機電一體化技術的理解范文

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關 鍵 詞 電力調度系統； 一體化技術； 應用探析

中圖分類號 TM734 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2013）89-0131-02

1我國電力調度自動化系統的發展現狀及存在的問題

就我國而言，基于計算機系統的調度自動化系統始于上個世紀80年代中葉，但其因受到計算機硬件的制約而功能是非有限。此外，上個世紀80年代的電網規模較小。電力調度工作相對更簡單，且使用者均以經驗型調節為主。近年來，我國經濟與技術均得到了前所未有的發展新局面，且國家對電力事業的發展也投入了更多的關注力度及資金，這為我國電力調度自動化技術的逐步成熟提供了條件。現階段，我國電力調度自動化系統已經發展成熟，甚至已經實現了遙信、遙調、遙測、遙視及搖動等功能。

電力調度自動化系統的更新是電力系統發展與完善的必然要求，其主要包括平臺的更新及功能的擴展。電力調度自動化系統主要應用于計算機平臺，其結構形式主要是分層分布式。盡管計算機硬件平臺位于最底層，但其對電力調度自動化系統的影響仍然不容忽視。近年來，絕大部分用戶的系統服務硬件平臺均為基于R工SC架構的小型機，其在提高電力調度的高效性、可靠性及安全性等方面發揮了一定的作用；工作站多為CJSC架構機器，以此提高電力調度系統的易用性。現階段，制約電力調度自動化系統發展的本質問題為如何屏蔽操作系統與計算機硬件平臺間的差異性、如何確保界面的一致性、如何確保系統功能的一致性等。

2一體化技術在電力調度系統中的應用

2.1系統平臺一體化

就計算機操作系統及硬件方面而言，電力調度系統的選擇相當多，但不同計算機操作系統及硬件間均或多或少存在某些差異性。研究結果表明，中間件技術的應用在解決不同計算機操作系統及硬件方面發揮著極大的作用。將基于應用中間件的分布式運算模式構建于電力調度系統數據平臺與不同操作系統及硬件（底層）間，開發一個軟件包，以便將上層應用與底層系統有效隔離開來，并以信息交換效率為基礎，對不同應用間的耦合信息實行對象中間件交換。現階段，CORBA對象中間件在電力調度系統中的應用最多。對象中間件憑借著自身強大的可擴展性及良好的通信能力而實現了有效屏蔽電力調度系統內操作系統及硬件平臺間的差異，從而為電力系調度系統平臺提供了一個標準化的接口，并為電力調度系統平臺一體化的實現提供了可能。

2.2系統功能一體化

現階段，我國電力調度自動化水平處于分析型與智能型的過渡階段，這為PAS/集控/DTS等功能的應用提供了可能。在PAS/集控/DTS等功能啟用初期，若功能不同，則對應的操作界面及數據均有所差異，這大大增加了使用者的重復工作量。由此可得，電力調度自動化系統開發的重點應為如何有效整合圖形、數據庫、界面等資源，使之滿足功能間共享的要求，并最終推動功能一體化的實現。現階段，眾多電力調度自動化系統已經實現了功能一體化，且通信中間件已經成為了其核心技術。通過對中間件的利用，電力調度系統能夠將各種應用模塊靈活配置于電網內，從而實現了將節點機安裝于電網內的任意一點；將節點機安裝于電網內的集中位置；推動了模塊冗余設備的正常運轉。將中間件應用于電力調度系統內，其實現了以用戶實際需求為參考依據進行相關功能的靈活伸縮；有助于于電網運行環境靈活設置相關節點機等。電力調度系統內中間件的應用有助于實現其他模塊的應用，且為啟動、通信、退出普通應用模塊提供了可能。

2.3系統圖模庫一體化

中國電網規模的不斷擴大要求電力調度自動化系統不斷縮短網絡模型及數據庫更新的周期。電力調度系統的電力設備主要以配套形式出現，則有助于實現電力調度系統內圖模庫的設立、直接將圖模庫應用于建模中，并最終推動電力調度自動化系統運行的效率。以圖模一體化功能為依托，并借助一套繪圖工具統一建立模型及繪制圖形、借助統一的圖形實現了多種應用。在構建電力調度系統模型之初，能夠為人們提供系統的設備信息以便實現多種應用；能夠提供實現當前應用的信息，并于應用擴展過程中，有效維護相應信息。所以，電力調度系統圖模一體化為電力調度系統一體化提供了可能。

2.4系統接口一體化

通信數據訪問可以以定義請求應答型數據訪問體系為依托得以實現，通用數據訪問在信息同步中的應用較普遍，并能對復雜結構數據進行實時訪問。在通用數據訪問的支持下，有助于對資源服務接口進行查詢，這一功能在電力調度系統讀訪服務中得到了應用；有助于對查詢服務接口進行篩選，這一功能在電力調度系統資源查詢服務中得到了應用。電力調度系統接口一體化及具備標準化、開放性的電力信息模型有助于電力調度喜用應用功能“即插即用”目標的實現。

3結論

為了更好地適應我國經濟發展及社會進步對電力供應的需求量，我國中央政府及地方政府越來越關注電力系統的建立與完善問題，并就電力系統基礎設施建設提供了更多的技術支持及資金支持，從而為電力系統輸電、發電、配電等環節的優化及改革提供了可能，也為一體化技術在我國電力調度系統中的廣泛應用提供了前提條件。

參考文獻

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關鍵字：機電一體化 核心技術 發展趨勢

前言

機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,是跨學科技術。從機電一體化技術的基本概要和發展歷程,可看出機電一體化技術的發展趨勢。機電一體化技術是面向應用的跨學科技術，是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。

1機電一體化的基本概要

機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。近年來，隨著微電子技術和計算機應用技術的快速發展，機電一體化技術領域在不斷地擴大和完善。

2機電一體化的發展背景

隨著機電一體化技術的快速發展， 機電一體化產品有逐步取代傳統機電產品的趨勢，這完全取決于機電一體化技術所存在的優越性和潛在的應用性能。

2.1 使用安全性和可靠性提高

機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中， 遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。機電一體化產品由于采用電子元器件，減少了機械產品中的可動構件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性，產品的故障率低，壽命得到了提高。 2.2生產能力和工作質量提高

機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現了工作的自動化，使得生產能力大大提高。

2.3 使用性能改善

機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現，系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動最優化操作。

3 機電一體化的核心技術

3.1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，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

3.2 信息處理技術。信息處理技術是指在機電一體化產品工作過程中，與工作過程各種參數和狀態以及自動控制有關的信息的交換、存取、運算、判斷和決策分析等。在機電一體化產品中，實現信息處理技術的主要工具是計算機。計算機技術包括硬件和軟件技術、網絡與通信技術、數據處理技術和數據庫技術等。在機電一體化產品中，計算機信息處理裝置是產品的核心，它控制和指揮整個機電一體化產品的運行，因此，計算機應用及其信息處理技術是機電一體化技術中最關鍵的技術，它包括目前廣泛研究并得到實際應用的人工智能技術、專家系統技術以及神經網絡技術等。

3.3系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。

3.4 自動控制技術。機電一體化產品中的自動控制技術包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、校正、補償等。機電一體化產品中自動控制功能的不斷擴大，使產品的精度和效率都在迅速提高。通過自動控制，機電一體化產品在工作過程中能及時發現故障，并自動實施切換，減少了停機時間，使設備的有效利用率提高。

