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中圖分類號:TD61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1009-9166(2010)017(C)-0189-01

引言:在機(jī)械工程領(lǐng)域,由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化,使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)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(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

一、機(jī)電一體化的核心技術(shù)

機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此,為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展,必須從以下幾方面著手:

(一)機(jī)械本體技術(shù)。機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主,為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn),還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量,才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化,進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性,減少能量消耗,提高效率。

(二)傳感技術(shù)。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(guān)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(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。

(三)信息處理技術(shù)。機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備(特別是微型計算機(jī))的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化,必須提高信息處理設(shè)備的可靠性,包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性,進(jìn)而提高處理速度,并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。

(四)驅(qū)動技術(shù)。電機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)已被廣泛采用,但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前,正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件―傳感器―電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動單元。

(五)接口技術(shù)。為了與計算機(jī)進(jìn)行通信,必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修,而且可以簡化設(shè)計。目前,技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口,來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。

二、機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

(一)數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展,在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現(xiàn)在:1、總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu),即采用多CPU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。2、開放性設(shè)計,即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標(biāo)準(zhǔn),能最大限度地提高用戶的使用效益。3、WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機(jī)制。4、大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計,不僅豐富了數(shù)控功能,同時也加強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功能。5、能實現(xiàn)多過程、多通道控制,即具有一臺機(jī)床同時完成多個獨立加工任務(wù)或控制多臺和多種機(jī)床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。6、系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡(luò)功能,加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。7、以單板、單片機(jī)作為控制機(jī),加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。

(二)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。CIMS的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合,而是全局動態(tài)最優(yōu)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(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化,各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。

(三)柔性制造系統(tǒng)(FMS)。柔性制造系統(tǒng)是計算機(jī)化的制造系統(tǒng),主要由計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤、自動搬運(yùn)小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機(jī)地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設(shè)計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景

縱觀國內(nèi)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向,機(jī)電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展:

(一)智能化。智能化是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動化的主要區(qū)別之一,也是21世紀(jì)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機(jī)的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件,有力地推動著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機(jī)電一體化產(chǎn)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。

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第一章 緒論

1.1概述

進(jìn)入80年代以來，關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的研究和應(yīng)用已成為全球性的課題，可以說，從軍事到經(jīng)濟(jì)、從生產(chǎn)到生活、從簡單的日用消費品生產(chǎn)到復(fù)雜的社會生產(chǎn)和管理系統(tǒng).機(jī)電一體化技術(shù)幾乎達(dá)到無所不在、無孔不入的地步。然而，“什么是機(jī)電一體化？”，‘呼機(jī)電一體化技術(shù)都包括那些特征？”，“機(jī)電一體化技術(shù)在各應(yīng)用領(lǐng)域中的發(fā)展?fàn)顩r如何？”等問題卻很難令人回答，這一方面是因為機(jī)電一體化技術(shù)的研究不斷向深度持續(xù)發(fā)展，所采用的技術(shù)手段越來越先進(jìn)，無法通過定義來界定其發(fā)展?jié)摿?；另一方面是因為機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷向戶度持續(xù)發(fā)展，也無法通過定義來界定其應(yīng)用范圍。

第二章機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)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。

2.1數(shù)字化。微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計算機(jī)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(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

2.2智能化。即要求機(jī)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(jī)床上增加人機(jī)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(hù)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(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。

2.3模塊化。由于機(jī)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)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(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。

2.4網(wǎng)絡(luò)化。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)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(jī)為中心的計算機(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

2.5？人性化。機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機(jī)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(jī)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(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

第三章 機(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)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(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)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：

3.1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。

3.2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(jī)指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機(jī)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(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)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(kuò)展、維護(hù)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(hù)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(qiáng)，具有更高的安全性，是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

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關(guān)鍵詞: 機(jī)電一體化;接口技術(shù);人機(jī)接口;機(jī)電接口

Key words: electromechanical integration;connection technology;man-machine connection;mechanical and electrical connection

中圖分類號:TH16文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)14-0044-01

0引言

機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等各種技術(shù)融合為一體的綜合系統(tǒng),其構(gòu)成要素與子系統(tǒng)之間的接口部分就顯得極為重要。在機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)各種技術(shù)的復(fù)合過程中,接口技術(shù)很重要,機(jī)電接口技術(shù)是解決如何把機(jī)電及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)有機(jī)地融為一體,從而設(shè)計出最優(yōu)的機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究領(lǐng)域,其性能的好壞對整個系統(tǒng)的綜合性能起著決定性作用。

1機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計

在早期的機(jī)電一體化系統(tǒng)中,機(jī)械部分的設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的中心。電能僅用于驅(qū)動,為系統(tǒng)提供動力。利用直流電動機(jī)的變速功能雖然可以簡化機(jī)械系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu),但因為無法控制運(yùn)動部件的行程,因而程序自動化仍然是系統(tǒng)控制設(shè)計的主要目標(biāo)。驅(qū)動電動機(jī)不再是機(jī)械運(yùn)動鏈的起點,而成為聯(lián)結(jié)機(jī)械運(yùn)動和動力以及控制的接口。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計已從“純”機(jī)械的設(shè)計延伸到控制領(lǐng)域。計算機(jī)、數(shù)字電路、傳感器以及自動控制理論已成為系統(tǒng)設(shè)計師不可或缺的知識基礎(chǔ)。信息技術(shù)和軟件設(shè)計已經(jīng)成為表達(dá)系統(tǒng)設(shè)計思想和協(xié)調(diào)自動化工作的重要工具。機(jī)電一體化技術(shù)是一個不斷發(fā)展和完善的過程。產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率對機(jī)電一體化系統(tǒng)提出了不斷改進(jìn)伺服驅(qū)動性能和發(fā)展控制算法的要求,而性能優(yōu)良的伺服驅(qū)動既拓展了機(jī)械系統(tǒng)的功能、簡化了傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu),又要求機(jī)械系統(tǒng)具有合理的慣量和更好的系統(tǒng)動態(tài)性能。傳感器的在線監(jiān)測確保了系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行,反饋的信息通過閉環(huán)確保了先進(jìn)控制理論的實現(xiàn)和產(chǎn)品的質(zhì)量要求。機(jī)、電、信息的密切交叉已經(jīng)使機(jī)電一體化系統(tǒng)中各部分的互相聯(lián)結(jié)和影響成為設(shè)計必須綜合考慮的重要內(nèi)容。機(jī)電接口技術(shù)作為機(jī)電一體化設(shè)計的核心已經(jīng)受到專家和學(xué)者越來越多的關(guān)注。

2機(jī)電接口技術(shù)的內(nèi)涵

機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng),其子系統(tǒng)之間的接口極為重要,從某種意義上說,機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計就是接口的設(shè)計。但現(xiàn)在對于機(jī)電接口技術(shù)的研究較少,通過對機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)和歸納,我們提出了機(jī)電接口技術(shù)的概念,形成了如下幾點認(rèn)識。

