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機電一體化發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的觀點出發，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，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，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別。

2機電一體化的發展狀況

機電一體化的發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期間，戰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，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發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展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發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。（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。

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”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發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對這一技術的發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，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發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，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環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出新產品，同時也可以擴大生產規模。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(homenet)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(computerintegratedappliancesystem，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1cm3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、信息等方面具有無可比擬的優勢。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。

3．5環?；?/p>

工業的發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，具有遠大的發展前景。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。

3．6系統化

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：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，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，研制出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而研制出來的。

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。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前景也將越來越光明。

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1.2機械手搬運機構在這部分機構中，裝有較多的磁性傳感器用作多個不同的位置檢測，它需要在前點和后點各裝一個，以便檢測氣缸伸出和縮回的位置是否到位。例如，提升氣缸、手臂伸縮氣缸以及分揀機構的三個手指伸縮氣缸就分別各裝有5對磁性傳感器。在運行中，當磁性開關檢測到氣缸準確到位后，則發出信號到PLC，PLC內部程序指揮相應部件執行下一步動作。值得注意的是，在機械手手爪處單獨安裝有一個磁性傳感器，若手爪為夾緊狀態，則有信號輸出，指示燈亮；反之，手爪松開則無信號輸出。

1.3物料傳送和分揀機構在這部分機構中，落料口附近與出料口一樣，需要安裝一個物料檢測傳感器，檢測是否有物料在傳送帶的起始端。在運行中，如果它檢測到物料，則發出信號到PLC，PLC內部程序啟動電機驅動傳送帶；若檢測為無料并保持若干秒鐘后，停止傳送帶。當物料在傳動帶前進時，有三個傳感器逐一檢測物料的材料性質，先是通過一個電感式傳感器，它可以檢測到金屬材料，發出信號至PLC，啟動推料一執行推料動作。為保證檢測的靈敏度，檢測距離需調節為3～5mm。若物料不是金屬，將繼續前行至后面的兩個光纖傳感器處，它們主要用于檢測塑料，并區分黑、白兩種不同顏色。對于不同顏色的塑料，光纖傳感器的靈敏度是不同的，可以通過調節光纖放大器來區分塑料的不同顏色。

2傳感器應用說明與注意事項

2.1常用傳感器光電傳感器由光源、光學通路和光電元件三部分組成，具有使用簡單、性能穩定、抗干擾強的特點，常采用光電器件作為檢測元件，如光敏三極管。使用時應注意將光電傳感器的前端面與被檢測的工件或物體表面保持平行，且距離應保持在規定的范圍內。電感式接近傳感器由即振蕩電路、開關電路和放大輸出電路這三部分組成。當接通電源時，震蕩器在傳感器感應面產生一個交變的磁場，當金屬物料接近傳感器感應面時，金屬中產生的渦流會改變磁場，根據磁場的變化來判斷是否有金屬物體接近。

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2我國煤礦機電一體化技術的應用展望

在我國各個煤礦企業的實際發展中，各種大型機械設備越來越多的被廣泛應用于煤礦生產，機械設備液壓系統輸出的功率也不斷加大，這就需要煤礦生產機械設備液壓系統不斷向高壓方向推進。隨著科技的不斷進步，機械化生產模式在我國的煤礦生產之中的應用日漸普及，其機械生產的多元化、智能化以及一體化水平也大大加強，這對機械數據處理也提出了越來越高的要求，目前傳感器及微處理器等相關原件也能較好的滿足相關要求，在機電一體化技術中對其給予有效使用能夠有效增強機械設備的性能，提高機械設備運行的效率[3]。在煤礦機電一體化技術發展的過程中，要確保及技術的有效性、科學性及適用性，就一定要遵守持續性原則，并對機械設備的燃油功率進行相應的自動化管理控制，才能使機械設備的節能效果得到進一步提高。此外，在機械節能的時候，還要對機械設備運行的效率給予全面考慮，加強對新材料、新技術、以及新工藝的應用，并在確保機械設備運行效率的前提下，重點關注節能效果的發揮。在實際的煤礦機電一體化技術產生過程中，要有效應用傳感器、通訊媒體以及微處理器等先進設備，需要功能較為強大的系統軟件來做支撐，才能促進其應用效果的發揮。在煤礦機電一體化技術的發展中，電流變流體技術是其可行的發展方向，將這種技術應用到煤礦機械設備的液壓系統之中，能有效降低其能量的消耗，延長機械設備的使用壽命，且操作較為簡便，應用前景較好[4]。此外，由于各種高級語言、匯編語言的廣泛應用，煤礦機電一體化技術的軟件開發也具有了較為廣闊的發展前景。

