導(dǎo)語：如何才能寫好一篇機電一體化設(shè)計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】主體機械結(jié)構(gòu)；驅(qū)動方案；可靠性

1 主體機械結(jié)構(gòu)

主體機械結(jié)構(gòu)方案包括：機械的主要幾何尺寸確定、布局、作業(yè)空間的確定、運動自由度數(shù)的確定。

機床主體在設(shè)計時候要遵循以下幾點原則：

明確――結(jié)構(gòu)方案應(yīng)能明確體現(xiàn)各個方面的設(shè)計指標。首先是所選方案的工作原理要明確，才能使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)能可靠地實現(xiàn)所要求的目標；其次，要明確工作條件，如載荷情況和運行速度；還要明確作業(yè)空間參數(shù)和使用條件。

簡單――滿足設(shè)計目標要求的條件下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡量簡單。

安全可靠――包括機器的工作安全性和操作安全性兩方面內(nèi)容，是總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計必須考慮的內(nèi)容。

例如，在機械行業(yè)中最有名氣的車床CA6140，它在主體設(shè)計時車床的床身、床腳、油盤等采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，剛性高，抗震性好，符合高速切削機床的特點；車機床系統(tǒng)設(shè)計合理可靠，車頭箱、進給箱、溜板箱均采用體內(nèi)飛濺，并增設(shè)線泵、柱塞泵對特殊部位進行自動強制。

2 驅(qū)動方案設(shè)計

直線驅(qū)動元件直接驅(qū)動：

直線步進電機其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳感器采用磁電式或直接開環(huán)控制，控制特點是使用專用傳感器，開環(huán)控制位置精度高，低速振動較大，直線步進電機適用場合為并聯(lián)機器人，成本較高。

氣壓缸結(jié)構(gòu)簡單，傳感器是直接型位移傳感器，控制特點是使用氣壓控制閥控制，快速性好，負載能力差，適用場合為包裝機，成本較低。

液壓缸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，傳感器為直接型位移傳感器，控制特點是使用電液伺服閥控制，快速性好，負載能力強，適用場合為并聯(lián)機器人和包裝機，成本較高。

3 控制系統(tǒng)方案設(shè)計

機床的控制系統(tǒng)是非常重要的，如果沒有控制系統(tǒng)，那么機床就是一個不完整的，說嚴重一些就是一個廢品，那么機床也不可能為人們服務(wù)了。

機床控制系統(tǒng)按原理分為：開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)控制。

開環(huán)控制系統(tǒng)也就是沒有反饋元件。

閉環(huán)控制系統(tǒng)是有反饋元件，反饋元件直接安裝在最終的運動部件上。

半閉環(huán)控制系統(tǒng)是檢測元件安裝在機床的中間環(huán)節(jié)上。

4 可靠性設(shè)計

4.1 可靠度函數(shù)與失效概論

可靠度函數(shù)是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間t內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，以R（t）表示；反之，不能完成規(guī)定功能的概率稱為失效概率，以F（t）表示。

產(chǎn)品工作到t時刻時，單位時間內(nèi)失效數(shù)■與t時刻尚存的有效產(chǎn)品數(shù)R（t）的比稱為失效率，以λ（t）表示，反映任意時刻失效概率的變化情況。

4.2 系統(tǒng)可靠性

可靠性預(yù)測，通過預(yù)測，對新產(chǎn)品設(shè)計的可靠性做出估計，提供方案修改、調(diào)整及優(yōu)選的依據(jù)，并可由此對產(chǎn)品的維修費用以至全壽命運行費用做出估計。

包括元件可靠性預(yù)測和系統(tǒng)可靠性預(yù)測。

（1）元件可靠性預(yù)測包括以下兩種方法：

實驗統(tǒng)計法―通過模擬實驗，確定元件在任何規(guī)定的使用時間內(nèi)的可靠性。

經(jīng)驗法―查可靠性手冊或根據(jù)類似元件的使用經(jīng)驗積累的可靠性數(shù)據(jù)，考慮在新產(chǎn)品設(shè)計中的使用條件，估計出元件的可靠性水平。

（2）系統(tǒng)的可靠度主要取決于元件的可靠度和元件的組合方式兩個因素。最基本的組合方式為串聯(lián)和并聯(lián)，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度R，等于各組成單元可靠度Ri的乘積。

4.3 優(yōu)化指標

設(shè)某個產(chǎn)品共有m個可行的方案，每個方案都選定n個評價指標；Kij為第i個方案中第j項評價指標值；Kmaxj是第j項指標在各方案中的最大值；Wj是第j項指標的加權(quán)值，它反映了這項指標在該產(chǎn)品中相對于其它各項指標的重要程度，且滿足：

■Wj=1 0≤Wj≤1（1）

則采i個方案的綜合評價指標（即評價函數(shù)）為：

Hi=■Wj■， i=1，2，...，m（2）

求出各方案的最佳評價函數(shù)值Himax：

Hmax=max{Himax，（i=1，2，...，m）}（3）

通過（1），（2），（3）求出數(shù)據(jù)，通過下列方案進行對比選出最佳方案。

可行方案1，失效率Ki1/10-6h-1為120，成本Ki2為7千元，模塊化程度Ki3是0.5，評價函數(shù)Himax是-0.46，權(quán)重系數(shù)Wj為0.5。

可行方案2，失效率Ki1/10-6h-1為170，成本Ki2為4千元，模塊化程度Ki3是0.8，評價函數(shù)Himax是-0.37，權(quán)重系數(shù)Wj為0.3。

篇2

關(guān)鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設(shè)計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學(xué))的前半部分和Electronics(電子學(xué))的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲?！皠恿δ堋笔窍蛳到y(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術(shù)：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

2 機電一體化的設(shè)計過程

機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變?yōu)榭刂齐妱訖C，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術(shù)，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經(jīng)濟中體現(xiàn)了制造業(yè)高科技化，促進了高科技產(chǎn)業(yè)和知識經(jīng)濟的發(fā)展。它是一種用于機電產(chǎn)品最優(yōu)設(shè)計的方法學(xué)。它包括4個基本學(xué)科：電氣、機械、計算機科學(xué)和信息技術(shù)。如圖1所示。

摘要：本文結(jié)合筆者的多年工作經(jīng)驗，對機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)進行了簡要的分析，并就機電一體化系統(tǒng)的幾種可靠性設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設(shè)計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性

機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學(xué))的前半部分和Electronics(電子學(xué))的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。

機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。

1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成

從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。

從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。

既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。

1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術(shù)：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

2 機電一體化的設(shè)計過程

篇3

關(guān)鍵詞：可編程序控制器;發(fā)展歷程;重要作用

前言

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械控制生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足人們對生產(chǎn)生活的需求，因此現(xiàn)代工業(yè)已經(jīng)摒棄傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，取而代之的是集成化、規(guī)模化的生產(chǎn)為模式?？删幊绦蚩刂破魇侵敢杂嬎銠C技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，并且這種新型控制模式已經(jīng)深入到了工業(yè)生產(chǎn)控制的各個模塊，可編程序控制器在機電一體化的設(shè)計中也越來越得到了廣泛的應(yīng)用，PLC的應(yīng)用也將是機電一體化設(shè)計發(fā)展的趨勢。

1.PLC的定義和發(fā)展歷程

PLC（可編程序控制器）是隨著工業(yè)發(fā)展應(yīng)運而生的一種以數(shù)字運算操作為基礎(chǔ)的電子裝置，其工作原理是采用可以編制程序的存儲器來儲存在控制器內(nèi)部的各種運算及指令，其中包括計算機技術(shù)中的順序運算、邏輯運算、算術(shù)運算等。

并通過轉(zhuǎn)換器將人們輸入指令轉(zhuǎn)換成機器能夠識別機器語言，轉(zhuǎn)換完成后將指令輸出最終達到控制機械生產(chǎn)的目的[1]。

上個世紀六十年代可編程序控制器的雛形就已經(jīng)產(chǎn)生，進入七十年代后PLC技術(shù)在國外已經(jīng)得到了發(fā)展，一些中小型的企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，全球經(jīng)濟一體化進程加快的同時，發(fā)達國家更加注重了對可編程序控制器知識產(chǎn)權(quán)的保護。對于我國PLC技術(shù)來說，沒有一個從研制開發(fā)到生產(chǎn)的過程，而是成套的設(shè)備引進來使得可編程序控制器得到廣泛的應(yīng)用。