2.1 機(jī)電接口技術(shù)的內(nèi)涵機(jī)電接口技術(shù)是一門新興的技術(shù),它研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中各組成部分(子系統(tǒng))和各組成技術(shù)之間的接口問題。研究這門技術(shù)是為了更有效地進(jìn)行系統(tǒng)中信息能量的交互,融合各種技術(shù),實現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計。

2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)接口(簡稱機(jī)電接口)的功能機(jī)電接口傳遞和轉(zhuǎn)換信息和能量,并將機(jī)電一體化各組成技術(shù)的特性融為一體。機(jī)電接口包括硬件和軟件,硬件主要在子系統(tǒng)之間或人與機(jī)電一體化系統(tǒng)之間建立連接,為信息和能量的輸入/輸出、傳遞和轉(zhuǎn)換提供物理通道。軟件主要是提供系統(tǒng)信息交互、轉(zhuǎn)換、調(diào)整的方法和過程,協(xié)調(diào)和綜合機(jī)電一體化組成技術(shù),使各子系統(tǒng)集成并融合為一個整體,實現(xiàn)新的功能。

2.3 機(jī)電接口的分類①人―機(jī)接口。人與機(jī)電一體化系統(tǒng)之間的接口,通過此接口,可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),控制其運(yùn)行過程,即通過人―機(jī)接口能夠使系統(tǒng)按照人的意志進(jìn)行工作。人-機(jī)接口是雙向的,硬件包括輸入/輸出設(shè)備,主要有顯示屏、鍵盤、按鈕等。②動力接口。動力源連接到驅(qū)動系統(tǒng)的接口,為驅(qū)動系統(tǒng)提供相應(yīng)的動力。根據(jù)系統(tǒng)所需的動力類型不同如直流電、交流電、氣動、液壓等,動力接口的形式也有很大的不同。但動力接口有一個共同的特點,能夠通過較大的功率。③智能接口。智能接口主要存在于三處,控制系統(tǒng)到驅(qū)動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)到傳感器、傳感器到控制系統(tǒng)。智能接口的應(yīng)用情況相對比較復(fù)雜,但可以得出它的一些共性:智能接口傳遞和轉(zhuǎn)換各種信息,按照不同技術(shù)的要求改變信息形式,使不同的子系統(tǒng)、不同的技術(shù)能夠集成在一起,形成完整的系統(tǒng)。通常,智能接口是軟件表現(xiàn)出的功能連接。④機(jī)―電接口。執(zhí)行機(jī)構(gòu)與驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器之間的接口。將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的信號,或?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械信號轉(zhuǎn)換成傳感器所需的信號。

3機(jī)電接口技術(shù)對機(jī)電一體化發(fā)展的影響

社會需求推動機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)無法滿足日益增加的社會需求時,機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)等結(jié)合形成的機(jī)電一體化技術(shù)就成了機(jī)械技術(shù)發(fā)展的必然。相應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi)部的接口也就變得越來越復(fù)雜。機(jī)電一體化技術(shù)的各組成技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行得非常深入且日趨成熟,同時,人們也意識到單純發(fā)展和研究各組成技術(shù)并不能保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的最優(yōu)化。而機(jī)電接口技術(shù)正為它們提供了一種有效的方法來進(jìn)行系統(tǒng)研究,并將系統(tǒng)設(shè)計、集成和融合理論應(yīng)用到實際的設(shè)計當(dāng)中。目前,機(jī)電一體化正在向著智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展,智能化必然要求系統(tǒng)各部分的結(jié)合要更加緊密,信息傳遞和反饋更加迅速準(zhǔn)確。從機(jī)電一體化發(fā)展方向?qū)C(jī)電接口技術(shù)的要求來看,機(jī)電接口技術(shù)的研究與發(fā)展已經(jīng)成為必然,同時,機(jī)電接口技術(shù)的研究與發(fā)展也必然對機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展起促進(jìn)作用。

4結(jié)論

機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)不斷融合各種新技術(shù)、新知識發(fā)展起來的。因此,從機(jī)械技術(shù)發(fā)展起來的機(jī)電一體化技術(shù)的復(fù)雜性和多學(xué)科性就決定了此技術(shù)的研究重點是各種技術(shù)在機(jī)械技術(shù)上的融合與創(chuàng)新。機(jī)電接口技術(shù)是研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口問題,使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢,使系統(tǒng)各部分有機(jī)的結(jié)合在一起,形成完整的系統(tǒng)。機(jī)電接口技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來越重要。同時機(jī)電接口技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展,促進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)理論的發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

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2機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦中的主要應(yīng)用

礦山機(jī)電一體化技術(shù)在礦井生產(chǎn)過程中的應(yīng)用很廣泛，應(yīng)用在很多機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備上，例如提升機(jī)、采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)等。第一，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在礦井提升機(jī)中，能夠大大地提高提升機(jī)的工作效率和安全系數(shù)，保障了礦井提升運(yùn)輸?shù)目煽繙?zhǔn)確性，保障礦井的正常生產(chǎn)。供電結(jié)構(gòu)上采用了總線的方式，對提升機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化，將滾筒和驅(qū)動合為一個整體，形成了機(jī)械-自動化-計算機(jī)控制-電氣一體化的綜合的應(yīng)用。第二，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在工作面采煤機(jī)上，形成了電牽引采煤機(jī)，與傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)相比，它有很多優(yōu)點：（1）電牽引采煤機(jī)，其牽引性能好，電牽引可以為采煤機(jī)提供牽引動力，智能化、方便簡潔，能夠方便地調(diào)控牽引力的大小，控制采煤機(jī)的行進(jìn)速度，能夠在遇到地質(zhì)情況復(fù)雜的煤層時，安全地進(jìn)行采煤；（2）電牽引采煤機(jī)可以傾角較大的煤層，能夠防止采煤機(jī)在沒有停機(jī)的情況下發(fā)生下滑的現(xiàn)象，不需要布置其他防滑的裝置；（3）電牽引采煤機(jī)可靠性高，使用時間長，設(shè)備磨損較少，除了電動機(jī)電刷等設(shè)備，其他無設(shè)備發(fā)生磨損，維修工作量??；（4）電牽引采煤機(jī)的電控系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)電機(jī)的功率，能夠控制采煤機(jī)的行進(jìn)速度，及時地調(diào)整參數(shù)等；（5）電牽引采煤機(jī)的傳動結(jié)構(gòu)簡單，而液壓牽引采煤機(jī)牽引結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大、復(fù)雜，而且工作效率低。第三，帶式輸送運(yùn)輸距離長、輸送量大、可靠性高，成為了我國煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸過程中的重要設(shè)備，大多礦井的生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在帶式輸送機(jī)上，能夠保證帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸速度，能夠保證運(yùn)輸?shù)目煽啃?，保證有足夠的功率進(jìn)行運(yùn)輸，設(shè)置的軟驅(qū)動裝置，能夠保證帶式輸送機(jī)的安穩(wěn)的運(yùn)輸。