3.5 傳感檢測技術：是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。

3.6 系統總體技術。系統總體技術是從整體目標出發，用系統的觀點和方法， 將機電一體化產品的總體功能分解成若干功能單元， 找出能夠完成各個功能的可能技術方案，再把功能與技術方案組合成方案組進行分析、評價，綜合優選出適宜的功能技術方案。系統總體技術的主要目的是在機電一體化產品各組成部分的技術成熟、組件的性能和可靠性良好的基礎上，通過協調各組件的相互關系和所用技術的一致性來保證產品實現經濟、可靠、高效率和操作方便等。

4 機電一體化的發展趨勢

4.1智能化趨勢

智能化作為一個多個專業的邊緣科學，是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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。 例如：冷凍機組，通過測量各類物理量與微機內部已經設定的對應的參數比較，自動實現機械設備的啟停、報警、故障自修復等事宜。

4.2模塊化趨勢

由于機電一體化產品涉及各行各業，種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環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出新產品，同時也可以擴大生產規模。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還是對生產機電一體化產品的企業，規?；瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。 例如在OA產品中的電腦與打印機等各類外設之間，各個廠家通過標準接口（UBS）實現機電一體。

4.3網絡化趨勢

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。 這些技術已經成熟，并且在OA中司空見慣，經過權限級別，可以實現遙控、遙信、遙測。

4.4 微型化趨勢

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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發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。

4.5綠色化趨勢

工業的發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，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，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，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，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，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。 隨著材料科學的發展，新型材料不斷涌現，和現實對綠色材料的需要的催生下，綠色化在幾點一體工業中將會發生日新月異的發展。

4.6系統化趨勢

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發展引人注目，即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。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。

4.7大眾化趨勢

產品只有成為普羅大眾都能理解、需要，才能具有強有力的經濟性，生命才會長盛不衰。成為建筑以及日常生活中不可缺少的商品。機電一體化技術通過產品來展示的，經過網路化、模塊化等技術的攻關，成為生產、生活中的消費品將屬于必然。建筑中的空調系統可以通過溫度、壓力、流量等各類非電物理參數，通過傳感器、變送器傳輸到中央處理器，電流、電壓、頻率等電氣參數通過采樣傳輸到中央處理器；中央處理器的芯片當前已經可以進行編程處理；這樣各類用戶根據自己的需要，選用模塊、處理器等硬件，通過網絡或者售后服務獲取軟件資料和程序，通過協議等進行簡短的鏈接與安裝調試即可實現用戶的目的。

5結語

隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展與應用也將更加廣闊。

參考文獻

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關鍵詞：機電一體化；傳感器；檢測技術

中圖分類號：TH-39 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）012-000-01

機電一體化是一種整合型技術，需要很多環節組成。意味著在微電子、傳感器等技術發展同時，機電一體化也能夠獲得長足進步。而在具體分析機電一體化關鍵技術前，應首先明確其組成結構，以消除一些人的誤區。機電一體化是指將不同重要機電工作環節整合，以微型處理器和主機為操控中心，有序協調各環節工作。因此，其很多情況下會被稱為機電一體化系統，由此完善的覆蓋相關理念。但是，并不能由此忽視其他環節重要性。如開發者創造出完美控制中樞，在傳感器無法傳輸情況下，仍舊無法幫助生產者提升效率。

一、傳感器是機電一體化系統的關鍵技術

1.傳感器在測量模塊的應用

傳感器是一種檢測裝置名稱，也是當前數字化管理中，最常使用的傳輸、存儲、處理、記錄設備。在機電一體化系統，傳感器便是控制中樞與各環節橋梁，主要實現兩方面工作：第一，執行控制中樞請求指令。傳感器在接收指令后，將其轉化為非傳輸數據語言，進行分析和內容調配，再將結果轉變為數據傳輸模式，傳輸到所要支配的環節；第二，負責將環節動態傳遞給控制中樞，以保證各環節有序進行。而在傳輸前傳感器需要接受信息，并根據SNMP協議進行處理、轉化。由此可以發現，傳感器本身便是由復雜結構所構成的電子器械。其中主要包括檢測、傳輸和處理三個大層面，每個層面還會根據工作需求，配置不同元件。也可以從另一個方面來理解，將傳感器比喻為人的頭部，“大腦”負責處理數據，“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”負責收集數據，“嘴”負責將數據傳輸出去，進而由人的“大腦”實現對其他人的支配或匯報。

2.傳感器的種類

傳感器種類的劃分，主要根據功能差異性實現。機電一體化應用環境不同，需求操作的環節不同，均會對傳感器的功能造成影響。不過，在管理需求下，必須對傳感器分類，以避免一些問題的發生。根據其工作環境，可大體分為兩個寬泛層面：第一，基于內部管理的傳感器。傳感器的工作內容中，部分包括對內部管理，例如檢測、收集信息等。同時，雖然任何類型傳感器都會有數據處理能力。但是，針對內部數據處理和轉化的算法，較比于接收轉化有這一定差異。因此，內部數據處理傳感器，也應列入到此類中；第二，基于外部環境的傳感器。顧名思義，主要工作是針對接收數據信息?？梢詫⒋祟悅鞲衅骼斫鉃榭刂浦袠械摹皥绦姓摺?，用于獲取控制中樞指令，并轉化為工作環節可控指令。而除了從工作環境上進行分類，也可通過接觸形式分類，例如觸碰式、壓覺、溫覺、聲覺等。

二、機電一體化中傳感器與檢測技術的運用

從上文敘述可以得知，機電一體化系統主要工作內容，在于設置指令、傳輸指令和完成指令三個方面。其中，傳感器便是負責傳輸指令的唯一環節。不過，機電一體化仍舊存在局限性，會因為特殊形式或環境出現，導致數據傳輸的問題。因此，筆者選擇幾點較具代表意義領域，試談傳感器與檢測技術的運用。

1.有“感覺”的機器人

機電一體化發展過程中，出現了不同傾向。一些工業領域逐漸采取標準化作業，對于可控管理系統需求開始降低，轉而將投入更多放在智能化、自動化生產領域上。例如工業機械人生產技術，便是在機電一體化基礎上，所創造的新型生產技術。其主要特性在于規律性、高精度工作方式，可以更有效提升工業生產效率。不過，該工作方式無疑對傳感器提出更高要求。適合的傳感器，必須準確的控制機器人各個部位，其中包括關節移動，力量控制等方面，只有傳感器傳達數據保證準確性、高效性，才能夠讓機器人實現理想工作狀態。對此，必須采用接觸式傳感器，以確保不會出現數據丟失狀況，例如壓覺傳感器等。

2.傳感器在自動化機床的應用

自動化機床也是機電一體化的衍生領域。其特性在于完全自動化的操作所有生產內容。然而，自動化控制則需要傳感器，將準確工作指令，按照規范邏輯和實效，傳達各個生產環節。若出現問題，便需要人工調節，才能夠持續生產。舉例來看，較為著名的CNC機床，便是借助傳感器檢測控制，減少人工生產控制需求，極大節約人力成本，同時也使生產效率有了顯著提升；再如，切割工業領域，特別是采用金剛石切割機床，必須要借助傳感器準確傳達切割角度、壓力等數值，進而確保切割成果達成預期。

3.傳感器的擴大滲透

隨著傳感器的發展，其檢測技術將不僅應用在機電一體化生產領域。從現狀來看，很多工業產品已然達到了“對傳感器產生需求”的水準，例如近年來Apple、Google等企業研發的無人駕駛汽車，必須依靠精準傳感器才能夠實現。而在傳統汽車領域，傳感器對于駕駛便捷性以及安全性，也會產生較大促進作用。

三、總結

本文主要為透過機電一體化系統，對傳感器功能、變化、發展及未來需求，進行一定程度的闡述。進而有效的幫助讀者，客觀認識機電一體化組成，以及傳感器在工業生產中所實現的作用。因此，也希望本文研究，能夠為應用領和研發領域，提供一些思路啟發。

參考文獻：

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Abstract： Starting from means of modern remote education， this article discusses the function and application strategy of informationalized remote education in the teaching reform of mechanical and electrical integration. At the same time it also shows that the application of modern remote education is the effective complementation of the construction of the vocational education practical teaching system.