2.PLC技術(shù)在機電一體化設(shè)計中的運用

PLC技術(shù)與其他的控制器相比，其操作更簡單、抗干擾性強、穩(wěn)定性和可靠性高?；谝陨系膬?yōu)點，使得其在化工、電子、交通、機械等工業(yè)控制領(lǐng)域的機電一體化設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 PLC技術(shù)在機電一體化設(shè)計中對運動控制的應(yīng)用

在機電一體化設(shè)計中，PLC主要是實現(xiàn)控制功能，在運動控制方面，它可以有效的控制機械的直線運動和曲線運動甚至是圓周運動。在不同的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC技術(shù)可以體現(xiàn)其不同的應(yīng)用特點，在電氣生產(chǎn)中，PLC技術(shù)可以很大程度上提升機械生產(chǎn)的性能，并可將自動化水平大大的增加。在設(shè)計運動控制的混凝土攪拌生產(chǎn)中，運用了PLC技術(shù)可以在很大程度上保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，經(jīng)過實際研究分析，PLC技術(shù)可以有效的控制機械設(shè)備故障的發(fā)生率，為生產(chǎn)減少了能源的消耗，并提高了生產(chǎn)效率[2]。

2.2 PLC技術(shù)在機電一體化設(shè)計中對數(shù)據(jù)控制的應(yīng)用

在機械加工的生產(chǎn)過程中，PLC會與計算機數(shù)據(jù)控制器組成一個整體，在控制機械加工運算方式的同時實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的控制，通過窗口軟件，技術(shù)人員可以自由的對設(shè)備間的數(shù)據(jù)進行共享并控制，從已有的PLC技術(shù)發(fā)展趨勢來看，在今后的機電一體化系統(tǒng)中，基于PLC技術(shù)的控制將會占據(jù)主導(dǎo)地位。

2.3 PLC技術(shù)在機電一體化設(shè)計中對生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用

對于PLC技術(shù)能否在機電一體化設(shè)計中勝任重要的工作，要看PLC技術(shù)能否很好的對工業(yè)生產(chǎn)中生產(chǎn)過程進行很好的控制，在控制的過程中，技術(shù)人員可以根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)系數(shù)做為判定控制是否合格的重要標準，例如電壓、電流、溫度、壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)的系數(shù)。經(jīng)過對相關(guān)數(shù)據(jù)系數(shù)的當前值和歷史值的對比可以在第一時間得知機械生產(chǎn)過程中是否出現(xiàn)了故障及差錯，從而保證生產(chǎn)的效率和企業(yè)的經(jīng)濟效益。在機械控制方面，PLC技術(shù)應(yīng)用最廣泛的控制方式就對生產(chǎn)過程控制[3]。

3.PLC技術(shù)在機電一體化設(shè)計中應(yīng)用實例

3.1 PLC技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC技術(shù)在各個領(lǐng)域的到了廣泛的應(yīng)用，例如供水控制系統(tǒng)。隨著城市居民對供水的大量需求，供水管網(wǎng)的流量必須要隨用水量的變化而隨機變化才能滿足人們不同時間段對水量需要，傳統(tǒng)的控制方式不能夠控制的相對準確。因此水務(wù)企業(yè)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用了PLC技術(shù)。PLC技術(shù)可以保證管網(wǎng)的壓力變化不會因為水量的變化而對供水系統(tǒng)產(chǎn)生影響。其工作原理為：當供水設(shè)備啟動后其中一臺水泵在控制器的控制下設(shè)定一定的速率升速運行，運行一段時間后，管網(wǎng)壓力不斷升高以后，可以將當電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在某一值，當用水量增大時電機轉(zhuǎn)速可以隨著水量的增加提高到一個新值并穩(wěn)定。經(jīng)過控制器的一些列控制可以在一定程度上減少供水過程中的資源浪費，還可以保證供水管道不會因為供水壓力的不規(guī)律而產(chǎn)生的損害。

3.2 PLC技術(shù)在閘門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

我國大多數(shù)的水庫閘門控制仍然采用的是相對陳舊串阻啟動控制柜，由于近些年技術(shù)和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，串阻啟動控制柜已經(jīng)不能體現(xiàn)其控制優(yōu)勢，相反的在串阻啟動控制柜越來越展現(xiàn)了其接線工藝復(fù)雜、設(shè)備占地面積大的劣勢。相關(guān)技術(shù)人員對原有系統(tǒng)的工作原理進行認真研究和現(xiàn)場實際考察，考察結(jié)果發(fā)現(xiàn)運用PLC技術(shù)的 控制器不僅可以改善原有控制器的缺點，還能使閘門升降過程中的動作更加簡單，方便操作。其工作原理很簡單，只需保證抱閘與電機同步運行

并同時監(jiān)測變頻器故障等信號，將內(nèi)部指令結(jié)合閘位傳感信號做成控制軟件即可。

4.結(jié)語

經(jīng)過本文以上的研究和論證分析，筆者可以得出以下結(jié)論，在機械控制領(lǐng)域PLC已經(jīng)展現(xiàn)了其優(yōu)勢，并為機電一體化設(shè)計做出了貢獻，但是在現(xiàn)實的成產(chǎn)生活中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)可編程序控制器的強大功能，發(fā)揮真正的作用，還需要大家做進一步的努力，首先應(yīng)該深入的了解控制器所控制的對象，其次應(yīng)該將PLC技術(shù)科學(xué)合理的應(yīng)用在機電一體化設(shè)計中。近年來我國機電一體化成為工業(yè)發(fā)展新亮點，隨著我國工業(yè)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的趨勢，PLC已經(jīng)展現(xiàn)了其強有力的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展空間，并且將會為我國的機電一體化進程做出巨大的貢獻。

參考文獻：

[1]武文佳，丁廣鑫，趙明艷，等.基于Solid Works&LabVIEW的虛擬原型機電一體化設(shè)計技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué)，2012.

篇4

機電一體化異地設(shè)計活動中的產(chǎn)品建模問題,需要采取統(tǒng)一處理手段,特別是在端口多能量集成組件模型范圍下,可以運用六元組形式加以清晰表述;而多能量端口則選用五元組加以表述。按照客觀層面審視,端口變量包含廣義速度與力變量元素,兩者乘積即為功率量,不同組件之間會借用端口實施能量、信號交換。參數(shù)化集合模型,如液壓系統(tǒng)、機械等都必須展現(xiàn)物理形式且保留一定質(zhì)量,安裝過程中仍須界定運動、散熱問題,主要是因為任何組件不論結(jié)構(gòu)形式或是功能行為,都必須利用幾何、裝配模型綻放,實際上就是運用系統(tǒng)可視化特征完成虛擬原型改造任務(wù)。再就是由于不同能量域的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在此情況下參數(shù)化建模方法應(yīng)保留一定特征,并且利用紋理、材質(zhì)等三維建模技術(shù),使得模型逼真之外更保留結(jié)構(gòu)簡潔性特征。機電一體化系統(tǒng)多能量域集成組件就是聯(lián)合形狀特征、約束零件模型進行裝配,針對不同部件幾何形態(tài)進行建模,包括不同剛性、可變性零件等;同時采取參數(shù)化約束模型和聯(lián)結(jié)特征模型,針對不同聯(lián)結(jié)裝配關(guān)系實施建模改造,包括機械靜聯(lián)結(jié)等,進而建立整個機電一體化系統(tǒng)的可視化虛擬原型架構(gòu)。