3煤礦機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢

我國國產(chǎn)的礦山機(jī)電設(shè)備，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，其研究的設(shè)備具有體積小、易于維護(hù)、價格便宜、易于操作等特點，能夠大大提高工作人員的工作效率，降低工作人員的勞動強(qiáng)度，提高煤礦的生產(chǎn)水平和礦井生產(chǎn)的安全環(huán)境。但是與一些發(fā)達(dá)國家相比，我國的機(jī)電一體化設(shè)備具有性能較低、可靠性不足等缺點，因此在未來的機(jī)電一體化設(shè)備需要繼續(xù)研發(fā)，提高性能和可靠性。我國未來機(jī)電一體化設(shè)備研發(fā)的趨勢是：（1）應(yīng)該注重研究開采設(shè)備的核心技術(shù)，研發(fā)具有自主核心產(chǎn)權(quán)的機(jī)電一體化的設(shè)備；（2）對礦山機(jī)電設(shè)備增加通信功能，研發(fā)智能的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，研發(fā)智能設(shè)備，能夠遠(yuǎn)程操控機(jī)電設(shè)備進(jìn)行礦井生產(chǎn)，提高工作環(huán)境的安全性，降低工作人員的勞動強(qiáng)度；（3）在礦井生產(chǎn)過程中，先進(jìn)的采煤工藝能夠影響礦井的產(chǎn)量。因此在機(jī)電一體化設(shè)備的研發(fā)過程中，應(yīng)當(dāng)注重與采煤工藝的結(jié)合，適應(yīng)先進(jìn)的采煤工藝，這樣才能進(jìn)一步提高礦井的生產(chǎn)能力；（4）機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在礦井生產(chǎn)過程中，更加應(yīng)該注重遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控研究，研究采煤機(jī)的自檢系統(tǒng)，使采煤機(jī)能夠自行檢查故障。遠(yuǎn)程控制設(shè)備能夠控制工作面的采煤機(jī)，使得其能根據(jù)地質(zhì)情況，自動調(diào)節(jié)采煤速度；能夠調(diào)節(jié)輸送機(jī)的拉移，能夠在線監(jiān)測工作面支架的工作阻力情況，為工作面安全開采提供了技術(shù)保障；（5）由于礦井生產(chǎn)能力越來越高，礦井的運(yùn)輸也承受著很大的壓力，如何保證運(yùn)輸成為一個重要的問題。帶式運(yùn)輸機(jī)能夠較大地解決礦井的運(yùn)輸問題，研發(fā)更加智能、運(yùn)輸量更大、性能更穩(wěn)定的帶式運(yùn)輸機(jī)能夠很好地保證礦井的運(yùn)輸，保證帶式運(yùn)輸機(jī)的可靠性。

4煤礦機(jī)電管理存在的主要問題及應(yīng)對方法

煤礦企業(yè)中設(shè)置了礦山機(jī)電管理部門，礦山機(jī)電管理部門有礦山機(jī)電管理和礦山機(jī)電生產(chǎn)的作用。由于一些生產(chǎn)原因，很多企業(yè)的機(jī)電管理部門只注重礦山的生產(chǎn)，卻不注重礦山機(jī)電的管理。而且一些煤炭企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)不注重礦山機(jī)電的重要性，沒有設(shè)立或者大量減少機(jī)電管理部門的人員，導(dǎo)致機(jī)電部門職能不齊全，不能起到機(jī)電管理部門的作用；機(jī)關(guān)管理部門人員文化素質(zhì)較低，沒有進(jìn)行系統(tǒng)專業(yè)化的教育培訓(xùn)，機(jī)關(guān)管理方法老舊、技術(shù)手段落后，僅僅憑經(jīng)驗進(jìn)行操作管理。解決方法：（1）煤礦企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)自身加強(qiáng)對機(jī)電管理的重視，建立完善機(jī)電管理職能部門，并且對機(jī)電管理職能部門人員進(jìn)行專業(yè)系統(tǒng)的教育培訓(xùn)。同時機(jī)關(guān)管理部門人員應(yīng)當(dāng)對工作多提出建議，從而獲取領(lǐng)導(dǎo)更大的支持。（2）對于建立的機(jī)關(guān)管理職能部門，應(yīng)當(dāng)授予其應(yīng)有的權(quán)利，對礦山機(jī)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一化的管理，授予機(jī)關(guān)管理部門制定機(jī)電管理規(guī)章制度權(quán)、編制部署機(jī)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(jī)電事故權(quán)、檢查評比考核獎罰權(quán)、機(jī)電業(yè)務(wù)骨干調(diào)整調(diào)動工作監(jiān)督權(quán)等相關(guān)方面的權(quán)利，從而保證機(jī)關(guān)管理部門職能的健全完善。（3）在機(jī)電管理職能部門制定好各種規(guī)章制度后，應(yīng)該要認(rèn)真落實完善規(guī)章制度，做好機(jī)電設(shè)備的管理工作，確保設(shè)備的正?；⒁?guī)范化等，同時也要加大培訓(xùn)力度，提高機(jī)電管理部門人員的技術(shù)水平。

篇5

1 機(jī)電一體化的基本概念

機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)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(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科；其次，機(jī)電一體化是一個發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)（即所謂的“3C”技術(shù)：Computer、Communication和 Control Technology）“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。

2 機(jī)電一體化的核心內(nèi)容

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

（一） 機(jī)械技術(shù)

機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來，來提高其各項性能，滿足更廣的需求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計算機(jī)輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。

（二） 計算機(jī)與信息技術(shù)

凡是能擴(kuò)展人的信息功能的技術(shù)，都是信息技術(shù)。可以說，這就是信息技術(shù)的基本定義。它主要是指利用電子計算機(jī)和現(xiàn)代通信手段實現(xiàn)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(guān)技術(shù)。

（三） 系統(tǒng)技術(shù)

系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

（四） 自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展最快、影響最大的技術(shù)之一，也是21世紀(jì)最重要的高技術(shù)之一。今天，技術(shù)、生產(chǎn)、軍事、管理、生活等各個領(lǐng)域，都離不開自動控制技術(shù)。就定義而言，自動控制技術(shù)是控制論的技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用，是通過具有一定控制功能的自動控制系統(tǒng)，來完成某種控制任務(wù)，保證某個過程按照預(yù)想進(jìn)行，或者實現(xiàn)某個預(yù)設(shè)的目標(biāo)。

（五） 傳感檢測技術(shù)

傳感技術(shù)是把各種量轉(zhuǎn)變成可物理識別的信號進(jìn)行輸出，檢測就是指人員對可是別的信號進(jìn)行處理的過程。傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。