關鍵詞： 信息化遠程教育；機電一體化；實踐教學

Key words： informationalized remote education；mechanical and electrical integration；practice teaching

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）02-0250-02

0 引言

信息化遠程教育作為一種全新的教學模式，一直延續到到多媒體、計算機網絡、衛星通信、電視直播、電子黑板等現代教學媒體及設備，用新的教育理念將教學信息資源共享、共建、共開發。一般而言，圍繞教學活動為中心開展的信息化遠程教育平臺，學習任務可以不局限于教室內進行，隨時隨地都可以進行學習活動，對于教師而言還可以在平臺上教學課件，實時更新學習內容，補充學生的知識容量，同時還可對學生的學習進行實時跟蹤、檢查、考核評估。對于學生而言，可以不局限于示教空間的學習，還能及時與老師在平臺上溝通解惑。以下是一個遠程培訓課程的過程：

信息化教育遠程平臺是描述了一個完整的教育信息化系統。該平臺以“縱橫交錯”的邏輯關系支撐整個教育信息化系統的平穩運行。所謂“橫”指的是基礎設施系統、應用集成，信息交換平臺、教育信息化應用系統、電子校園信息門戶，模塊間相互關聯，形成平衡的整體業務能力；而“縱”則指開發工具、安全管理，運營維護，提供了系統安全，管理和開發的能力。

1 信息化遠程教育對“機電一體化技術”課程的教學構建

1.1 教學方法的改變 機電一體化技術是一門綜合理論性、實踐性很強的課程，涉及知識面廣、容量大。傳統的教學方法都是按照機電一體化系統的組成功能，將機電一體化系統分為若干個功能模塊，逐一進行講解，例如分別講解機械本體功能模塊，傳感檢測功能模塊，自動控制技術、單片機技術、電氣控制與PLC、傳感器技術、液壓與氣壓傳動技術中央控制功能模塊等等，傳統的教學方法是將這些模塊分割教學，割裂了機電一體化系統各個功能模塊之間的有機聯系，從而造成了學生學不能用，用不知所用等弊端。就教師而言，由于課程綜合性強，對教師的整體知識貫通面要求較高，而模塊分割的實踐教學模式化，不能有機地銜接與貫穿，教學內容缺乏對學生的吸引力；就學生而言，學生認為本課程的學習是對前面所學課程知識的復習，缺乏機電一體化技術綜合運用的能力。信息化遠程教育采用遠程實時多點雙向交互式多媒體仿真系統，實現跨越時間和空間的信息傳遞過程，有效地結合各種教育資源的優勢，讓平臺教學服務，更生動、更大質量的傳遞教師所要講授的內容。因此，特別適合于在機電一體化教學中的應用。例如，在進行自動化流水線的教學中，可結合信息化遠程教育中的共享課件資源展示企業自動化流水線生產的全過程，從自動上料、傳輸、加工、檢測和入庫等各環節了解機電一體化運用環境、機電一體化的分類、工作狀態和系統組成，從情景上讓學生認知機電一體化技術的學習領域，使學習過程具體化，克服傳統教學中抽象化的描述，促進學生對機電一體化專業的學習熱情。

1.2 構建新的教學模式 “機電一體化技術”知識面寬泛，在內容的選取上應緊緊圍繞工作任務完成的需要展開，以技術應用能力的培養為核心，體現“做中學，學中做”的教學理念，將所有知識貫穿于子任務中。以工作任務為中心，以網絡模擬仿真與實際操作為載體，讓理論知識穿針引線，幫助學生掌握知識、技能、方法。融“教、學、做”于一體，提高學生的實踐能力和動手能力，與社會接軌成為實用的職業技術人才。例如，在工業機器人子任務中，先從資源庫中調取工業機器人在自動化流水線上的工作過程，從不同的行業了解機器人的種類；從機械手的運動軌跡分析機械手的自由度，熟悉機械手的結構；了解機械手的機械傳動和電氣驅動；傳感器的類型及人機交互系統等，在此基礎上用三維動態圖像展示機器人的整個組裝環節，這個時候教師使用一個稱為“黑板”（Blackboard）的網絡輔助教學工具平臺提出子任務，分析說明任務中的技能要求目標，讓學生在遠程資源平臺上找資料，小組間用BBS互相討論，并且及時與教師在線交流，探討方案，做出工作計劃，教師審核通過。具體設施時學生用信息化遠程平臺上共享的仿真系統，通過仿真模擬再現完成整個任務的全過程，教師還可以通過仿真系統中的故障設置排除模塊對學生進行考核，然后提交電子檔的實驗報告，自測，評估。實踐證明這種教學模式激發了學生動手組裝機器人的欲望，提高了到手能力。

2 拓展視野體會樂趣

機電一體化技術傳統教學模式中為了加深學生對專業知識的理解，常在結束課之前布置作業，或者老師在最后做小結。而遠程教育資源可以利用“聲像并茂”的模擬仿真視頻更能使學生加深對機電一體化技術課程的理解。如在機器人課題完成之后，讓學生實時在線觀看校企合作共同構建的網絡傳輸視頻，現場再現師兄師姐們進入企業的工作情況，便于學生理解自己所完成的課題在實際運用工作中的重要性，也加深了對課題中出現問題的掌握和理解。同時，在這個網絡平臺上，開放教學大綱、教學日歷、講義教案、習題、多媒體課件和圖片視頻等課程資料，學生可以隨時上網查閱和下載。積極開展課程試題庫和項目庫建設，不斷豐富和完善課程習題、試題、項目文檔、項目圖片和最新發展動態等學習素材，通過多種模式使學生深入了解課程具體內容，并通過網絡實現師生互動，在BBS論壇上與同學老師共同探討，用模擬仿真系統軟件驗證設想，提交電子版作業，老師對學生提交的作業進行檢查和答疑，提高了效率和針對性。網絡資源的豐富資料使學生可以充分利用課余時間自主學習，提高學生的自學能力，同時使學生了解機電一體化的最新發展情況，擴大學生的知識面，使學生真正吸收課程內容，掌握機電一體化領域知識和技能。

3 結束語

建設好信息化遠程教學，且與傳統知識講授有機結合并融為一體，能有效地節約教學資源，提高教師的工作效率，充分調動學生的學習自主性和創新精神，提高學習效率和效果，實現工學一體化的培養目標。

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一、我國當前機電一體化類課程教學現狀及其原因分析

結合我國目前職業教育的現狀，造成當前機電一體化類課程理論講不透、實驗做不好、學得不扎實的原因主要有以下幾個方面：

1、師生思想上都不夠重視

從目前的職業院校的教學現狀來看，重視理論教學輕視實踐教學一直是我國職業院校理工科教學的傳統方法，在這樣的教學模式下，尤其是像機電一體化這樣的課程，理論課本來就比較晦澀難懂，加之實踐實訓比較少，學生學到最后完全沒有系統的概念和知識體系，對于機電一體化的理解只是停留在表面層次，因此必須要逐步加強實踐實訓。從體制上來說，師生自身對該課程的重視程度不夠也是十分重要的原因，教師認為對于機電一體化課程教學任務重，往往疲于應付授課；而學生對于機電一體化課程知識的理解比較吃力，往往興趣不大，加之實踐實驗時間較少，最后將實踐實訓流于形式，因此，師生在思想上不夠重視是目前職業院校機電一體化課程教學的一個基本現狀。

