的不同屬性特征與幾何特征。首先，系統下的點線位置表示了幾何特征；其次，屬性特征則依據不同地物的分屬類型進行層次歸類。由前文所述可知，研究對象是幾何集合構成，組成方式，為了更好地展開研究，我們可以將雜煤礦機械類的屬性特征和幾何特征分別分類并闡述其定義。一般情況下，具備幾何特征的數據可以分為層次數據與幾何數據兩方面。幾何數據是研究煤礦機械形狀大小、空間位置及其拓撲關系等方面的基礎數據。

2.4煤礦機械屬性數據模型

一般情況下，屬性特征可以對描述各物體要素特征、形態和分布關系等方面產生直接影響。煤礦機械產品屬性與圖形信息息息相關。實體對象與圖層信息都擁有單向的屬性數據。首先對屬性數據和客觀數據間的聯系進行簡要介紹。基本屬性數據一般可以分成公共屬性、獨享屬性、共名或共值屬性、可否傳播屬性、傳值屬性和傳名屬性八種類型。然而如果以分類和層次關系為分類標準，那么又可將各屬性數據分做兩大類，例如：煤礦機械產品屬性數據主要是由各設備的名稱編號、賦予原值、生產狀態、地理坐標等構成。

3結束語

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[關鍵詞]煤礦企業；機電一體化；定義；發展；方向

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）06-0102-01

我國是個能源大國，同時也是能源小國，一方面是我國各種資源儲存量大，但另一方面人口眾多，人均占有量遠遠低于世界人均占有量。因此我們需要對資源進行重視，急需提高采煤工藝中各方面的技術來增強我國采煤工業實力，因為煤炭企業開采技術高低直接影響到企業生產的能力，所以就需要引進先進的開采技術，才能保證煤礦企業的市場競爭力，和保證我國煤炭行業的平穩發展。綜合化采煤設備也越來越先進了，并且經過不斷的組裝和綜合使用，正在發揮著越來越重要的作用，進一步加快了我國煤炭開采的速度。所以更多的煤炭企業已經意識到這些作用對自身企業發展的重要性，因此我國煤炭行業勢必走向科技化和智能化。隨著近些年科學技術的快速發展，現代化的煤炭開采技術已經發展的越來越先進，越來越實用。以往傳統的采煤工藝已經不能滿足企業的需要，而現代化的綜合采煤工藝也只有通過不斷地創新才能跟上時展的步伐，而在眾多的煤炭開采技術中，機電一體化技術以它絕對的優勢迅速在煤炭開采中發展運用起來。

一.煤礦機電一體化的含義

其實說到機電一體化，我們更多的印象是在機械制造行業中提及和出現，在較早之前機械制造行業已經引入了機電一體化技術，但是在各個行業機電一體化的自身含義是不盡相同的。一般來講，機電一體化是指在原有的機械技術的基礎上，加之以先進的計算機技術、微電子技術、光學技術、自動控制技術等新近流行的技術設備以使得原有的生產模式更加具有時代感和先進性，目的是提高生產效率，獲得更高的利潤，間接的促使這些學科發展。而煤礦機電一體化簡單說就是機電一體化技術在煤炭行業的應用，就是在煤礦企業中采用先進的各項新型的技術來提升原有的機械操作水平，以使得煤炭開采更具有活力和效率，并且提高了其安全性。比如以前在煤炭開采方面，更多的是大范圍使用人力，人去操控機器進行煤炭的挖掘，靠人的經驗去了解礦井的安全情況，有無安全隱患等。這樣很容易出現在挖掘過程中出現安全事故，現在國家針對煤礦安全問題要求更加嚴格和規范，因此煤炭企業在整體的操作上，開始大范圍的采用計算機技術，幾乎深入到了煤礦開采的各個方面，可以使用計算機計算煤礦的開采進度和可開采度，可以使用自動控制技術進行遠程挖掘機器的操控，尤其針對礦井中的安全情況，可以使用計算機系統進行全程監測和監控，及時發現安全隱患，及時解決，避免安全事故的發生，降低煤礦企業的安全事故率。

二、我國煤炭企業煤礦機電一體化的現狀

我們已經了解煤礦機電一體化的含義是什么了，也知道其在煤炭企業生產過程的優勢所在，其實這些優勢早已經在國際上被很多國家和企業發現并且進行研究使用，那么我們國家在煤礦機電一體化方面是一個什么情況呢，以下就進行簡單的介紹。