3 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

（一）綠色化

在人們越來越追求生活質(zhì)量和生活品質(zhì)的今天，綠色環(huán)保成為了人們生活關(guān)注的焦點，隨著社會進(jìn)步和近年來人們對生態(tài)保護(hù)意識的重視和加強(qiáng)，綠色產(chǎn)品概念也將成為時展的必然！綠色理念倡導(dǎo)消費者在與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上,從事科學(xué)合理的生活消費,提倡健康適度的消費心理,弘揚(yáng)高尚的消費道德及行為規(guī)范,并通過改變消費方式來引導(dǎo)生產(chǎn)模式發(fā)生重大變革,進(jìn)而調(diào)整產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),促進(jìn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的消費理念。機(jī)電一體化技術(shù)也順應(yīng)了綠色理念，機(jī)電一體化產(chǎn)品在人們的生活使用時不會對環(huán)境造成污染或者污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的產(chǎn)品，而且在產(chǎn)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(dá)到節(jié)約資源的目的。

（二）智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化發(fā)展的一個顯著特點，它由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用的智能集合,隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)含量及復(fù)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(yè)以及我們生活中的方方面面，同樣，機(jī)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(jī)器本身所具有的特性，它是在運(yùn)用控制理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、精細(xì)化制造、運(yùn)籌學(xué)等新學(xué)科、新技術(shù)和新方法，通過使機(jī)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(fù)雜的工作和困難的環(huán)境中代替人類去工作。

（三）網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的里程碑，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展不僅推動了人類的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,同時給人們的學(xué)習(xí),工作和生活帶來重大的改變，同時，也深刻的影響著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。其中最重要的影響就是對機(jī)電一體化設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)控制，控制的終端設(shè)備就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

（四）微型化

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中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0368-01

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)一步推動了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，并不是簡單的將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)進(jìn)行疊加，而是技術(shù)之間的相互補(bǔ)充，利用電子設(shè)備所具有的信息處理功能以及控制功能與機(jī)械裝置相結(jié)合，通過有效的措施將各項施工工藝融合在一起，提高煤礦生產(chǎn)活動的系統(tǒng)性、科學(xué)性以及完整性[1]。

一、機(jī)電一體化概述

1.概念

機(jī)電一體化技術(shù)即將電氣工程、計算機(jī)技術(shù)以及機(jī)械工程等專業(yè)有效的融合在一起，然后利用微電子技術(shù)將工程生產(chǎn)的各項工藝相互滲透，實現(xiàn)電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)融合的技術(shù)[2]。從總體上來看，機(jī)電一體化技術(shù)主要由傳感裝置、動力裝置以及機(jī)械裝置組成，不同部分具有的功能不同，所起到的作用也各不相同。傳感裝置主要起到有效傳遞信息的作用，動力裝置主要起到為生產(chǎn)活動提供動力的作用，而機(jī)械裝置主要來負(fù)荷各部分之間的協(xié)調(diào)工作，通過每個部分的相互協(xié)調(diào)，不斷提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能。

2.優(yōu)勢

在煤礦生產(chǎn)中實現(xiàn)機(jī)電一體化，首先可以通過電子技術(shù)的應(yīng)用，利用其所具有的運(yùn)算、控制、記憶以及信息處理等功能，實現(xiàn)整個生產(chǎn)工藝的多功能化、信息化以及智能化，提高生產(chǎn)效益。其次，整個系統(tǒng)的調(diào)動運(yùn)行，可以自主完成對多個部分的協(xié)調(diào)管理，保證煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能的目的。并且，機(jī)電一體化系統(tǒng)中具有監(jiān)視與診斷等功能，可以隨時掌握整個系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性。最后，與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比，機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單，生產(chǎn)操作簡易，進(jìn)一步達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)目標(biāo)。

二、煤礦機(jī)電一體化應(yīng)用現(xiàn)狀分析

煤礦機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫信息技術(shù)也被應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，進(jìn)一步推動了機(jī)電一體化的發(fā)展，現(xiàn)在我國煤礦一體化技術(shù)在應(yīng)用上已經(jīng)實現(xiàn)了自動化、系統(tǒng)化以及智能化。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，對提高生產(chǎn)效率具有重要意義，各機(jī)械設(shè)備是保證煤礦生產(chǎn)正常進(jìn)行的主要因素，現(xiàn)在機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，將電子功能與機(jī)械功能相融合，與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比，優(yōu)化了產(chǎn)品性能與功能。機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，主要包括煤礦開采、井下煤礦運(yùn)輸以及井下供電排水等硬件設(shè)施，同時也作用于信息管理與控制系統(tǒng)等軟件設(shè)施上，在整體上提高了煤礦開采過程中的生產(chǎn)效率與安全性。

三、煤礦機(jī)電一體化應(yīng)用發(fā)展分析

1.采煤機(jī)應(yīng)用

我國大部分煤礦生產(chǎn)采用的是綜合機(jī)械化采煤系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中主要以液壓牽引，現(xiàn)在逐漸發(fā)展為電牽引，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在采煤機(jī)中，比傳統(tǒng)生產(chǎn)模式相比更具優(yōu)勢。例如電牽引比液壓牽引效果更佳，并且能夠更好的克服阻力，在下滑時提供制動功能。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)安裝有防止下滑的制動裝置，能夠更順利的開展大傾角煤層作業(yè)。另外，在生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)運(yùn)行動態(tài)性更好，可以通過生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)來對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，長時間在惡劣環(huán)境下持續(xù)作業(yè)，因為能夠更好的適應(yīng)作業(yè)環(huán)境，外界因素對設(shè)備產(chǎn)生的影響更低，降低了設(shè)備故障概率[3]。另外，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，牽引力主要通過計算機(jī)來控制，并實現(xiàn)對工作面刮板運(yùn)輸機(jī)的實時監(jiān)控，提高了煤礦生產(chǎn)的安全性與可靠性。

2.運(yùn)輸機(jī)應(yīng)用

為滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，煤礦開采量在不斷增加，將一體化技術(shù)應(yīng)用到提升與運(yùn)輸系統(tǒng)上，可以有效提高運(yùn)輸效率與安全性。內(nèi)裝式提升機(jī)在煤礦生產(chǎn)中比較常用，主要為電機(jī)與滾筒一體化的設(shè)計方式，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作也更方便，控制與運(yùn)行系統(tǒng)也更準(zhǔn)確，可以實現(xiàn)完全自動化控制。針對我國皮帶式運(yùn)輸與生產(chǎn)方式，對運(yùn)輸系統(tǒng)要求比較高，通過機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以利用電子監(jiān)控系統(tǒng)來完成設(shè)備運(yùn)行的實時監(jiān)控，減少故障出現(xiàn)的概率。