2、機電專業實踐教學課程的設計不合理

機電類專業實踐教學的課程內容包括很多技術內容，目前，絕大多數職業院校的機電專業課程體系受傳統教育思想的影響，課程的內容過多過深奧，理論課時數太大，實踐技能教學課時不足，而且內容陳舊。還有些學校脫離實際情況過高地制定了課程標準，導致教學與實踐相背離?，F在學校里學習的知識和社會上用到的知識相差很遠，很多學生學習了很多知識，可到了社會上去無從下手。相關機電行業和企業很少參與機電類專業實踐課程的制定，這也是導致職業院校機電專業的實踐課程體系設置不合理的原因。

3、實踐教學條件不完善

由于機電一體化類課程所開設的實驗，往往實驗設備體積比較龐大，集成度較高，價格昂貴，因此很多院校對于機電一體化課程實驗所配置的實驗設備都是很簡單的，目前很多職業院校也在進行教學改革，增大實驗實踐課程量，但是相應的實踐教學課程內容仍然或多或少的存留著傳統教學模式的影子。

二、機電一體化類課程的教學改革策略探討

1、充實機電一體化類課程的專業實踐教學內容和完善教學手段

在對機電一體化課程專業實踐課程進行教學改革的時候，我們提倡應當根據各個院校各個專業自身的專業特色進行相應的教學改革，添加符合專業特色的實踐教學內容，不斷完善實踐教學條件和教學手段，盡量弱化傳統實踐模式中的演示性的或驗證性實驗，加大動手實踐實驗及綜合性實驗內容，并和理論課程對應起來，使得學生在掌握理論知識的基礎上進行相關實踐實驗，這樣更容易掌握機電專業知識和技能。

2、重視機電一體化類課程的專業實踐教學環節的考核

任何課程都需設置考核環節，同樣的，機電一體化課程實踐教學也需要考核，考核環節也是學生最為敏感的環節之一。傳統的機電專業實踐課程考核的方式是出勤考查、實驗報考考查以及最后實驗考查成績相結合的方式，這種考查考核方式不能夠考查出學生的完全實踐能力，只能夠從實驗報告的完成情況給學生考核打分，因此傳統的考核方式并不合理，就需要對傳統的考核方式進行改革。

結合機電一體化課程實踐教學的特點，對于機電一體化實踐課程的考核不應該有一個統一的模式和標準，而是應該結合實踐教學的方式和手段靈活的設定考核方式，采取定量結合定性的方法進行實踐教學考核。簡單的演示性或者驗證性實驗，應當減小考核的比重，而對于綜合實驗及動手考查較為全面的實驗，考核比重就應當加大；另一方面，還可以靈活的采取口試筆試、現場提問、課程設計、綜合課程實驗等多種形式進行考核，重點不是考查學生的知識理解程度，而是應當重點考核學生對于實踐技能的掌握和應用能力。

3、加大機電專業校內外實習實訓基地建設的力度

對于機電一體化這樣的實踐要求較高的課程，實踐實訓基地的建設就顯得十分有必要了。實踐實訓基地的建設力度直接關系到機電一體化課程實踐教學的效果與成果，而學生實踐能力的掌握也取決于實踐實訓基地的建設，以及實踐實訓基地實踐教學內容的設置和安排。各院校要想真正提高機電一體化專業實踐課程教學的效果，就必須加大對實踐實訓基地的建設力度。另一方面，機電專業校內外實習實踐項目的開設依賴于實習實訓基地，而目前多數機電專業課程依賴于金工實習的相關設備，因此對于機電一體化類課程的專業實習實踐，必須要加強具有機電一體化特色的專業實習實踐基地及其相關設備的投資建設力度，為機電一體化類課程及其專業的學生提供足夠豐富的實習實踐動手機會，以真正提高機電一體化類課程的專業實習實踐能力水平。

篇6

關鍵詞：高速公路工程，機電一體化，施工機械，模塊化作業

中圖分類號： TH-39 TH-39文獻標識碼： A 文章編號：

1 公路工程機電一體化

機電一體化從字面上理解就是電氣和機械統一在一個系統上的新型的工業生產模式。隨著計算機控制技術和電氣控制技術的結合，機電一體化已經從傳統即“機械自動化”模式中走出，進入了智能化、電子自動化的時代。這種機電一體化是建立在智能化控制系統基礎上的工業生產流速的改進，將原有的人工化的加工過程交給了“無人”生產線，并利用計算機的強大計算能力，以網絡信息傳遞和集成化的電子終端實現了動態化的控制，以此形成了一種新型的機電一體化的系統，即自動化的生產線。

高速公路的建設是一項復雜工程，而高速公路的最突出特點就是作業的強度大、環境影響大、人為因素對質量影響大等。而機電一體化的發展使得流程化的作業技術推廣到了工程機械上，利用機電一體化的技術移植，將多種作業功能不同設備組合在一起，從而構建公路施工的移動的“流水線”，這也是機電一體化在工程施工方面的重要貢獻。

2 高速公路中的機電一體化

高速公路工程中的機電一體化實現的主要方式就是利用工程機械制造和電子控制系統相融合的思路，打造可在施工中自行作業、自行檢測的智能化施工機械。從某個方面看，高速公路的機電一體化更像是對工程機械的自動化改造，并將某個施工工藝結合在一起，使之利用一組工程機械完成某些施工工藝。因此，高速公路的機電一體化技術的應用就是將工程機械的控制由原來的人工操作改為自動化控制，如給料、高度調整、鋪設質量檢測等都由計算機控制的終端設備進行自動化智能控制，這也是機電一體化對公路施工的最大貢獻。同時隨著控制模塊、微處理器技術的提高，尤其是一些工程機械的控制方式的電子化智能化轉變，推動了機電一體化在工程作業機械中的結合，使之成為適應公路施工的自動化，智能化機械，以此實現了施工的機電一體化。下面就施工機械機電一體化的應用作簡要介紹：

1)電子控制系統實現機械自檢。機電一體化的一個突出優勢就是可以實現機械設備的自我檢測，這就給工程機械的運行帶來動態化的監控模式，并以此實現對工程機械的合理操作，提前發現問題并予以解決。突出的功能就是在設備運行中對設備的發動機、傳動系統、液壓系統、電子系統等進行全面的動態化監控，這里要的是電子技術中數據傳感的原理，這也是機電一體化在工程機械中應用的最佳實例。這個監控系統由監控和信息處理、報警系統組成，一旦工程機械在作業中發生機械性工作或者工作異常就會向控制人員發出警報，并指明故障位置，幫助檢修人員進行核實和調整，避免更大的事故出現而影響施工作業。

2)機電一體化的應用提高了作業的精度。隨著高速公路的等級不斷提高，對質量的要求也不斷提高，因此一些施工工藝在人為的操作下很難滿足設計的高標準，而利用儀器反復檢測也相當的耗費人力和物力，因此需要一種技術提高作業的精度，還可以隨時檢測問題。這時機電一體化就成功的解決了這樣的問題，首先，機電一體技術可以設定機械的作業模式，而且這種模式一旦確定，在各自機械的配合下，就會形成一個固定的作業順序和標準，而且不會輕易的發生變化，這樣保證了公路施工的精確性。

