机电一体化概论模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇机电一体化概论，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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1 机电一体化技术发展历程及其趋向

机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。

1.1 机电一体化技术发展历程

1.数控机床的问世，写下了"机电一体化"历史的第一页；

2.微电子技术为"机电一体化''带来勃勃生气；

3.可编程序控制器、"电力电子"等的发展为"机电一体化"提供了坚强基础；

4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使"机电一体化"跃上新台阶.

1.2 机电一体化发展趋向

1 数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

2智能化

即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

3 模块化

由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

2、机电一体化技术的主要应用领域

2.1数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。 开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。

WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。

大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。

能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。

2.2计算机集成制造系统（CIMS）

CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

3 机电一体化中继电器保护的现状与发展

电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。

建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术[1]，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。

机电一体化的发展历程见证了人类走向了高科技的时代，机电一体化化的发展趋势见证了人类对于高智能化的向往。

4 结语

机电一体化不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。在走向高智能化的时代步伐下，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。

参考文献：

[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004；

[2]李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社，2003；

[3]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社，2004；

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“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”，是中职学校机电专业人才培养的出发点也是它的归宿点。机电专业课程改革必须遵循机电专业自身的特点，进一步深化机电技术应用专业技能型人才的培养模式的改革，以满足社会和企业对高素质技能型人才需求。具体而言就是要打破传统学科课程的教学模式，将理论教学和实践教学、教学环境与工作环境、理论教师与实训指导教师等有机地融为一体，全面实施“一体化”的模式。

一、理论教学与实践操作一体化

理论教学与实践操作一体化，顾名思义，就是将专业理论教学与实训操作组合起来，一体教学。这样做既可以实现理论与实践的融会贯通，还可以激发学生自主学习的动力和兴趣。 “理实一体化”的教学模式不只是理论教学和实践教学在某种形式上的简单组合，而是遵循学生的认知发展的规律与技能技巧形成教学规律，实现专业理论与实践二者有机合成。

机电专业传统的教学模式虽然也强调学生的实训教学，但理论和实践两个环节在时空上有所脱节，基本上体现为两个互为独立的体系。而一体化教学模式从根本上打破了传统的理论与实践教学的时空界限，将专业理论和实践教学有机地融为一体。教学时从感性而不是从理性认识入手，强调直观教学的力度，促进学生认知力的提高，不失为一种培养技能型实用型人才有效的教学模式，是一种适合当前中职学生实际情况的有效教学模式。

理实一体化模式突破了中职教育传统的“文化课专业基础课专业课技能训练”教学程式，理论的学习以“必需、够用”为原则，以技能实训为中心，与相关的理论知识组合为教学模块，理论教学和实习指导由同一位教师担任，一以贯之，确保理实同步，二者协调。以专业理论指导实践操作，反过来又以实践操作加深对专业理论知识的理解，理实相长，促进专业知识与技能双飞跃。

二、教学环境与工作环境一体化

“一体化”教学模式不只是理论教学与实践教学内容的一体化，还包含教学环境与工作环境一体化。为了更好地体现专业理论对课程实践的指导作用，让专业理论教学与专业技能实践真正融合一体，可以把专业课相对集中起来，搬到实验室，搬到实训中心，搬到企业的车间里去。采取理论教学与实践作业齐头并进，穿行。教师在讲完一个理论知识或原理构造之后，就指导学生动手操作；也可以和学生对着实物，一边讲一边做，使理论学习与实践训练有机地融为一体。例如钳工工艺的教学，可以完全在实训室内进行。教师边讲边示范，示范结束，学生便可动手实践。这样学生记得牢，做得好。学生遇到问题及时反馈，当堂解决，效果明显。这样的专业实训室既是理论教学的课堂，又是工作实践场所。

教学环境与工作环境一体化的具体实践，有如下特点。①把实训中心包装为教学工厂，建立理实一体化教学专业教室，融教室、实训、实验、考工、技术服务与生产为一体，使专业教室具有多媒体教学、实物展示、演练实训、实验、考工强化训练和考工等多种功能，营造出真实(仿真)的企业氛围和环境。②把学校的实训室包装成企业的“车间”，按照企业生产要求张贴安全生产标语、规范操作流程、安全操作规程。③把学生包装成企业的“工人”，统一穿上实训服（厂服)、带上工具包、凭胸卡进“车间”上岗，同时加强对“员工”组织纪律性教育，严明时间观念，不得迟到早退，严格按照安全操作规程和操作流程上岗生产。

三、理论教师与实训指导教师一体化

中职学校传统教学模式将专业课的教学分为理论教学与实践教学两大块。理论部分由理论教师在课堂内完成，实践部分由实训指导教师在实训中心（车间）进行。理论教学由学校教务处安排，实训教学由学校实训处管理。两大部分自成体系，互不相干。这样安排的结果容易造成理论与实践的脱节，对教学质量产生不利的影响。理论学习时不能顾及实际的应用，实训时不能与理论结合起来相互印证。以专业课《彩色电视机原理与维修》为例，该课程分为《彩色电视机原理》与《彩色电视机维修实习》两部分，分别由两位教师担任，有的甚至分别在两个学期开设。这样不但学生难以学以致用，两位教师的教学也互不联系，增加了难度，不能有效提高学生技能。

因此，“一体化”还应包含教师在知识、技能与教学能力上的一体化。机电专业教师必须是“双师型教师”，能将专业课程的专业技术理论教学与实训课教学一肩挑起来。既是理论教学能手，更是技能实训指导的高手。一门专业课，仅由一位教师来承担全部教学任务（理论教学与实践指导）。在教学过程中，可以先讲理论知识，再进行实践操作；也可以边讲理论边操作，甚至可以先操作，当学生遇到问题时再从理论上加以阐述解决。这样做，能做到理论与实践的无缝结合——用专业理论指导实践，用实践操作去验证理论。例如前面论及的《彩色电视机原理与维修》，就可以把原理与维修放到一起来教。在讲清扫描电路的原理后，就讲一些扫描电路的常见故障，并设置一些故障让学生动手排除。在排除的过程中遇到问题，又用理论去解释，去解决。这样理论与实践相辅相成，相得益彰。

理论教师与实训指导教师一体化的最关键问题是师资。中职学校要努力改变当前师资结构单一化，教师实践经验不足，教学质量不高的现状，就必须大力培养“双师型”教师。通过下企业实践、顶岗进修等措施弥补专业科任教师实践经验的不足，并获得相关行业的职业资格。只有通过不断培训和进修，不断汲取行业的新工艺、新技术、新理念，专业教师才能使自己的专业知识与技能始终保持着新鲜状态，使理论和实践始终保持最佳结合状态。理实双佳的教师才能在教学中，显得如鱼得水，游刃有余。例如，在讲解《机械制图》的圆锥时，教师可以把自己在车床上制作圆锥的过程拍成视频，在教室里播放，让学生看到在车床上制作圆锥的全过程。这样避免了理论教学的“纸上谈兵”，让学生对机械制作有一个感性的认识。然后通过课堂教学的讲解与分析，促使学生的认识从“感性”向“理性”转变。

