時間：2022-11-20 15:58:24
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[論文摘要]機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。
一、機電一體化的基本概念
機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統的機電產品相比，機電一體化產品具有下述優越性。
（一）使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。
（二）生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現了工作的自動化，使得生產能力大大提高。例如，數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5～6倍。
（三）使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現，系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動最優化操作。
（四）具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。
（五）調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中，而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品，可以事先存入若干套不同的執行程序，然后根據不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業生產過程的所有領域，因此，機電一體化產品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能，可以將其分成下述幾類。
①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。
②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。
③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。
⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點
機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能，而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。
（一）機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
（二）動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。
（三）傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現，對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。
隨著人工智能技術的發展和在機電一體化技術中的應用，高智能已經成為了機電一體化發展的主要方向，相關的技術和研究人員也在不斷的研究，現如今高智能的機器人和數控設備已經可以代替人類完成一些危險性較高、精密度要求高、工序比較復雜的工作，節省了勞動力，也更加方便的得到了所需要的產品和服務，目前很多的研究人員逐步的將運籌學、模糊數學、心理學等多種智能化的學科逐漸引進到機電一體化技術中，這樣能夠有效的促進機電一體化系統判斷推理能力和自主決策能力，這樣能夠方便人們對機電一體化設備進行控制。
2區域模塊化
區域模塊化也是機電一體化發展的重要趨勢之一，針對使機電一體化產品的各個單元實現區域模塊化管理是一項比較復雜、涉及面廣的工程，例如，在進行智能減速、智能變速等相關功能研制的過程中，要充分的實現集圖形、圖像識別、視覺效果等其他附屬的功能的控制單元等模塊化，這樣可以更加標準、準確的衡量相應的控制單元以及動力單元，進一步的提高各個單元的性能，也可以使機電一體化產品相應的功能之間的聯系更加緊密，使一個區域模塊更加有效的運行，只有這樣才能方便人們對機電一體化產品的應用，提高機電一體化產品的利用程度、可裝配性、可維修性等，經過研究和推理，可以得出機電一體化模塊是未來機電一體化產品的主要方向，隨著未來技術發展的不斷深入，機電一體化產品實現模塊化的步伐也在不斷的加深。
3環保綠色化
機電一體化技術的發展給人們的生產和生活中帶來了巨大的變化，豐富了人們的的物質生活，同時也給人們的生活環境帶來了負面影響，資源的過度開發利用，加重了生態環境的負擔，近些年來，越來越多的國家和組織逐漸重視到環境保護的重要性，人們環保意識的增強，要求機電一體化產品在設計、制造、使用和銷毀的過程中要減少對環境的污染，因此機電產品的環保綠色化是未來發展的一大亮點，人們環境保護意識的提高，造成了一些對環境有危害且危害較大的產品失去市場價值，設計和生產綠色環保的機電一體化產品具有很廣闊的發展前景，也成為未來競爭的關鍵所在。
4網絡化
計算機網絡技術近些年來的發展勢頭更加迅猛，這也促進了機電一體化系統的進一步的發展，計算機網絡技術的興起及發展，給人們的生產、生活帶來了巨大的變革，機電一體化技術的發展也受到了計算機技術的影響，機電一體化設備通過對計算機網絡技術的應用可以有效的實現遠程自動化控制。計算機網絡技術的應用和改革開放的不斷深入，使國際上先進的機電一體化產品不斷涌入我國，這也為我國進行深入的研究提供了便利條件，促進了國內機電一體化技術的發展，機電技術發展和計算機技術的發展相輔相成，因此計算機技術的不斷進步也有利于存進計算機網絡技術的發展，目前，利用計算機網絡技術可以實促進了機電一體化技術產品更加快捷的推向市場，和生產商之間的技術交流，計算機網絡技術勢必會推動機電一體化技術的發展，也會繼續為人們提供更多、更優質的服務。