另外，在施工中利用傳感器與電子控制技術的結合，可以在施工的同時對施工的成果進行及時的檢測，這樣既可以確保施工成果的質量，而且一旦出現問題也可以就地解決，而無需等待后期檢測的結果出來后再進行補救，提高了施工的效率。

3)機電一體化可以降低工程施工的能源消耗。傳統的工程機械在使用中往往是通過人的操作來調整工作的輸出功率，而這種調整是粗獷性的調整，就簡單的換擋或者轉速變化，可以選擇的變換工況很少，這樣就制約了對能源消耗的控制。在這樣的基礎上，一些機械生產廠商利用電子控制技術有效的提高了挖掘機的工作效率，使其工作中的燃油使用效率提高了一倍還多，所以機電一體化對降低能源消耗和提高工作效率是行之有效的。

4)機電一體化可實現施工的自動化。機電一體化在工程中的應用不僅僅局限在對某種機械的改造和工藝精度的提高上，而是向著某一施工工藝的自動化作業方向發展。即利用一臺機械的電子化控制來實現對一組機械的電子化控制，并使得這一組機械有機的結合起來，來完成某些施工作業，類似鐵路自動化鋪裝設備的組合型機械設備也逐步出現在公路施工中，這就使機電一體化給公路工程帶來更多的幫助。

3 機電一體化技術在公路施工中的應用前景

1)系統的智能化程度將提高。所謂智能化就是機械可以在不同的情況下利用預先設計好的工況分析系統對當前的工況進行評估，并作出簡單的運行模式的變化，這就是智能化的基本需求。而隨著模擬智能、模糊數學、計算機技術、傳感技術等學科的發展和結合，將推動機電一體化向智能化邁進，最終是對機械設備的智能化改造，并使之在施工中利用簡單的運行動作調整適應復雜工況作業。

2)模塊化作業。機電一體化在工程中的應用前景廣闊還包括了其控制和操作模式的簡化，即智能模塊化控制的實現。這種模塊化的操作和實施就是利用某些固定的程序化模塊與特定機械設備組合相配合，以此進行特定工況下的作業，如：鋪設瀝青的工序采用聯合瀝青攤鋪設備，在模塊化控制的情況下，可根據不同的工程需求對攤鋪設備進行模式設定，即在某個工段采用固定的速度、作業形式等。這樣在該路段就可進行無干擾的作業，同時在自動檢測系統的輔助下，可以將施工過程完全交給機械來完成。

3)對環保的貢獻將不可估量。前面提到了利用機電一體化可以降低工程機械的能耗，在未來的機電一體發展中將進一步提高其對節能環保的貢獻。機械的高度智能化將帶來機械的多功能化，即利用較少數量的智能化施工機械就可以完成大量的工程量，這無疑是對資源的最大節約。同時高效的機械作業也減少了對環境的破壞，如減少機械存放的場地、減少人員生活對環境的影響等。

4 結語

本文對機電一體化以及其應用前景和機電一體化技術在公路工程方面的應用加以分析,簡要的介紹了高速公路工程機電一體化的運用。

參考文獻

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關鍵詞：抗干擾 機電一體化 機電接口

中圖分類號： TH-39文獻標識碼：A 文章編號：

隨著時代的發展，科技的進步，各種機械設備也逐漸進入一個相互融合以完成有著更大難度的任務的歷史時期。在這樣的背景下，機電一體化逐漸的被人們所掌握，并應用在了我們的日常生活中。但是機電一體化畢竟是人工做成的一種使人們的生活更舒適的工具，這就決定了其本身就帶有一定的弊端。我們在進一步探索機電一體化的過程中，必須努力去了解這些弊端之所在，然后再去克服這些弊端，使其能夠更好地為我們的日常生活服務。

一、機電接口技術的內涵及其系統組成

隨著科學技術的不斷發展機電一體化已經成為一個必然，從而使得多個學科之間開始了不斷的融合與滲透，形成了一個新的研究方向。一般講來，機電一體化就是集合機械、計算機、監測傳感、網絡通訊、自動控制、系統整合等技術的一門學科，在對機電一體化進行研究設計的時候，就是對各個學科的特征，以及對這些特征參量之間的物理聯系的研究。正確的處理好各學科參量之間的關系、要求以及耦合條件，并通過研究這些學科之間的耦合關系和內在聯系，從而去分析和解決機電一體化產品系統設計中出現的一些具體的問題。

在研究機電一體化系統的設計中，我們往往將這一系統歸結為一個統一的整體，在這個整體的基礎上對其進行研究整合，綜合的考慮各種因素，最終做出最優的方案，達到最完美的效果。這也是機電一體化產品系統研發的一個重要的目的。

由于機電一體化系統的重要性，國外的專家學者在對其進行研究的時候主要提出了這樣的幾個觀點：五塊論、三環論、兩個系統以及三個子系統等四個觀點。綜合考慮這幾個觀點之間的不同，我們可以得出這樣的結論：由于機電一體化系統具有多樣性、復雜性、模糊性的特點，這就造成了機電一體化系統在設計上的難度。所以我們對于機電一體化系統的認識還需要不斷的加深，徹底的掌握組成技術之間的有效關聯方式，實現各組成技術之間的最優連接。

在一般的機電一體化系統中主要是由五部分子系統所組成的，這五個子系統分別是：控制系統、驅動系統、動力系統、傳感系統和執行系統。在機電一體化系統中，這五個部分是相互關聯的，他們通過一定的接口進行相互的連接，在彼此的配合下完成相應的任務，而他們之間的配合就是通過相應的接口將其連接在一起而實現的。這些接口將原本相互獨立的子系統聯系在一起，在這其中這些接口所起到的并不只是連接作用，還包括溝通各個子系統的優勢和功能使之能夠充分的發揮出來，同時規避各子系統的弊病，充分發揮出原子系統在其本身根本就不可能發揮出來的新的獨特的功能。

而機電接口技術是一門新興的技術，它研究的是各機電單元之間相互連接的接口問題。研究這一門技術就是為了實現機電一體化系統各組成單元之間能夠進行更為有效的連接，實現各組成單元之間的最優設計。

二、機電接口的功能及其分類

在機電一體化系統中，就是為了實現各組成單元之間的有效連接，使之成為一個擁有新的特性的有機整體。在機電接口中，包括硬件和軟件兩部分，硬件接口主要是指人與機電之間或者各子系統之間的連接，是信息進行轉化、傳遞、分析的物理連接；軟件接口主要是指提供給個子系統之間的轉換、調整的方法和過程，使各個子系統徹底的融合為一個有機的整體，從而使其在新的任務群中展現出新的功能。

從簡單的人機關系到機電一體化這是一個科技發展映射在日常生活中的關于社會發展的縮略圖。不管多么高深的理論在對其進行支撐，它的最終目的還是在于方便人們的生活，為人們提供給更為簡潔的生活方式。

在機電一體化中，其機電接口主要分為四大類：人—機接口、機—電接口、智能接口以及動力接口。在這四類接口中，他們的功能是相互獨立，但是在一定程度上他們又是緊密的結合在一起的，正是通過這四類接口之間的相互協調運作，才能保證各個子系統的功能得到最大的發揮，這樣在這個新的有機整體中才有可能表現出新的之前并沒有表現出來的功能。

