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關鍵詞 機電一體化；核心技術；應用領域；發(fā)展趨勢

中圖分類號TH-39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）81-0159-02

1概述

機電一體化是把傳統(tǒng)機械的多種功能與電子技術緊密聯系，它是一門新興的綜合性科學。其實它在技術上并沒有什么新發(fā)現或新發(fā)明，而是把機械技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術等多門學科有機的聯結在一起，形成了一門有著自身體系的學科。機電一體化是以這些學科為基礎，最后形成了一門綜合性的技術，而不是各門技術簡單的拼湊，這就是機電一體化同機械自動化的最大區(qū)別。隨著電子技術的迅速發(fā)展，從而帶動了機電一體化的發(fā)展，機電一體化將在未來的發(fā)展中起著至關重要的作用。

2 核心技術

機電一體化的核心技術主要在于硬件和軟件。

2.1機械技術

機電一體化是以機械技術為基礎，機械技術側重點是怎樣與機電一體化相適應，機電一體化是取其精華去其糟粕，利用各科學發(fā)展的高、新技術來更新自身概念。機械本體應該從改善自身性能、減輕質量和提高工作精度等幾個重要方面方面考慮，以此減少工作時能量消耗，提高工作效率。為了提高機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，機電一體化要具有高精度、快速響應性、良好的穩(wěn)定性。

2.2信息處理技術

由于微電子學的迅速發(fā)展、信息處理技術的普及極大的促進了機電一體化的發(fā)展。信息處理技術包括信息交換、信息存取、信息運算和最終決策等，實現信息處理的工具是現在已經普及的計算機，所以計算機技術的發(fā)展與信息處理技術緊密相聯。要更好的發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性從而提高信息處理的速度同時解決信息處理的抗干擾問題。

2.3檢測技術

檢測與傳感技術指與傳感器及其信號檢測裝置相關的技術。由檢測技術自身的功能，傳感器的主要功能應提高工作可靠性、工作的靈敏度和精確度等，并且要經受各種嚴酷環(huán)境的考驗，因此必須提高其抗干擾能力。由此可見，發(fā)展檢測、傳感器技術是機電一體化發(fā)展的必然趨勢。

2.4自動控制技術

在無人直接參與下，自動控制技術能通過控制裝置讓被控對象或過程的被控量能按照人們事先預定的規(guī)律變化的技術。自動控制技術應用非常廣泛，主要由自動控制理論、機械控制系統(tǒng)的設計、仿生學中的系統(tǒng)仿真、工作時現場的調試、可靠運行等從理論到實踐的整個過程。制動控制技術的難點在于自動控制理論的工程化與實用化，這是因為被控對象與理論的控制量存在較大的差距，從而需要反復調試和修改，才能達到最佳效果?，F在微型機的應用非常廣泛，自動控制系統(tǒng)已經成為機電一體化中十分重要的一部分。

2.5驅動技術

驅動技術的主要研究對象是執(zhí)行元件及驅動裝置。驅動技術是執(zhí)行操作的技術，對機電一體化產品的動態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)精度、控制質量等都有決定性的作用。電機作為驅動機構已被廣泛應用但其快速響應和效率等方面還有一部分問題，驅動技術極大地促進了機電一體化技術的發(fā)展。

2.6軟件技術

機電一體化的發(fā)展過程中僅僅發(fā)展硬件是不夠的，必須在發(fā)展硬件的同時發(fā)展軟件，但是軟件的更新速度太快，這樣就導致研制成本提高了，為了降低成本，應該推行軟件標準化等措施。

3機電一體化的應用領域

3.1數控機床

經過多年的發(fā)展數控機床已經得到了廣泛的應用，數控機床又稱數字控制機床，它是一種裝有程序控制系統(tǒng)，通過數字化信息對機床的運動及加工過程進行控制的機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數字表示，通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數控機床主要由動力源、操作機構、傳感器、電子控制單元、執(zhí)行器等組成。數控機床具有很高的柔性，能實現編程自動化，具有更高的可靠性以及強大的通信功能，還可以實現多種控制的功能。數控機床的發(fā)展給機械領域的提高起到了促進作用。

3.2機器人

機器人是眾所周知的一種高新技術產品，是典型的機電一體化產品。其最早是人們幻想出來可以聽從人們的命令，任勞任怨的從事各種勞動。經過幾十年的發(fā)展，機器人技術已經形成了綜合性的科學。機器人主要由：機器手、操作機構、傳感器、移動機構、控制裝置、驅動器等部分組成，通過各部分之間相互協(xié)調，相互配合，機器人已經能靈活的代替人類很多活動，在焊接、裝配、軍事、空間、水下、農業(yè)、建筑、服務、娛樂等領域都有應用。機器人應經成為人類良好的助手和親密的伙伴。