对机电专业课程改革的探讨，除了以上三个方面的一体化之外，还可以从“教学”与“科研”一体化、传统与现代教学方式的一体化、专业文化与企业文化的一体化以及“教法”与“学法”的一体化等方面去探索、去研究。囿于文章的篇幅，在此不能一一展开论述。综上所述 ，“一体化”教学的核心在于现场教学，强调的是工作本位，能力本位。若将理论教学与实验、实训、实习融为一体，把教学环境与工作环境融为一体，理论教师与实训指导教师融为一体，让学生对自己的学习内容与学习方式有更大的自主选择权，就可以有效地提高机电专业课的教学效果，最大限度地提高中职生在就业中的竞争力、

参考文献：

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0 引言

机械工业举足轻重，随着社会的发展和科学技术的进步，机电一体化技术的应用与发展对我国经济建设所起到的促进作用越来越明显。现代化设备逐渐发展成为集光、电、机、气、声、像、磁、热等技术于一体的智能化系统，机电一体化产品几乎贯穿到国民经济的所有行业。当前，机电一体化产品已经进入发展成熟期，高速率、高精确度的智能系统越来越成为机械制造业的主流。随着我国后经济危机时代产业结构调整与升级大潮的来临，企业产品、设备正在经历一个更新换代的频繁时期，因此对高技能的机电一体化人才和高技术含量的机电产品需求越来越大。高职机电一体化技术专业是为生产第一线的高级技能型岗位培养人才，但是目前我国高职院校培养的机电一体化专业的学生与社会、市场的需要还有不小的距离，因此，机电一体化技术教学改革势在必行。

1 “机电一体化”发展趋势

当前，机械制造业已从传统的通用机床、组合机床过渡到由微电子、自动控制的全新的数控机床，并且越来越普及。微电子，光电传感器，信息处理和自动控制技术等技术经过多年的发展，已经成为机电一体化高新制造技术的核心部分。高速、精密、大型、恒矩、无级和瞬时响应俱佳的自动换刀数控机床和流水作业式的自动生产线正在深刻改变传统的机械加工模式。

1.1 光机电一体化

光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。一般的机电一体化系统是由能源系统、传感系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统。

1.2 智能化

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

1.3 自律分配系统化——柔性化

未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

1.4 “生物一软件”化—仿生物系统化

今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统(大脑)工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”，而生物的特点是硬件(肌体)——软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。

2 高职机电一体化人才培养

机电一体化人才可分为以下几个层次：①学术型人才：主要从事科学研究。②工程型人才：主要从事项目的设计、规划、决策以及新产品、新技术的研发工作。③技术型（工艺型）人才：主要在生产一线或工作现场从事设备操作与维护、技术把关等生产环节工作。

高职机电一体化人才的定位：高职机电一体化专业应将培养技术应用型人才作为教学的主要目标，合格的毕业生应具备基本的基础理论知识、一定范围的专业知识和较强的工作现场技术应用能力。

高职机电一体化人才应具备的知识与能力：①知识结构：具备常识性的文化基础知识；掌握一定的政治理论知识和人文知识；具有相关专业和行业所需的机械制造和电工、电子、自动控制等方面的基本知识；具有计算机应用技术的基本知识；具有数控机床加工与编程、数控技术、CAD/CAM的基本知识；具有数控技术综合应用的基本知识；具有车间生产技术管理的基本知识。②能力结构：一是社会能力。主要包括人际交往能力、口语表达能力、协调组织等从事职业活动所需要的一般社会行为能力。二是职业基础能力，主要包括机械制造、电气控制与计算机应用这三项从事职业活动所需的基础能力。三是专业能力。主要是从事相关职业工作所要求的的稍高层次的专业技能。

3 当前高职机电一体化教育存在的问题

3.1 课程设置不合理

当前高职院校课程设置不合理主要表现在两个方面：首先，重理论轻实践。很多学校的课程设置和教学内容将重点放在追求知识和理论的体系的完整上，这对学生系统地掌握理论知识，开发设计产品是有利的。但是，也存在严重不足，学生毕业后大多被分配在生产一线，所从事的工作是操作设备、设定工艺、查找并排除故障，而不是研究、开发、设计等，在学校学的理论知识很多用不上，而实际工作所必需的实践能力又不具备。其次，教学内容落后。由于机电一体化是多种技术交叉融合的产物，相关技术的发展都在推动着机电一体化的发展。因此，其发展是日新月异的，这就必然导致课程设置与教学内容与其发展不相适应。例如，当前很多高职院校的单片机课程的教学内容是仍以MCS-51单片机为主，而实际生产中新的单片机层出不穷，种类繁多。

3.2 教学模式单一，实践教学比例较低

传统的教学模式，往往只注重理论教学和课堂说教，轻视了实践能力和职业素养的培养。很多学校的课程设置和教学内容将重点放在追求知识和理论的体系的完整上，这对学生系统地掌握理论知识，开发设计产品是有利的。但是，这种教学模式也存在严重不足之处，学生毕业后大多被分配在生产一线，所从事的工作是操作设备、设定工艺、查找并排除故障，而不是研究、开发、设计等，在学校学的理论知识很多用不上，而实际工作所必需的实践能力又不具备。

3.3 教材建设落后

高等职业教育的教材建设仍是当前高职教育的薄弱环节并严重影响了高职教学质量。现在机电一体化的一些教材过于偏重理论、脱离实际、缺乏实用性、部分教材内容陈旧、严重落后于现实，各科教材之间存在衔接性差、内容重复或内容脱节等现象。这些问题给教学带来了很多不便，也在一定程度上影响了学生的学习积极性，制约了教学质量的保证和提高。

3.4 教学、实习设施不够先进

目前很多学校的教学、实习设备缺乏且严重落后。只有少数条件较好的高职院校配备有为数不多的数控车床、铣床、线切割机床、电火花成型机，很多学校的学生一学期只有三四次操作设备的机会，并且这些设备又比较落后，学生难以学到真正有用的技能。

3.5 优秀教师队伍缺乏

教师是教学质量的关键和第一保证，但是当前的机电一体化教学的教师队伍并不能达到教学的需要。一些老教师知识结构陈旧且更新缓慢，还有一些年轻教师也是刚从学校毕业，缺乏足够的实践经验，都不能很好的教授学生以适应社会工作需要的知识和实践技能。

4 推进机电一体化教学改革的一些思路

4.1 高职课程需突出工学结合，强调实践性、职业化、一体化；课程设置要抓基础和抓应用，淡化中间。根据学生就业岗位群的任职要求，参照相关的职业资格标准，通过与企业有关人员共同论证，进行课程设置。