三、機電接口中的抗干擾措施

在機電一體化的結構系統中，會產生大量的電磁信號。這些電磁信號一般是來自于電網、強電設備、高壓設備以及開關的電磁輻射。當這些電磁信號碰撞在一起的時候，就會在系統之中產生電磁感應，這樣一來就會擾亂機電系統的正常運行，從輕的方面來說，就是擾亂系統的精確度，而從重的方面來說，則會造成機毀人亡的慘劇。

面對這樣的問題我們就不得不采取一定的措施來防止在機電一體化系統中由于電磁信號的擾動，影響整個系統的正常運轉。其實不管是在機電一體化系統中，還是在其他的系統里，最好的抗干擾方式就是治理干擾源，從源頭上徹底的切斷干擾信號，從而保證系統的正常、安全運行。但是這只是理想化的狀態，俗話講“理想很豐滿，現實很骨感”，當在機電接口抗干擾措施中我們無法實現從源頭是對其進行控制時，我們只能想一些其他的補救措施，使我們的損失盡可能的降到最低。

一般我們經常用到的控制干擾的措施包括：隔離、屏蔽、接地、濾波以及軟件的處理等。其實從字面上我們就完全可以理解這些抗干擾方法以及這些方法的具體操作方法，但是我們也必須注意其中的一些細小的環節。

在圖中所顯示的就是屏蔽原理在同軸電纜中的應用。一般說來，屏蔽就是將干擾源或者干擾對象用導電或者導磁的材料包圍起來，阻斷其與外界的交流的通道，從而阻斷電磁能量的傳輸。如圖所示，在電纜線的最中軸是芯線，在其外層由一層絕緣體包裹著，在絕緣體的外面又有一層導電的導體。這樣在絕緣體的作用下，就會防止內層芯線和外層導體之間的電磁交流，從而防止信號的干擾。在最外層又有一層厚厚的絕緣外皮包裹著，這樣一來就徹底的將電纜線和外界分離開來，保證了電纜線傳輸信號的純潔性。

所謂的隔離就是通過一定的措施將干擾源和執行系統隔離開來，在保證有用的信號正常傳輸的前提下，徹底的阻斷無用的信號，從而達到控制干擾的目的。在隔離控制干擾中，又有一些不同的辦法以達到隔離的目的，比如轉換接口的隔離、變壓器隔離、光電隔離以及繼電器式隔離。不管怎樣的隔離方法，他們的工作原理都是一樣的，其目的也僅僅是為了阻斷干擾源，從而保證機電系統的正常運轉。

濾波就是在執行系統的周圍安裝一個特定的裝置，該裝置能夠散射一些對執行系統無礙的電磁波，而這些電磁波恰恰能夠很好的將干擾信號進行過濾，完全的吸收有用的電磁信號，而將無用的對執行系統阻有干擾的電磁信號徹底的阻斷在執行系統之外。

軟件處理就是在機電一體化系統完成以后，為了特定的目的設計的一些應用軟件，以幫助機電系統更好的發揮其功能作用。用軟件來處理電磁信號的干擾，就是指一些與機電接口相關聯的一些軟件技巧。軟件抗干擾是對其他幾類抗干擾方式的補充，在其他幾類方式的基礎上再進一步的進行抗干擾，以求達到萬無一失。

結語：

在機電一體化系統中，各種干擾因素會影響著整個系統體系的正常運轉，而會產生一些不必要的麻煩。為了將這些麻煩規避在襁褓之中，我們采取一些有效的措施對其進行合理的控制，保證我們的系統能夠正常的運轉。

參考文獻：

[1]王曉麗，周天源．機電接口中的抗干擾技術[J]．機電技術，2010（5）

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關鍵詞：機電一體化；高速公路建設；應用；前景

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：

機電一體化是將電氣控制技術和計算機控制技術有機的結合形成的，是人類發展史的一大進步，在當前信息化技術高速發展的時期，其應用前景將更加的廣闊，將機電一體化技術應用于高速公路建設，對于推動我國的交通運輸業的發展起到至關重要的作用。

一、高速公路中的機電一體化在現階段，機電一體化逐漸擺脫了傳統的“機電自動化”的模式，并逐漸向智能化以及電子自動化的方向迅速發展。在高速公路建設中，機電一體化的作用與地位逐漸顯現出來，若想對其進行有效的實現，就必須將相應的工程機械制造以及電子控制系統有效的結合在一起。只有這樣，才有可能促使其施工的機械能能夠自行完成作業以及自行進行檢測，并且在這一過程之中實現智能化。簡單的說，高速公路的機電一體化其實就是進行相關工程機械的改造，使其具有自動化功能。并且實現對于施工工藝的結合，使得多種的施工工藝可以通過一組機械來完成。目前狀況下，隨著其控制模塊以及微處理器技術的不斷完善與提高，相關的工程作業機械對于工程施工的自動化以及智能化的適應能力也越強，這在很大程度上促進了機電一體化的實現。

1、電子控制系統實現機械自檢。對于機電一體化來說，它可以有效的進行對于機械設備的自我檢測，這也成為了它一個十分突出的優勢。因為它在一定程度上為相關的工程機械的運行提供了一個動態化的監控模式，并且基于此能夠更為合理的對工程機械進行操作。除此之外，對于工程之中可能會出現的問題以及事故能夠提前預知并采取合理有效的措施予以解決。電子控制系統有一個十分突出的功能，那就是當設備運行時，可以對其各個部分進行有效的動態監控，這些部分主要包括發動機、傳動系統、液壓系統以及相應的電子系統。這一監控系統主要存在兩個組成部分，分別是監控和信息處理系統以及相應的報警系統。

2、機電一體化的應用提高了作業的精度。隨著我國經濟的迅速發展以及科學技術水平的進步，高速公路的等級也隨之上升，這就給高速公路的質量提出了更高的要求。所以對于施工工藝的實施如果還只是停留在人為操作之上是不能適應其發展的。因此，實現對于作業精度以及檢測及時性的提高勢在必行。而機電一體化可以進行對于這些問題的有效解決，適應了發展的需要。首先，機電一體技術能夠實現對于作業模式的設定，使之形成一定的作業順序以及作業標準，并具有一定的固定性。這樣一來，就可以對高速公路機電工程施工的精確程度進行一定程度的保證。不僅如此，因為相關的機械自動作業能夠同參數的調整來實現對于施工精度的提高，而對于精度的設定過程是開放的，這樣一來，就能夠進行高精度持續作業的實現。

3、機電一體化可以降低機電工程施工的能源消耗。傳統的施工操作中，進行對于工作輸出功率的調整都是人為的。但是這種調整往往過于僵化，且精確程度不高。它僅僅是做出簡單的換擋以及變換轉速的操作，這為進行對于能源消耗的控制制造了很大的麻煩，受到的制約較多。面對這種情況，一些廠商采取的措施是：引入相應的電子控制技術，并基于此實現對于挖掘機工作效率的有效降低，這樣一來，在工作中就在很大程度上提高了燃油使用的效率。因此，機電一體化能夠在很大程度上實現對于能源消耗的降低以及工作效率的提高，且效果明顯。

二、機電一體化技術在高速公路機電工程施工中的應用前景

1、系統的智能化程度將會在未來的發展過程之中有著明顯的提高。之所以要提高機電一體化的程度，就是為了實現智能化的控制。也就是在一定程度上進行電子技術以及機械控制技術的利用，并基于此實現機械的智能化。

2、模塊化作業。目前，機電一體化正朝著控制自動化、操作模式簡單化的方向發展，也就是實現相應的智能模塊化控制。這種模塊化的操作以及實施主要是對于某些固定的程序化模塊進行有效的利用，并將之與特定機械設備組合進行一定程度的配合，以此來進行特定工況下的作業。