3.3現代溫室設施

現代溫室設施是實現作物優(yōu)質、高效生產的重要設施，也是機電一體化設備應用較密集的地方。主要由：溫室框架結構、覆蓋材料、通風系統(tǒng)、灌溉施肥系統(tǒng)、二氧化碳施肥系統(tǒng)、室內噴霧/屋頂噴淋降溫系統(tǒng)、遮陽/保溫系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、防蟲系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)及一些必要的生產工具等。可以通過這些設施和計算機系統(tǒng)有效的提供一個適宜的環(huán)境條件，為作為優(yōu)產提供保障。

4 機電一體化的發(fā)展趨勢

與其他科學一樣，機電一體化技術也經歷一個漫長的過程。現在機電一體化已經滲透到各個學科、領域。成為一門新興的科學，為了適應各領域的需求機電一體化的主要發(fā)展趨勢體現在智能化、模塊化、網絡化、微型化、綠色化、人性化。機電一體化對機械工業(yè)也影響很大包括提高性能、擴展功能、簡化結構、提高可靠性、節(jié)約能源、操作簡單，可以說機電一體化的發(fā)展前景在未來的幾十年里一片光芒。

5結論

綜上所述，機電一體化并不是獨立的，而是各個學科相互滲透，相互融合的產物，也是科技發(fā)展的必然產物。隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

參考文獻

[1]朱思洪.機電一體化技術.北京：中國農業(yè)出版社，2004.

[2]三浦宏文.機電一體化實用手冊.北京：科學出版社，2007.

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關鍵詞：機電一體化；電機控制

中圖分類號：TH-39文獻標識碼： A

一.機電一體化的發(fā)展

機電一體化在20 世紀70 年代是初始研究探索的時期，此階段研究者通過嘗試各種科學試驗來提高機電器械的運作效率和質量。尤其在第二次世界大戰(zhàn)時期，戰(zhàn)爭促進了電子技術與機械的相互滲透融合，當時目的是為了戰(zhàn)爭服務，而戰(zhàn)爭結束后技術優(yōu)勢和特點逐漸轉為為民眾服務。加快了使用地區(qū)人民生產生活回歸正常軌道。但由于尚處于技術發(fā)展的初級階段，性能和質量并不是特別完善，而適合產業(yè)發(fā)展的外在環(huán)境條件尚不充分，因此其進一步發(fā)展受到局限。后來網絡通信技術和控制、傳播技術的推廣帶來微型計算機和集成電路等技術的使用等成為了電子技術和機械技術相融合的前提性條件甚至決定性條件，對促進機電一體化事業(yè)功不可沒。90 年代以后，機電一體化的發(fā)展出現新的進程，有一下兩點：第一，學術界同仁始進一步關注機電一體化進程的研究，由此擴展出新的相關學科和研究重點，如出現了光機電一體化以及微機電一體化等等;第二神經網絡技術、光纖技術等新的研究對象興起后為機電一體化技術的推廣傳播提供了技術等方面的支持。

二．機電一體化的電機控制與保護

機電一體化的電機控制與保護簡單來說就是對自動化機械的相關組成部分的保養(yǎng)，這在機電一體化中起著至關重要的作用, 只有將機電一體化相關組成部分保養(yǎng)好才能使機械在工作中更好的發(fā)揮作用。電機的控制與保護深的國內外的重視, 是促進機電一體化發(fā)展的一個重要舉措，無論對企業(yè)和個人都有著非常重要的作用。實現機電一體化的電機控制可以節(jié)省電力減少能耗, 并且節(jié)省經費, 可以使機電一體化更好的服務與企業(yè)和個人。機電一體化雖然是一項有著國際意義的重大舉措, 有著良好的發(fā)展前景, 但目前在發(fā)展中也有很多不足需要加以完善。機電一體化在實際應用中電機控制與保護存在的問題，具體分析如下：

1.井下機電設備的應用存在的問題

在井下機電設備的應用中對電機的控制與保護還存在著很多弱點，如鼠籠式異步電機屬于電機控制與保護中最薄弱的環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)應用不當所引起的電機運行故障很多，約占整個電機設備故障的一半以上。因此，有關人員必須要將井下的電機設備的電機控制與保護重視起來，要研發(fā)性能更為可靠的電機控制保護裝置。

2. 電機控制保護裝置的使用難以達到需求

在現階段，所使用的電機控制保護裝置還不夠發(fā)達，尚未達到機電一體化應用中的電機控制與保護的需求。因為所使用的電機控制保護裝置多是憑借電熱原理和電磁原理，利用熱繼電器的過載保護功能和熔斷器的短路保護而進行的，由于這種零部件本身的不足，導致機電控制與保護還存在缺陷，因此，在機電產品的設計過程中，要將設計、控制與保護融為一體、綜合考慮，使電機控制與保護裝置實現多樣化和全面化。電機設備研究人員希望通過長期的調查和試驗找到保護電機保護技術前景何在，得到以下結論：第一，設計之初便要考慮日后的維護保護工作，提前做好計劃安排，從頭到尾進行統(tǒng)籌規(guī)劃。第二，拓展設備養(yǎng)護問題胡思路，創(chuàng)新保護裝置，使其發(fā)展規(guī)模發(fā)展思路更加多樣。第三，轉變管理觀察方式方法，在設備運行過程中根據實際情況一切以更好更快為目標，及時將出現的問題處理完，在此，數字化的監(jiān)管模式因為其高速和全面是目前發(fā)展的主要方向。