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1.2電機在機電一體化中的用電問題一般的電機控制保護裝置都是基于電熱原理和電磁原理?，F在，隨著機電一體化的發展和普及，人工控制的機器越來越少，大多數工廠已全面實現機電一體化。所以電機工作量很大，電機經常啟動，因此引起不少電路方面的問題。比如電機對于電能的損耗，電壓不穩造成的短路，電機超負荷運作等問題。一些企業領導在選購電機時往往過于注重電機本身的工作情況，壞損情況，而忽略了電機對于電能的損耗，忽略了節約用電在電機使用中的具體實踐。

2完善電機在機電一體化應用中的保護

2.1解決井下電機設備故障問題的措施井下電機故障頻發，對此有關工作單位應該加大重視程度，完善電機保護的相應理論。任用相應技術人才，定期對井下的電機設備進行檢查，維修，安排專門檢測人員。要時刻注意電動機各方面指標的變化情況，以便及早發現問題，減少或避免故障的發生。還要加大對電機設備的監控，故障預警方面的投入。例如采用現代化數字監控裝置。我們就要分派專門負責人時刻密切關注電機的使用情況，及存在的一些隱患。在未出現問題時及時維護，企業相關負責人應該掌握相關知識，在選購時應全方位考慮。另外，要想從根本上解決電機故障問題，那么相關研發者在設計電機時就應該考慮到電機的養護維修等問題，從而研發出更為可靠的電機保護裝置。

2.2對電機用電問題解決方法的探討由于現在各大企業對于電機越來越依賴，電機在電能利用方面也顯露出一些問題。所以，在使用機電一體化設備時，需要有針對性的對于其電路和電能損耗方面的指標進行監測。確保電流以及電壓等參數等能穩定在一個相對正常的水平，有針對性的在這些方面進行檢查有利于電力故障的判定。在這個過程中需要實施檢測，但是常規的儀器并不能做到精準的測量，因此在對其進行應用的過程中，需要選擇較為專業的設備如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，在對故障做出快速判斷的同時及時發出報警。另外要想減少電能的損耗，也應該增加用電情況的監控儀器。但要想從根本上解決問題，最重要的是，在電機的設計時我們應綜合考慮多方面因素，將綠色創新的理念融入其中，使我國機電一體化技術的發展達到一個全新的水平。

2.3新時代背景下對于電機保護設施的完善隨著電機保護理論知識的完善和新技術的發展，通過仿真計算機故障模擬并對其數據進行精確分析，一方面可以防止電機故障的發生和及時對電機故障做出判斷與維護，另一方面，也可以用以完善相應的理論知識，讓理論知識在實踐中得以升華。另外，新技術的應用開發也是完善電機保護系統的重要方面。例如紅外光，電磁波等技術的應用，采用科學有效的數據完善電機保護系統是新時代對于我們的要求。對于電機保護裝置的研究，我們大多忽略了一個方面，那就是我們應大力倡導電機與其保護裝置配套出廠，根據我國現在的需求，有針對性的生產電機及其配套的裝置。對于一些其他國家來說電機和電機的保護裝置配套出廠的現象早已不是陌生，而在我國，大多數情況下還是電機與其保護裝置分別在不同廠家出廠。這種情況下，在設備維修時往往出現設備不匹配的現象，造成不必要的麻煩，而且對于生產的成本來說，也未免有些浪費。因此我們應不斷學習進取，吸取好的經驗，在我國大力建倡導電機與其保護設備匹配出廠。這樣做的優點就是，用戶在選擇設備時減少了繁瑣的對比，測量，更重要的是，大大減少了因設備不匹配而出現的壞損現象，在一定程度上減少能源的浪費，完善了綠色環保在電機保護及機電一體化中的應用。