4.2 高职院校应推动教学模式改革。高等职业教育强调理论联系实际。教师应注意调动学生的学习积极性，在课堂上可采用多种教学方法，如案例教学法、学生互动讨论方法等，还可以多采用多媒体教学手段，使用多媒体技术演示，使学生更多的参与到教学过程中，最大限度的发挥学习的主观能动性。除此之外，还应增加实习教学的比重，增加教学的实践性，使学生能够获取更加直观的知识。

4.3 教材编写结构应根据不同的培养目标和培养方向，开发切合实际需要的教材。新的机电一体化教材应加强设备操作、调试维修等技能的比重，并根据专业技术的发展及时更新知识内容；同时，高职院校在选择教学教材时应考虑各科教材之间配合性，保证既不重复又能全面覆盖学生应掌握的知识；还应强调综合能力的培养，对知识结构联系紧密的课程进行跨学科的综合化处理。

4.4 增加对教学、实习设施的投入力度。一方面政府应增大财政支持，另一方面应鼓励学校与企业加强联合，协调发展。应大力推进产学结合、校企合作的模式，弥补设备落后和不足，引导高职学校与相关企业建立互利互惠机制共同建设实习实训基地，培养实用人才。

4.5 加强高职教师队伍建设，增大“双师型”师资比例。培养和引进一些既精通机械设计，又能充分使用计算机的专门人才。鼓励在职教师进修或到相关企业锻炼，促进高职双师型教师队伍发展；积极引进一些在生产第一线工作多年、具有丰富实践能力的中青年高级技术人，通过几年的教学培养，提高他们的教学水平，使他们成为名符其实的“双师型”教师。还可以积极从企事业单位聘请兼职教师，实行专兼结合，改善学校的师资结构。

5 结语

为提高机电一体化的教学教学质量，广大相关教育工作者必须紧跟行业发展的步伐，既保证学生的基本素养和知识结构，又要突出高等职业教育的特点，在教学过程中积极推进教学改革，不断调动学生的学习积极性，加强对学生动手能力和综合能力的培养，加强社会实践能力，不断为社会提供适合时代需要的高技术机电一体化人才。

参考文献

[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社，2007.

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高速公路机电系统是高速公路现代化管理手段的重要组成部分，也是高速公路展示给外界的窗口，由于高速公路机电系统可靠性要求极高，并且系统设备的使用几乎都是全天候工作，只有好的产品设备才能最大限度地保障机电系统的正常运行，确保高速公路正常管理、运营。

怎样使得高速公路机电系统处于良好的运营状态，不仅取决于设备质量的好坏，还要取决于设备之间互连的协调统一，更重要的是取决于设备运行中的人员管理和维护，如何提高高速公路运营管理水平，使得机电系统顺利建立、管理和维护统一起来，我想在这里谈一下自己的看法和想法，就高速公路机电系统建立、管理和维护一体化进行部分探讨。

一、高速公路机电系统的建立

1、如何建立、完善和运行高效的机电系统要从机电设计单位开始进行把关

一个好的机电系统的建立就要从打下良好基础开始。高速公路机电设计单位的设计合理性对该系统今后的建立、管理、维护起到了相当关键的作用，设计合理程度在以后该项目实施直至顺利完成起到了至关重要的作用。如何设计建立一个高效完整的机电运营系统，是能够体现出设计单位在这一方面的能力和水平。如在设计中考虑到备选的设备性能、使用寿命、环境的影响等因素，设计结构的合理性，考虑因素的多少，能够体现出设计单位的设计理念，也能够在今后机电系统运营管理中检验出是否合理、高效。同时也能反映出该机电系统现代化程度的高低，工程建设单位对设计单位的设计文件审核通过需要严格把关。

2、如何抓好施工中的施工监管，解决施工过程中遇到的问题，进行补充完善是施工管理部门的责任

选择一个信誉好的机电中标单位，是该段高速公路机电系统建设中的一件幸事。机电中标单位在进场前的联合设计是非常有必要的，它能解决多项多方面问题，所以项目管理部门要组织好该项联合设计会议，使得各中标单位在联合设计前发现问题及时提出进行调整，尽可能将已发现的问题在这次会议中一次性解决。机电中标单位进场后，施工管理工作的好坏与该系统在今后运营中的状态是密不可分的，因为在施工过程中，中标单位对每一个设备的安装、调试、连接过程、认真程度都关系到今后该机电系统的使用效果。例如：中标单位施工过程中，会出现设计单位的设计与施工现场实际不符的情况、与其他施工单位发生界面冲突的情况等问题，这样就需要由项目管理部门进行协调解决，以求得最大的合理性。

3、如何能把完整、高效的机电系统交付给运营单位使用

机电工程完成以后，如何能交出一套完整、运行可靠的机电系统给运营单位使用，是检验该系统建立成败的具体表现形式。设备交付使用情况好坏体现在以后使用人员的使用情况，也就是说施工单位对使用这套系统人员的培训效果。因此，施工单位要对高速公路管理部门人员进行认真培训，交代好各种设备如何使用、如何管理和维护。如监控中心监控设备的操作，收费站收费设施、通信设备的操作使用，有隧道的还要考虑到隧道的消防、通风照明、隧道变电所设备的操作使用。同时要使得运营单位人员充分认识到掌握相应知识的重要性，认认真真地把培训中学到的知识运用到工作当中去。

二、高速公路机电系统的管理

1、人员管理

人员配备是否合理是高速公路管理工作中最为重要的部分。运营单位有很多管理技术人员，管理人员技术水平参差不齐，业务管理技术水平急需提高。这主要体在对现行的机电系统管理水平较低，没有探索出什么好的管理方法。如何提高高速公路机电系统管理水平，逐步探索出新方法、新路子是现今当务之急。

2、设备管理

对设备实行全程管理。设备日常管理与维护是以预防为主，快速维修为辅，但现行的策略确是快速维修为主，维护为辅的现状。要改变这种状况，我们就要进行以日常巡检、定期维护为基础的预防维护，对那些重复性发生故障的部位、发生的原因采取有效措施，对设备状态进行监控，提高系统的维护成效，尽量减少维修成本，保证设备的正常运行。

3、数据管理与分析系统的建立

要利用计算机设立一套应用软件，逐步建立起一套完整的设备基本情况档案。设备使用情况、年限以及哪些设备已经到达使用年限后，会自动列入使用年限到期表格中等相应功能，这样，相应的设备使用情况就要多加注意维护、维修，有条件的就要将其更换。机电系统出现故障自身检测后能发出报警信号，监控值班员或操作人员发现设备故障应能迅速启动冗余设备工作，对设备维修记录及其整理情况进行分析。设备维修记录是维修工作的基础，及时更新所有数据和资料，其中原始数据资料的建立至关重要。