3.監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)中最為常用的機(jī)電一體化技術(shù)，包括機(jī)械技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、計算機(jī)與信息技術(shù)以及自動控制技術(shù)等，其中監(jiān)控系統(tǒng)作為重要。因為煤礦生產(chǎn)活動與其他生產(chǎn)活動相比具有特殊性，對于煤礦生產(chǎn)的監(jiān)控，對其監(jiān)控數(shù)據(jù)的管理并不嚴(yán)格，但是必須要能夠持續(xù)運(yùn)行，保證礦工工作的生命安全。機(jī)電一體化技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，將系統(tǒng)與局域網(wǎng)相連，自身數(shù)據(jù)庫與主機(jī)同步，避免數(shù)據(jù)的丟失，同時也可以對已存的信息進(jìn)行檢索，實現(xiàn)圖像顯示、圖表打印等。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，通過電子監(jiān)控系統(tǒng)來對整個生產(chǎn)活動各個環(huán)節(jié)進(jìn)行實時監(jiān)控，減少安全事故的發(fā)生，保證煤礦生產(chǎn)安全性。

結(jié)束語：

煤礦生產(chǎn)具有一定特殊性，對生產(chǎn)工藝以及設(shè)備等都有著嚴(yán)格要求，為滿足社會發(fā)展的需求，必須要對生產(chǎn)模式做進(jìn)一步的研究。機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，對提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全具有重要意義，想要進(jìn)一步發(fā)揮其所具有的功能，要求我們應(yīng)持續(xù)不斷的進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2012)02(c)-0000-00

進(jìn)入20世紀(jì)60年代以來，微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，以信息技術(shù)為中心，極大地提高勞動生產(chǎn)率和工作效率為重要目標(biāo)。測量與控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，三者結(jié)合在一起，構(gòu)成完整的信息系統(tǒng)。在這種新技術(shù)革命的影響和沖擊下，機(jī)電業(yè)發(fā)生了深刻的變化。機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)是；精密機(jī)械技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、白動控制技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)。但是區(qū)分機(jī)電一體化或非機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)，其核心是計算機(jī)控制的伺服控制系統(tǒng)，其他的都是與此匹配的重要部分現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品的電子化必須采用系統(tǒng)科學(xué)的觀點和綜合集成的技巧，使機(jī)械、電子設(shè)備和軟件之間相互適應(yīng)和匹配，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，才能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品和消費產(chǎn)品向自動化方向發(fā)展。

1 機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用

機(jī)電一體化系統(tǒng)的形式多種多樣，其功能也各不相同。一個較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力單元、傳感檢測單元、執(zhí)行單元、驅(qū)動單元、控制及信息處理單元。隨著機(jī)電一體化產(chǎn)品技術(shù)性能、水平和功能的提高，機(jī)械本體需在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝以及幾何尺寸等方面都應(yīng)適應(yīng)產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。動力單元動力單元的功能是按照機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。機(jī)電一體化的顯著特征之一是用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。與一般的同類型機(jī)械裝置相比，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械部分精度要求更高，結(jié)構(gòu)更簡單，功能更強(qiáng)大，性能更優(yōu)越，同時還要有更好的可靠性、維護(hù)性和更新穎的結(jié)構(gòu)。零部件要求模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，還有許多新的課題要加以研究和運(yùn)用，如對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采用新型復(fù)合材料以使機(jī)械系統(tǒng)既減輕重量、縮小體積，同時又不降低機(jī)械的靜、動剛度，采用高精度導(dǎo)軌、精密滾珠絲杠、高精度主軸軸承和高精度齒輪等，以提高關(guān)鍵零部件的精度和可靠性；開發(fā)新型復(fù)合材料以提高刀具、磨具的質(zhì)量；通過零部件的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，提高其互換性和維護(hù)性等。因此機(jī)械技術(shù)的出發(fā)點在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其他高新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上以及功能上的變革。

2 信息處理與自動控制技術(shù)及其應(yīng)用

機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要采用丁業(yè)控制機(jī)(包括可編程控制器，單、多回路調(diào)節(jié)器，單片微控制器，總線式丁業(yè)控制機(jī)，分布式計算機(jī)測控系統(tǒng))進(jìn)行信息處理。計算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的最重要因素。隨著社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對信息交流的需求越來越大，這就需要信息傳輸，即通信技術(shù)，圍繞如何提高傳輸速度、減少誤碼率等進(jìn)行的。為了共享資源、提供分布式功能和集中管理，可通過通信設(shè)備和線路，將不同地理位置具有獨立處理功能的多個計算機(jī)連接起來，運(yùn)用功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為信息處理技術(shù)提供了技術(shù)保障。

控制與信息處理單元像是對其他要素和它們之間的連接進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)一控制一樣，其功能是將來自傳感器的信息和各種命令進(jìn)行集中處理，根據(jù)處理結(jié)果，按照一定的規(guī)則發(fā)出相應(yīng)的控制信號，控制各要素或子系統(tǒng)連接成為一個有機(jī)整體，使各個功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動，并達(dá)到預(yù)期的性能，從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。各子系統(tǒng)之間必須通過控制信息進(jìn)行聯(lián)系才能協(xié)調(diào)統(tǒng)一的運(yùn)動，進(jìn)行有規(guī)則地物質(zhì)和能量的交換和轉(zhuǎn)移。因此，控制與信息處理單元是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心單元，一般由計算機(jī)、可編程控制器、數(shù)控裝置以及各種邏輯電路等組成。信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策。自動控制技術(shù)包括高精度位置控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自校正等技術(shù)。自動控制就是依據(jù)自動控制原理對具體控制裝置或系統(tǒng)在設(shè)計之后進(jìn)行系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，最后使研制的系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行，尤其是計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，使得自動控制技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合越趨密切，因此自動控制技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。

3 伺服驅(qū)動技術(shù)及其發(fā)展

電動機(jī)伺服驅(qū)動方式在數(shù)控系統(tǒng)中的運(yùn)用非常廣泛，交直流伺服電動機(jī)驅(qū)動主要用在閉環(huán)伺服數(shù)控系統(tǒng)中。由于變頻技術(shù)的進(jìn)步，交流伺服電動機(jī)驅(qū)動技術(shù)取得突破性進(jìn)展，為機(jī)電一體化系統(tǒng)提供了高質(zhì)量的伺服驅(qū)動單元，極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動主要用在開環(huán)伺服數(shù)控系統(tǒng)中。對機(jī)電一體化系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能來說，伺服驅(qū)動技術(shù)具有決定性的作用。液壓伺服系統(tǒng)(如液壓馬達(dá)、脈沖液壓缸等)具有工作穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、輸出力矩大等特點，特別是在低速運(yùn)行時其性能更突出，但液壓系統(tǒng)需要增加液壓泵等動力源，設(shè)備復(fù)雜、體積大、維修難及污染環(huán)境；而電氣伺服系統(tǒng)(如步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)等)具有控制靈活、費用較小、可靠性高等優(yōu)點，但低速時輸出力矩不夠大。由于近年來變頻技術(shù)的進(jìn)步，交流伺服驅(qū)動技術(shù)取得突破性進(jìn)展，為機(jī)電一體化系統(tǒng)提供了高質(zhì)量的伺服驅(qū)動單元，極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。