由于經濟和科學技術發展方面的原因，我國機電一體化相對于國外一些發達國家而言，起步較晚，自然煤礦機電一體化也就發展較晚，這也導致我國煤炭企業的煤炭開采技術落后于發達國家。在建國初期，電子科技有了初步的發展，當時正是恢復經濟的時期，人們當時嘗試著把電子技術和原有的機械水平相結合，用以提高原有的機械水平，事實證明這種做法也起到了良好的效果，不僅刺激了機械行業的發展也進一步提高了電子技術的發展，從而促使我們進入了計算機時代。自從上個世紀九十年代開始，計算機已經在我國各個生產領域普遍使用，由于計算機技術是機電一體化技術中很重的一部分，因此機電一體化的發展逐漸加快起來。而隨著近些年科學技術的快速發展，機電一體化也隨著各種智能技術的開發與利用，更具有時代性和先進性，全面的提升了水平。這是所有機電一體化的發展歷程，煤礦機電一體化屬于機電一體化的一部分，因此這也是其發展過程，因為機電一體化的發展和利用是統一的，是同步進行的。

雖然我國煤礦機電一體化隨著科學技術的發展，發展速度迅猛，但是和發達國家技術和應用上還是存在較大的差距，而且在具體的機械設備上也存在著明顯的落后趨勢。現在國外在煤炭開采方面使用一種SLS00系列采煤機，我們國家就沒有其各項數據，自產不了，就其1965KW的裝機總功率，按照我國現有的技術根本實現不了，并且在交流變頻開采技術等方面也存在著明顯的差距，最大的差距是存在于自動化技術上。眾所周知，智能的自動化技術是近一段時期發展的新技術，本身在我國就沒有廣泛使用，因此存在一定差距也就不為怪了。不過雖然在與發達國家相比，我國的煤礦機電一體化還有很多不足和需要發展的地方，但是也隨著我國國力增強和經濟的發展取得了一些明顯進步。例如MGDl50NW采煤機的應用是最明顯的一個標志，它的使用，大大提高了煤炭的產量，同時還提高了安全性，其中綜合液壓支架的使用，減輕了重力的壓力，提高人身設備安全性；鋼絲繩損耗定量檢測系統的使用，可以通過計算機的科學計算，準確的了解鋼絲繩的損耗程度，消除了安全隱患，還有更多先進技術的使用，都大大促進了我國煤礦機電一體化的發展進程。

三、我國煤礦機電一體化的發展方向

一方面我國煤礦機電一體化取得不錯的成就，另一方面和發達國家還是存在一些差距，針對存在的差距，我們需要從以下幾個方面去看其發展方向。

1.日趨系統化

在煤礦企業，機電一體化所包含的范圍越來越廣，使用的技術范圍也逐漸擴增，種類越來越多，這些技術之間存在著較大的技術差異，如果不能將其有效的組合起來，勢必造成資源的浪費。但是將這些不同的技術優勢很好結合起來，避免一些劣勢，不是一件容易的事情，還沒有那個國家能夠很好的做到這一步，只是盡可能將其開采效率更大程度的進行提高，因此將煤礦機電一體化中各種技術系統化組合到一起，既是我國煤礦企業所研究的問題，也是發展的方向。

2.日趨微型化

在煤礦機電一體化中，微型化屬于一項不很成熟的技術，它是隨著微電子技術的興起而發展的，因為微電子技術在機電一體化發展過程中起著重要的作用，當人們利用微電子技術發展微型化逐漸擺脫大型的陳舊的生產機械，轉而嘗到了微型機械的甜頭。雖然在發展中存在一些不足和改進之處，但也是煤礦機電一體化的發展方向所在。

3.日趨綠色化

現在全世界都在提倡環保，提倡綠色生產，人們的環保意識越來越強，對企業的環保工作也更加重視。因此煤礦機電一體化的生產應該向綠色安全無公害的生產模式進行發展，無論是煤炭的開采還是煤炭的運輸，每個環節都應該注意保護好生態環境，不能只重視生產和經濟發展而忽略了生態保護的重要性，不能“殺雞取卵”，只看到眼前的利益，而忽略了長遠的利益。因此煤礦機電一體化綠色環保生產模式是今后必然的發展方向。

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1概述

電子技術與機械技術的聯系與生俱來，從電子技術產生開始就有。電子技術的發展時刻影響著機械技術的創新，它們漸漸形成一中新興技術即機電一體化。大規模集成電路的出現標志著電子技術發展的高峰，也大大的促進了機電一體化的發展，使她有了明顯進展，使它的魅力凸顯在人類的面前，它的發展開始成為科技發展的焦點。在機械系統中采用電子技術，機械系統通過接口以及軟件與電子設計融合起來的技術被稱為機電一體化。技術和產品是機電一體化的兩個主要層面。簡單的疊加機械技術、微電子技術以及其它新技術不是機電一體化，它是機械電子完美糅合的綜合技術。機電一體化正是因此有別于機械電氣化。機械電氣化是機電一體化的基礎。機電一體化取代機械電氣化的發展后，簡單的取代和擴大的系統被智能化，功能化所取代。機電接口技術作為機電一體化重要組成部分的也隨著設計實踐的日趨豐富、設計理念的日趨成熟吸引了更多人力財力的投入和關注。