5微型精密化
機電一體化技術向微型精密化的方向發展的主要是納米技術的不斷深入發展，機電一體化的微型精密化產品體積小、攜帶方便、耗能低等，這些優點使得機電一體化產品的微型精密化技術不斷進步，應用范圍也逐漸擴大，因此，機電一體化微型精密化技術具有比較廣闊的發展前景和強大動力，但是想要實現機電一體化微型精密化需要精密的加工工藝以及先進的設備作為強大的后盾，因此需要相關的研究人員不斷努力，不斷提高我國先進的技術發展。
6總結
傳感器是一種檢測裝置，其測量對象是被檢測系統的信息，然后將其以不同的形式進行傳輸、處理和管理等工作，從而能夠實現對被檢測系統信息數據的自動測量和控制。簡單來說，傳感器的作用就是類似于人的感覺器官，幫助機電一體化系統探索和發現系統當中存在的問題。因此，將傳感器技術應用于檢測機電一體化系統的操作對象以及運行環境狀態，能夠精確、快速的獲取機電一體化系統的運作信息，有效地提高了機電一體化系統的運行水平。目前，傳感器技術已經被廣泛用于人們的生活和生產當中，引起了人們的高度重視。但是與此同時，由于傳感器技術在我國的起步較晚，在發展過程中仍然存在著一些局限性，因此為了提高傳感器技術的精確度，還需要對其進行進一步的改進與完善。
2傳感器技術在機電一體化中的應用價值
機電一體化技術包含機械制造技術、微電子技術、信息處理技術、自動控制技術以及人工智能技術等多方面內容，在發展過程中直接導致了自動化技術的產生。而從某種程度上說，傳感器技術是機電一體化發展過程中不可缺少的關鍵技術，影響著機電一體化系統的自動化程度，具有非常重要的應用價值。
2.1傳感器技術在機械加工過程中的應用
眾所周知，在機械加工的過程中，需要檢測的地方有很多，下面將從兩個個方面進行簡要介紹：第一，將傳感器技術應用于機械的切削過程和機床運行過程?，F階段，在切削方面，傳感器技術主要是對切削過程中的機械設備切削力的變化狀態進行控制，通過分析這個過程當中的相關數據，從而實現對設備運行狀態的了解，保證切削過程的順利進行，提高切削過程的生產效率，以及降低材料的消耗量。將傳感器技術應用到機床的運行當中，主要是為了對機床的驅動系統、溫度進行檢測，從而保證機床運行的安全性，通過分析得到的相應參數，從而不斷提高機床的運行效率和精度。第二，將傳感器技術應用到工件的生產過程。與切削和機床的運行過程相比，工件的生產過程監視是非常重要，而且研究和應用也是最早、最多的。首先，在加工之前需要對所用的加工設備和坯件進行自動檢查，從而保證加工過程的正常進行，比如說自動判斷和調整坯件的夾持方位等；其次，在加工過程中，也有嚴格的要求，對切削的剫、力度、扭矩等參數都需要進行自動檢測，以保證加工條件處于最佳狀態，除此之外，對于在這個過程中加入傳感技術的其他目的還在于提高切削過程的生產效率；最后，在加工完成之后還需要對工件的合格與否進行測量，例如工件的尺寸、粗糙程度、形狀等，由于檢查的過程比較繁瑣和復雜，所以這些檢測需要能夠自動的進行，并且可以將檢測結果直接輸入到下一道程序，從而選用合格的產品。
2.2傳感器技術在汽車行業中的應用
近年來，隨著傳感器技術在汽車行業中的廣泛應用，現代汽車不斷朝著智能化、小型化和電子化發展，進入了全新時期。目前，在汽車的制造過程中，為了實現汽車的機電一體化，需要用自動控制系統來代替傳統的機械式控制裝置，將先進的監測和控制技術擴大到汽車的全身，從而全面改善汽車的功能，不斷增加汽車的人性化服務、減少排氣污染和汽油損耗、提高汽車的安全駕駛和舒適性。比如說，在實現汽車的一體化過程中，凡是和電子控制有關的系統或是裝置都離不開傳感器的應用，尤其是在安全報警裝置、信息裝置和自動變速器等裝置當中，所以這也要求傳感器能夠適應惡劣的環境，無論是塵土彌漫還是風雨交加的時候，都能夠保證具有很好的密封性，與此同時還應該具備一定的抗干擾能力，尤其是安裝在汽車發動機內的傳感器，需要能夠承受得住發動機在工作時的高溫和高壓環境。
3我國傳感器技術在機電一體化中的發展現狀和未來方向
1.1礦井安全生產監測監控系統中的應用礦井安全生產監控系統是最能體現煤礦機電一體化的技術之一。我國監測監控技術應用較晚，20世紀80年代初，原國家煤炭部組織了對國外煤礦監控技術進行大規模的考察和引進工作，此舉大大促進了國內監控技術的發展。先后從波蘭、法國、德國、英國和美國等引進了一批安全監控系統(如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200)，在部分煤礦中應用；在引進的同時，通過消化、吸收并結合我國煤礦的實際情況，研制出KJ2，KJ4等系統并通過了鑒定。20世紀90年代以來，緊跟世界監測監控系統的發展潮流，我國自行研制開發出了一批具有世界先進水平的監控系統，如煤炭科學研究總院重慶分院的KJ90系統、煤炭科學研究總院常州自動化研究所的KJ95系統等，它們的主要特點是:測控分站的智能化水平進一步提高；具有網絡連接功能；系統軟件采用了Windows操作系統。同時，在“以風定產，先抽后采，監測監控”12字方針和煤礦安全規程有關條款指導下，規定了我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監測監控系統。自此，大大小小的系統生產廠家如雨后春筍般的不斷出現，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品質量和服務意識。經過多年的實踐表明，安全監測監控系統為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的作用。
對我國現有煤礦監測監控系統及配套傳感器等設備的現場應用效果進行綜合評價，煤炭科學研究總院重慶分院的KJ90、天地科技股份公司常州自動化分公司的KJ95、煤炭科學研究總院撫順分院的KJF2000和北京瑞賽公司的KJ4，KJ2000等系統無論在軟硬件功能、穩定性和可靠性、專業技術服務能力、企業性質和生產規模等方面基本代表了我國煤礦監測監控系統的技術水平。