2機電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計多能量域集成仿真技術(shù)解析

結(jié)合早期設(shè)計經(jīng)驗分析,有關(guān)產(chǎn)品功能需求與工作原理需要得到進一步重視,所以在設(shè)計計算期間應(yīng)該針對系統(tǒng)內(nèi)部組件形態(tài)加以簡化,包括線性近似、阻尼剛性影響忽略等。目前設(shè)計精確度不斷提升,有關(guān)CAD、行為、配置模型逐步完善;現(xiàn)實中系統(tǒng)中組件主要采用實際模型搭配,其間有必要針對系統(tǒng)實際性能指標加以預(yù)測。因為非線性、時變、離散等實際情況都要考慮在內(nèi),涉及傳遞函數(shù)形式開始不再適用,數(shù)值求解便成為唯一出路。需要特別注意的是,透過產(chǎn)品模型中推導(dǎo)出如果所有組件的行為模型都已知,則根據(jù)系統(tǒng)的配置模型,利用Mapple等工具包可以進行符號求解。但由于整個開發(fā)項目參與者之間存在競爭合作并重關(guān)系,這便導(dǎo)致系統(tǒng)組件行為模型的形式多樣性,包括HDL、XML等可執(zhí)行代碼及其他MDL等。這時可將系統(tǒng)組件模型進行封裝,通過提供封裝器的標準API接口,可以開發(fā)出各種系統(tǒng)組件模型的封裝器。利用封裝器可以實現(xiàn)基于配置的多能量域集成聚臺仿真改造。在此基礎(chǔ)上,如果利用CORBA/JAVA/XML/Web技術(shù),則可實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計的分聚臺仿真目標。此外,基于XML的多能量域集成產(chǎn)品建模機電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計的演化過程對組件的可演化性提出了很高的要求。就是在設(shè)計的早期階段,強調(diào)組件的功能需求及性能、結(jié)構(gòu)與形狀方面的約束,此時主要定義復(fù)合組件的接口、配置模型、附加的約束;而在設(shè)計的后期階段,強調(diào)組件在系統(tǒng)中的裝配關(guān)系、端口連結(jié)關(guān)系以及組件內(nèi)部各能量域內(nèi)的行為屬性參數(shù)件是否滿足設(shè)計需求,此時需要詳細定義組件的端口模型、配置模型、行為模型、幾何模型、關(guān)聯(lián)模型、約束模型。需要特別注意的是,整個開發(fā)項目中,任何參與者之間都存在競爭、合作關(guān)系,這便令行為組件模型樣式更加豐富多樣,如XML、可執(zhí)行代碼等,此時技術(shù)人員可考慮進行組件模型封裝處理,并透過封裝器標準化API接口實現(xiàn)配置多能量域集成聚合仿真操作目標。

3結(jié)語

篇5

關(guān)鍵詞:機電一體化 系統(tǒng) 目標 實現(xiàn)

中圖分類號:TH-39 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(b)-0106-01

機電一體化起源于上世紀八十年代的日本,它融合了機械、自動控制、伺服傳動、電子、信息處理、傳感檢測、系統(tǒng)總體等多種技術(shù),并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。它不是上述技術(shù)的簡單疊加,而是在從系統(tǒng)理論出發(fā)根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標,對各組成部分及其間的信息處理,接口耦合,運動傳遞,物質(zhì)運動,能量變換進行研究,組成有機的系統(tǒng),集成各種技術(shù),并在系統(tǒng)軟件程序和微電子的有序控制信號的作用下,使物質(zhì)和能量形成有規(guī)律運動的軌跡,在多功能性、高精度、高安全性、高可靠性、低能耗等諸多方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能融合成最優(yōu)效果的系統(tǒng)工程技術(shù)。

1 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標

機電一體化系統(tǒng)的總體目標就是中和利用機械、電子、信息、控制等各種相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢,使系統(tǒng)的效果最優(yōu)化,從而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟和社會效益。具體可以分為以下幾條。

1.1 提高系統(tǒng)的精度

機電一體化系統(tǒng)采用了大量的電子裝置來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械傳動裝置,消除了原來的機械損耗、彈性形變所引起的誤差,簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),采用電子裝置實現(xiàn)自動檢測和控制,從而縮小了動態(tài)誤差,使工作精度得到大幅度的提升。

1.2 增強系統(tǒng)的功能

由于采用了多種新型的技術(shù),從而使傳統(tǒng)的機械裝置擁有了電氣產(chǎn)品的功能,比如系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展,在自動控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)和動力學(xué)等新思想、新方法,模擬人類的功能,使它具有自動判斷、邏輯推理、自主決策等能力,以求獲得更高的控制性能。使原來的機械裝置,擁有了人工智能的功能。

1.3 提高系統(tǒng)的安全行和可靠性

機電一體化系統(tǒng)由于采用了多種新型的技術(shù),從而使系統(tǒng)具有自動檢測的功能,當運行的設(shè)備中出現(xiàn)潛藏的故障時,系統(tǒng)可以實時進行在線檢測和修復(fù),從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1.4 降低能耗、節(jié)約能源

機電一體化系統(tǒng)采用了一些低能耗的電子裝置,有些裝置的材料是可以重復(fù)利用的,這些綠色材料在使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報廢后還能回收利用。這些低能耗的裝置在使用的過程中節(jié)約了能源,符合現(xiàn)在建設(shè)資源節(jié)約型社會的要求。

1.5 提高效率、降低成本

由于使用了機電一體化系統(tǒng),在產(chǎn)品的研發(fā)過程中,縮短了準備時間,減少了產(chǎn)品的開發(fā)時間,使不合格產(chǎn)品的數(shù)量大大減少,提高了生產(chǎn)效率,降低了成本。在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,機電一體化系統(tǒng)可以使用計算機、數(shù)控機床等輔助設(shè)備,把人們從一些復(fù)雜、危險的勞動環(huán)境中解放出來,同時生產(chǎn)過程又可以實現(xiàn)過程控制,提高了生產(chǎn)效率。

1.6 簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的產(chǎn)品大都采用笨重的電氣結(jié)構(gòu)和機械變速裝置,這不但阻礙了生產(chǎn)的效率,而且也增加了系統(tǒng)的體積和重量,在使用和維護的過程中帶來了諸多的不便?，F(xiàn)在采用微電子和集成電路構(gòu)成的系統(tǒng),不但大幅提高了生產(chǎn)的效率,還減小了系統(tǒng)的體積,簡化了結(jié)構(gòu),減輕了重量。

1.7 降低了產(chǎn)品的價格

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展,新型的電力電子器件層出不窮,新的生產(chǎn)工藝不斷出現(xiàn),而且電子器件的價格也在不斷地下降,電子器件日益平民化,極大地擴展了使用的范圍。而且功能越來越完善,維護越來越方便,使用壽命在不斷地延長。所有這些因素相加導(dǎo)致產(chǎn)品的價格在不斷地下降,從而反過來擴大其應(yīng)用范圍。

1.8 增加特殊的應(yīng)用功能

隨著用戶對產(chǎn)品要求的多樣性,系統(tǒng)可以通過軟件編程或者是數(shù)控加工中心等來實現(xiàn)客戶的產(chǎn)品的特殊要求,生產(chǎn)出個性化的產(chǎn)品,使其滿足用戶的要求及不同現(xiàn)場的需求。系統(tǒng)對這些功能的實現(xiàn),形成了控制系統(tǒng)的智能化的發(fā)展趨勢。

2 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)方法

2.1 機電互補法

機電互補法也就是我們常說的取代法,這種方法的特點是:為了逆補傳統(tǒng)機械裝置或者子系統(tǒng)的不足,而采用新型的電子元件來代替機械裝置。該方法就是改造舊產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品或?qū)υ到y(tǒng)進行技術(shù)改造常用的方法,也是改造傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的常用方法。比如用電氣調(diào)速系統(tǒng)取代機械式變速結(jié)構(gòu)等。

2.2 融合法

融合法就是將具有一定功能的部件或者子系統(tǒng)按照他們的功能有機的融合在一起,構(gòu)成一些具有更高性能的系統(tǒng)。比如激光打印機的激光掃描鏡,它就是電機的轉(zhuǎn)子軸,這是執(zhí)行元件和執(zhí)行機構(gòu)融合的一個具體實例。機電一體化系統(tǒng)強調(diào)技術(shù)的融合和學(xué)科的交叉作用,各單元相互輔助、相互促進、相互提高,使整體的功能遠大于各單元的簡單相加。

2.3 組合法

組合法就是將融合法所形成的標準功能部件或者子系統(tǒng),按照功能分類,采用搭積木的方式組合成各種機電一體化系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品的種類繁多,生產(chǎn)廠家眾多,他們的產(chǎn)品也就五花八門,導(dǎo)致使用時不能通用,無形中浪費了大量的資源,因此,研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、通信接口、控制接口的機電一體化系統(tǒng)單元子系統(tǒng)就顯得尤為重要。比如研制集減速、智能調(diào)速、電機控制于一身的動力單元模塊,具有遙感、圖像處理、路徑識別等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置。利用這些標準單元模塊就可以迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品,同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這樣可以節(jié)約生產(chǎn)的成本,也便于后期的維修和護理。

3 結(jié)語

綜上所述,機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是一項非常復(fù)雜的工程,不是單一部門能夠獨自完成的,它需要眾多行業(yè)合作才能實現(xiàn)。在設(shè)計系統(tǒng)時,應(yīng)根據(jù)機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點來確定電氣參數(shù),綜合運用多學(xué)科知識,充分體現(xiàn)機電一體化的優(yōu)越性。