3、機電一體化技術在高速公路施工中的應用將會為環保做出巨大的貢獻。前文中，我們已經說明進行機電一體化的運用可以在很大程度上實現工程機械的能耗的降低。由此可見，隨著機電一體化的不斷應用于推廣，它將對環保事業做出巨大的貢獻。隨著機械智能化程度越來越高，它可以利用較少數量的智能化施工機械實現對于較大工程量的完成，這樣一來，就在一定程度上節約了相關的資源。

4、建立高速公路綜合信息平臺?，F有機電系統雖已具備各種信息采集的能力，所采集的信息的利用率卻很低。建立一個綜合信息平臺，將各類機電信息流通過綜合信息平臺的整合以分級授權的使用方式傳送到各級管理者PC終端設備以便做出決策，能為高速公路的高效運營夯實基礎，并給出行者提供方便。

5、建立、健全高速公路交通管理信息化和智能化的標準和規范。機電系統采用國際通用標準或國家與行業標準，使各子系統的操作平臺、通訊接口與協議標準化，可實現互聯互通并支持二次開發或功能調整，同時實現信息快速交換和高度共享，為全省甚至全國聯網作基礎。

三、加強高速公路機電一體化系統維護管理措施

1、從源頭確保機電系統品質，為維護管理奠定良好的基礎。 從源頭確保高速公路機電系統工程品質，必須從工程建設招投標階段起就要規范管理，挑選最優的承包單位，細化合同管理，為工程的建設營造最佳的條件。監理工作是工程的生命線，為確保高速公路機電系統工程建成后能發揮最大的投資效果，滿足營運的需要，必須嚴格執行監理制度，對工程建設進行全過程的監控，為以后的維護管理打下良好的基礎。

2、遵守行業法規，建立完善制度和操作規程，切實嚴格執行。 高速公路機電系統的維護管理工作與電力、通信、消防、環保、水利、環衛、防雷等行業都有密切關系，必須注重相關的行業法規。建立完善的高速公路機電系統維護管理制度對高速公路的運行安全和整體服務水平是極其必要的。具體來說，高速公路機電系統的管理制度和操作規程應涵蓋以下內容：管理和養護人員的崗位職責；機電系統維護管理的值勤制度；機電設施的巡查制度；機電設備的故障搶修制度、機電設備的預防性養護制度；機電系統維護管理工作中的安全作業制度；機電設備的操作和養護規程等。遵守相關的行業法規，嚴格執行規章制度，保證維護管理工作落到實處。

3、明確維護組織體系與職責范圍。 在高速公路機電系統的維護制度中應明確維護的組織體系，提出相應的職責范圍。其主要包括：執行與機電系統維護工作有關的各項規章制度；定期組織檢查各系統的工作運行狀況，消除潛在隱患，保障系統正常運行； 對故障做出快速反應，及時恢復保證系統正常運行等。如果在施工維護管理期間，施工單位需安排技術人員加強系統的看護檢查，對潛在的安全故障進行提前控制防范。

4、注重安全管理，有效提升維護管理。

安全管理是機電系統維護期間的重點工作，通過維護機電設備的安全運行才能有效的提高系統的可靠性。若機電設備出現問題，必會給系統、公路帶來相當大的破壞性。要考慮到高速公路的交通位置、與周邊城市的高速公路緊密性，對機電設備進行安全管理時采取了定期檢測、信號報警等方式，有效的控制了意外事件的發生。

四、結束語我們主要對機電一體化進行了簡要的介紹，然后對機電一體化的應用前景和機電一體化技術在高速公路機電工程方面的應用進行重點分析。希望我們的研究能夠使得人們對于高速公路機電工程機電一體化有更深層次的理解，同時，還為業內人士提供了一定的參考。

參考文獻：

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【關鍵詞】CDIO 機電一體化 教學改革

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-9682（2012）12-0063-02

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。國內外的經驗都表明CDIO的理念和方法是先進可行的，適合高校工科教育教學過程各個環節的改革。山東理工大學是一所以理工為主的多科性省屬重點大學，注重學生創新能力的培養，選定國際上公認的CDIO工程教育模式。于2009年初成為教育部CDIO工程教育模式研究與實踐課題組試點工作組高校成員，是山東省唯一一所加入CDIO項目的高校。機械電子工程專業作為CDIO培養模式的試點專業，對09級、10級機械電子工程專業進行了改革。機電一體化課程作為機械電子工程專業的主干專業課，我們將CDIO工程教育理念運用到機電一體化課程的教學改革中，提高了學生的學習積極性，增強了學生自學和解決問題以及團隊合作和溝通能力。

一、機電一體化課程現狀分析

機電一體化是機械、電子、測控等多學科相互滲透、結合形成的一門綜合性應用技術，已成為當今制造業技術發展的主流。與此同時，我國經濟的快速發展對機電一體化人才的需求也不斷增加、要求日益提高。“機電一體化”是機械電子工程專業專業的一門主干專業課，在培養學生機電一體化系統設計能力和創新能力中，占有十分重要的地位。本課程的任務是使學生以系統的觀點理解和掌握機電一體化技術，包括機械、檢測、控制、計算機等方面的基本理論、基本知識和基本技能，學會典型機電一體化系統的分析和設計方法，具備進行機電一體化系統設計的初步能力。近年來該課程的教學主要存在以下幾個方面的問題：

1.課程內容陳舊

機電一體化技術是機械技術、檢測傳感技術、自動控制技術、伺服驅動技術、信息處理技術、系統總體技術等多種技術的融合。該課程的教學未能充分反映機電一體化技術的新思想、新技術、新概念，授課內容比較陳舊，知識體系滯后。

2.理論與實踐環節脫節

該課程具有理論性與實踐性聯系密切、工程實用性強的特點，但課堂教學主要以講授理論知識為主，實驗內容少且針對性不強，實驗設備較少，學生接觸實踐機會少，缺乏動手能力的培養，更不能培養學生的創新意識。

3.教學方法單一

該課程的傳統教學主要是以教師為中心的傳授，學生被動接受式教學模式，難以激發學生的學習興趣和積極性。

4.考試模式單一

考試作為檢驗學生掌握科學知識、培養能力、獲取實際技能的一種手段，對實施素質教育，培養基礎扎實、創新和實踐能力強的應用型人才，具有特別重要的作用。僅靠卷面成績的傳統考試模式不能全面客觀地反映學生應用所學知識解決實際問題的能力。

針對機電一體化課程教學過程中存在的以上問題，原有的教學方法、教學實踐、考核方法等已不能適應“寬口徑、重實踐、應用型”的現代工程教育發展潮流。因此我們對該課程教學進行了改革。

二、基于CDIO的機電一體化課程教學改革：

1.CDIO工程教育介紹

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。

CDIO 的教育理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。瑞典國家高教署（Swedish National Agency for Higher Educa tion）2005年采用這12條標準對本國100個工程學位計劃進行評估，結果表明，新標準比原標準適應面更寬，更利于提高質量，尤為重要的是新標準為工程教育的系統化發展提供了基礎。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織，其機械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教學大綱，取得了良好效果，按CDIO模式培養的學生深受社會與企業歡迎。

2.機電一體化課程教學改革

CDIO教育理念與機械電子工程專業培養目標相一致，機電一體化課程在機械電子工程專業培養方案中占有重要地位，具有承前啟后的作用，融機械技術、電子技術、傳感器技術、計算機技術等前續課程在本課程中的應用，為后續畢業實習和畢業設計奠定理論知識和實踐能力，拓展機電一體化實踐技能，增強創新能力。CDIO教育理念對機電一體化課程課堂教學、實踐教學、考核方式等改革具有重要指導意義。具體實施過程如下：