1.2礦井提升機中的應用礦井提升機是一種實現機電一體化較好的礦山大型設備，全數字化，交、直流提升機。特別是內裝式提升機，從結構上將滾筒和驅動合為一個整體，大大簡化了機械結構，是典型的機電一體化設備，充分體現了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。全數字提升機高度可靠，具有可重復性故障尋址、完整的診斷設施和自診斷功能，以及簡單而快速的通信功能；它采用總線方式，大大簡化電氣安裝；硬件配置簡單，互相兼容，零備件少；可以方便地實現軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度。
在我國“九五”計劃期間，國產全數字化直流提升機已成為各煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化直流提升機的核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統。除此之外，我國還用SIMADYND和S7研制成功了第一臺交-交變頻器供電的交流提升機。2000年11月，該系統在焦作古漢山礦投入運行，情況良好。提升機由于采用了計算機技術，其安全保護系統更為完善。該系統的主要特點是:采用兩臺計算機裝置，每臺都有自己獨立的測量、傳感裝置和數據處理系統。這兩臺計算機同步工作，互相檢測，互為備用，對提升行程實現直接測量和間接測量容器位置相結合的方式，對兩者進行比較、校正，實現行程自動控制。由于采用了計算機對安全回路、制動回路、電源和驅動回路進行實時檢測，實現故障記憶，因此極大地提高了提升機安全性能。
1.3井下帶式輸送機中的應用在我國“八五”計劃期間，通過國家一條龍“日產萬噸綜采設備”項目的實施，極大地提高了帶式輸送機的技術水平，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機的關鍵技術研究和新產品的研發也取得了很大的進步。如大傾角長距離帶式輸送機成套設備、高產高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機等均填補了國內此項技術的空白，并對帶式輸送機的關鍵技術及其主要元部件進行了理論研究和產品開發，成功的研制了多種軟起動和制動裝置以及以PLC為核心的可編程電控裝置、驅動系統采用調速型液力偶合器和行星齒輪減速器，目前我國已經自行生產制造了多個品種和多種類型的帶式輸送機。
2結束語
隨著煤礦生產不斷向深部水平發展，對控制水平和規模的要求越來越高，從而又加速了機電一體化技術的發展和進步，目前各種高新技術的發展，如網絡、光纖、人工智能及生物工程等高新技術已滲入到機電一體化技術之中，使機電一體化產品功能更強大、性能更優越，使機電一體化產品功能越來越強，智能化程度也越來越高，因此采用新的機電一體化技術裝備的煤礦，能夠使企業獲得更加顯著的技術、經濟和社會效益，這也是一個煤礦企業循環促進不斷發展的過程。
摘要：機電一體化技術是微電子技術向傳統機械工程滲透而形成的融合機械工程、電氣工程、計算機技術、信息技術等為一體的新興綜合技術。它是企業信息化的重要支撐技術,是礦山綜合自動化的基礎。機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用和推廣,極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力,為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭工業生產打下了扎實的基礎。本文對煤礦機電一體化技術在我國的應用進行闡述。
關鍵詞：煤礦機電一體化技術
參考文獻：
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課程教學體系基本結構的合理性決定專業學生技術技能學習效率和質量，即專業課程開設的前后順序、課程教學課時要安排合理，以科學的課程組織形式開展教學活動。機電一體化專業課程體系結構考慮對技術技能型人才的質量要求，需要全面覆蓋基礎課程、技術課程、實訓課程和選項課程四大模塊，四模塊分別占比：23%、20%、40%、17%。機電一體化課程考慮技術技能視角構建課程體系，要尤為注重技術技能訓練。
2構建思路
機電一體化專業課程體系構建是基于學生未來職業要求和技術技能型質量要求的，要充分考慮職業資格考試和技能大賽對教學引領作用，在課程體系中集中體現技術、技能屬性?？紤]現有機電一體化專業教學模式，將機電一體化專業課程體系構建為“階段+模塊”、“理論+實踐”的互補體系。機電一體化專業教學課程階段主要包括職業基礎能力培養階段、職業專門技術能力培養階段、職業關鍵能力培養階段和職業拓展能力培養階段四個階段，對學生在未來職業中所需技術技能進行培養，全面提升學生綜合專業能力。機電一體化專業教學課程模塊主要包括基礎課程、技術課程、實訓課程和選項課程四大模塊，其中基礎課程模塊就學生在未來職業中的職業素質和基礎能力進行開發培養，切實提高學生職業綜合素養；技術課程模塊就學生在未來職業中的專業技術能力進行開發培養，主要設置職業技術性課程；實訓課程模塊就學生在職業技術性課程中所學進行實訓教學；選項課程模塊就學生在未來職業中具體工作崗位所需設置的課程，具有較強的專業性和技術技能導向性。
3課程體系總體設計
高校機電一體化專業課程體系的總體設計框架是基于機械工程行業需求，強化學生技術、技能基礎，拓寬機電專業能力，突出未來職業能力，提高綜合專業素質，全面職業發展的課程結構，是面向多方向工作崗位需求，設計大類模塊化課程的體系。機電一體化專業課程體系的總體設計包括集“自然科學+人文社會科學+專業思想教育”在內的基礎課程教育（一個基礎），包括集“電工電子基礎平臺+機械基礎平臺+計算機控制技術基礎平臺”在內的平臺課程教育（三個平臺），包括集“自動生產線方向+機電一體化設備+模具設計和制造+數控技術應用+計算機輔助機械設計”等多模塊課程教育（多模塊）。
4課程體系設置分析