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1．2壓縮空氣系統自動控制水電站的空氣系統主要給機組的制動、密封及檢修提供壓縮空氣，機組正常運行中壓縮空氣需要一個穩定的壓力來保證正常的生產用氣，電廠安裝有空氣壓縮機、儲氣罐及配套的自動控制系統，在儲氣罐上安裝有壓力變送器以及電接點壓力表，自動控制系統根據壓力變送器及電接點壓力表測得的實時壓力值與整定的啟動與停止空氣壓縮機的壓力值進行比較，若實時壓力低于啟動壓縮機壓力就自動啟動壓縮機，當壓力達到停機壓力時自動控制系統自動停止壓縮機。

1．3PLC微機調速系統的自動控制PLC微機調速系統是水電站自動控制的核心系統，也是機電一體化技術在水電站集中應用最多的系統，該系統集中應用了電子測量技術、機械測量技術、機械液壓調速技術、遠程控制技術等，由于水力發電廠其啟動、停機時間短、效率高及功率調節范圍大等優點常被作為電網的調峰調頻機組使用，因此PLC微機調速系統應具有靈敏性、可靠性、調速連續性等要求。PLC微機調速系統在水電廠中通過采集發電機頻率及電網功率調整水輪發電機組的轉速及有功功率，采集到的發電機頻率經轉速與頻率關系公式n＝60f／p（n為轉速，f為頻率，p為轉子磁極對數）轉換為機組實際轉速，實際轉速與機組額定轉速相比較，若發現轉速偏離額定轉速，自動調速系統將根據轉速調速命令使其調速液壓系統開／關水輪機導水機構調整機組轉速。PLC微機調速系統得到電網需要調整有功功率指令時在保證機組轉速的前提下，通過調整水輪機導水機構的開度來調整機組的有功功率。為了使水電機組實現隨著頻率和功率變化自動調解的目的，PLC微機調速器通過電子測控裝置測得發電機實時頻率或電網功率命令機械液壓裝置動作帶動導水機構動作，調整水輪機導水葉開度來實現調速，同時機械位移測量裝置將液壓裝置導桿位移量同時反饋給PLC微機調速器，PLC微機調速器根據反饋數據與機組轉速、功率與導葉開度曲線判斷調節位置是否與電子測控裝置測得的頻率或功率相一致，是否還要下達調節命令。機械液壓裝置作為PLC微機調速中的唯一動力裝置，其自身也擁有自動控制系統，通過自身的控制系統控制動力源，機械液壓裝置的動力源通過儲油罐上的壓力顯控器（電接點壓力表）設定的油壓上、下限控制齒輪油泵的起停，使其動力源始終保持調速所需的工作壓力。

2水電站機電一體化集成

水電站的機電一體化技術主要運用在上述的系統中，這些自動控制系統通過集成構成了水電站安全監測與運行的自動控制系統，通過水電站的中央控制室的控制，使得分散的獨立運行的互不相關的系統成為一個整體，這些監測與控制系統不僅可以獨立運行，同時還必須相互綜合利用才能充分發揮出機電一體化技術的優勢。各個系統通過中央控制室的集成，不管哪一個系統出現故障都將會影響整個自動控制系統的運行，其為電廠的安全平穩運行提供了有力的監測與自動控制保障。

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（二）構建高職會計電算化專業“教學做一體化”的實踐課程體系通過行業調研和與行業專家研討，社會對會計的需求主要為中小企業和事業單位會計、出納、會計電算化、財務管理、審計等崗位，在建立會計電算化專業“教學做一體化”時要充分考慮市場環境和用人單位需求的變化，結合會計工作任務的特點，構建“教學做一體化”的實踐課程體系。具體包括：珠算技術與點鈔技能實訓；手工會計基本技能實訓；出納基本技能實訓；電算化會計基本技能實訓；手工會計單項崗位技能實訓；手工會計混合崗位綜合技能實訓；會計電算化維護管理技能實訓；電算化會計綜合技能實訓；校外實踐培訓；多證強化訓練；頂崗實習。按照畢業生應達到的知識、技能和素質標準，結合畢業生未來發展的需要，建立各門課程的質量標準。