參考文獻

[1] 武藤一夫.機電一體化[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

篇6

根據(jù)機電一體化人才培養(yǎng)方案和本專業(yè)的課程設(shè)置，研究改革課程設(shè)計大綱基本要求。根據(jù)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，課題的方向主要分為兩大方向進行選擇：一類題目主要針對應(yīng)用能力培養(yǎng)，把本專業(yè)的知識進行有機的綜合，提高學(xué)生的綜合實踐能力；另一類題目主要針對創(chuàng)新能力培養(yǎng)，結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計大賽相關(guān)題目，把本專業(yè)的知識進行創(chuàng)新性應(yīng)用，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力。普通型課程設(shè)計題目1）向?qū)W生征集。在課程中學(xué)生擁有與課程設(shè)計相關(guān)的好想法，可以展開討論，要求對其方案進行分析，符合課程設(shè)計要求的，教師根據(jù)其內(nèi)容下達課程設(shè)計的任務(wù)。實踐證明，對自己提供方向的題目，學(xué)生的積極性會很強。2）選擇典型機電一體化產(chǎn)品讓學(xué)生進行設(shè)計，結(jié)合學(xué)生的實力進行選取，同時與本專業(yè)的專業(yè)方向盡可能的相關(guān)，開發(fā)學(xué)生的潛能。比如數(shù)控方向的學(xué)生，可以選擇數(shù)控車床工作臺二維運動伺服進給系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進給系統(tǒng)設(shè)計等，為未來職業(yè)發(fā)展打下好的基礎(chǔ)。3）學(xué)習(xí)借鑒其他學(xué)校機電一體化設(shè)計的內(nèi)容，在現(xiàn)有設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)本校本專業(yè)課程設(shè)置的特點，對設(shè)計的內(nèi)容做以適當增減，以適合本專業(yè)的學(xué)生。創(chuàng)新型課程設(shè)計題目可以借鑒全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的課題[3]，其中每屆成功參與全國總決賽的作品都收錄在決賽作品選集中，由高等教育出版社出版。這里面有比較好的案例，同時作品中也存在可以改進的地方，有興趣的學(xué)生可以從中選擇與機電一體化相關(guān)的課題，提升自己的能力。在條件允許的情況下，可以做出產(chǎn)品的模型，提高學(xué)生的機電一體化能力，同時也可以為學(xué)生參加今后的機械創(chuàng)新設(shè)計大賽做準備，做到“以學(xué)促賽，以賽促學(xué)”。在專業(yè)教學(xué)中，學(xué)生經(jīng)常會困惑本專業(yè)畢業(yè)后到底有什么前途？能做什么？機電一體化課程設(shè)計教學(xué)貼近實際，能把多門專業(yè)課有機地結(jié)合起來，把枯燥的課本知識靈活地運用，極大地鼓舞了學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生對實際問題的思考，對工程實踐產(chǎn)生濃厚的興趣。堅持理論教學(xué)與實踐教學(xué)并重，可大幅提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，同時為選拔優(yōu)秀學(xué)生參加機械類學(xué)科競賽提供條件。

2課程設(shè)計的實施方式

課程設(shè)計實施方案：設(shè)計報告書是對整個設(shè)計過程的總結(jié)和提升，也是進行工程交流的重要文獻資料，通過指導(dǎo)學(xué)生撰寫課程設(shè)計報告書，培養(yǎng)學(xué)生撰寫工程技術(shù)文檔的能力。對設(shè)計說明書的撰寫，提出如下要求：1）嚴禁課程設(shè)計報告抄襲，基本工作獨立完成；2）根據(jù)任務(wù)書能提出合理的設(shè)計方案和機構(gòu)的工作原理；3）設(shè)計要符合國家標準，學(xué)會使用設(shè)計手冊、專業(yè)術(shù)語、專業(yè)名詞規(guī)范；4）設(shè)計圖圖紙規(guī)范，符合設(shè)計說明書的要求，不照抄手冊和案例，設(shè)計參數(shù)與圖紙相一致；5）學(xué)會使用專業(yè)相關(guān)軟件，對設(shè)計的機械機構(gòu)和控制部分進行分析和仿真，是驗證設(shè)計正確的有效手段之一；6）課程設(shè)計配備了一些實際的零部件可供學(xué)生設(shè)計使用，以及基本的控制電路，學(xué)生要具備一定的實踐操作能力，掌握器件的選擇與焊接，會進行程序的編寫，掌握系統(tǒng)故障的檢測與維修能力。課程設(shè)計采用分組式進行，每個小組3～5人，視工作量而定。課題難度較大可以分五人，原則上一般三人為一組。每個小組在規(guī)定的時間完成基本要求，每個學(xué)生都要參與該組課程設(shè)計答辯，通過問題了解學(xué)生在課程設(shè)計中所做的主要工作，檢查有無抄襲情況、有無坐享其成的學(xué)生，結(jié)合設(shè)計報告書的撰寫質(zhì)量和實際所做的產(chǎn)品質(zhì)量進行綜合評定。

3實施效果

通過在重慶大學(xué)機械電子工程專業(yè)的實踐，在機械電子工程專業(yè)中開設(shè)機電一體化課程設(shè)計，已基本摸索出培養(yǎng)機電復(fù)合型技術(shù)人才的規(guī)律。普通型題目實現(xiàn)機電融合、知識整合理論教學(xué)與工程實踐并重。由于在教學(xué)中缺乏機電知識綜合運用能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，學(xué)生在學(xué)習(xí)了機械設(shè)計、機械制造和電子技術(shù)、計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)等基礎(chǔ)課程后，不能很好地將機、電的知識融會貫通，大多數(shù)學(xué)生也只是了解基本的機電設(shè)備的基本功能，在系統(tǒng)運用中存在問題，在機電一體化系統(tǒng)的綜合設(shè)計方面存在不少困難。通過開設(shè)機電一體化課程設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過理論設(shè)計與實際操作，比如數(shù)控工作臺進給系統(tǒng)的設(shè)計，從電機、聯(lián)軸器、絲杠、導(dǎo)軌的設(shè)計到型號的選擇、控制單片機的設(shè)計與仿真，最終實現(xiàn)數(shù)控工作臺進給系統(tǒng)的裝配與調(diào)試。機電一體化課程設(shè)計對學(xué)生的理論知識與實踐緊密地連接起來，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。創(chuàng)新型題目為學(xué)生參加機械創(chuàng)新競賽做了鋪墊通過課程設(shè)計，為機械學(xué)科學(xué)生參加如全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽做了鋪墊。在第六屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽（重慶賽區(qū)）中，學(xué)生榮獲重慶賽區(qū)一等獎一項、二等獎一項。其中，“幻顯黑板”作品獲得國家專利。該作品包括了框架的設(shè)計、傳動系統(tǒng)布置，控制系統(tǒng)采用單片機控制，執(zhí)行元件有步進電機、直流電機、電磁離合器、電磁制動器、光電編碼器等器件。本次參賽作品充分運用機電一體化技術(shù)，機電一體化課程設(shè)計改革效果顯著。

4結(jié)語

篇7

關(guān)鍵詞：高職；機電；一體化模塊

一、一體化模塊教學(xué)概述

一體化教學(xué)模式是指在企業(yè)里學(xué)習(xí)實際操作和在職業(yè)學(xué)校學(xué)習(xí)理論知識平行進行，是企業(yè)訓(xùn)練與學(xué)校教育密切結(jié)合起來。接受雙元制職業(yè)教育的學(xué)生，70%的時間在企業(yè)，30%的時間在學(xué)校。一體化教學(xué)是順應(yīng)當前職業(yè)技術(shù)教育發(fā)展而產(chǎn)生的一種教學(xué)模式，理論一實踐一體化，即將課堂教學(xué)搬到實際操作室，把理論教學(xué)與實際操作融為一體，通過一體化教師的講解、演示、巡回輔導(dǎo)等教學(xué)手段，讓學(xué)生通過聽、看、練等手法全面調(diào)動大腦的學(xué)習(xí)動機，使學(xué)生更快，更牢固地掌握所學(xué)知識。其主要特征是強調(diào)學(xué)生參與教學(xué)全過程，強調(diào)學(xué)生互相合作解決實際問題，強調(diào)以模塊為基礎(chǔ)的經(jīng)驗性知識培養(yǎng)。一體化模塊教學(xué)模式要求理論教學(xué)與實踐教學(xué)內(nèi)容的一體化，課程以模塊的形式組織，教師在知識、技能、教學(xué)能力上的一體化，同時還包含教學(xué)場所的一體化、教材教案的一體化、教學(xué)組織過程的一體化。