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，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手。
（一）機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮?，F代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。
（二）傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。
（三）信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。
（四）驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
（五）接口技術
為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。
（六）軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
二、機電一體化技術的主要應用領域
（一）數控機床
數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：
1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。
2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。
3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。
5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
（二）計算機集成制造系統（CIMS）
CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
三）柔性制造系統（FMS）
柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
（四）工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
三、機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展。
（一）智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
（二）系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。
（三）微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、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。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
（四）模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。
（五）網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。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。
（六）綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。
綜上所述，機電一體化是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
參考文獻：
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傳統教學模式中，教師一般只借助口述與板書的形式來展示所要傳授的內容，而隨著時代的發展與科技的進步，信息技術觸發了教育方法的不斷革新，課堂教學變得更加方便與豐富，知識呈現變得容易。如課下教師可以借助網絡開設討論組，或者以創設留言板、網頁的形式，就學生感興趣的話題展開討論，學生也可以對不熟悉的問題進行詢問，教師將課上收集的問題統一回答與講解。例如，《機電一體化檢測系統》一節的相關知識比較復雜，為引導學生形成系統的知識網絡，教師可采用專題探究的教學形式，借助信息技術，引導學生展開系統的學習與分析。關于位移、速度、加速度、力、扭矩、流體壓強等方面的檢測存在多種檢測方法、檢測流程與檢測曲線，教師可運用信息技術結合實例展示在學生面前。同時，本章節的重難點內容，可借助校園網絡平臺，實施遠程授課，或者教師和學生實時進行網上溝通，使學生的學習不受時間與空間的限制，切實提升教學質量。
二、拓寬時空范圍，提升教學效率
信息技術能夠打破時空限制，把豐富的文字、圖片、音頻、視頻等資料集中起來，變微觀、抽象與遠程的知識為鮮活、生動、可感受的信息技術環境下的知識，從而節約了教學準備時間，提升了教學效率。例如，講授《電氣系統設計》一節的相關知識時，教師可借助信息技術，將電氣設計基本任務、基本內容、設計原理、中心環節，借助設計的實例展開分析與講解，使學生形成系統化的印象。還可以打造模擬的電氣設計實驗室系統，模擬特定條件下的設計環節，引導學生展開設計原件的選定、安裝方式與接線方式的實踐、組件裝配的設計等。從而促進學生將理論與實際結合，打破時空限制，強化學生的知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的形成。
三、總結
【關鍵詞】機電一體化技術；信息技術；發展趨勢
機電一體化技術是面向應用的跨學科的技術，它是機械技術、微電子技術、信息技術和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發展飛速，機電一體化產品更新日新月異。