三、高速公路机电系统的维护

1、人员问题

维护人员是高速公路机电系统维护管理的重点，如何使得管理工作人员成为技术精湛的维护人员是现在工作中亟待解决的问题。专业维护人员是必不可缺的，但每一个业务管理人员对自己使用的设备增加了解是非常必要的。？及时让业务管理人员在机电设备验收期间及时跟进是非常有效的。根据实际工作情况，到设备生产厂家进行专项培训，或聘请有关专家来做相应产品的技术指导、技术讲座和新技术交流等活动，使管理、维护人员更加全面掌握设备工作原理，不断提高维护管理人员的技术水平，使之更好的向专业化的维护方向迈进。管理人员要善于总结，对运行期内出现的系统故障及处理方法要认真进行系统分析，以求得降低系统故障出现的频率。

2、设备问题

对于机电系统运行构成重大影响的关键设备，如收费站机房内的通讯设备、隧道变电所内的低压配电柜以及柴油发电机组等设备，应采取预防维护并实施重点保障。要建立应急抢修预案防止突发事件对高速公路正常运营造成的影响。？其中对各类设备故障的频率，应按设备、故障的性质及其发生情况进行分析，提高故障判断能力和维修技术水平，以便在今后的工作中主动应对。？高速公路机电系统建设期间，一般都侧重于系统的先进性，而在实际应用时，系统的可靠性应是首选指标，此外关键设备及软件（数据）都应留有一定数量的冗余配置和自保护功能。

四、对于机电系统管理、维护方面的几点看法？

1、 加强管理：不但要在工程建设初期加强监督和检查，更要在工程建设中有效管理，不放过任何工程质量问题，同时也要加强成品的保护工作。

2、 提高领导的重视程度：由于高速公路机电设备所采用的大都是国内、国际的先进电子产品，所以容易造成管理者对机电系统设施管理、维护问题重视不够，这种观念一旦形成，势必对今后的机电系统疏于管理及维护，对机电系统正常运营产生不利影响。运营单位怎样结合自身特点模索出一套行之有效的管理、维护方法并能够得以实践，领导的重视程度至关重要。

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中图分类号：T9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0047-01

机电一体化技术是以其产品为载体而体现出来，是机电一体化技术发展至今的技术水平体现。机电一体化产品设计人员，要使产品设计符合机电一体化技术要求，并富于时代感，就要对于产品设计技术以掌握，并具备多种技术融合的技术能力。面对机电一体化产品的技术先进性和复杂性，就要将符合当代机电一体化技术发展的产品设计理论建立起来。

一、机电一体化产品概念设计理论构建的意义

在机电一体化产品设计中，概念设计对于产品质量起到至关重要的作用。作为产品设计中的重要阶段，对于产品质量的决定程度可以达到70%以上。要获得性能优异的机电一体化产品，就要将机电一体化产品概念确定下来，制定出相应的设计方案和设计技术方法。概念设计理论首先是基于概念设计思想而建立起来的，在其基础上还先后出现了多种阶段性设计理论，如TRIZ设计、公理化设计QFD设计理论等等，对于机电一体化技术发展进程中所获得的创新设计成果发挥了重要的推动作用。

在机械工程研究领域中，这些理论被运用于其中，进行组合设计而形成了技术综合性较强的设计产品，由此而促进了机电一体化系统的多种学科交叉。系统的继承性决定了其设计的复杂性，多门科学技术的融合，使得原有的单一化设计理论不再适应目前的科技发展需求。那么，在机电一体化产品概念设计理论研究中，就要从机电一体化系统自身的性能出发，结合设计目标而建立起完整的概念设计理论，以对创新设计的机电一体化产品以指导。与此同时，还要在机电一体化产品设计概念理论建立起来之后，结合相关学科，以使理论研究逐渐扩展。

二、机电一体化产品概念设计理论研究现状

按照现代机构角度对机电一体化系统进行分类，可以划分为三个子系统，即广义执行机构、信息处理及控制系统和传感检测系统。将三个子系统相衔接，建立起框架体系，不仅有效实现机电一体化运动功能，而且还促进了产品创新设计。在机电一体化产品设计系统中，广义执行机构子系统是核心部分，其概念设计理论研究关乎到机构运动的总功能。特别是在基本工艺动作设计过程中，要基于广义执行机构的概念设计理论对基本的工艺动作进行构思，以使其具有动作的独立执行能力。当执行动作的创新技术确定下来之后，就可以结合机构系统建立框架模型，以使系统设计更具有可操作性，而且采用这种方式更能够结合计算机辅助进行产概念设计。

对于机电一体化产品的框架模型而言，仿真问题是最为重要的。作为设计结构复杂的动态系统，机电一体化产品实现动态性能的同时，更要注重系统仿真性嫩的验证。那么，在机电一体化产品概念设计阶段，就要确立功能实现的约束条件，将各种相关的仿真软件技术纳入到框架模型当中，运用各种通用建模技术，使用仿真软件将诸如原理图、键合图、信号流图以及方框图等等参数化。运用Simulink仿真软件将系统仿真平台建立起来，以为机电一体化产品概念设计的实现奠定基础。

三、机电一体化产品概念设计理论的发展展望

对于机电一体化产品设计人员而言，产品概念设计理论具有重要的指导作用。国外研究机电一体化产品概念设计理论所获得的成果，是建立在研究电子控制理论的基础上的。国内的研究学者则着重于机电一体化产品的运动结构研究。机电一体化系统是基于多种学科而建立起来的，这就需要产品设计者对于产品从多种学科角度进行研究，并趋向于产品概念理论的使用操作性。虽然国内外对于机电一体化产品设计理论的研究方向有所不同，但研究目标是相同的，且对于新技术、新产品的开发具有重要的指导意义。

关于机电一体化产品概念设计理论，从研究趋势上来看，还要面临诸多问题有待解决。比如，在进行机电一体化产品概念设计理论时，还要将推理方法建立起来；对于机电一体化产品的运动机构进行分类，为了对驱动元件以及传动机构等等进行选择，还要将驱动元件库以及机构执行库建立起来；对于传感器的选择，有赖于测物理量的参数定量化，以确定传感器类型。此外，还要将信息处理、控制方法库建立起来，以提高系统软件和硬件的可控性。机电一体化产品在不同的设计阶段，都会产生不同的概念设计理论，将产品概念设计评价体系建立起来，以利于产品不同阶段设计有效衔接。

总结

综上所述，对于机电一体化产品设计人员而言，概念理论设计所发挥的指导作用是不容忽视的。中国目前对于机电一体化产品设计的研究主要是基于运动功能为主产品结构设计。作为多种学科集合的机电一体化技术，其复杂性决定了机电一体化产品概念设计理论的重要性。

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专业建设是高职院校教学工作主动、灵活地适应社会需求的关键环节，是学校建设和发展的根本所在，自20世纪90年代以来，随着计算机等电子技术在制造业的广泛应用，推动了机电一体化技术的进步和机电一体化产品的不断开发，如今，机电一体化产业以其特有的技术带动性、融合性和广泛适用性，逐渐成为高新技术产业中的主导产业，成为新世纪经济发展的重要支柱之一。在此影响下，各高职院校纷纷开设机电一体化专业，以满足社会对该专业人才的需求。但目前该专业的课程设置是专业定位模糊，“双师型”教师队伍力量薄弱；教学实验、实训条件落后，实践训练水平有待提高；适应新技术发展需要的课程体系有待构建：体现当代工业发展水平的专业教材有待突破。鉴于此，机电一体化专业建设与课程体系的再构建，是当前亟待解决的问题。