4 結(jié)論與展望

機(jī)電一體化技術(shù)需要很多部門、產(chǎn)業(yè)的配合和支持，才能取得滿意的結(jié)果。我們不僅要對機(jī)電一體化的各項相關(guān)技術(shù)進(jìn)行全面深入的了解，還要能從系統(tǒng)工程的概念人手，通過系統(tǒng)總體設(shè)計來使各個相關(guān)技術(shù)形成有機(jī)的結(jié)合，并且要注意研究和解決技術(shù)融合過程中所產(chǎn)生的新問題，只有這樣才能滿足機(jī)電一體化高速發(fā)展的需要。機(jī)電一體化概論都很好，如果整個系統(tǒng)不能很好地協(xié)調(diào)，則它仍然不可能可靠地正常運(yùn)行。隨著科技的進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)正在不斷地深人到各個領(lǐng)域，并且迅猛地向前推進(jìn)，特別是制造工業(yè)對機(jī)電一體化技術(shù)提出了許多新的更高的要求。機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢應(yīng)為：在性能上向高精度、高效率、高性能、智能化方向發(fā)展；在功能上向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展；在層次上向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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1.機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)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(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計算機(jī)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(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

1.2 智能化

即要求機(jī)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(jī)床上增加人機(jī)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(hù)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(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)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(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)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(jī)為中心的計算機(jī)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(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機(jī)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(jī)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(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

1.6 微型化

微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機(jī)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(jī)以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

1.8 帶源化

是指機(jī)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(yùn)動的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機(jī)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(hù)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(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)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(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)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(jī)指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機(jī)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(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)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(kuò)展、維護(hù)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(hù)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(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jìn)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(dá)到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)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(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

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[5]林行辛.鋼鐵工業(yè)自動化的進(jìn)展與展望[J].河北冶金，1998（1）

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一、引言

目前，職業(yè)學(xué)校普遍存在著學(xué)生實踐能力差的問題，這是由于在傳統(tǒng)教育模式下，職業(yè)技校的理論與實踐沒有有機(jī)的結(jié)合在一起，導(dǎo)致理論教學(xué)與實踐教學(xué)的脫節(jié)，學(xué)生在理論課中不能積極的投入，而老師的教學(xué)模式缺乏新意，導(dǎo)致學(xué)生在上課期間聽不懂也聽不下去，理論課達(dá)不到實際的效果。在實踐課上，由于學(xué)生缺乏理論基礎(chǔ)，對設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計、運(yùn)行原理缺乏認(rèn)知，只能盲目的操作。對于職業(yè)學(xué)校機(jī)電類的課程來說，在教學(xué)上需要有設(shè)備和理論作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)之上，教學(xué)老師還要想方設(shè)法的對教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新，根據(jù)學(xué)生的實際情況，來設(shè)計教學(xué)的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、思路等，使教學(xué)達(dá)到學(xué)生能夠?qū)W以致用的目的，因此就需要結(jié)合理論與實踐的教學(xué)方法，使其有機(jī)的融合在一起，機(jī)電類課程結(jié)合了機(jī)械、PLC、傳感等多項技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上大多是模塊化，教學(xué)老師不僅要使學(xué)生熟練掌握設(shè)備操作，還要與《電氣控制與PLC》、《機(jī)電一體化設(shè)備安裝與維護(hù)》等多門課程相結(jié)合，因此，只有引入機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置和模塊化生產(chǎn)線等設(shè)備，并積極探索理實一體化教學(xué)模式，才能提高了學(xué)生的實踐動手能力和社會競爭力。

二、機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置的主要模塊和基本構(gòu)成

1、機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置的總體結(jié)構(gòu)

機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置是職業(yè)學(xué)校根據(jù)學(xué)生的實際情況購進(jìn)的機(jī)電一體化設(shè)備，來供學(xué)生實踐課學(xué)習(xí)使用，提高學(xué)生的實踐能力。機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)一般包括電腦、PLC主機(jī)、變頻器模塊、電機(jī)模塊、氣動控制模塊等，總體上來說是由硬件和軟件構(gòu)成，目前的機(jī)電一體化裝置是模塊化和開放式的結(jié)構(gòu)，在教學(xué)的過程中，可以指導(dǎo)學(xué)生了解裝置構(gòu)造和拆卸、組裝等技能的培訓(xùn)。

2、裝置主要模塊的基本組成

（1）PLC主機(jī)：采用了CPU226AC/DC/晶體管（24路數(shù)字量輸入/16路晶體管輸出）、兩個RS-485通信口、EM222（8路數(shù)字量輸出），在PLC的每個輸入端均有開關(guān)，PLC主機(jī)的輸入/輸出接口均已連到面板上，方便用戶使用。

（2）變頻器模塊：“采用西門子MM420變頻器，三相380V供電，輸出功率0.75KW。集成RS-485通訊接口，提供BOP操作面板；集成3路數(shù)字量輸入/1路繼電器輸出，1路模擬量輸入/1路模擬量輸出；具備過電壓、欠電壓保護(hù)，電機(jī)過熱保護(hù)，短路保護(hù)等。提供調(diào)速電位器，所有接口均采用安全插連接。”

（3）電機(jī)模塊：包括三相交流異步電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器等。

（4）低壓電器模塊：配備了交流接觸器、熱繼電器、電子式時間繼電器、中間繼電器、變壓器、整流電路、能耗制動電阻、帶燈按鈕、斷路器、熔斷器、行程開關(guān)、組合開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、速度繼電器、磁性開關(guān)、急停按鈕、復(fù)位按鈕、自鎖按鈕等低壓電器。

（5）氣動模塊：包括了靜音氣泵、單桿氣缸、雙桿氣缸、氣動手爪、單控電磁閥、雙控電磁閥、旋轉(zhuǎn)氣缸等。

（6）傳感器模塊：具備了電感傳感器、漫反射式光電傳感器、對射式光電傳感器、光纖傳感器，可區(qū)分金屬物料和非金屬物料、不同顏色的物料。

（7）觸摸屏與組態(tài)模塊：配備了深圳步科EVIEWMT4200工業(yè)觸摸屏和EV5000組態(tài)編程軟件。

三、機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置的功能和機(jī)電類課程教學(xué)中的應(yīng)用

1、機(jī)電一體化教學(xué)課程設(shè)計

根據(jù)教學(xué)計劃和現(xiàn)在對機(jī)電類人才的要求，目前職業(yè)學(xué)校內(nèi)主要開設(shè)的課程有：《機(jī)電一體化設(shè)備安裝與維護(hù)》、《檢測與傳感技術(shù)》等關(guān)于機(jī)電一體化裝置運(yùn)行原理和設(shè)備介紹與實際操作的課程。從課程設(shè)置上要與實際操作相結(jié)合，學(xué)生能夠?qū)W以致用，并熟練的掌握機(jī)電一體化裝置的操作。