一、機電一體化技術的發展歷程
“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。國內早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。
80年代，信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械—電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。
信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產生了“光機電一體化”的新領域。
進入90年代，通信技術進入了機電一體化，機器可像機器人系統那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執行器技術的發展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入了21世紀。
二、典型機電一體化產品的發展趨勢
（一）數控機床
目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數控機床只占約5％且大多數是普通數控（發達國家數控機床占10％）。近些年來數控機床為適應加工技術的發展，在以下幾個技術領域都有巨大進步。
1．高速化。由于高速加工技術普及，機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移動速度由過去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，由過去一般機床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達15G；直線電機在機床上開始使用，主軸上大量采用內裝式主軸電機。
2．高精度化。數控機床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亞微米級機床達到0.0005mm左右；納米級機床達到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數控系統和機床已問世。
數控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯動出的圓弧都可以達到1u的圓度，插補前多程序預讀，大大提高了插補質量，并可進行自動拐角處理等。
3．復合加工，新結構機床大量出現。如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結構，包括6軸虛擬軸機床，串并聯絞鏈機床等，采用特殊機械結構，數控的特殊運算方式，特殊編程要求。
4．使用各種高效特殊功能的刀具使數控機床“如虎添翼”。如內冷轉頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉頭切削刃和排除切屑，在轉深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達1000m/min，加工鋁件能達5000m/min。
5．數控機床的開放性和聯網管理。數控機床的開放性和聯網管理已是使用數控機床的基本要求，它不僅是提高數控機床開動率、生產率的必要手段，而且是企業合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網絡制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術都在數控機床基礎上發展起來，這必然成為21世紀制造業發展的一個主要潮流。
（二）自動機與自動生產線
在國民經濟生產和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產線及各種自動化設備，是當前機電一體化技術應用的又一具體體現。如：2000～80000瓶/h的啤酒自動生產線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產線；各種高速香煙生產線；各種印刷包裝生產線；郵政信函自動分撿處理生產線；易拉罐自動生產線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產線等等，這些自動機或生產線中廣泛應用了現代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器，變頻調速器，人機界面控制裝置與光電控制系統等。我國的自動機與生產線產品的水平，比10多年前躍升了一大步，其技術水平已達到或超過發達國家上一世紀80年代后期的水平。使用這些自動機和生產線的企業越來越多，對維護和管理這些設備的相關人員的需求也越來越多。
三、機電一體化技術的發展趨勢
以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發的數字化、網絡化、綜合化、個性化信息技術革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。專家預測，機電一體化技術將向以下幾個方向發展：
（一）光機電一體化方向
一般機電一體化系統是由傳感系統、能源（下轉第80頁）（上接第81頁）（動力）系統、信息處理系統、機械結構等部件組成。引進光學技術，利用光學技術的先天特點，就能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源系統和信息處理系統。
（二）柔性化方向
未來機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在這系統中，各子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同環境條件做出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的能力（柔性），又不因某一子系統的故障而影響整個系統。