（一）機電一體化模塊教學(xué)的內(nèi)涵

一體化模塊教學(xué)模式要求理論教學(xué)與實踐教學(xué)內(nèi)容的一體化，課程以模塊的形式組織，教師在知識、技能、教學(xué)能力上的一體化，同時還包含教學(xué)場所的一體化、教材教案的一體化、教學(xué)組織過程的一體化。因此，一體化模塊教學(xué)絕不是理論教學(xué)和實習(xí)教學(xué)在形式上的簡單組合，而是從學(xué)生技能技巧形成的認知規(guī)律出發(fā)，實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合。

通過一體化模塊教學(xué)，實現(xiàn)了理論和實踐的高度統(tǒng)一，教學(xué)更加直觀、更加易學(xué)，突出操作技能的訓(xùn)練，使學(xué)生既具備必要的理論知識，又具備熟練的操作技能，還具有較強的發(fā)展?jié)撃?，學(xué)生畢業(yè)后能很快適應(yīng)生產(chǎn)崗位，體現(xiàn)技工學(xué)校教育的特色，為社會輸送高素質(zhì)的技能型人才。

（二）機電一體化模塊教學(xué)的基本特征

一體化模塊教學(xué)具有很多明顯的特征，它與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比較主要具有職業(yè)定向性，情境性，互動性，實用性，高效性等基本特征。

1.職業(yè)定向性

一體化模塊教學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)與專業(yè)培養(yǎng)目標的一致性。一體化模塊教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容是以模塊的形式來劃分的，它不僅能滿足學(xué)校教學(xué)大綱的要求，還能根據(jù)實際情況與企業(yè)生產(chǎn)實踐相對應(yīng)，有的甚至可以與工作崗位相吻合，因此課程的職業(yè)定向性十分明確。一體化模塊教學(xué)的教學(xué)形式，以及課程內(nèi)容都體現(xiàn)出很好的職業(yè)定向性。

2.情境性

一體化模塊教學(xué)把理論教學(xué)與技能訓(xùn)練融為一體，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過對課程，對生產(chǎn)，對社會實踐創(chuàng)設(shè)有挑戰(zhàn)性的問題情境，實現(xiàn)教學(xué)與現(xiàn)實情境的溝通與融合。一體化模塊教學(xué)能使學(xué)生在真實的現(xiàn)場來感知所學(xué)的內(nèi)容，能在現(xiàn)實的操作過程中學(xué)習(xí)專業(yè)技能知識，進一步理解消化專業(yè)理論知識。

3.互動性

一體化模塊教學(xué)的學(xué)習(xí)不是既定的，而是動態(tài)變化的，是由模塊教學(xué)內(nèi)容和研究方式交互作用而生成的。一方面，學(xué)習(xí)者不斷地從模塊課程內(nèi)容中感知、提取信息，進行“交互”，正確理解事物運動狀態(tài)與規(guī)律的表征，形成自己的心智結(jié)構(gòu)；另一方面，不同學(xué)習(xí)者具有不同的經(jīng)驗世界，從而對某個問題有不同的看法，通過相互爭辯，討論，交流，實踐，共同解決問題，可以形成更豐富、深刻的理解，從而獲取更多的知識與經(jīng)驗。

4.實用性

“一體化模塊教學(xué)”可以實現(xiàn)理論與實踐的一體化，課程內(nèi)容是經(jīng)過教師反復(fù)篩選編制的，課程內(nèi)容的深度和廣度以實際工作需要為尺度的，課程重點在于職業(yè)技能的學(xué)習(xí)和養(yǎng)成，突出“寬基礎(chǔ)”和“雙融合”的原則。一體化模塊教學(xué)的課程以能力為導(dǎo)向，能合理的處理專業(yè)基礎(chǔ)知識與專業(yè)技能之間的關(guān)系，產(chǎn)學(xué)結(jié)合，突出實踐，從而形成連貫的、全面的、完整的教學(xué)體系，具有很強的實用性。

5.高效性

“一體化模塊教學(xué)"的課程設(shè)置打破了原有課程的模式，對知識和技能體系重新組合，刪除了那些交叉重復(fù)的內(nèi)容，可以有效的避免講授知識的重復(fù)和理論實訓(xùn)課程的脫節(jié)，使學(xué)生的專業(yè)知識學(xué)習(xí)和專業(yè)技能的掌握相輔相承。

二、確立機電專業(yè)一體化教學(xué)采取的措施

（一）機電理論和實踐一體化教學(xué)體系

樹立綜合職業(yè)能力的課程觀，確立適合地域經(jīng)濟發(fā)展的機電專業(yè)的培養(yǎng)目標現(xiàn)代職業(yè)教育課程觀的主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，課程目標由“知識主體”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生主體”。教學(xué)目標是學(xué)生個體以及他們心理和行為的變化。為此要研究學(xué)生的認識和學(xué)習(xí)規(guī)律，要使學(xué)生的各種學(xué)習(xí)任務(wù)與學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律保持一致。第二，教育導(dǎo)向要逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌髽I(yè)專家導(dǎo)向”。傳統(tǒng)的課程的設(shè)計通常由教育部門來決定，由于角色和角度的約束，課程往往側(cè)重學(xué)科知識的系統(tǒng)性，易脫離市場實際。一體化本位課程則要求更多地聽取、吸收、采納機電行業(yè)專家們的意見和建議，以更好地把握職業(yè)崗位現(xiàn)在和將來對從業(yè)人員的能力要求。第三，綜合職業(yè)教育能力課程的中心是學(xué)生，教師將成為學(xué)習(xí)的促進者和組織者。為適應(yīng)個體差異，學(xué)生可以有不同的課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)進度。

（二）構(gòu)建一體化實訓(xùn)教學(xué)場所

（1）在實訓(xùn)基地仿真實訓(xùn)。校內(nèi)實訓(xùn)基地應(yīng)滿足機電仿真實訓(xùn)f的需要，加大軟、硬件設(shè)施投入，再造校內(nèi)實習(xí)、實訓(xùn)真實工作場景，使學(xué)生在校內(nèi)基地進行仿真實踐，切實培養(yǎng)其職業(yè)素養(yǎng)和技能。機電專業(yè)教師進行相應(yīng)實訓(xùn)指導(dǎo)，實現(xiàn)職業(yè)技能與職業(yè)素養(yǎng)一體化培養(yǎng)。

（2）在校外實訓(xùn)基地現(xiàn)場實訓(xùn)。校外實訓(xùn)基地主要是企業(yè)，為高職院校學(xué)生提供包括基本技能和綜合能力兩方面的真實的實踐環(huán)境。由于學(xué)生在校外實訓(xùn)基地是頂崗培訓(xùn)，在各個實訓(xùn)項目中均安排了技能訓(xùn)練。通過有關(guān)設(shè)備及工具的使用，掌握本專業(yè)儀器設(shè)備的操作技能并熟悉其原理、結(jié)構(gòu)和性能等，為學(xué)生今后工作打下基礎(chǔ)。另外，學(xué)生在實習(xí)期間不僅能取得實際工作經(jīng)驗，還能培養(yǎng)團隊協(xié)作精神、群體溝通技巧、組織管理能力和領(lǐng)導(dǎo)藝術(shù)才能等個人綜合素質(zhì)。

參考文獻：

[1]陶曉峰.高職機電實訓(xùn)一體化教學(xué)改革研究.南昌大學(xué)，2010-2

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關(guān)鍵詞：機電一體化；執(zhí)行元件；方案設(shè)計