2接口問題

2.1機電一體化接口技術的內涵

機電一體化技術是在電子、機械、計算機、控制理論等現代高新群體基礎上建立起來的一種先進技術。機電接口技術是機電一體化發展中的一門新興技術，它的主要內容是解決機電一體化系統中各要素之間的接口問題。這門技術的研究能使系統中信息能量的交互，技術的融合更有效的進行，使機電一體化系統達到最優化設計。

2.2機電接口的功能

機電接口作為聯系條件，在各要素之間傳遞和轉換信息和能量，并將機電一體化各組成技術的特性糅合。和計算機接口一樣機電接口包括硬件和軟件，硬件的主要任務是在各要素之間或人與機電一體化系統之間建立連接，通信、能量變送的物理通道。軟件主要是提供系統信息交互、轉換。調整的方法和過程，協調和綜合一體化組成技術，使各要素集成融合，以實現新的功能。

2.3機電接口的分類

機械系統與微電子系統有著不同的技術與理論基礎，使它們在性質上差別很大，如果缺少機電接口在各個要素之間對各個變量起到調劑、緩和、配對的作用，它們之間的聯系就難以建立起來。因此，機電接口在機電一體化系統中起著必不可少的作用：行電平轉換和功率放大。計算機的，而控制設備則可能是CMOS電平，電平轉換在這里就必須要進行;此外，負載的大小決定著是否進行功率放大;抗干擾隔離。干擾信號太多會嚴重影響機電一體化系統的穩定性和精度，因此在微機系統和控制設備中使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器把它們隔離起來;進行數字/模擬轉換或模擬/數字轉換。微機系統只能進行數字量的處理，而傳感器檢測到的大多是模擬量，這樣增加A/D與D/A轉換電路到微機系統與被控過程系統之間成為必然為微機系統和被控對象的通信，匹配掃除障礙，使微機系統的控制更加順利。

2.3.1模擬信號輸入接口

在機電一體化系統中，被控過程的各個參數與狀態都通過傳感器和變送裝置轉化給微機系統的電信號。這些信號一般為連續的電信號即模擬信號。這些直接傳送只能處理數字信號的計算機是無法完成的。為達到信息交互的目的，只能采用能夠將連續電信號解析成離散數字信號的模擬信號輸入接口。

2.3.2模擬信號輸出接口

微機系統是根據輸入設備采集到的反映被控對象工作狀況的信息，按照存儲器中預先存儲的程序，選擇相應的控制算法或是控制策略，自動地進行信息處理和運算，實時地向輸出設備發出控制命令，達到預定的控制目標。但是直接控制生產過程的信號一般為模擬信號，如交流變頻器、直流電動機調速器等。計算機作為進入數字化時代的代表產物，它輸出的控制命令不可能是模擬信號，只有將計算機輸出的數字信號通過接口轉化為模擬信號才能夠達到預定的控制目的。

(1)輸入通道接口

緩沖器、隔離電路、轉換電路以及譯碼器等四大重要部分組成了輸入通道接口。它的作用是將那些控制命令中的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統設置離散數字信號傳遞給上機。數字輸入通道(DI)在很多文獻或是使用中被叫做開關信號輸入通道，就是因為這些電平各異的數字信號在系統中被作為開關信號來使用。兩種邏輯狀態1和0構成了數字信號的全部，但是它的電平一般與微機的電平不盡相同。這就促使了數字輸入通道有一個重要的任務是解決邏輯電平的差異不兼容以及降低噪聲對執行過程的影響。

(2)輸出通道接口

數字輸出通道接口(DO)的作用是將計算機通過選擇相應的算法或策略進行運算處理過的數字信號傳遞給I/O設備，然后傳遞給執行裝置(如接觸器或LED指示燈)。從本質上來說它是邏輯數字信號的輸出通道。它主要是解決內外部公共地的隔離問題以及驅動開關的功率是否合適的問題。