2、《電氣控制與PLC》理實一體化教學(xué)思路

首先根據(jù)教學(xué)要求和設(shè)備特點編寫教學(xué)講義、課件等。其次組織學(xué)生到學(xué)校內(nèi)部訓(xùn)練中心參觀，對機(jī)電一體化有一個基本的了解；同時，配齊學(xué)生在學(xué)習(xí)電氣控制時所用的設(shè)備，根據(jù)學(xué)生不同的特點，對學(xué)生進(jìn)行分類教學(xué)，因材施教，激發(fā)學(xué)生的興趣；最后制定好考核標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)束語

在職業(yè)學(xué)校中，對學(xué)生的教育首先要根據(jù)人才的要求和學(xué)生的實際情況開展教學(xué)工作，對于機(jī)電類的課程，在引入機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置的基礎(chǔ)之上，集合理論與實踐，使課程變得豐富多彩，學(xué)生提高了濃厚的興趣，才能全身心的投入到學(xué)習(xí)中，對于教師而言，對機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置做好必要的知識儲備和教學(xué)內(nèi)容上的創(chuàng)新，幫助學(xué)生解決各種問題。不僅能夠促進(jìn)學(xué)生提高創(chuàng)新與實踐能力，還能夠提高教師自身的能力。

參考文獻(xiàn):

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1.1建立模塊化教學(xué)體系

機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中，實踐教學(xué)所占比重較大。并且，每一階段的實踐教學(xué)在學(xué)生培訓(xùn)中都發(fā)揮著不同的功效，通過多種教學(xué)實踐活動的共同作用，最終培養(yǎng)出符合要求的專業(yè)人才，因此必須明確各教學(xué)環(huán)節(jié)的作用及功能。我校在遵照教學(xué)大綱標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將企業(yè)內(nèi)相關(guān)崗位用人需求納入教學(xué)范疇，合理分解機(jī)電專業(yè)人員必須掌握的專業(yè)知識及技能，并將其合理貫徹于不同實踐環(huán)節(jié)中。經(jīng)數(shù)次跟蹤調(diào)研，明確各環(huán)節(jié)教學(xué)定位，構(gòu)建合理的模塊化實踐教學(xué)體系。在我校建立的模塊化教學(xué)體系中，基礎(chǔ)訓(xùn)練以鞏固專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)知識與技能、掌握牢靠專業(yè)理論、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)自信心為主要教學(xué)目標(biāo)，確保學(xué)生能更好地進(jìn)入到下一階段的學(xué)習(xí)中去；專業(yè)技能訓(xùn)練是職業(yè)教育中培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以提升學(xué)生專業(yè)技能為教學(xué)主要任務(wù)；選修教學(xué)環(huán)節(jié)，主要在于為學(xué)生個性化學(xué)習(xí)提供便利，拓展學(xué)生專業(yè)知識，進(jìn)而達(dá)到強(qiáng)化學(xué)生技能的效果。

1.2實施“會———懂———精”的教學(xué)模式

在以往職業(yè)教育中，通常以理論教學(xué)為主，學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中往往是先學(xué)習(xí)理論知識，再學(xué)習(xí)職業(yè)技能，最后進(jìn)入實習(xí)階段。在這個過程中，教學(xué)主張“先理論、后實踐”，是由純理論學(xué)習(xí)到純實踐操作的過程。大量事實證明，以往傳統(tǒng)職業(yè)教育方式已難以滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)需求，學(xué)生在畢業(yè)后普遍感覺在學(xué)校期間所學(xué)習(xí)的知識華而不實，難以實現(xiàn)學(xué)以致用，在企業(yè)實際工作中存在適應(yīng)不良的問題。學(xué)生必須經(jīng)歷一段時間的實踐，通過實踐解決學(xué)習(xí)中的困惑，才能真正領(lǐng)悟?qū)I(yè)知識與技巧。針對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題，我校采取了積極的應(yīng)對措施，結(jié)合專業(yè)教學(xué)特點及企業(yè)人才需求，將“先會后懂再提高”作為新的教學(xué)理念，不再以傳統(tǒng)理論教學(xué)為主，秉持“夠用”原則開展理論教學(xué)，重點關(guān)注實踐教學(xué)，實現(xiàn)實踐課程為主、理論教學(xué)為輔的教學(xué)模式。在課程安排上，優(yōu)先考慮實踐課程教學(xué)需求，在此基礎(chǔ)上安排理論課程，即先組織學(xué)生進(jìn)行實踐操作，在操作中發(fā)現(xiàn)問題，積極探索解決方法，并對實踐感悟作出總結(jié)，再來開展理論教學(xué)。例如，在數(shù)控銑工操作方面，首先讓學(xué)生大概了解其專業(yè)的發(fā)展趨勢及必備技能，熟悉其最基本的操作方法，再來學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，在確保學(xué)生基礎(chǔ)知識與技能掌握牢靠的基礎(chǔ)上，進(jìn)行專業(yè)技能學(xué)習(xí)，同樣先進(jìn)行數(shù)控銑工實際操作，再來學(xué)習(xí)“數(shù)控銑工工藝”等專業(yè)理論知識，實現(xiàn)學(xué)生在專業(yè)知識及技能學(xué)習(xí)中的融會貫通。這種教學(xué)模式有助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，專業(yè)教學(xué)變得更具針對性，也更容易讓學(xué)生接受專業(yè)知識與技能。

1.3有目的地到企業(yè)工廠進(jìn)行教學(xué)

在職業(yè)教育中，要實現(xiàn)學(xué)校依托企業(yè)，而企業(yè)對學(xué)校高度認(rèn)可的目標(biāo)，需要構(gòu)建合理的學(xué)工交替教學(xué)模式，并維持學(xué)校與企業(yè)和諧、平等、互利的良好合作關(guān)系。讓專業(yè)學(xué)生在實習(xí)中，通過一線崗位親身體驗企業(yè)對專業(yè)人才的要求，并感悟其職業(yè)職責(zé)，以此來達(dá)到提升學(xué)生專業(yè)技能與職業(yè)責(zé)任感的目的。

2實踐教學(xué)考核環(huán)節(jié)方面的改革

2.1模塊考試

在學(xué)生完成每一階段的實習(xí)任務(wù)后，應(yīng)組織進(jìn)行相應(yīng)的實結(jié)考核，在考核合格前提下進(jìn)行更加專業(yè)的實習(xí)，以此來確保學(xué)生在每一階段實習(xí)中能真正掌握必備技能。例如，鉗工實習(xí)考核達(dá)標(biāo)的學(xué)生，才能進(jìn)入機(jī)床檢修階段實習(xí)，對于表現(xiàn)突出的學(xué)生，可支持其嘗試考取工種等級證書。