機電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展使得機構(gòu)在實現(xiàn)原理和組成內(nèi)容等方面有了突破性的進展，發(fā)展成為具有更廣泛意義的廣義執(zhí)行機構(gòu)。廣義執(zhí)行機構(gòu)是由是驅(qū)動元件與執(zhí)行件(或執(zhí)行機構(gòu))組成的可控執(zhí)行機構(gòu)，是機電一體化系統(tǒng)的核心。廣義執(zhí)行機構(gòu)最主要的特點就是可控性，它的輸出運動是由機構(gòu)參數(shù)和輸入函數(shù)共同決定的，改變控制程序就可使同一機構(gòu)系統(tǒng)實現(xiàn)不同需要的輸出運動或改進機構(gòu)的運動和動力參數(shù)，因此廣義執(zhí)行機構(gòu)具有傳統(tǒng)機構(gòu)無可比擬的優(yōu)越性和更大的設(shè)計空間。電動機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，可以說是現(xiàn)在世界上使用最普遍的裝置，如果沒有電機這樣的裝置，我們甚至無法想象我們這個世界會是什么樣子。但原始的電機的功能卻是單一的，就是接受電流以后轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)數(shù)是恒定的，然而，人們對生產(chǎn)、生活的速度要求卻是多種多樣的，由它帶動的機械對轉(zhuǎn)數(shù)的要求也是多種多樣化。

一、總體方案設(shè)計思路

1．總體設(shè)計要求

蓋板能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的打開及關(guān)閉是實現(xiàn)遠程操控系統(tǒng)在各種惡劣環(huán)境下可靠地執(zhí)行勤務(wù)和值守任務(wù)的保障，也是遠程操控系統(tǒng)實現(xiàn)從勤務(wù)狀態(tài)到戒備值守狀態(tài)快捷、可靠、準確轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。因此，為使此機電一體化執(zhí)行元件在遠程操控的各種工作狀況下均能可靠地工作，其總體設(shè)計應(yīng)滿足如下要求：(1)應(yīng)保證蓋板在關(guān)閉狀態(tài)下，密封可靠．具有防雨、防潮、防鹽霧侵入等功能，并且使關(guān)閉后的蓋板結(jié)構(gòu)牢同，具有防盜、防撬和防撞擊功能。保證此機電一體化執(zhí)行元件在承受較大的外力撞擊后，仍能正?？煽康毓ぷ?，蓋板仍能正常、輕松地開啟。(2)蓋板的開啟和關(guān)閉應(yīng)平穩(wěn)、可靠、快捷，并可同時實現(xiàn)自動扁閉和應(yīng)急人工手動啟閉。具有機電聯(lián)動互鎖功能，保證自動啟閉可靠、準確，手動扁閉輕松、方便，不誤動，不鎖死。(3)此機電一體化執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊、體積小、重量輕，以便于在整個系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)布置。(4)所控制的蓋板在開啟位置同樣應(yīng)保持鎖定狀態(tài)，并能保證在承受高頻、強沖擊載荷作用下不致松脫，從而造成誤關(guān)閉的現(xiàn)象。

根據(jù)以上總體設(shè)計的要求，初步設(shè)想蓋板采用骨架式蒙皮結(jié)構(gòu)，為防止盜撬并適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，蓋板的啟閉門軸以及啟閉用機電器件在蓋板關(guān)閉的狀態(tài)下均應(yīng)藏在平臺本體的內(nèi)側(cè)。蓋板關(guān)閉的鎖定裝置考慮采用具有防盜撬功能，能同時承受縱橫向載荷的卡板式機械電子雙控互鎖式門鎖，要求門鎖在蓋板承受較大的撞擊后，仍不失效且能正常開啟。另外，卡鎖裝置應(yīng)與蓋板自動啟閉驅(qū)動和傳動裝置實現(xiàn)聯(lián)動。當采用電子開鎖時，應(yīng)在開鎖同時，接通驅(qū)動電機和電磁離合器，使蓋板自動啟閉。而當采用機械開鎖時，則應(yīng)切斷驅(qū)動電源并使離合器分離。

2．機電一體化執(zhí)行元件組成和接口

本文所研究的機電一體化執(zhí)行元件主要分為三個部分：機械部分、電驅(qū)動執(zhí)行部分、信號檢測及控制部分，機械部分主要包括蓋板、滑軌、減速器、絲杠等構(gòu)件。電驅(qū)動執(zhí)行部分主要包括驅(qū)動電機、電磁離合器以及卡鎖電磁鐵等構(gòu)件。信號檢測及控制部分主要有單片機、各傳感器及數(shù)據(jù)傳輸總線組成。機械部分和電驅(qū)動執(zhí)行部分完成整個過程巾的運動和能屠傳遞，信號檢測及控制部分負責(zé)監(jiān)測和接收蓋板的狀態(tài)信號，對數(shù)據(jù)和信息進行存儲、變換等處理，并發(fā)送指令給驅(qū)動電路，以完成規(guī)定動作。

二、各組成部分方案設(shè)計

1．機械傳動部分設(shè)計

本機電一體化執(zhí)行元件的傳動機構(gòu)主要由電機、減速機構(gòu)、離合器和絲杠等組成。通過驅(qū)動電機，經(jīng)減速器帶動絲杠轉(zhuǎn)動，然后再通過與之配合的螺母把絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)樯w板的平行運動，從而控制蓋板的打開與關(guān)閉。減速器采用齒輪減速，主要是考慮其體積小，重量輕，傳遞轉(zhuǎn)矩大，并且啟動時轉(zhuǎn)動慣量較小。采用滾珠絲杠主要是考慮其傳動比大，軸向推力大，可使蓋板肩閉輕松方便，另外，滾珠絲杠為非自鎖絲柙，其傳動具有可逆性，當位于減速器與滾珠絲杠之間的離合器脫離時，蓋板町采用手動啟閉，而不會由于傳動鏈逆向自鎖而卡死。

2．機電一體化執(zhí)行元件工作流程分析

此機電一體化執(zhí)行元件要實現(xiàn)遠程控制，通過操作上位機發(fā)出指令來控制遠程的電機正反轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)來控制蓋板的打開和關(guān)閉。并通過檢測裝置檢測蓋板的位置和工作情況，并把蓋板的工作狀態(tài)反饋給上位機。在本機電一體化執(zhí)行元件中主要是對蓋板打開以及閉合的控制、卡銷電磁鐵和電磁離合器的控制。經(jīng)過各方面的考慮，其中包括成本的考慮，選擇采用位置控制的方式。通過對被控對象位置的檢測達到系統(tǒng)控制的目的。蓋板開啟至工作位置時的鎖定可采用常閉式電磁鐵控制鎖定銷的運動來實現(xiàn)。在開啟位置卡鎖電磁鐵斷電將蓋板鎖定。而要將蓋板關(guān)閉時，電磁鐵工作，蓋板解鎖，即可在動力驅(qū)動下關(guān)閉。蓋板的鎖定機構(gòu)要同時具有手工解鎖功能，以備手動啟閉蓋板之需。

三、信號檢測與控制部分方案設(shè)計

在蓋板平臺的控制系統(tǒng)中，單片機控制器通過CAN總線可以從上位機獲得控制指令和運動數(shù)據(jù)，控制器輸出的控制信號，經(jīng)電機驅(qū)動器處理后控制直流電動機，從而控制蓋板的運動。主控模塊作為控制系統(tǒng)的核心部分對此機電一體化執(zhí)行元件進行統(tǒng)一安排和調(diào)度，它通過分析監(jiān)控平臺傳送的控制指令、系統(tǒng)狀態(tài)和全局環(huán)境信息，規(guī)劃蓋板運動的軌跡并完成相應(yīng)的運動控制?？刂撇糠謱崿F(xiàn)的功能：(1)實現(xiàn)蓋板的開關(guān)動作：在單片機的作用下，控制電機實現(xiàn)蓋板的開關(guān)動作。(2)實現(xiàn)微機軟件控制蓋板：利用計算機的軟件實現(xiàn)單片機與上位機的通信，完成蓋板的開關(guān)動作。其中系統(tǒng)的主要部分就是單片機控制外部電機的轉(zhuǎn)動以及單片機和上位計算機的通信。這兩個功能正是單片機系統(tǒng)中常用的關(guān)鍵技術(shù)，本論文在后面的章節(jié)中將會著重介紹這兩個方面的功能。此系統(tǒng)具有以下特點：(1)使用方便：體積小，重量輕，不占用太多的空間。(2)操作簡單：操作人員通過遠程計算機實現(xiàn)蓋板的開關(guān)動作。(3)程序簡單：無論是計算機還是單片機的程序都很簡單，不占用太多的程序空間。(4)成本低：使用最為簡單的控制方案。本系統(tǒng)對蓋板的控制更加智能化，開關(guān)過程更加可控化，可以利用一個單片機控制多個蓋板的開關(guān)動作。甚至可以通過微機和單片機的連接，在用戶的可視化窗口上隨時控制蓋板的開關(guān)，從而形成一個較為智能的蓋板控制系統(tǒng)?；趩纹瑱C的蓋板檢測與控制系統(tǒng)可以分為：(1)微機及控制軟件：提供用戶微機程序界面，并將用戶對蓋板的操控轉(zhuǎn)化為控制指令發(fā)送到下位機。(2)單片機控制單元：監(jiān)測和接收外部狀態(tài)信號，并發(fā)送指令給驅(qū)動電路，控制蓋板的開關(guān)。(3)驅(qū)動電路：驅(qū)動蓋板的電機動作，帶動傳動機構(gòu)實現(xiàn)蓋板的開關(guān)。(4)檢測部分：利用傳感器檢測各器件的狀態(tài)，并進行反饋。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是機電一體化技術(shù)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，促使系統(tǒng)的智能化程度越來越高，并日益成為此類執(zhí)行元件發(fā)展的一大趨勢。