三、機電一體化應用中電機控制與保護的措施

在機電一體化應用中，電機設備的執(zhí)行機構主要由兩部分組成，分別是：執(zhí)行驅動部和控制部分。其中執(zhí)行驅動部是由位置傳感器、三相伺服電機等組成；控制部分是由單片機、IPM 逆變器、輸入通道、PWM 發(fā)生器等組成。

1 對閥門與速度的控制

在電機控制保護裝置的實際應用中，對閥門和速度的控制是不可缺少的。在我國主要采用的是雙環(huán)控制方案，其中內環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)的目的是為實現對于電機實際轉速的調節(jié)與控制而進行的一系列操作，這個目的是通過使用速度調節(jié)器，將PWM 波發(fā)生器的載波頻率進行調節(jié)而達到的。外環(huán)的作用是向內環(huán)提供相應的速度設定值，這一過程是根據外環(huán)的當前位置速度設定，并使用速度給定發(fā)生器來實現的。在機電控制保護裝置的閥門與速度控制中，由于大流量閥門執(zhí)行機構在運行中存在勻速、加速或減速等階段，而且實際位置與給定位置存在不確定性，從而導致閥門與速度控制存在困難，這就需要在對其調節(jié)中，要根據閥門與給定閥門的比較，對速度進行調節(jié)。

2 對電流電壓的準確檢測

在對機電一體化中電機控制與保護裝置的應用中，對于電流、電壓的檢測也是不可忽視的，因為對二者的正確檢測有益于電機力矩、斷相保護、逆變模塊等故障的診斷。但是使用一般的電流、電壓互感器是很難達到此要求的，為了快速診斷故障排除問題，要采用霍爾型電流互感器和IPM 輸出電壓采用分壓電路的方式對IPM 輸出三相電流和電壓進行檢測，從而達到電機控制與保護的要求。

四、電機保護控制裝置發(fā)展趨勢及前景

電機控制保護現狀是缺乏思路創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，近幾年針對這些問題提出一些新的理論方法，期望推進該事業(yè)的進一步發(fā)展。通過仿真計算和故障建模，并引入突破量、相位量、諧波份量、阻抗量、序份量等多種對電機故障敏感的檢測量進行數據分析，并作相應判斷和分析，把這些工作量提前做好的話，不但可以大大提高保護控制裝置的精度和靈感度，還可以為以后的理論研究提供依據，為今后的突破進展提供依據。隨著我國科學技術的迅猛發(fā)展，機電一體化將會有更大的發(fā)展空間，電機控制與保護中存在的問題也會越來越少。機電一體化未來的發(fā)展趨勢是向智能化、模塊化、網絡化、微型化、綠色化、系統(tǒng)化等方向發(fā)展。

五、結束語

隨著機電行業(yè)對現代化計算機與網絡技術的廣泛應用，再加上電力電子技術的高速發(fā)展，使我國機電一體化技術的應用取得了良好的效果。但是在機電控制與保護中尚存在很多問題需要解決，為了促進我國機電一體化事業(yè)的發(fā)展，減少電機控制與保護故障的發(fā)生，重視引起故障的原因，并逐步研究補救措施加以解決。

參考文獻：

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[3]劉志成，尹項根，張哲，邵德軍.并聯運行電動機短路故障仿真及保護對策[J].電力自動化設備，2007(4).

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摘 要：現階段我國的機械制造行業(yè)發(fā)展比較迅速，尤其在新的技術應用下，對機械生產能力的提高起到了促進作用。將機電一體化應用在機械當中，是工程機械發(fā)展的趨勢?；诖?，本文主要就機電一體化的特征以及應用作用發(fā)揮加以闡述，然后結合實際對機械中機電一體化的應用和發(fā)展趨勢詳細探究。希望能通過此次對機電一體化的應用研究，對實際工程機械的發(fā)展起到促進作用。

關鍵詞：機械；機電一體化；應用

0.引言

工程機械的操作中，實現了機電一體化就能提高機械使用性能以及效率。傳統(tǒng)的機械使用整體效率比較低，處在當前的發(fā)展階段，傳統(tǒng)機械應用已經不能滿足實際的生產力需求。通過從理論層面對機械中機電一體化的應用研究，對機械產業(yè)的發(fā)展就有著積極意義。