2.2技能大賽

在學(xué)生順利完成每一階段的實習(xí)后，學(xué)校與教師可結(jié)合專業(yè)特征，組織學(xué)生參與各類型的技能大賽。例如，在學(xué)生完成金工、設(shè)備操作、銑工操作等各個階段的實習(xí)任務(wù)，且實習(xí)考核達(dá)標(biāo)的情況下，組織學(xué)生參與更高級別的銑工技能大賽，并頒發(fā)相應(yīng)的銑工等級證書。

3校內(nèi)外實訓(xùn)基地建設(shè)方面的改革

實踐訓(xùn)練基地是實現(xiàn)實踐教學(xué)的必要條件。在實訓(xùn)基地建設(shè)方面，當(dāng)前我校已順利完成了校內(nèi)與校外實訓(xùn)基地建設(shè)。在校內(nèi)實訓(xùn)基地建設(shè)上，秉持先進(jìn)性、綜合性、實踐性原則，建立了機(jī)電實訓(xùn)中心、計算機(jī)實訓(xùn)中心以及電力拖動實訓(xùn)中心，以重點鍛煉學(xué)生的實踐能力。特別是在機(jī)電實訓(xùn)中心內(nèi)，配備了相應(yīng)的車床、刨床、銑床、鉗工操作臺、機(jī)械測繪設(shè)備、數(shù)控加工設(shè)備等。這些設(shè)備不但能滿足單項技能訓(xùn)練，而且能滿足綜合性技能訓(xùn)練。校外實訓(xùn)基地建設(shè)注重為培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力提供保證。我校的做法是建立了一個小型機(jī)械加工廠，配備必要的數(shù)控設(shè)備與機(jī)床設(shè)備，為本校學(xué)生提供教學(xué)實踐平臺，擁有普通機(jī)床設(shè)備和數(shù)控設(shè)備的小型機(jī)械加工廠，為本校學(xué)生提供教學(xué)實踐平臺，也可對外承攬適量的機(jī)械加工任務(wù)，使校內(nèi)機(jī)械設(shè)備資源得到有效利用。

4建立“雙師型”教師隊伍

教師隊伍是職業(yè)教育改革實施的主力軍，直接影響到教育改革的成效。在高職院校內(nèi)，進(jìn)行教學(xué)改革的主要目的是培養(yǎng)出專業(yè)水平較高的實用型人才，因此必須加強(qiáng)教師建設(shè)，培養(yǎng)出“雙師型”教師隊伍?！半p師型”教師不僅要掌握基礎(chǔ)的教學(xué)知識，還應(yīng)具備較強(qiáng)的專業(yè)實踐、操作技能及豐富的教學(xué)經(jīng)驗，所以說“雙師型”教師素質(zhì)的好壞將影響著一所高職院校的教學(xué)質(zhì)量。近幾年，我校機(jī)電專業(yè)的招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，而“雙師型”教師數(shù)量奇缺，教師任務(wù)繁重，并且許多教師為新任教師，教學(xué)水平還有待提升，難以勝任專業(yè)課程教學(xué)。對此，我校積極組織對新任教師的培訓(xùn)活動，并開展校與企、校與校之間的專業(yè)性講座，以期在最短時間內(nèi)提升教師隊伍的整體水平，培養(yǎng)出綜合素質(zhì)較高的教師團(tuán)隊，進(jìn)而保障機(jī)電教學(xué)的質(zhì)量。通過多方信息反饋，我校機(jī)電專業(yè)教師隊伍整體水平較高，受到學(xué)校、學(xué)生和企業(yè)的廣泛認(rèn)可與好評。

5激勵教師積極從事科研活動，提高了教師隊伍的綜合素質(zhì)

教師作為知識的傳遞者以及創(chuàng)造者，必須具有較高的綜合素質(zhì)。以前我們學(xué)院機(jī)電專業(yè)教師整體水平相對較低，整個教師隊伍主要由兩部分組成，一是過去從事中專教學(xué)的教師，他們的年齡相對較大，絕大多數(shù)為自學(xué)專業(yè)知識的，并未接受過系統(tǒng)的高等教育；二是來自于高校機(jī)電專業(yè)的畢業(yè)生，他們年齡較小，接受過高等教育，理論水平相對較高，但缺乏實踐經(jīng)驗。另一方面，為了提高自身素質(zhì)，一定要具備積極參與教科研的思想與行動，但是現(xiàn)在的高職機(jī)電專業(yè)教師缺乏科研的意識和動力，僅僅強(qiáng)調(diào)教學(xué)工作。教學(xué)改革能否取得成功，關(guān)鍵是由教師的綜合素質(zhì)決定。為此學(xué)院又進(jìn)一步加強(qiáng)改革科研活動。改革過程中我們按照教學(xué)現(xiàn)狀與專業(yè)建設(shè)實情，組織教師積極參與到教學(xué)改革課題研究之中。第一，以教學(xué)改革研究課題為切入點，安排教師開展各種級別的課題探討，在此基礎(chǔ)上，認(rèn)真實施開展校級專題探討，引導(dǎo)他們以現(xiàn)代教學(xué)理論為基礎(chǔ)，積極探討怎樣將各種新教學(xué)手段引入教學(xué)之中，例如任務(wù)型教學(xué)、合作教學(xué)與討論式教學(xué)等。第二，構(gòu)建起科學(xué)合理的教科研激勵機(jī)制，定期檢查教師的科研開展?fàn)顩r，對科研中取得較好成果的教師加以獎勵，并與其待遇、職稱晉升以及評先評優(yōu)等掛鉤，使他們形成一種積極向上的氣氛，是鼓勵他們主動研究機(jī)電專業(yè)實踐教學(xué)改革的有效策略。最后，堅持以校為本，以解決本校的具體問題為課題進(jìn)行研究，引導(dǎo)教師努力改正其教學(xué)行為，探討反思教學(xué)課題。這樣就推動了機(jī)電專業(yè)教師綜合水平不斷提高，建設(shè)了一支結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)水平高、實踐經(jīng)驗豐富的高素質(zhì)教師隊伍。

6充分發(fā)揮了專業(yè)指導(dǎo)委員會的作用

在我校實踐教學(xué)改革中，專業(yè)指導(dǎo)委員會充分發(fā)揮了其作用，委員會的委員包括各專業(yè)的專家和技術(shù)骨干，讓這些擁有堅實的專業(yè)理論知識和豐富實踐工作經(jīng)驗的委員參與到實踐教學(xué)的改革中，不但可以應(yīng)用他們的知識和經(jīng)驗，還能夠很好地運(yùn)用他們廣泛的外界關(guān)系。我校邀請他們來校開展專業(yè)知識講座，同時請他們指導(dǎo)學(xué)生的校外專業(yè)實習(xí)，取得了令人滿意的效果。