參考文獻：

[1]李慧君，張青，田志斌．機電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計過程模型的研究．機械設(shè)計與研究。2002，11―12

[2](日)曲澤真淵．電動機的選擇和使用方法．上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社．2006（03）

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關(guān)鍵詞：機電一體化 互動教學(xué) 實踐教學(xué) 項目教學(xué)

科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和不斷進步使機械制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化。以信息技術(shù)為代表的高新科技向機械行業(yè)的滲透，使得現(xiàn)代機電產(chǎn)品不再是單純的機械構(gòu)件，而是機械、電子、計算機等集成的所謂機電一體化產(chǎn)品[1]。社會對機械專業(yè)人才的要求越來越趨向于復(fù)合型、應(yīng)用型，因此高校教師在傳授專業(yè)知識的同時必須注重學(xué)生知識的拓展和綜合應(yīng)用。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是一門融合了機械、電子、控制等多學(xué)科的綜合性課程，對培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力以及系統(tǒng)工程意識具有重要作用。

1課程理念及體系構(gòu)建

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。本課程融合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種技術(shù)于一體，是對基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課等知識的綜合應(yīng)用，也是理論與工程實踐相結(jié)合的課程[2]。

本課程主要介紹了機電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成、執(zhí)行裝置、檢測元件、控制系統(tǒng)等內(nèi)容，各章節(jié)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[3]。第一、二章是機電一體化系統(tǒng)及設(shè)計方法的概述。第三、四章介紹各種執(zhí)行裝置和檢測元件的構(gòu)造、原理及使用方法。第五章講解控制系統(tǒng)及接口的設(shè)計。第六章是前面章節(jié)知識的綜合與應(yīng)用。

圖1 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程章節(jié)結(jié)構(gòu)圖

由于在本課程開設(shè)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機械原理、控制理論、檢測技術(shù)等相關(guān)課程，因此應(yīng)該著眼于學(xué)生綜合設(shè)計能力和系統(tǒng)工程意識的培養(yǎng)，而不只是各部分知識的簡單重復(fù)和回顧。此外，由于本課程與生產(chǎn)、生活實際緊密聯(lián)系，可以結(jié)合案例分析、討論與互動、實踐教學(xué)等多種方式開展教學(xué)活動。

2 教學(xué)方法改革

由于受傳統(tǒng)教育觀念和教學(xué)條件的限制，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程過去以教師講授為主，學(xué)生只能被動地接受，學(xué)習(xí)的主動性和積極性不能有效發(fā)揮。本文依據(jù)該課程各章節(jié)教學(xué)重點的不同，采用不同的教學(xué)方法對學(xué)生進行引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。

2.1 知識精講

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程涉及的知識面廣、綜合型強，但理論課時并不多。因此，需調(diào)整與先修課程的關(guān)系，刪減重復(fù)部分，精講內(nèi)容要少而精，重點介紹機電一體化系統(tǒng)各組成部分的原理、作用及相互聯(lián)系。理論知識講解的同時需結(jié)合案例分析，加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解。此外，還可以利用動畫、視頻等多媒體手段，幫助學(xué)生了解最新的研究成果，掌握最新的行業(yè)動態(tài)，避免教學(xué)與生產(chǎn)實際脫離。例如，在講授執(zhí)行裝置構(gòu)造及使用方法時，可以略過學(xué)生已經(jīng)重點學(xué)習(xí)過的電動機工作原理及特性，對液壓和氣動執(zhí)行裝置也只做簡單介紹，而重點比較三種執(zhí)行裝置的性能、適用范圍及應(yīng)用。通過對工件輸送系統(tǒng)的分析，學(xué)生理解氣動執(zhí)行裝置的原理以及在機電一體化設(shè)備中的作用。采用視頻資料與教師講解相結(jié)合的方式，介紹壓電、靜電、形狀記憶合金等新型執(zhí)行裝置，在開闊學(xué)生視野的同時加深其對執(zhí)行裝置的理解。

2.2 討論與互動式教學(xué)

教學(xué)過程是教師和學(xué)生以信息為載體的互動過程[4]。為了讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)中來，體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，而不是作為課堂的看客或被灌輸?shù)膶ο?，可以在知識精講的基礎(chǔ)上融入討論與互動式教學(xué)方法。教師通過本課程的重點、難點、疑點問題，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生聽課的熱情和積極性，實現(xiàn)師生互動[5]。例如，在介紹機電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成時，安排學(xué)生分組了解一種機電一體化設(shè)備，掌握其基本工作原理及組成要素，并在課堂上利用PPT、視頻資料進行講解。教師針對該設(shè)備的工作原理及過程進行提問，同組同學(xué)展開討論并進行解答。討論課氣氛活躍，學(xué)生積極性較高，達到較好的教學(xué)效果。

2.3 實踐教學(xué)

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是一門與生產(chǎn)、生活實際緊密結(jié)合的課程，因此在課堂教學(xué)之外還應(yīng)當利用已有的教學(xué)和實驗條件讓學(xué)生接觸實際的機電系統(tǒng)。在檢測與傳感器技術(shù)的授課過程中，筆者利用數(shù)控加工中心和工業(yè)機器人進行實踐教學(xué)。學(xué)生通過觀察兩種設(shè)備所使用的光電編碼器、直線光柵尺和接近開關(guān)，對傳感器的工作原理有了進一步的認識。在操縱數(shù)控機床和工業(yè)機器人的過程中，學(xué)生可以掌握傳感器在各自系統(tǒng)中的作用。此外，通過對數(shù)控機床和工業(yè)機器人所使用的交、直流電機以及液壓和氣動系統(tǒng)的介紹可以幫助學(xué)生鞏固執(zhí)行裝置部分的知識點，起到溫故而知新的作用?？傊?，實踐教學(xué)可以加深學(xué)生對知識的理解，密切知識體系間的聯(lián)系。

2.4項目教學(xué)

為了提高學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計能力和工程意識，將所學(xué)知識融會貫通，在本課程的授課過程中采用了項目任務(wù)教學(xué)的方法。項目教學(xué)是以工程實踐為導(dǎo)向，通過完成一個完整的“項目”工作而進行的實踐教學(xué)活動[6]。將本課程所涉及的知識點通過一個明確的“項目任務(wù)”布置給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，進行資料整理―系統(tǒng)方案設(shè)計―子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)―系統(tǒng)方案優(yōu)化。

全方位移動機器人設(shè)計就是適合本課程的一個較好的“項目任務(wù)”。該項目集硬件與軟件設(shè)計于一體，所涉及知識包括執(zhí)行裝置、傳感器、控制系統(tǒng)及接口電路等，對于鞏固知識、培養(yǎng)綜合設(shè)計能力具有重要作用。學(xué)生選定題目后：（1）查找相關(guān)資料了解全方位移動機器人的基本技術(shù)。此過程培養(yǎng)了學(xué)生檢索科技文獻的能力，為隨后的畢業(yè)設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。（2）確定全方位移動方案，并將機器人分為移動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感器模塊、通訊模塊等，繪制基本的硬件結(jié)構(gòu)框圖和總體的軟件流程圖。在這部分主要培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念，使其能夠從宏觀上把握全局，制訂合理且可行的方案。（3）各子系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計及實現(xiàn)。子系統(tǒng)的設(shè)計過程也是知識的掌握和應(yīng)用過程，明確的學(xué)習(xí)目的能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。（4）機器人各子系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試及方案優(yōu)化。子系統(tǒng)聯(lián)調(diào)過程必然會出現(xiàn)沖突和矛盾，如何從系統(tǒng)角度出發(fā)解決出現(xiàn)的問題并進行方案的優(yōu)化，同樣是對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和鍛煉。

通過全方位移動機器人設(shè)計這一項目，學(xué)生明確了學(xué)習(xí)的目標和任務(wù)，積極性和主動性有較大提高。在完成項目任務(wù)過程中，學(xué)生加深了機電一體化相關(guān)知識的理解，并將各部分知識融會貫通，有效培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)觀念和工程意識。此外，以團隊形式來完成任務(wù)有利于學(xué)生協(xié)作意識的培養(yǎng)及綜合素質(zhì)的提高。

3 結(jié)束語

在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程中采用知識精講、討論與互動式教學(xué)、實踐教學(xué)、項目教學(xué)等多種方法相結(jié)合的方式進行教學(xué)改革和探索。教學(xué)實踐表明幾種教學(xué)方法相結(jié)合的方式可以讓學(xué)生參與到教學(xué)活動中來，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力和工程應(yīng)用能力具有積極作用。

參考文獻

[1]楊叔子，張福潤.面向21世紀改革機械工程教學(xué)[J].高等教育研究，2000（4）：73-77.