1.機械機電一體化的特征以及應用作用發(fā)揮

1.1 機械機電一體化的特征體現

機械機電一體化的運用有著鮮明特征體現，生產能力強的特征比較突出。機電一體化目標的實現對信息自動處理的作用能充分發(fā)揮，這樣機械就能在自動化的運作能力上表現的比較強，對設備運用的靈敏度檢測也能實現。機電一體化的設備系統(tǒng)控制，能有效保障產品的生產效率，在產品的性能上也能保障。特征還體現在安全性方面。實現了機電一體化，就能有效保障機械的安全運行[1]?；跈C電一體化系統(tǒng)的多樣化功能，在機械設備的運行當中自動診斷功能的發(fā)揮也比較突出，從而就提高了設備運行的安全。除此之外，機電一體化系統(tǒng)在使用性能上也比較強，在應用的范圍也比較廣泛。

1.2 機械機電一體化應用作用發(fā)揮

工程機械中機電一體化的應用有著諸多積極作用發(fā)揮，在監(jiān)控作用方面表現的比較突出。工程機械機電一體化的電子監(jiān)控系統(tǒng)的應用，對機械設備的運行狀態(tài)能實時性的監(jiān)測，在機械出現了嚴重磨損的時候，系統(tǒng)的自動診斷功能就能發(fā)揮其積極作用，這對故障的及時性解決就提供了方便。在機電一體化的目標實現下，對工程機械的正?；鳂I(yè)有著保障，能最大化的降低安全事故。

再者，機電一體化的應用作用發(fā)揮還體現在節(jié)能作用上。機械運作中，機電一體化的系統(tǒng)運行能對設備的正常運行得以保障，將機械設備的能量充分發(fā)揮，實現節(jié)能的目標。這對資源儲備量也能得到有效保障[2]。電子節(jié)能控制器的運用，能降低設備的磨損率，從整體上提高機械設備的工作效率。機電一體化的運用對作業(yè)的精度能得以保障，減少了傳統(tǒng)機械工作中的人為誤差。

2.機械中機電一體化的應用和發(fā)展趨勢

2.1 機械中機電一體化的應用分析

機械中機電一體化的應用中，對成品的精度要求比較高，這也是和產品的性能保障有著直接性關系的。機電一體化技術能對產品生產的數據進行直接控制。在輸入了相應參數之后，機械就可按照參數進行自動化的運作，這對產品的精度就得到了保障，使得整體生產水平和能力得到了提高。機械的自動化以及半自動化作業(yè)當中，對人員操作的工作量大大降低了，也能保障生產產品的質量[3]。如日本的三菱公司就將挖掘軌跡控制和挖掘機進行稽核，在對鏟斗的運動軌跡設定之后，通過微機進行控制，就可對臂桿和鏟刀等自動化控制，這就大大增加了工作的效率和質量。

機械中機電一體化技術的應用中，對電子監(jiān)控以及自動化報警、故障自診斷系統(tǒng)的功能發(fā)揮，就能提高機械整體生產水平。工程機械的發(fā)動機以及傳動系統(tǒng)等在運行中，通過電子監(jiān)控以及自動報警系統(tǒng)的運用，對運行中所出現的異?，F象就能直接提示，這就對駕駛員的工作條件得到了有效提高，對機械維修的費用也能大大降低，有助于設備的使用壽命進一步延長。機械中的機電一體化的運用，能有效提高生產率。如在液壓挖掘機的燃料能力量的利用率僅為30%，這樣的低能運行，對能源的節(jié)約就體現的比較突出，在節(jié)約能源的同時，也能大大提高生產率，這就是機電一體化得以迅速發(fā)展的重要原因。

機電一體化在機械當中的運用過程中，機電自動檢測的功能也能充分發(fā)揮。自動檢測功能的運用對機械各子系統(tǒng)都能進行檢測，從而可及時性的了解機械設備的運用狀況。在系統(tǒng)出現異常的時候，報警系統(tǒng)會發(fā)出警報，對故障的部位就能明確[4]。自動檢測系統(tǒng)對機械的運行效率提高就發(fā)揮了積極作用，保障了整個生產的順利進行。

2.2 機械中機電一體化的應用發(fā)展趨勢

隨著新技術的升級，機械機電一體化也會向著智能化的方向發(fā)展。智能化是對機械設備行為的描述。機械的智能化發(fā)展是將多種學科知識技g進行綜合的，如計算機技術以及人工智能技術和運籌學等等。在這些技術以及理論的綜合下，就能對機電一體化的產品生產效率進一步的提高，對機械的控制能力也能提高。

機械機電一體化的發(fā)展也會向著微型化方向邁進。所謂的微型化就是通過對納米技術的應用，微機電一體化的產品的體積縮小，這樣在能耗上也會大大降低，在實際運用過程中的靈活程度就可提高。機械機電一體化的微型化目標的實現，也是對整體機械行業(yè)的發(fā)展有著積極意義的。通過精細化的加工技術應用，實現生產能力提高的目標。

當前我國的網絡化技術的應用比較廣泛，而在機械行業(yè)中，將機電一體化和網絡技術進行結合，在對遠程控制技術以及監(jiān)視技術的應用下，就能從很大程度上提高機械運作的效率。這也是現代化機械發(fā)展的重要方向[5]。