3人機接口

3.1輸入接口

3.1.1撥盤輸入接口

撥盤是工程中一種常見的輸入設備，在機電一體化系統中使用的也較多。一般在系統參數較少，比較簡單時，使用撥盤比較簡單方便，并且輸入可以被保持。參數較多時，最好使用其他設備。撥盤種類繁多，十進制在人機接口方面使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤的輸入方式是以BCD碼形式輸入，它與控制微機的并行口或擴展口相連不需要其他任何部件，可以很方便地直接相連。

3.1.2鍵盤輸入接口

鍵盤是一組鍵體開關，它們按照一定的順序排列，并能通過鍵體里的功能電路，向計算機輸入特定的編碼，一般為ASCⅡ碼。常見的鍵盤有編碼鍵盤：它是通過數字電路直接產生對應于按鍵的編碼。編碼鍵盤使用起來相當方便，但是結構復雜，成本高，使用較少。非編碼式鍵盤：一般它的鍵體是根據矩陣形式排列的，通過一定的方式對形成的矩陣進行不斷的掃描不斷獲取按鍵的動作行為，一旦有輸入，就會被輸入送入主機，通過分析查表，得到數字編碼，傳遞給主機處理器。構造簡單，按鍵可以重新定義等優點使其使用相當廣泛。

3.2輸出接口

由于發光二級管具有很多優點，例如結構簡單、體積小、使用壽命長、可靠性高以及性價比高，因此在機電一體化系統中被作為典型的輸出設備被廣泛使用。LED顯示器主要分為兩種，一種是LED段位顯示器，如7段LED數碼管，另一種是點陣式LED顯示器。7段LED數碼管機構原理都很簡單，它通過控制不同組合的二極管導通就可以顯示出各種字符。點陣式LED由于能夠顯示復雜符號、字母以及表格等，所以其應用比較廣泛，特別是作為大型LED顯示屏和智能化儀器。

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關鍵詞：機電一體化;解決方案;教學效果;教學反思

一、問題的提出

掌握機電一體化相關技術對于機電類專業的中職學生而言至關重要，但大部分學生即使努力學習了兩年，也無法很好地掌握機電一體化相關技術，原因如下。

1.機電一體化技術多且涉及面廣

機電一體化涉及的相關設備有PLC、PLC外接模塊、變頻器、觸摸屏、傳感器、交直流電機、特種電機、步進系統、伺服系統、工業機器人系統、氣動系統等，每種設備對應相應的使用技術。傳統教學是由淺入深順次學習，但學生學習兩年后技術仍沒學全，更談不上組合在一起使用。

2.傳統教學模式不適合學習機電一體化技術

傳統教學先理論后實操，理論講的太深，實用性不強，而大部分實操以驗證為核心，不是以使用為核心。這就導致了理論學習學生根本學不懂，信心受挫，學習興趣全無，而實操與生產實踐相差太遠，學生走上工作崗位即使學過相關技術，也不會使用，且沒掌握自學的方法，無法勝任相應的工作崗位。

3.機電一體化技術比較復雜且難度較大

機電一體化所涉及的每一種技術都比較復雜，都可以單獨稱為一門學科。以傳感器技術這本中職教材為例，書中介紹了傳感器的定義、分類、測量誤差及各種傳感器的結構和原理，可謂面面俱到，但傳感器在生產實踐中如何使用介紹的并不多。傳感器技術只是機電一體化相關技術中的一種，所占比例不足十分之一，可想而知要想面面俱到學全所有技術難度有多大。

4.機電一體化技術綜合應用難上加難

機電一體化只有把相關技術組合在一起使用才有實際意義，只掌握單獨某一種或少數幾種技術，無法滿足工作崗位的要求，還需根據實際補全所欠缺的部分，這就要求學生有一定的自學能力，而這恰恰是中職學生的弱點。以PLC教學為例，學生通過一個學期的學習，掌握了PLC基本使用方法，對PLC的接線、編程有一定了解，但在生產實踐中，PLC需要和編碼器、傳感器、步進驅動器、伺服放大器等配合使用，無論是接線還是編程，難度都提高了。這種技術崗位，學生無所適從，最后只能放棄。

二、解決方案

針對上述問題，筆者經過多年探索與研究，提出如下解決方案。

1.改變教學理念和教學模式

采用理實一體化教學模式，突破以往理論與實踐相脫節的現象，教學環節相對集中。它強調充分發揮教師的主導作用，通過設定教學任務和教學目標，讓師生雙方邊教、邊學、邊做，全程構建素質和技能培養框架，豐富課堂教學和實踐教學環節，提高教學質量。在整個教學環節中，理論和實踐交替進行，直觀和抽象交錯出現，沒有固定的先實后理或先理后實，而是理中有實，實中有理。突出學生動手能力和專業技能的培養，充分調動和激發學生學習興趣。