一、机电一体化专业的学科领域

机电一体化技术是一门跨学科的综合性科学，是由近年来蓬勃发展的微电子技术、计算机科学、机械工程和电力电子技术互相渗透而成的一门新兴学科，是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的应用技术，支撑“机电一体化”这门学科的有：1)机械学，2)控制论，3)电子学，4)计算机科学。

二、机电一体化专业课程设置存在的问题：

(1)现有课程设置不能很好的突出高职以技能为本位的高等职业教育课程观，理论课比重过大，实习、试验、实训环节不完善。

(2)现有课程设置没有充分围绕学生的就业方向和社会需求来设置，不能跟周围大环境的具体需求密切结合，没有很好的突出高职以就业为导向的高等职业教育课程观。

(3)现在所采用的机电一体化专业教材很多没有充分体现出现代机电行业的发展水平，内容陈旧、落后，且各门课程之间相互独立，相关知识未能有机地渗透和融合在一起，也未能充分考虑与中职教材的很好衔接。

(4)有些课程的设置出现了严重的前后脱节以及学时安排不合理的情况。

(5)教学实验、实习、实训条件落后，实践训练水平有待提高。

(6)教学方法、手段不灵活，不能根据课程的性质灵活选用。

(7)缺乏一些反映机电一体化先进技术课程。

三、课程设置的改革思路：

课程设置改革的思路、方向、主线：社会需求——就业——培养目标——培养方案——课程体系——课程设置——教学方法与模式一教学评价——结果(毕业生)——符合社会需求，根据这一思路进行课程设置时，应遵循下述原则：

1)应确立高职课程体系改革的目标是培养生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用型人才．是一种能直接上岗的技术型人才，因此，在课程设置时要把握文化基础知识以“必需、够用”为度，专业知识强调针对性和实用性，要充分考虑与地方经济紧密结合。

2)课程设置应从学生就业方面考虑，并结合本地区企业的需求。因为地区、行业的发展水平不一，企业之间所拥有的装备和所应用的技术在技术含量和应用水平上就会有一定的差异，因此这也就决定着因服务面向目标的不同从而使各高职高专院校机电一体化专业在课程内容上存在着一定的差异。

3)由于机电一体化专业是由多个学科复合的专业，因而专业技术课程内容必须是一种综合结构。在设置专业课程时应以毕业生应具备的技术应用能力为主线重组课程内容，冲破原有课程(甚至学科)体系，删除陈旧的与专业培养目标相距过远的课程内容，增添新知识，围绕学生的就业方向，设置4——5门核心课程，一方面在理论教学的学时安排上加以强调，另一方面要与实验、实训相配合，使学生通过核心课程的设置，更进一步了解本专业的培养目标和就业方向，从而形成具有行业特色的高职高专综合课程。

4)在考虑课程设置时要遵循联合国教科文组织第十八届大会上通过的《关于职业技术教育的建议》：该建议指出“为就业做准备的职业技术教育，应当为卓有成效地、愉快满意地工作打下基础。为此，应当做到：(1)使受教育者获得在某一领域内从事几种工作所需要的广泛知识和基本技能，使之在选择职业时不致受到本人受教育的限制，甚至在一生中可以从一个活动领域转向另一个活动领域；(2)为受教育者从事的第一个工作提供充分的专业上的准备．并提出有效的在职培训；(3)使个人具备在其职业生涯各阶段都可以继续学习所需要的能力、知识和态度。”由此可见，培养适应广泛就业需要的复合型、综合型“通才”是世界职业教育改革发展的潮流。

5)要考虑到课程的设置一方面要与学生的就业相结合，另一方面也要激发学生的学习兴趣，因此在课程设置时应充分考虑学生的学习兴趣，使学生在该专业的主干平台课程学完后，可以结合自己的就业方向来选择适合自己的专业核心课程。

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从20世纪80年代以来，由于计算机科学技术的飞速发展，尤其是在大规模集成电路技术和微电子技术取得重大突破后，计算机逐渐向价格低、体积小、性能高、功能强方向发展。因此，计算机也就具备了与工业生产结合、向其它学科渗透的基本条件。这对其它领域的生产技术的革命与改革将起到极大地推进作用。比如在机械工程方面，计算机已经被广泛用于产品和工艺流程的控制，它将计算机、电器、机械变成一个有机的整体，进而形成一门新的技术—机电一体化。机电一体化的出现，极大地改变了整个机械工业的面貌；它引导了机械工业在技术、产品、管理、生产方式等方面发生巨变；使得生产力提高、原料损耗降低、劳动强度下降、市场竞争力提高、效益显著提升。从此，工业化生产就告别了以往的“机械电气化”，迈进“机电一体化”的方向发展。

1、机电一体化概论

所谓的机电一体化是一门综合技术群（族）的总称，它主要目的是运用一些技术原理来使用、发展机电一体化产品。从系统工程的观点上来看，就是将有关电子技术运用到机械的主体、动力、控制以及信息处理等功能上去；将机械装置、电子化设计、软件有机结合起来形成一个系统；进而促使系统和产品展现最优的整体。

随着科学技术的飞速发展，机电一体化正在被赋予许多新的内容和功能。比如能够自动检测和处理信息；能够先通过自动诊断来发现问题，然后进行自动调节与控制，达到自动保护的目的；这表明机电一体化已经具备智能化的特征。而传统的机械电气化只是将机械技术、微电子技术等其它几种新技术进行简单组合和拼凑，这样效果只是将体系代替和放大。所以，两者在功能上有着本质的区别。

目前市面上机电一体化产品主要有三类。一是将机与电结合在一起的典型产品，比如彩色复印机、自动绘图机；二是用电子装置来代替一部分控制功能和机构的机械产品，如机电一体化照相机、带数字显示的机械设备；三是通过微电子装置代替原设备的信息处理机构的产品，如全电子式电话交换机、指针式石英电子表。这些机电一体化产品都具有轻巧化、多功能化和智能化的特点。

2、机电一体化的发展历程

机电一体化主要经过了三个阶段的发展：第一阶段为20世纪60年代以前，在这一初级的阶段，由于人们对机电研究和开发从总体上还处在一种自发的状态，电子技术的水平也尚未发展到一定程度，所以当时的机械技术和电子技术还不能够广泛和深入的结合；正是由于这些原因，尽管第二次世界大战刺激了当时的机械产品与电子技术的结合，而且在战后这项机电结合的军用技术也转化为民用，人们还是只有自觉地利用这些初步的电子技术成果来改善机械产品的性能，因而那些过去开发的产品也就无法推广和普及。第二阶段为20世纪70-80年代，在这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术都得到蓬勃发展，同时大规模的集成电路和微型计算机也出现了，这些就为机电一体化的发展提供了大量的物质和技术基础；至此，机电一体化开始受到世界的广泛关注和支持，极大加速了它的发展。进入到20世纪90年代后期，机电一体化的发展迈入到深入发展的第三阶段，机电一体化技术正逐渐迈向智能化；由于光纤技术、神经网络技术、人工智能技术等都取得了重大突破，再加上微细加工技术的新技术的引入和系统完整的学科体系的形成，都极大促进了机电一体化的发展。