系統(tǒng)化的發(fā)展也是重要發(fā)展方向。主要就是機械機電一體化的系統(tǒng)結構更加的完善，在整體的結構上能靈活性的組態(tài)，從而滿足實際應用的需求。系統(tǒng)化發(fā)展目標的實現，就要能注重將多個子系統(tǒng)協(xié)調化，并對子系統(tǒng)進行綜合性的管理，這樣就能提高系統(tǒng)的運用性能。

3.結語

綜上所述，我國的機械產業(yè)發(fā)展過程中，要想促使其進步，就要充分重視機電一體化技術的應用，并要能從多方面注重對技術的升級運用。通過此次對機電一體化的技術應用研究，就能為實際機械發(fā)展的水平提高起到一定啟示作用。

參考文獻：

[1] 吳澤平. 論機電一體化技術在工程機械中的運用[J]. 電腦迷. 2016（11）

[2] 傅思杰. 控制工程在機械電子工程中的應用[J]. 福建質量管理. 2016（04）

[3] 趙慶偉. 機電一體化在工程機械上的應用與發(fā)展[J]. 中國新技術新產品. 2015（23）

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關鍵詞機電一體化技術應用

1機電一體化技術發(fā)展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1數字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發(fā)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。

1.2智能化

即要求機電產品有一定的智能,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數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。

1.3模塊化

由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產品。

1.4網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)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使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發(fā)展。

1.5人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產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，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

1.6微型化

微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(MicroElectronicMechanicalSystems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、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年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，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、微彈簧以及微機器人等）。

1.7集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統(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)調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。

1.8帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，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，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發(fā)展方向之一。

1.9綠色化

科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質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，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現可持續(xù)發(fā)展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。

2機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中應用

在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面：2.1智能化控制技術(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。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業(yè)的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，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指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優(yōu)化、生產過程實時調度、生產計劃統(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)可以擴展、維護方便、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，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

2.3開放式控制系統(tǒng)(OCS)

開放控制系統(tǒng)(OpenControlSystem)是目前計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

2.4計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發(fā)貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統(tǒng)一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產率、節(jié)能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，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80年代已廣泛實現CIMS化。

2.5現場總線技術(FBT)

現場總線技術(FiedBusTechnology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現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行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。現場總線的引入導致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(ProgrammableLogicController)和現場就地控制站等的發(fā)展。

2.6交流傳動技術

傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發(fā)展，交流調速技術的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統(tǒng)的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。

參考文獻

1楊自厚．人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用[J]．冶金自動化，1994（5）

2唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點和體系結構的研究[J]．冶金自動化，1996（4）

3唐懷斌．工業(yè)控制的進展與趨勢[J]．自動化與儀器儀表，1996（4）

4王俊普．智能控制[M]．合肥：中國科學技術大學出版社，1996

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

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【關鍵詞】機電一體化，發(fā)展，意義

一、選題背景

現代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使現代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。

二、機電一體化的定義

機電一體化是在大規(guī)模集成電路和微型計算 機為代表的微電子技術高度發(fā)展，向傳統(tǒng)機械工業(yè)領域迅速發(fā)展?jié)B透，機械電子技術深度結合的基礎上，綜合應用機械、微電子、自動控制、信息、傳感測試、電力電子、接口、信號轉變等技術以及軟件編程等群體技術，合理配置機械本體、執(zhí)行機構、動力驅動單元、傳感測試元件、控制元件、微電子技術、加工、線路以及接口元件等硬件元素，并使之在軟件程序和微電子電路邏輯的有序規(guī)則運動，在高功能、高質量、高可靠性、低功耗的意義上實現特定功能價值的系統(tǒng)功能技術。

三、機電一體化發(fā)展簡介

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：

（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰(zhàn)后轉為民用，對戰(zhàn)后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經開發(fā)的產品也無法大量推廣。

（2）20世紀70―80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質基礎。

（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。

四、機電一體化的專業(yè)優(yōu)勢

目前，機電一體化技術已廣泛參透到各個領域。機電一體化這個尚未被確認的專用術語在十年之前并不為人們所注意，不過以此而取名的設備很旱就有了。隨著機械設備的電子化機械部件逐浙減少，這已有十多年的歷史了。 所謂機電一體化，即是機電一體化技術，或機電信息一體化技術。機電一體化系統(tǒng)的構成或者作為更復雜的系統(tǒng)，則構成的綜合系統(tǒng)。

五、本課題內容及意義

機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發(fā)展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。

機械工程技術有純技術發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動顯示記錄、自動調節(jié)與控制自動診斷與保護等。

我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重。近年來我國的工業(yè)結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產業(yè)，優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。 我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產品，促進機電產品的更新換代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業(yè)的形成、為我國產業(yè)結構和產品結構調整作貢獻。總之，機電一體化技術既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業(yè)產品結構、產業(yè)結構調整大門的鑰匙。

六、結論

隨著機電一體化技術的發(fā)展，各種產品與裝置實現了機電一體化，有利實現整體優(yōu)化，提高產品質量和生產效率，縮短開發(fā)新產品的生產準備周期，加速科技成果向商品轉化，有利推動傳統(tǒng)產業(yè)發(fā)生深刻變革，同時，隨著新產品的研發(fā)及高精密等設備的發(fā)展，要求新一代機電一體化技術、產品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮慕洕б媾c社會效益。

參考文獻：

[1]袁中凡.機電一體化技術[M].北京： 電子 工業(yè)出版社.2006.