（三）構建高職會計電算化專業“教學做一體化”的實踐教學環境與運作模式會計電算化專業“教學做一體化”是以完成崗位工作任務為載體的情境式教學，傳統的教室往往難以滿足一體化教學模式的需要，因此，實施一體化教學的最好場所就是校內實訓室和校外實訓基地。1.建設校內實訓基地。學院實行開放式辦學，讓行業企業專家走上課堂，指導學生實訓實習，投入資金加強校內實訓基地建設。在建設過程中，聘請企業專家參與實訓室建設方案制訂和建設過程指導，確保實訓基地建成企業化、崗位化、模塊化，使學生在學校就能體驗企業工作氛圍，強化職業素養。目前我們已建成“會計電算化實訓室”“手工會計實訓室”“納稅申報實訓室“”財務咨詢公司”等實訓基地。制定《會計電算化專業校內實訓教師崗位職責》，建立《會計電算化專業學生校內實訓管理細則》，建立滿足實訓用的資料庫、編寫會計模擬實訓指導書等，開發了仿真度高、職場氛圍濃的虛擬校內實訓基地。校內實訓基地的建成，讓學生在“教中學、學中做，做中學”，為實現“教學做一體化”的實踐創造了良好條件。2.建設校外實踐教學基地。學院始終把學生綜合職業技能訓練與職業素質養成放在企業、放在職場，同時不斷加強校外實訓基地的建設。在重慶市涪陵水利電力投資集團有限責任公司、太極集團重慶涪陵制藥有限公司、重慶市涪陵榨菜（集團）有限公司、重慶財瑞財務有限責任公司、重慶市正凱空調安裝工程有限公司等建立了多個穩定的校外實訓基地。校外實訓場地的建成，為會計電算化專業學生在校外實訓提供了良好的環境，為學生進行會計電算化頂崗實習奠定了企業平臺，也為“教學做一體化”的實踐起到了推動作用。頂崗實習是專業教學中的重要環節，與常規教學相比，頂崗實習教學學習場地在企業，學校聘請企業一線技術人員做兼職教師。學生頂崗實習實行“雙導師制”指導，明確企業兼職指導教師及學校指導教師的各自責任。針對頂崗實習學生，除保證每個實習學生有企業指導教師外，還安排足夠的校內教師對學生頂崗實習進行管理。學校指導教師一方面要定期進行現場指導；另一方面要與企業指導教師進行溝通，使其加強對學生崗位技能的指導、答疑。學生實習期間定期向指導教師匯報實習情況并定期寫出頂崗實習報告。

（四）構建高職會計電算化專業“教學做一體化”的實踐教學方法體系為了提高教學質量和學生實踐技能，必須優化教學手段。我院教師從傳統教學法中脫離出來，進行“項目教學”“任務驅動”“模塊化教學”“案例教學”“頂崗實習”等多種教學方法的探索，初步形成“教學做一體化”的教學模式，構建了“三層雙軌六位一體”的開放式的一體化實踐教學體系。即基本技能實訓、專業技能實訓、崗位技能三個層次；手工做賬和計算機做賬雙軌并行；單項崗位實訓+混合崗位綜合實訓+技能競賽+考證強化+校外培訓+校外頂崗實習的“六位一體”。同時，我們創新了“教、演、學、練、做”的一體化實踐教學方法，實現了“教中學、學中做，做中學”，構建了“以職業能力定學、多證培養、教學做一體、理實融通”的人才培養模式。以上方法，促進了學生專業技能和職業能力綜合素質的培養，課證融合，保證了學生順利取得畢業證書和職業資格證書。

（五）加強高職會計電算化專業“教學做一體化”“雙師”型教師隊伍的建設為了保證會計電算化專業“教學做一體化”的實踐教學質量，加強“雙師”型教師隊伍建設是關鍵，培養具有扎實理論知識和豐富實踐經驗的“雙師型”教師尤其重要。我院一是讓教師“走出去”，即鼓勵教師到校企合作企業、會計師事務所或財務公司等機構兼職，為企業做會計、財務管理、審計和稅務咨詢等；也讓教師輪流到企業頂崗實踐，開展產學研合作，為教師到企業參與實踐提供支持；同時還鼓勵專業教師參加職業資格考試。通過這些措施，來增強教師的實踐經驗，從而提高雙師隊伍素質。二是通過“請進來”的方式加強師資隊伍建設，即聘請校外行業企業專家為學生授課、指導實踐教學。