3、机电一体化发展趋势

3.1微型化和智能化

智能化和微型化是未来机电一体化技术的两个重要发展方向。所谓智能化，就是具有模拟人类智能，能够进行独立的判断、推理、决策等逻辑思维能力。由于科学技术的飞速发展，特别是模糊技术、软件技术、芯片技术的取得长足的进步，机电一体化的智能性越来越强、产品的信息越来越凸显；再加上生理和心理学、运筹学、混沌学的引入，机电一体化的目标也越来越高；因此，人们越来越重视机电一体化中的智能化研究。另一方面，机电一体化的产品正在向微米，甚至纳米的微观领域发展，对机电一体化产品的微型化研究起源于20世纪80年代，由于该产品具有灵巧、轻便、低耗能等优势，因此被广泛地用于通信、医疗、军事等多个领域；虽然目前微机械技术的不成熟，阻碍了其发展步伐，但在未来必将取得重大突破。

3.2系统化和网络化

所谓系统化，就是以灵活的方式来进行多种组合，力求对多子系统进行协调、控制、管理的一种具备模式化而又开放式的总线结构；它不仅能够增强机电的通信能力，甚至可以根据仿生学来赋予机电一体化产品人的感情，从而不断地开发出新的机电一体化产品。另外，由于网络技术的普及和发展，对各种远程控制和监测的终端设备的需求量不断增大，而这些设备本身就属于机电一体化产品的范畴。由此可见，机电一体化绝对会向着系统化和网络化发展。

3.3柔性化和环保化

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【中图分类号】G712【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2012）12-0061-01

1概论

自20世纪80年代初，世界制造业进入一个发展停滞、缺乏活力的萧条期，几乎被人们视作夕阳产业。90年代以后，计算机等电子技术在该领域的广泛应用，为制造业注入了生机。如今，机电技术应用产业以其特有的技术带动性、融合性和广泛适用性，逐渐成为高新技术产业中的主导产业，成为新世纪经济发展的重要支柱之一。在此背景下，各高职院校纷纷开设机电一体化技术专业，以满足社会对该专业人才的需求。目前社会对机电一体化方面人才需求很广，但只有少数学校能够培养出达到企业要求的机电一体化专业人才。主要问题在于专业定位较为模糊，课程体系设置过于求全，学校与企业联系不够紧密，教学方法需要创新，教材内容需要跟上时代的变化，培养出的学生质量有待进一步提高。[1]

2课程体系改革

机电一体化技术专业的课程体系主要有“机”和“电”组成，培养的方向分为机械加工方向、控制方向、产品设计方向及机电产品营销方向。但实际上机械与电子本身各自为两大学科，内容十分丰富，涉及面非常广，让一名高职高专生在短短的三年时间里系统地掌握两大学科的理论知识和技能，是不现实的，也没有这个必要。前述的理想化定位，往往造成“机不太懂、电也不太通”的尴尬局面，失去了该专业应有的特色，达不到培养目标。由于许多机械类专业如机械制造及自动化等一般也强化了电子和计算机等方面的应用，使它们没多大差异，体现不出自己的特色，实际上行不通。因此，机电技术应用专业应定位在“以电为主、机为辅，机、电、计算机三足鼎立”为宜。[2]

如何把机、电、计算机三者有机联系起来呢？可以通过完成一个典型的机电一体化产品的设计、仿真、加工制造和调试，将相关的的专业基础课和专业课程建立起关联性。比如在《机械设计基础及课程设计》中，让学生设计一个典型的机电一体化产品的机械结构，如遥控小车的机械部分。在《CAD/CAM基础》中，完成该小车的三维造型的设计和二维工程图，并在三维图中完成小车的结构分析和动作模拟。在《金工实习》的普车加工中，完成该小车机械部分的加工。在《机械制造技术》课程中，完成该小车的加工工艺方面的设计。在《机床电气PLC》或《单片机及接口》课程中完成其控制部分设计，最终在《机电一体化系统设计》课程中完成该产品的调试。通过这种方式，可以大大提高学生的学习兴趣。

通过把相关的专业课程通过一个企业的典型任务串联起来，让机电一体化专业的学生能够明确自己的学习目标，能够清楚自己所学的专业知识具体用在什么地方，如何解决实际的问题等。

3教学方法改革

在传统教学中各个课程之间关联性不强，并且传统教学中以老师讲课理论性太强、说教为主，使学生感觉很枯燥。争取把各个专业课联系起来，采取基于工作过程教学方法解决实际的工程问题，加强学生的技能训练和解决实际工程问

题的能力。整个课程设置不讲求理论知识的系统性和完整性，而强调针对性和应用性。[3]

课程建设的具体改革方法：会根据具体课程采取具体的措施，比如《单片机及接口》课程，可以选择如图1所示的理实一体化教室授课。首先，在“理论教学区”讲授该项目所需基础理论知识，当学生掌握了理论知识后，给学生布置该次课需要完成的项目。然后，让学生分成小组到讨论区和资料区讨论研究该项目的解决方案。最后，到操作区完成该项目的操作。

在进行理实一体化教学时，需要2名教师，一名主教，一名辅教。主教负责理论教学、控制教学进度、指导学生和评价学生成绩。辅教主要负责指导学生，解答学生问题，并可以向主教提出评价学生的建议。

4总结

在教学改革的实施过程中，肯定会遇到很多困难，比如：教学体系的改革需要每位教师（尤其是专业课教师）的配合。教师需要提高自己的技能或者换新教材，要到企业一线实践，选择典型的工程项目进行教学，同时，教学方法也要从讲授式转变为互动式和指导式教学，这对教师都是极大的考验。同时，学校也要给予一定的配合，比如提供教学场地、理实一体化教学设备，师资人员的选拔要根据系部的需要，尽量聘请有相关工作经验的教师等。

总之，高职高专院校机电类专业教学改革需要克服很多困难，需要教师个人努力、学校管理层的协作、企业的配合、政府的指导，才能真正培养出企业所需要的人才。

参考文献

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作者简介：高安邦，淮安信息职业技术学院特聘教授，原哈尔滨理工大学硕士生导师、教授。

中图分类号:G712文献标识码:A文章编号：1001-7518（2008）04-0041-03

一、机电工业要求生存、谋发展必须走“机电一体化”之路

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，促进了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透，已使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系都发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展新阶段。