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【關鍵詞】電子 機械 工業(yè) 一體化

Primary understanding to the incorporate machinery and electron

Lu Mingchun

【Abstract】Since the electron technology came out, the combination of the electron technology with the machinery technology has started. Now, the technology, the incorporate machinery and electron has got an obvious development, which has aroused people’ wide attention. It makes the industry production step into the developing period with the “incorporate machinery and electron” as the character from the “machinery electrization”.

【Keywords】Electron Machinery Industry Integration

機電一體化是微電子技術向傳統(tǒng)機械工程滲透而形成的，融合機械工程、電氣工程、計算機科學、信息技術等為一體的新興交叉學科。

其中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、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)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(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術。

1．機電一體化概述。機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。

機電一體化發(fā)展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統(tǒng)功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節(jié)與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區(qū)別。

2．機電一體化的發(fā)展狀況。機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：①20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰(zhàn)后轉為民用，對戰(zhàn)后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經開發(fā)的產品也無法大量推廣。②20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。③20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。

我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。

3．機電一體化的發(fā)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(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展。機電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面：

3．1 智能化。智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。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，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，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、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。

3．2 模塊化。模塊化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(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環(huán)境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發(fā)出新產品，同時也可以擴大生產規(guī)模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。

3．3 網絡化。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)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?，F場總線和局域網技術的應用使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(tǒng)（computer integrated appliance system，CIAS），能使人們呆在家里就可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將朝著網絡化方向發(fā)展。

3．4 微型化。微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

3．5 環(huán)?；?。工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發(fā)展前景。機電一體化產品的綠色化主要是使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

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英文名稱：International Mechatronics Technology

主管單位：

主辦單位：中國機電一體化技術應用協(xié)會

出版周期：月刊

出版地址：北京市

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種：中文

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本：16開

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發(fā)行范圍：國內外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1998

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一、目前機電一體化專業(yè)教學存在的問題

（一）對專業(yè)內涵的理解不夠機電一體化的本質是將電子技術引入機械控制中，也就是利用傳感器檢測機械運動，將檢測信息輸入計算機中，計算機得到能夠實現預期機械運動的控制信號，由此來控制執(zhí)行裝置。若是真正意義上的機電一體化產品，它有兩個明顯的特征，一是要有運動機械，二是采用了電子技術，通過計算機指令和反饋來實現柔性化和智能控制。而不少專業(yè)教師卻單一地認為，機電一體化專業(yè)就是學一點機械類課程，學一些電子類課程，如果加上一些控制類課程，簡單拼湊就是機電一體化了。因為理解不夠，所以對最后的綜合實踐課程，沒有引起足夠的重視，課時量及訓練強度不夠，大量精力花在了使學生獲取裝配鉗工或維修電工高級工證書上。但社會現實卻是機電一體化技術發(fā)展到了新的高度，隨著光學、通信技術等的進入，機電一體化出現了光機電一體化；而人工智能技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地，開啟了機器人的新時代。這迫切需要我們五年制高職機電一體化專業(yè)融入新技術、新技能。

（二）對關鍵核心課程的融合不夠目前，機電一體化技術專業(yè)主要開設機械類、電子類和控制類專業(yè)課程。技能實踐課程也大致這樣劃分，在最后階段，再開設綜合專業(yè)課程和實踐課程。如果按專業(yè)方向劃分，則制造技術方向開設CAD/CAM軟件應用技術、機電設備機械安裝與調試技術、機電設備裝調工（裝配鉗工）訓練與考級；控制技術方向開設電氣制圖及CAD技術、機電設備電氣系統(tǒng)安裝與調試技術、機電設備裝調工（維修電工）訓練與考級。以上所有課程基本上都是分機械和電子課程兩條線展開的，對PLC和單片機的理解運用不到位，到最后真正能融合機電技術、體現機電一體化專業(yè)特點的機電設備安裝與調試技術實踐課只開3周，而裝配鉗工和維修電工課程分別開了11周。很明顯，對前者這門綜合性的核心實訓課程重視不夠，其帶來的后果是學生雖然分別掌握了機械類、電子類、控制類課程的知識和技能，但沒有融合三類課程和技能，沒有達到真正的機電一體化人才培養(yǎng)要求。