（六）構建高職會計電算化專業“教學做一體化”的考評機制檢驗高職會計電算化專業“教學做一體化”的實踐效果，就是制定科學的考核評價機制：以職業能力考核為要素，構建科學的考核評價方式與標準體系，主要包括考核方式、考核內容和評價標準。考核方式包括形成性考試與終結性考試兩部分。形成性考試對于學生行動過程中的各種表現進行考核，包括作業、實訓過程、實訓結果、實訓報告、單元測驗、學習態度、進步系數等。終結性考試分為筆試和實務考試。（1）筆試主要針對會計電算化專業課程教學目標中的理論知識進行考核。考核內容固化在試題庫中，理論知識的試題庫全部采用客觀題。試題庫按照教學大綱組建，題庫系統可以通過對考核范圍、難度系數、分值分布等進行定制的方式自動組建試卷并評卷。學生隨時可以申請在機房參加考試。（2）實務考試主要針對課程教學目標中職業技能進行考核，主要包括學生珠算技術與點鈔能力；手工會計基本技能；出納基本技能；電算化會計基本技能；手工會計單項崗位技能；手工會計混崗綜合技能；電算化會計綜合技能；頂崗實習報告；技能競賽；多證強化等方面的考核。評價標準分為優、良、中、合格和不合格幾個等級。

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2構建思路

機電一體化專業課程體系構建是基于學生未來職業要求和技術技能型質量要求的，要充分考慮職業資格考試和技能大賽對教學引領作用，在課程體系中集中體現技術、技能屬性。考慮現有機電一體化專業教學模式，將機電一體化專業課程體系構建為“階段+模塊”、“理論+實踐”的互補體系。機電一體化專業教學課程階段主要包括職業基礎能力培養階段、職業專門技術能力培養階段、職業關鍵能力培養階段和職業拓展能力培養階段四個階段，對學生在未來職業中所需技術技能進行培養，全面提升學生綜合專業能力。機電一體化專業教學課程模塊主要包括基礎課程、技術課程、實訓課程和選項課程四大模塊，其中基礎課程模塊就學生在未來職業中的職業素質和基礎能力進行開發培養，切實提高學生職業綜合素養；技術課程模塊就學生在未來職業中的專業技術能力進行開發培養，主要設置職業技術性課程；實訓課程模塊就學生在職業技術性課程中所學進行實訓教學；選項課程模塊就學生在未來職業中具體工作崗位所需設置的課程，具有較強的專業性和技術技能導向性。

3課程體系總體設計

高校機電一體化專業課程體系的總體設計框架是基于機械工程行業需求，強化學生技術、技能基礎，拓寬機電專業能力，突出未來職業能力，提高綜合專業素質，全面職業發展的課程結構，是面向多方向工作崗位需求，設計大類模塊化課程的體系。機電一體化專業課程體系的總體設計包括集“自然科學+人文社會科學+專業思想教育”在內的基礎課程教育（一個基礎），包括集“電工電子基礎平臺+機械基礎平臺+計算機控制技術基礎平臺”在內的平臺課程教育（三個平臺），包括集“自動生產線方向+機電一體化設備+模具設計和制造+數控技術應用+計算機輔助機械設計”等多模塊課程教育（多模塊）。

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2.機電一體化在工程機械中的應用措施

2.1機電一體化技術在機床的應用我國數控機床一般使用Z80-CPU軟件實現機電一體化，這是因為Z80-CPU系統開發較為簡單，且配套的芯片具有普遍性和廉價性，因此在機電一體化技術上具有額可靠性和通用性。由于我國的數控機床是按照坐標軸進行工作臺運動的，因此一般需要采用插補功能實現連續控制的目的。其中滾珠絲杠具有摩擦損失小、傳動效率高的優勢可以有效消除低速爬行的現象，因此在數控機床的執行機構傳動方式可以使用該種傳動方式。它具有耐磨性好，摩擦系數小，可消除低速運動的爬行現象，同時它的抗撕傷能力強、以及成本低等優點。