（1）機電一體化課程課堂教學的改革。基于CDIO的培養理念，將機電一體化課程教學內容進行整合優化。教學內容主要以典型機電產品為載體，重點講述精密機械技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術、自動控制技術等在機電產品設計中的應用，結合我校自行研制開發的三向移動重載教學機器人為實例講解，教學內容具有針對性。并通過全方位的實踐教學體系，將機器人協會、機械設計協會、班級的科技小組緊密結合起來，全天開放教學和科研實驗室，使學生學以致用，能夠自行設計簡單的機電產品。

改變傳統授課方式，課程教學充分利用各種教育資源，采取多種教學手段，如多媒體技術、仿真技術現場演示、課堂實物演示與實驗，從中穿插旨在培養學生動手操作能力的機器人設計、調試等內容。注意采用啟發式、討論式、課堂實驗式教學，多種方法手段并用，使學生在學習知識的同時，也學習分析問題，聯系問題，綜合運用多門課程知識，培養學生發散思維、立體思維、創新和解決問題的能力。

（2）機電一體化課程實踐教學的改革。課下組織學生參觀智能機器人實驗室，觀看智能移動機器人的各種演示和結構。注重課堂理論知識與實際相結合，適時布置一些簡易機器人開發課題，讓學生進行總體方案設計、機械結構設計、控制系統設計等，同時這些關鍵技術可以觸類旁通地用于其他相關產品的設計與制造。在每一屆學生中選擇設計較為出色的部分產品，進行實際加工制作，一方面是對學生的激勵，同時也可以作為以后學生的研究對象。由于最終的產品完全是學生自己設計，有利于學生掌握機電產品的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）整個過程，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。

（3）考核方式的改革。改變傳統考核方式，對機電一體化課程的考核采用形成性考核方式：課程考核成績=理論考試成績（50%）+實操訓練與考試（20%）+解決實際應用課題情況（30%）。理論考試是按照考試大綱要求，閉卷考試，100分鐘。

實操訓練與考試是在現有的機電一體化教學實驗設備上進行設備操作、編程、調試等，考查學生動手操作能力。

解決實際應用課題情況主要是結合簡易機器人開發課題，要求學生利用所學知識給出解決方案，進行總體方案設計、機械結構設計、控制系統設計等?？疾閷W生分析問題、解決實際問題的能力。

該考核方法能夠客觀真實地評價出學生對該門課程的學習情況和知識掌握情況，全面地反映學生應用該課程知識解決實際問題的能力?？朔藛渭兊睦碚摽荚嚪磻獙W生成績的片面性，避免了出現高分低能情況，讓更多的學生發揮出個人的潛能。鼓勵有能力的同學參加機電產品創新設計大賽和機器人大賽等各種活動。

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2.先進教學手段的應用。（1）運用多媒體進行直觀教學。課程中的原理圖、梯形圖、程序及電路圖較多，利用Authorware、Powerpiont制作成多媒體課件，集文字、圖片、動畫和聲音于一體，不僅僅大大減少了老師課堂上畫圖的時間，而且學生興趣倍加，容易理解，提高了教學效率，增大了課堂教學的信息量。（2）聯系生活，啟發學生思維。課堂教學重在理論聯系實際，運用生活中的實例，既有助于學生對理論知識的掌握，又有益于提高學生的興趣和對實際問題的思考能力。如在講解三相異步電機的變頻調速時，結合變頻空調原理和特點，來分析變頻空調與普通空調之間的區別，從而闡述變頻調速的優點，學生增加了生活知識和學習的趣味性。（3）與時俱進，激發學生的求知欲。教師應該與時俱進，了解課程最新的技術動態，并把它傳授給學生，只有這樣才能激發學生的求知欲，真正的把課教好。如在介紹直流電機中，運用高速磁懸浮列車的例子給學生進行了講解，從而大大提高了學生的興趣、求知欲和學習的動力。

3.改革優化實踐環節。實踐教學是技術應用能力形成的重要環節，也是高職專業教育教學的重點。為了培養學生專業技術能力，改革傳統的實踐教學模式，將實踐教學分為三個階段進行：（1）實驗技能訓練。實驗技能訓練主要包括專業基礎課和專業課中的實驗，使學生掌握基本實驗儀器的使用，基本數據的測量、采集和基本實驗方法的運用。（2）單項技能訓練。單項技能訓練主要包括金工實習、數控實訓等，學生進行基本技能(鉗工、機加工、電工)、職業基本素質(數控車、數控銑、加工中心的編程和操作)的訓練。通過訓練使學生掌握相應的技能，參加職業資格考核取得數控工藝員或數控車、銑、加工中心操作工等級職業資格證書。（3）綜合技能訓練。綜合技能訓練主要包括生產實習、頂崗實習等，學在實訓中，采用邊教、邊學、邊做的教學方法，通過典型零件數控加工案例引導教學設計，針對實際零件數控加工任務討論工藝解決方案，并在加工現場實施，形成不同零件加工效果的直觀比較和認識，以合作完成實訓教學過程。融“理論、示范、練習、反饋”于一體，將“教、學、做”合而為一。有效培養學生的技術應用能力。生根據實際生產任務，在不同的崗位上完成實踐任務，畢業后實現“零距離上崗”。

（四）建設特色課程

在課程設置上根據對企業人才需求情況和對近幾年畢業生就業情況的調查，以工作過程為導向，以工作任務或產品為載體，根據學生就業崗位群的任職要求，參照相關的職業資格標準，通過與企業有關人員共同論證，進行課程設置。課程內容的確立與工作過程各階段的任務密切相關，在與企業的深度耦合中，通過對職業崗位群從業人員和與職業崗位群有關的人員及專家進行調查，通過對在職業崗位上工作的學生的描述，經過分析、歸納、整理、綜合，確立職業崗位工作過程中不同階段的工作任務，將工作任務和內容轉化為學習領域的課程內容，通過對工作過程各階段的各級工作任務的使用頻率和難易程度進行分析，確定適用于不同層次的專業核心課程內容和學時安排。

（五）總結

機電專業教學中必須堅持“面向現代，面向世界，面向未來”的發展方針，從實際出發，確定教學改革思路、培養目標，深入改革課程體系、教學方法和教學內容，使專業人才培養與未來社會發展需要相適應。在對學生的培養方面要做到：1.培養學生的綜合應用能力、實際動手能力、工程設計和創新能力，學生能根據一般的設計要求和動作流程完成整個控制系統的設計。2.提高教學質量，培養了學生的學習興趣。3.在實驗和設計中增強了他們的團隊合作精神。從一個目的、兩個原則的教改思想出發，抓好課程理論、實踐、考核的每一個教學環節，不僅充分發揮了學生的開拓創新精神，而且充分調動教師教學和教改的積極性，在教與學兩個積極性的推動下，教學質量得以大幅度提高，使高校為社會主義現代化建設培養出更多優秀的人才。

【論文關鍵詞】機電一體化教學改革專業特色

【論文摘要】針對機電一體化專業教學不能滿足經濟快速發展的需求這一現狀，提出了以實踐為導向的機電一體化教學改革。闡述了機電教學改革的必要性、思路和方法，提出在實踐環節深化改革，在專業培養方案上努力突出專業特色的重要性，淡化了原專業課和專業基礎課的界限，對課程實踐教學進行了改革，體現了機電教學的特色。

【參考文獻】

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