（三）對技術技能應用能力的強化不夠對于五年制高職的學生來說，最重要的專業(yè)能力是專業(yè)技術技能應用能力，而不是開發(fā)和設計能力。具體地說，就是操作機電一體化設備的能力，具體分析、制定機械加工工藝文件的能力，能處理生產車間現場工藝技術問題，具有維護、維修機電一體化設備的能力。而現在大部分學校對學生的技能要求就是制造技術和控制技術兩個方向，就是取得裝配鉗工高級工或維修電工高級工證書。這些技術技能肯定不能讓學生完全了解和掌握機電一體化專業(yè)的核心技能。學校應當通過校內機電設備裝配調試相關課程設計、專項實訓，使學生獲得初步的技術技能應用能力，最后通過綜合實訓課程，使學生獲得真正的機電一體化專業(yè)技能，并努力培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力。

二、對培養(yǎng)學生專業(yè)技術技能應用能力的探索

（一）多元整合優(yōu)化專業(yè)課程體系目前，職業(yè)學校普遍開設三類課程：綜合化課程（技術基礎模塊）、一體化課程（技術模塊）、項目化課程（技術訓練模塊）。綜合化課程模塊是機電專業(yè)領域崗位群相關職業(yè)通用性的必備技術理論和基礎技能；一體化課程是機電專業(yè)相關技術領域中某種技術知識和技術應用方法有機整合的課程，如PLC編程及應用技術、單片機應用技術、傳感檢測技術等；項目化課程是培養(yǎng)學生專項技能和綜合職業(yè)能力的課程，該類課程與職業(yè)技能或職業(yè)資格要求融通，突出熟練技術運用能力的培養(yǎng)，如機電一體化專業(yè)中的鉗工技術訓練、機加工技術訓練、機電設備裝配調試技術訓練等。而對上述三類課程進行整合優(yōu)化，就形成了真正的機電一體化課程，包括機電一體化技術理論課程、機電設備裝調技術課程設計、機電一體化設備裝配調試實訓課程等，這是最能體現專業(yè)特點和要求的課程，是機電技術的真正融合。

（二）開設綜合化的核心實踐課程目前，綜合實訓課程開設的情況是：制造技術方向開設裝配鉗工，控制技術方向開設維修電工。如果培養(yǎng)機電綜合能力，就要把PLC編程及應用技術、單片機應用技術、傳感檢測技術加以強化，增加機電設備安裝與調試技術課程的學習和實踐，開設光機電技術和機器人技術實訓課程，讓學生了解并掌握較為前沿的機電一體化技術技能。

（三）重點培養(yǎng)學生專業(yè)技術的應用能力目前，不少學校機電一體化專業(yè)主要進行電工、車工、鉗工三項實踐技能訓練和職業(yè)技能鑒定，學生初步掌握了機電技能。但這些技能是獨立的、分散的，沒有與機電崗位的綜合技能匹配。隨著技能大賽的推進，各校購置了機電一體化設備，培養(yǎng)了一批能勝任機電一體化專業(yè)綜合實踐技能教學的師資隊伍，也有了較為成熟的實訓項目，完全有條件、有能力開展綜合實訓。目前，省內職業(yè)學校機電綜合實訓課程主要使用光機電一體化設備，該設備的組成包括電子控制模塊和機械機構。電子控制模塊主要有主令電器模塊、傳感器模塊、控制模塊、變頻器模塊、驅動電磁閥等。機械機構包括運料機構、傳送帶機構、推料機構、機械手機構等。工作原理是利用先進的控制設備，控制生產機械自動完成生產的自動化過程。這套設備雖小，但它涉及了機電一體化專業(yè)各個方面的知識和技術，體現了機電一體化專業(yè)的核心技能。教學實踐的具體做法是，以學會技術技能、完成任務為中心，以項目形式來安排訓練內容，讓學生用學過的指令實現各種電氣控制線路圖，模擬實現工業(yè)生產控制中的小項目，如工業(yè)洗衣機、自動軋鋼線、郵件分揀系統(tǒng)等，然后在機電氣一體化實訓臺進行分塊練習，熟練掌握每一個單元的自動控制功能，最終目標是將各單元組合為能夠實現不同生產要求的控制系統(tǒng)。這些技能訓練都來自生活和生產，學生對項目課題感興趣，教師引導學生主動思維，引導學生分析問題、動手解決問題，真正培養(yǎng)學生專業(yè)技術的應用能力。

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關鍵詞： 機電一體化； 特點； 發(fā)展趨勢

中圖分類號： TH-39 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）06-0113-02

一、機電一體化的基本概念

機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領域迅猛滲透，機械電子技術深度結合的現代工業(yè)的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結構目標，以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現多種技術功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術。

二、機電一體化的發(fā)展概況

機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰(zhàn)后轉為民用，對戰(zhàn)后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經開發(fā)的產品也無法大量推廣。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

三、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(xié)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(zhí)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(tǒng)。

1．機械系統(tǒng)。機電一體化產品的機械系統(tǒng)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(jié)能和小型輕量等要求。