2.2監控系統的應用機電一體化技術在工程機械加裝電子監控和故障診治以及自動報警系統可以對工程機械的各種裝置如傳動系統、液壓系統、發動機以及制動系統等進行綜合的全方位的監控。監控系統在工程機械運行過程中如果發現異常，能夠自動找出機械出現故障的部位，并發出警報，提醒工作人員注意。因此機電一體化技術的應用不僅提高了工程機械的工作效率，而且改善了操作人員的工作環境，降低了工程機械故障維修的費用，縮減了停機維修的時間，對延長機械使用壽命和提高機械經濟效益具有重要的作用。

2.3對柴機的控制借助機電一體化技術的電子油門控制系統，對柴油機安裝電子調速器和升溫控制自動系統可以提高對柴油機控制的便捷性。

2.4降低工程機械功耗，促進生產效率的提高一般的工程機械使用時功耗較高，但是生產效率確較低，例如傳統的液壓挖掘機不僅功耗較高，能量利用率不到30%，而且生產率較低。但是應用了機電一體化技術的工程機械利用先進的電子控制系統使機械的功耗大大降低，生產率明顯提高，例如采用了卡特電子系統的液壓挖掘機，功率利用率明顯提高，從而使機器的生產率大大增加。又如將機電一體化技術應用于柴油發動機，由于電子調速器等的應用，使柴油發動機可以根據不同的工況選擇不同的工作模式，降低了柴油發動機的功耗，增加了柴油發動機的工作效率。

2.5提高產品質量機電一體化技術應用于工程機械中，借助電子系統的精密控制系統，可以提高工程機械工作的精密程度，提高產品質量，促進良品率的提高。一般的機床在加工產品時是操作人員依據自身的操作經驗和技術進行操作的，這造成的機床生產的良品較低。實現機電一體化的機床在進行產品加工時依賴于電子系統的控制，因此精確度較高，同時監控系統可以及時對機床操作進行調整，確保良品率的提高。我國較為先進的數控金切機床已經可以進行精度為0.001毫米的作業加工，這是單純的依靠人工操作的機床難以做到的。

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現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了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展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

一、機電一體化的核心技術

機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手：

（一）機械本體技術

機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮?，F代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。

（二）傳感技術

傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。

（三）信息處理技術

機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。

（四）驅動技術

電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。

（五）接口技術

為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

（六）軟件技術

軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、機電一體化技術的主要應用領域

（一）數控機床

數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：

1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。

2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。

3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。

4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。

5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。

6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。

7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。

（二）計算機集成制造系統（CIMS）

CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。

（三）柔性制造系統（FMS）

柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。

（四）工業機器人

第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。

三、機電一體化技術的發展前景

縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：

（一）智能化

智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

（二）系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。

（三）微型化

微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。

（四）模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。

（五）網絡化

網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

（六）綠色化

工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。

綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。

參考文獻:

1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.

2、芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.

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一、概述

機電一體化技術就是機械、計算機、信息處理和自動控制技術綜合運用的復合技術，是微電子技術向傳統機械工程滲透而形成的融合機械工程、電氣工程、計算機技術、信息技術等為一體的新興綜合技術。機電一體化技術順應了當今科學技術發展的規律，顯示了強大的生命力。由于煤炭生產是將數百、數千萬噸煤炭從地層深處采掘、運送到地面，因此需采用大量的機電設備才能實現這一目標，而機電一體化煤礦產品則是實現高產高效的最好選擇。機電一體化將機械與電子技術融為一體，使物流、能流、信息流融為一體。

二、機電一體化技術在煤礦中的主要應用

2.1機電一體化技術在提升機中的應用礦井提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設備，全數字化交直流提升機。尤其是內裝式提升機，從結構上將滾筒和驅動合為一體，機械結構大大簡化，充分體現了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。而全數字化提升機高度可靠，采用總線方式，大大簡化了電器安裝，此外，硬件配置簡單，互相兼容?！熬盼濉逼陂g，國產數字化直流提升機已成為煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機，其核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統，其性能先進、操作簡便、準確可靠。此外，我國還應用SIMADYND和S7研制成功了第一臺交-交變頻器供電的交流提升機。目前，最大裝機容量已達到5000kW，主、副井提升機可做到全自動化，不需要專門的絞車司機。