[2]丁文政，王娟，汪木蘭.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)改革探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（3）：80-81.

[3]高森年. 機電一體化[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[4]姚蓉.談如何搞好大學(xué)教學(xué)中的課堂互動[J].中國大學(xué)教育，2008（7）：71-74.

篇10

關(guān)鍵詞： 機電一體化 系統(tǒng)設(shè)計 綜合實驗 改革實踐路徑

機電一體化課程設(shè)置的基礎(chǔ)是讓學(xué)生掌握機械系統(tǒng)的具體設(shè)計方法和設(shè)置步驟，并在此鍛煉學(xué)生的數(shù)控編程能力，但是受到新的發(fā)展形式的影響，該課程的很多弊端逐步暴露出來。如，設(shè)備只有一臺，學(xué)生多次拆裝后，設(shè)備中的很多元器件已經(jīng)被損壞，或者絲杠和導(dǎo)管出現(xiàn)不同程度的磨損，不能驗證編制程序，這將對培養(yǎng)學(xué)生動手能力起到阻礙作用，故此該教學(xué)環(huán)節(jié)需進行改革與優(yōu)化。

一、機電一體化綜合實踐設(shè)備改革的前提條件

（一）配備高素養(yǎng)的師資隊伍

由于機電一體化需要涉及機械、電工、電子等相關(guān)專業(yè)，在專業(yè)化基礎(chǔ)建設(shè)的過程中，每一個部分都要設(shè)置相關(guān)的教師開展專業(yè)化的指導(dǎo)，這是實現(xiàn)機電一體化的前提條件。同時要求機電一體化教研時和實驗室需經(jīng)多方切磋做好專業(yè)教學(xué)評定，并追蹤確立專業(yè)指導(dǎo)教師，這些教師中有專業(yè)任課教師、專業(yè)實驗教師，兼顧設(shè)備設(shè)計中的各個專項領(lǐng)域，為學(xué)生的實驗教學(xué)活動保駕護航。

（二）專業(yè)化教材編寫

機械一體化教材的編寫需要從頭開始，這是促進學(xué)生專業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。由于教材是學(xué)生獲取知識的“陣地”，好的教材能夠給學(xué)生提供更好的指導(dǎo)作用，學(xué)生根據(jù)教材的章節(jié)設(shè)置要求，能夠制訂教學(xué)計劃，并結(jié)合教材開展實驗教學(xué)活動，教學(xué)內(nèi)容涉及基本信息評定、實驗?zāi)康?、實驗任?wù)等相關(guān)的流程。

二、綜合實驗開展的特色化表現(xiàn)

（一）機電一體化產(chǎn)品

MPS即模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)，是德國的FESTO公司在結(jié)合現(xiàn)代化工業(yè)特色的前提下研發(fā)出的模擬自動化生產(chǎn)流程，主要工作過程過程包括供料工作站、檢測工作站、加工工作站等幾部分，控制時主要通過I/O數(shù)據(jù)通訊方式控制整個工作站的具體狀況。由于該教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)主要蘊含的內(nèi)容包括：機械設(shè)計、傳感器設(shè)計、氣動技術(shù)等。故此，該技術(shù)是在工業(yè)自動化領(lǐng)域內(nèi)建立的完整的教學(xué)系統(tǒng)。

（二）面向?qū)嶋H的培訓(xùn)設(shè)備

從工廠的角度出發(fā)，可以獲悉面向?qū)嶋H的培訓(xùn)是趨向于理想的培訓(xùn)，工廠在進行實地的培訓(xùn)會讓生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生故障，并由此引發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)險，甚至在整個生產(chǎn)過程中出現(xiàn)破壞的狀況，這一理想通常是不可行的。但是若使用FESTO則能較好地解決這一問題，由于該系統(tǒng)能夠模擬整個實際生產(chǎn)的全部過程，因此在實驗室運行過程中要求技術(shù)人員對設(shè)備進行安裝、調(diào)試和編程等環(huán)境的支持，并在此期間維護和確定排除系統(tǒng)故障的工作。

三、綜合實踐成果總結(jié)

（一）獨立完成機械圖紙設(shè)計

由于該設(shè)備使用時沒有提供相關(guān)的機械圖紙，學(xué)生在實踐過程中需根據(jù)裝備初期的狀況做好裝配結(jié)構(gòu)的分析與組成要素，并進行測繪，學(xué)生可以在短時間內(nèi)繪制出每一站的機械系統(tǒng)CAD裝配圖紙，并將各個零部件標注清晰。

（二）獨立完成PLC程序設(shè)計

該設(shè)備最初配置的PLC是西門子公司的可編程控制器，設(shè)備供應(yīng)商在設(shè)備供給時只能提供PLC的程序。但是在課程講解中需要運用歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC程序設(shè)計，所以學(xué)生在使用時更偏重于歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC編程模式。設(shè)備采購過程中應(yīng)明確說明安裝歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC，取代西門子公司的PLC程序，但是很多設(shè)備提供商還不能提供歐姆龍的PLC程序。學(xué)生在學(xué)習(xí)時就要根據(jù)光盤提供的每站動作錄像做動作分解，并畫出動作的流程圖或者梯形圖等，編制正確的PLC程序，學(xué)生在完成時需要結(jié)合以往學(xué)習(xí)過的知識做新知識的延伸，且由于每個學(xué)生對程序有不同的理解，因此學(xué)生都能獨立完成學(xué)習(xí)任務(wù)，這將大大提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，并能在此基礎(chǔ)上完善學(xué)生的知識體系。

（三）獨立完成電氣原理圖和氣動回路原理圖

在拆裝電氣或者氣路部分的管線裝置，學(xué)生能夠了解I/O口線的地址，并連接所有的控制元器件，弄明白氣動電磁閥、氣缸或者電機等元器件的具體工作原理和控制要素，學(xué)生通過實際手動操作，對位置有初步了解，繪制電氣原理圖的時候?qū)Ω鱾€元器件的位置有深刻印象，也能獨立完成電氣原理圖和氣動回路圖，學(xué)生在原課本中的知識就能充分運用到實驗過程中，對知識的理解將進一步升華，并對知識的具體使用有新的認識。

（四）答辯夯實畢業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)

答辯時要求小組代表先花費十分鐘的時間整合整個設(shè)計過程，并在綜合實踐組織的過程中做好任務(wù)的分配和實驗的全過程跟進，然后指導(dǎo)教師結(jié)合實驗情況有針對性地對小組成員提出問題，并根據(jù)情況做好記錄和評分，這樣才能客觀體現(xiàn)出學(xué)生的真實實驗成績。

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的綜合實驗主要是運用閉環(huán)式的教學(xué)模式，其中涉及的內(nèi)容包括學(xué)生四年時間內(nèi)學(xué)習(xí)到的機械制圖、機械原理、接卸設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)期間通過親自動手拆裝和測繪，并在編制和調(diào)試的過程中，對知識有新的認識，并且提高動手能力，用以培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

參考文獻：

[1]鞠勇.面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的PLC實驗室建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2002，（01）.

[2]林志堅，沈萌紅.基于仿真技術(shù)的PLC模擬實驗系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索，2006，（02）.

[3]魯曉陽.中等職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)型PLC實驗室建設(shè)和課程開發(fā)[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2007.