2．動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執(zhí)行機構工作以完成預定的主功能。動力系統(tǒng)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。

3．傳感與檢測系統(tǒng)。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(huán)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(tǒng)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(tǒng)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。

4．信息處理及控制系統(tǒng)。根據機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。

5．執(zhí)行機構。執(zhí)行機構在控制信息的作用下完成要求的動作，實現產品的主功能。機電一體化產品的執(zhí)行機構一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構。執(zhí)行機構因機電一體化產品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執(zhí)行機構是實現產品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個產品的性能，因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協(xié)調，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結構上，各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起，構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。

四、機電一體化的發(fā)展趨勢

1.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)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.模塊化

模塊化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(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產品，同時也可以擴大生產規(guī)模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產機電一體化產品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

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(fā)展給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育以及人們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(yè)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(jiān)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。

4.微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

5.綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

6.系統(tǒng)化

系統(tǒng)化的表現特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統(tǒng)協(xié)調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。

綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生產力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機械設計方法和設計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統(tǒng)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(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。

參考文獻：

[1] 李建勇．機電一體化技術[M].北京：科學出版社，2004．

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【關鍵詞】機電一體化；應用；發(fā)展

前言

隨著機電一體化技術的發(fā)展，各種產品與裝置實現了機電一體化，有利實現整體優(yōu)化，提高產品質量和生產效率，縮短開發(fā)新產品的生產準備周期，加速科技成果向商品轉化，有利推動傳統(tǒng)產業(yè)發(fā)生深刻變革，同時，隨著新產品的研發(fā)及高精密等設備的發(fā)展，要求新一代機電一體化技術、產品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮慕洕б媾c社會效益。機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生產力發(fā)展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

一、機電一體化技術的應用問題分析

在現代機械制造業(yè)中的應用 傳統(tǒng)機械制造業(yè)是建立在規(guī)模經濟的基礎上，靠企業(yè)規(guī)模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率，其生產盈利是靠機器取代人力，靠復雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業(yè)是以信息為主導，采用先進生產模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業(yè)，其特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調的綠色制造?，F代制造業(yè)集成了現代科學技術的發(fā)展，充分利用電子計算機技術，使制造技術提高到新的高度。近年來，制造工程領域的新技術相繼誕生，如計算機數字控制、現代集成制造系統(tǒng)、柔性制造技術、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。機電一體化技術是以微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領域迅猛滲透，機械電子技術深度結合的現代工業(yè)的基礎上，以機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術的綜合應用。其發(fā)展大體可分為3 個階段，20 世紀60 年代以前為第一階段。20 世紀七八十年代為第二階段，也是蓬勃發(fā)展的階段，這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎，大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質基礎。20 世紀90 年代后期機電一體化進入深入發(fā)展的第三階段，機電一體化技術向智能化方向邁進。一方面通信技術、光學等進入機電一體化，微加工技術也在機電一體化中凸現出來，出現了微機電一體化和光電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，對機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢進行了深入研究。同時人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。

二、機電一體化技術意義分析

1、機電一體化簡化了機構鏈，使機械磨損、配合間隙及受力變形等引起的誤差大大減少，從而達到純機械技術手段所無法實現的工作精度。

2、采用微處理器、大規(guī)模集成電路、電力電子器件裝置使機電一體化產品零部件數量減少，體積變小，結構得到簡化。

3、具備安全連鎖控制、過載及失控保護、斷電保護功能，進一步提高了機電一體化產品的安全可靠

4、采用計算機技術提升了產品的自動化程度，減少了操作按鈕及手柄，改善了設備的操作性能。

5、引入了軟件技術，實現機器工作程序的可修改性。通過軟件的修改，滿足了工作情況改變的需要，提高了柔性。

6、機電一體化產品具備了多種復合功能，使多臺設備的多道工序能一次完成并能自動檢測工件和精度，其功能大大增強。

三、機電一體化技術的發(fā)展趨勢分析

1、智能化。智能化即要求機電產品有一定的智能，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數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數學、神經網絡、灰色理論、心理學、生理學和混沌動力學等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。

2、數字化。微控制器和接口技術的發(fā)展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發(fā)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、通用性、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控制操作、診斷和修復。

3、模塊化。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(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產品。從而避免利益的沖突，并能使之標準化、系列化。

4、網絡化。網絡技術的興起和飛速發(fā)展給社會各個領域帶來了巨大變革。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)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使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發(fā)展。

5、自源化。自源化是指機電一體化產品自身帶有能源，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，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。

6、人性化。人性化是各類產品的必然發(fā)展方向。機電一體化產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，使用這些產品，對人來說更自然，更接近生活習慣。

7、微型化。微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，集微型機構、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和系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

8、綠色化。工業(yè)發(fā)達給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果，所以綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。

四、結語

機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著相關技術的不斷發(fā)展，其內容將不斷更新。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、光學技術、電力電子技術、接口技術等群體技術，合理配置各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術，它使工業(yè)生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。

參考文獻