“机电一体化”就是将机械、电子与信息技术进行有机结合，以实现工业产品和生产过程整体最优化的一种高新技术。它的发展，使传统的机械如虎添翼，超越了操作机械和动力机械的范畴，进入了智能化、柔性化、信息化、多功能化、全自动化、绿色化、微机数字化和远程网络化控制的新时代，不仅极大地解放了人类的体力劳动，还极大地解放了人类的脑力劳动。因此，“机电一体化”已成为当今世界工业发展的主要趋势，也带动了传统机械工业的一场新的革命。其典型产品为：数控机床、智能机器人、新型武器装备和作战指挥系统、高精尖的航空航天飞行器、以及用微电子（尤其微机）技术装置了的自动化生产设备、动力设备、交通运输设备、生产过程自动化设备、通信设备、办公设备和家用电器等等。这些都是当今世界高新技术的核心和应用成果的集中体现。机电工业要求生存、谋发展必须走“机电一体化”之路,而世界各国都将“机电一体化”前沿技术作为国家高新技术发展的重要方向。我国高新技术研究发展计划纲要，即863计划也将“机电一体化前沿技术作为国家高新技术重要发展领域。和世界上先进的发达国家相比，我国目前的“机电一体化”技术整体水平还相对落后。要开发大西北、振兴东北老工业基地、富民强国奔小康、实现中华民族的伟大复兴，就必须要刻不容缓地紧紧抓住这历史赋予的大好发展机遇，大力发展我国的“机电一体化”技术，抢占“机电一体化”前沿技术的制高点，加快提高我国的综合实力。而建立在高新技术发展基础之上的“机电一体化”新专业大学生的培养目标定位必然是、也必须是要造就出大批高素质、高技能复合型机电创新人才。尤其是当前国家要重点和优先发展的高职院的任务也不是培养普通的熟练工和劳动力，高职教育特定的培养目标，是面向生产、建设、服务和管理第一线需要的技术应用性人才，尤其是当前加快发展先进制造业和现代服务业急需的高技能人才（未来的蓝领人才）。这也是我国当前教育工作的头等大事，更是我们职业教育工作者神圣而光荣的责任和义务！

二、“机电一体化”新专业理应归口于电气自动化技术专业

机电一体化技术是在大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高度发展，向传统机械工业领域迅速渗透、机械与电子控制技术深度结合的现代工业基础上，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技术等群体集成技术。机电一体化技术已不是机械与电子简单的叠加，而是在信息论、控制论和系统论的基础上把两者有机组合起来的高端应用技术。由于引进了微电子技术，现代工业生产已从机械自动化跨入了机电一体化的新阶段，使机械产品的技术结构、产品结构、产品功能和构成、生产方式和管理体制均发生了根本性的巨大变化。机电一体化技术还赋予机械产品一些新的功能，如自动检测、自动显示、自动记录、自动处理信息、自动调节控制、自动诊断、自动保护等，从而使机械设备具有智能化的特征。如果说传统机械主要是代替和放大人的体力，而机电一体化技术则能取代并延伸人的部分智力。

“机电一体化”技术实际上是自动化技术高度发展的一个阶段和必然产物，它是自动化领域中机械技术与电子技术有机地结合应运而生的一种高新技术，更是铸造创新人才的最热门技术领域。机电一体化技术得以发展的根本原因，就在于生产的高速发展和科学技术的跨越进步，其别是自动化技术与计算机科学起到了最重要的决定性作用。第二次世界大战以后，几乎是同时诞生的系统工程、控制论和信息论这三门科学既是工业自动化与机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。而微电子技术的迅猛发展，半导体大规模集成电路制造技术的快速进步，则为机电一体化与工业自动化技术奠定了物质基础。反过来，机械制造技术也为微电子学和自动化技术做出了重大贡献，如大规模集成电路芯片的制造就是以超精密机械加工为基础的，而这种加工设备本身又是一种计算机控制的自动化系统，即机电一体化的系统。由此可见，机电一体化技术的产生既是微电子技术与自动化技术不断发展的结果，又是信息论、控制论和系统工程付诸生产实践的结果。已形成以机械为主体，以微电子尤其是微机和自动化控制为技术核心，“机械+电气+计算机”三分天下的实际格局。

为此，国家专业技术委员会已将“机电一体化”专业列入自动化技术专业的范畴，理应归口于电气自动化技术为宜。

实际上也正应如此,目前全国凡是“机电一体化”新专业放在机械专业中来办的,没看到那所高校的“机电一体化”新专业的现行课程设置是真正按照““机械+电气+计算机””三分天下的格局安排教学的，要么还是机械和电气严格分家，各办各的；要么就是执行传统老机械专业的教学计划，电气与计算机只是机械的陪衬或者是沽名钓誉的点缀；“电控和计算机”类课程的比重远远不够；更没有跟上高新技术的快速发展。有些学校的“机电一体化”新专业更是名不符实，有的甚至就连“机电一体化”新专业的核心基础课“自动控制技术”与核心专业课“计算机控制”都不开，还谈什么“机电一体化”？

三、“机电一体化”新专业，应按照“机械+电气+计算机”三分天下的格局安排教学，加速培养国家急需紧缺的机电复合型创新人才

按照国家人事部最新统计预测，“机电一体化”专业技术人才是我国教育市场今后几年急需紧缺的最热门专业人才之一。21世纪内中国将发展成为世界现代制造业加工中心，“机电一体化”技术就是加工制造业为了适应现代生产环境及市场的动态变化，将微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术综合应用于制造加工生产全过程的高新复合技术群，是21世纪国民经济发展所急需的优势学科方向，是我国开发大西北和振兴东北老工业基地以及出口创汇等重大战略决策的重要科技支撑。21世纪中国将需要一大批掌握先进控制技术，能从事数控机床、加工中心、智能机器人、航天航空和先进武器装备制造以及其他新型机电一体化技术和产品的设计、安装、调试、操纵、编程与开发的高素质、高技能应用型机电创新人才。

“机电一体化”高新技术是一个大系统工程，其“主体”是机械，“核心”是控制和计算机。发展“机电一体化”所面临的共性关键技术主要有“精密机械技术”、“传感检测技术”、“信息处理技术”、“伺服驱动技术”、“机电接口技术”、“自动控制技术”、及“系统总体技术”，已形成“机、电、计算机”三分天下的实际格局。要开办“机电一体化”新专业，就必须针对其关键技术，按照国家对“机电”工作的重点安排开展教学。国家现阶段对“机电”工作的重点安排为两个层次：一是狠抓用微电子技术改造传统产业；二是集中人财物力抓紧抓好数字化、自动化、智能化机电产品的开发应用。三个重点：数控装置、新型工业控制系统、第二代电力电子产品系列。八类产品：经济型数控系统、中档数控系统、新型工业控制系统、可编程序控制器、发电设备自动控制系统、交流调速系统、智能化仪表、电力电子产品。四项配套产品和技术：集成电路、传感器、CAD与CAM、CAT。一个前沿技术：智能机器人。由此可见，没有相当数量和相应质量的“机电”专业技术人员就没有“机电一体化”事业的发展。它与传统老机械的不同在于增添了检测和自动化控制（即测控）等核心精尖技术，赋予工业产品更多更好更新的功能和柔性，是硬结构和软技术相互协调统一的一个信息处理系统。它既区别于机械设计与制造专业，又不同于电气自动化专业。前者的理论基础是机械结构设计、固体力学、切削原理，缺乏电子与控制技术。后者的理论基础是电力电子、电机传动、测控与计算机技术，对机械设计、力学分析涉及较少。这两类专业都很难适应对现代化高科技机电产品的设计、制造、使用、维护、开发和改造，更难胜任大量引进先进新技术与新设备的消化吸收和国产化。要办好“机电一体化”新专业，就要进行真正意义上的“机、电、计算机三分天下”的教学改革。