2.依托模擬自動生產線教學

筆者采用的是廣東三向教學儀器制造有限公司生產的SX-815L自動生產線實訓考核設備。該設備把PLC、PLC外接模塊、變頻器、觸摸屏、傳感器、交直流電機、特種電機、步進系統、伺服系統、氣動系統有機結合在一起。只需要掌握該設備一個生產流程，就可以初步學會機電一體化相關技術，既降低了學習難度，又側重實用性，使學生的學習目標更加明確，大大提高了學習效率。該設備采用的是模塊化結構，可按照生產線運行過程，分階段學習各個模塊，只需要兩個學期，基礎中等的學生就可熟練運行這個模擬生產線，進而掌握機電一體化相關技術。

3.采用從興趣入手、循序漸進的教學方法

以SX-815L環形傳輸分揀單元中的分揀過程為例，把整個上料分揀過程的教學分為若干個環節。（1）指導學生觀察設備上料分揀的運行過程。通過觀察設備分揀運行過程，激發學生的好奇心，讓學生有學習興趣，教師講解過程通俗易懂，化繁為簡，并融入互動環節，學生可自由提問，教師回答學生的疑問。（2）講解相關設備及元件。從基礎學起，為后續環節打下基礎。講解過程中學生可自由提問，教師回答學生的疑問。講解結束后，學生可在教師的指導下自主探究相關設備及元件，也可在學習小組中互相學習，共同研究，起到事半功倍的效果。（3）舉例講解接線。接線是教學中的重點，由教師舉例詳細講解，學生理解后自行在紙上畫出，再由教師逐個檢查，幫學生改正錯誤，直至學生完全掌握為止。（4）學生驗證接線。學生扒開線槽，查看電路和氣路的連接方式，并使用萬用表驗證紙上的接線圖，加深印象，學生自主探究，培養學生的動手能力。（5）詳細介紹上料過程。循序漸進，為講解程序打下基礎。在此過程中，學生可自由提問，師生互動解決問題。（6）講解上料程序。教師講解程序中的要點及注意事項，學生理解后按照控制要求獨立編程，遇到問題可在學習小組中互相學習，共同研究，在此過程中，教師應鼓勵創新。（7）驗證傳感器與汽缸如何配合使用。此過程由教師引導，學生自主探究，培養學生獨立思考能力。（8）詳細介紹分揀過程。（9）講解分揀程序。（10）學生分組練習。每套設備為一組，分配3～4人，每組都有一個基礎比較好的學生當組長，由這名學生帶領其他組員練習，教師負責答疑。此教學設計環環相扣，循序漸進，體現做中學、學中做的特色。需要注意的是，各個環節所需時間因人而異，整個上料分揀教學過程約為40學時。

三、教學效果

采用理實一體化的教學模式﹢依托模擬自動生產線教學﹢從興趣入手，循序漸進的教學手段所產生的教學效果遠遠好于傳統的教學模式。值得一提的是學生在編程過程中能夠做到獨立思考，所編寫的程序既能夠按照控制要求運行又與教師講解的程序不一致，甚至優于教師講解的程序，充分體現出了創新性。

四、教學反思

1.優勢

（1）從興趣入手，學生學習變被動為主動。傳統教學沒有切實考慮到學生的學習興趣，學生不會主動學習，教師通過考核逼迫學生學習，可是學習機電一體化相關技術難度較大，完全靠考核的方式并不理想。從興趣出發，學生主動學習，大大提高了學習效率，又可使教師的教學工作變得輕松，可謂一舉兩得。（2）有效激發學生的潛能。筆者觀察學生在練習過程中，如果遇到問題會積極思考，盡可能獨立解決問題。學生編寫的程序起初很不完善，經過一段時間的改進，有的程序甚至要優于教師講解的程序，學生看到設備按照控制要求流暢地運行，很有成就感。（3）教會學生學習機電一體化技術的方法。“授之以魚，不如授之以漁”，機電一體化相關設備品牌繁多，學生走上工作崗位以后難免要自學學校沒有學過的設備，這就要求學生要掌握學習機電一體化相關技術方法。每個品牌的設備使用方法雖不一致，但工作原理是相同的，學生掌握SX-815L自動生產線實訓考核設備后就能做到“一理通，百理明”，再加上正確的學習方法，就可以自學其他品牌的設備，大大提高了工作崗位的適應能力。

2.不足之處

受成套教學設備的制約，電路及氣路的布線工藝講授和練習不夠充分，以后筆者會繼續探索彌補不足。

作者:王壯壯 單位:遼寧煤炭技師學院