2.2機電一體化技術在采煤機中的應用電牽引采煤機是機電一體化技術在采煤機的一個典型應用。與液壓牽引相比，它具有一下特點:①良好的牽引特性:可以在采煤機前進時提供牽引力，使其克服阻力移動，也可以在采煤機下滑時進行發電制動，向電網反饋電能。②可用于大傾角煤層:牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器，因為它的設計制動力矩為電動機額定轉矩的1.6～2.0倍，所以電牽引采煤機可用在40°~50°傾角的煤層，而不需要其它防滑裝置。③運行可靠，使用壽命長，電牽引和液壓牽引不同，前者除電動機的電刷和整流子有磨a損外，其它元件均無磨損，因此工作可靠，故障少，壽命長，維修工作量小。④反應靈敏，動態特性好:電控系統能及時調整各種參數，防止采煤機超載運行。⑤結構簡單、效率高:電牽引采煤機機械傳動結構簡單、尺寸小、重量輕，電能轉換為機械能只做一次轉換，效率可達99%，而液壓采煤機的效率只有65%-70%左右。

1991年煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作，研制成功我國第一臺采用交流變頻調速MG344-PWD型薄煤層強力爬底板電牽引采煤機以來，我國的電牽引采煤機有了較快的發展。國內上海天地公司、太原礦山機械廠、西安煤機廠、雞西煤機廠等都生產交流變頻和直流電牽引采煤機，而且得到了廣泛的應用。經過近20年的研制開發，我國的電牽引采煤機一逐步走向成熟，為煤礦生產技術的進步起到了積極的推動作用。

2.3機電一體化技術在帶式輸送機中的應用帶式輸送機由于長距離連續輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現自動化等特點，已成為我國煤礦井下原煤輸送系統的主要運輸設備。因此，成為近幾年來機電一體化技術的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為平滑起動運送大慣性載荷，如煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設計的軟驅動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅動。由于尚未解決動態分析和在線監控技術以及啟動延遲技術，我國帶式輸送機的中間驅動點不能不知過多，一般為3點驅動，這樣就限制了輸送機的單機長度和運量。而且，輸送機的監控設備功能少、可靠性較差、靈敏度和壽命都較低，和發達國家相比存在顯著的差距。

2.4其他煤礦機電一體化裝置液壓支架則向電液控制方向發展，將計算機技術與液壓控制有機結合，實現定壓雙向鄰架或成組自動移架，避免對頂板和支架產生沖擊載荷。我國神華集團大柳塔礦采用從德國和美國引進的電液控制的支架，移架速度為6～8s/架，最快的移架速度達3s/架。電液控制裝置還可檢測支架的工作狀態。

煤礦供電的特點是供電要可靠，質量要高，能滿足大功率設備的要求。因此應該推廣節能型產品。高壓開關柜采用維護量小，使用壽命長的真空開關。采用集中補償和就地補償相結合的辦法提高功率因數，減少供電系統無功電流，減少無功功率損耗。目前高、低開關柜普遍采用了“微機保護”，具備網絡功能，可以實現遠程遙控、遙測、遙信和遙調。

三、煤礦機電一體化技術應用的發展趨勢

我國自造的煤礦機電一體化設備都具有智能化、程序化、信息化的特點，以及設備體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優點。這些設備在煤炭生產中的廣泛應用，不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高了煤礦的生產水平和能力，創造了巨大的經濟效益和社會效益。但是，我國的煤礦機電一體化技術與發達國家相比，還有一定的差距，因此還有很多的工作需要繼續研究，其未來的發展趨勢是:①開發有自主知識產權的以煤礦開采技術及配套裝備為主導的核心技術，研究具有自主知識產權的核心裝置；②增加產品的通信功能，以適應綜合自動化的需要；③開發以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監測以及微處理器、計算機和專家系統的應用等；④煤礦機器人仍然是煤礦機電一體化技術今后研究的重點之一。

四、結束語

近年來，隨著微電子技術、計算機技術、軟件技術、傳感器技術和自動化技術的飛快發展，信息流成為機電一體化的主要特色。其產品實現自動化、數字化、智能化，在性能和功能方面均實現了質的飛躍。因此，機電一體化技術是企業信息化的重要支撐技術，是礦山綜合自動化的基礎。機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用和推廣，極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力，為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭工業生產打下了扎實的基礎。

參考文獻：

機電一體化實用手冊[M].北京:科學出版社.2007.