（三）智能化方向
今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發展。
四、仿生物系統化方向
今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上處于“靜態”時不穩定，但在動態（工作）時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產品雖然有仿生物系統化方向發展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。
五、微型化方向
目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當這一成果用于實際產品時，就沒有必要再區分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以“融合”機體，執行結構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發展方向。
【參考文獻】
關鍵詞：煤炭機械機電一體化
煤礦機電一體化技術在這一時期顯得尤為重要，它使機械、電子技術和液壓控制技術有機的結合，極大地提高了煤礦機械的各種性能，如安全性、經濟性、可靠性、操作舒適性以及作業精度、作業效率、使用壽命、方便安裝拆除、便于維護等。目前以微機或微處理器為核心的電子(微電腦)控制裝置(系統)在煤礦機械中的應用已很普及，電子控制技術已深入到煤礦機械的許多領域，如提升機和采煤機，提升機的PLC系統，采煤機的變頻控制系統和PLC系統操作等，煤礦機械的在線狀態監控與故障自診、故障報警等。隨著科學技術的不斷發展，對煤礦機械的性能要求也在不斷提高，電子(微機)控制裝置在煤礦機械上的應用將更加廣泛，結構將更加復雜、維護也將更加專業化。特別是，隨著我國進口及國產煤礦機械數量的逐年增加，如何用好，管好這些價格昂貴的煤礦機械，使其發揮最大的效率，是煤礦機電部門所面臨的一個重要的問題。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，下面我就這些做一下介紹與淺述。
煤礦生產中，煤礦機械的性能自動化程度及其經濟性等可以說直接影響到生產；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部分質量的好壞與性能的優劣又直接影響到機械的動力性、經濟性、可靠性，從而影響施工質量、生產效率及使用壽命等。電子(微電腦)控制系統已成為煤礦現代機械不可缺少的組成部分，同時也是評價煤礦現代機械技術水平的一個重要依據。隨著科學技術的不斷發展，以及對煤礦機電產品性能要求不斷提高，電子(微電腦)控制系統在煤礦機械中所占的比重越來越大，其功能將會越來越強，應用范圍也將越來越廣，而其復雜程度也隨之提高，這樣就對使用與維修維護這些設備的煤礦工作人員提出了更高的要求，對煤礦職工的培訓工作和對煤礦設備的管理工作也顯得尤為重要。
煤礦生產施工要求煤礦機械具有以下性能：皮實耐用且維修簡單、生產效率高且節能降耗，自動化程度高且操作簡單，施工質量好，精度高；性能穩定，工作可靠，安全性高，使用壽命長；具有較好的經濟性，即高的技術價格比和低的制造與使用成本；工人勞動強度低，操作員的工作條件好；具有在線運行狀態監視，故障自診及自動故障報警功能，能及時準確地指出故障部位，減少停機維修時間。
為適應煤礦機械對性能的要求，僅僅依靠機械和液壓技術的已顯得力不從心。電子(微電腦)控制技術的發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，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變革，使其各種性能有了質的飛躍。
機電一體化又稱機械電子工程學，是一門跨學科的綜合性高技術，是由微電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、機械技術、液壓技術以及其他技術相互融合而成的一門獨立的交叉學科。機電一體化技術從70年代中期開始在國外機械上得到應用。80年代以微電子技術為核心的高新技術的興起，推動了機械制造技術的迅速發展，特別是隨著微型計算機及微處理技術、傳感與檢測技術、信息處理技術等的發展及其在機械上的應用，極大促進了煤礦機電產品的性能，使煤礦機械進入了一個飛躍的發展時期。以微電腦或微處理器為核心的電子控制系統在國外機械上的應用已相當普及，在我國也是發展的方向，已成為機械高性能的體現。目前機械的電子(微機)控制系統主要用以實現如下功能：
一、在線監控、自動報警及故障自診。
對煤礦機械的電動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的在線運行狀態監控，出現故障能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，延長設備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用PLC控制，可實現多種在線監控和故障自診，還有煤礦用各種電器設備也越來越智能化。
二、節能降耗，提高生產效率。
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，節電量就為30%左右，同時生產效率也大大提高。
三、自動化或半自動化程度的提高
煤礦機械實現自動化或半自動化控制，可以減輕操作者的勞動強度，提高生產效率，并減少因操作者的經驗不足，對作業精度的影響。例如，冀中能源黃沙礦2009年投入使用的一整套薄煤綜采設備，由我國北京天地瑪坷電液控制系統有限公司與德國MARCO公司合作生產的PM31型液壓支架電液控制系統，就是微電腦控制，只要在支架操作控制器上輸入程序，支架使會自動連續動作，也可實現遠程控制和工作面無人操作。
四、其他應用