现在的问题是没看到哪所高校的现行课程设置是真正按照“机、电、计算机三分天下”的格局安排的，仍是传统老机械专业的教学计划。“电气和计算机”类课程的比重远远不够，更没有跟上高新技术的快速发展。要办好“机电一体化”新专业，就必须重新修订“机电一体化”新专业的教学大纲和计划，真正按照“机、电、计算机三分天下”的格局安排“机电一体化”新专业的教学；大幅度增加现代高新技术的教学内容。

四、办好“机械电子工程”新专业的几点建议

现在“机电一体化”新专业已在全国各高校蓬勃发展起来了，可是要真正办好“机电一体化”新专业，我们目前所面临的棘手问题还很多，为此，我对办好“机械电子工程”新专业提出几点建议：

（一）按时代要求确立“机电一体化”新专业大学生高素质、高技能复合创新人才的培养目标和科学定位，一方面进行高素质、高技能创新人才培养理论和方法的深入研究与探讨；另一方面整合学校优势资源,构建高素质高技能创新人才培养多样化的模式，搭建各种科技创新平台，营造创新人才培养的环境，通过各种实践教学环节,采用多渠道多方式,脚踏实地地培养出一批机电专业高素质、高技能复合创新人才参加人才市场竞争，检验高素质、高技能创新人才的培养效果。

（二）要办好“机械电子工程”新专业，就必须将“机电一体化”新专业从传统的机械老专业的禁锢束缚中彻底解脱出来，获得自主发展的新空间。按照国家对“机电一体化”工作的重点安排，重新调整专业结构和培养方向，安排学习内容，突出“机电”结合的特色和高科技新知识的内涵，发挥机械、电子、测控、计算机等多学科交叉和结合的优势，体现出与时俱进、开拓创新的办学特点。

（三）要办好“机械电子工程”新专业，就必须重新修订教学大纲和教学计划，真正按照“机、电、计算机三分天下”的实际格局进行教学规划，大幅度增加电控和计算机教学的比重，突出高新技术的含量，体现出“机电一体化”技术是以机械为主体，以电气控制和计算机为技术核心的内涵。

（四）彻底摒弃应试教育、奴化教育的传统观念；改变填鸭式死背硬记的教育方法；改变现行应试教育模式下的考试制度，加强对学生自主创新和综合素质、技能考核的力度；真正树立以学生为主体，给大学生营建主动学习、创新实践和个性发展、充分展示才华与综合素质能力的环境空间，真正从行动上能变应试教育为素质教育，而不是停留在口头和口号上。

（五）从学校的长远发展考虑，为体现高校办学与时俱进的时代特征，高校的专业课教师不能只充当教书匠、抢学时、捞工作量，多年不变地照本宣科，纸上谈兵式地只会讲授枯燥乏味的条文，不会动手搞实践；要投入足够的精力和时间从事科研创新活动，进行工程实践，学用结合、理论联系实际，才能更有效地培养出素质技能型创新人才。名师出高徒，一个本身都不能从事科研创新实践的老师，是无论如何也教不出高素质、高技能的大学生的。隶属于高新技术的“机电一体化”专业课教师更是如此，教师从事科研创新实践更是责无旁贷。

（六）高职院校的职业技能培训应该努力创造提升高新技术的含金量，绝不能再津津乐道于低技能低水平的“正反转”、“Y/Δ”和“指针式万用表的使用”了，对这种上个世纪20年代就开始使用的落后技术、初级电工都能掌握的基本技能，一个高职大学生还要花钱考证，即使拿到“特优证”，又能说明什么？应该多开展诸如“单片机”、“PLC”、“变频调速”、“现代智能网络测控”、“电机综合控制”等新技术知识的职业技能培训，才有实用价值。

（七）高职院校的专业教材编写应该是工学结合、学用一致、理论密切联系生产实际、加强创新性、实用性和实践性的知识和技能，决不是所谓的“够有”的“肤浅化”和“概论化”；未来的“蓝领”人才也需要掌握高深的技术理论知识和具备高技能。“肤浅”的和“概论性”的教材培养不出高素质高技能的“蓝领”人才！

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中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：

引言：

机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。它不是机械与电子的简单的叠加，而是在信息论（利用传感技术）、控制论（利用控制理论）和系统论（“系统”整体筹划，机械和电子分别只是“环节”）的基础上建立起来的应用技术。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。微机控制系统的引用，在多方面能满足机电一体化系统要求。从系统工程观点出发，才能将机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现了整体的最佳化。

1.机电一体化系统设计的目的

1.1提高机械设备的精度

在机电一体化系统的设计中大量使用计算机和微电子技术，不但有效提高了机械设备控制系统的精度，而且实现了其在运行过程中的自动控制与检测，降低了因各类干扰因素的出现而导致机械设备无法正常运行的几率。

1.2增强机械设备的功能性

目前，工程领域对于机械设备的功能性提出了较高的标准和要求，即一台机械设备一般需要具有多种复合功能，这也是机电一体化系统设计过程中必须关注的目标之一。

1.3提升系统的安全性与可靠性

目前，国内在机电一体化系统设计中普遍设置了专业的自动检测和监控子系统，其主要作用是在机电产品发生各类运行故障时，可以自动进行检测并调整设备的运行状态，进而有效保证机电一体化系统的整体安全性与可靠性。

1.4缩短产品研发周期

在机电一体化系统设计目标的制定中，一定要注意对于研发周期的科学控制，并且组织具有较高专业技术水平和丰富工作经验的人员参与研发，在有效缩短机电产品研发周期的同时，也有效降低了生产的成本。

1.5进一步简化系统结构

在机电一体化系统的设计中，技术人员则要将进一步简化系统结构作为重要目标之一，尽量在机电产品中安装或使用现代化的电子元件和传动技术，并且充分利用先进的集成电路、微处理器和程序软件实现机械传动链的关联运动，进而展现机电一体化系统设计科学化、智能化的目标。

2.机电一体化系统设计

2.1机电一体化系统的构成

机电一体化系统的构成由5 部分组成：机械系统（机构）、电子信息处理系统（电子计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（电动机等）。5 个部分组成的机电一体化系统可分为：闭环、半闭环 2 种控制方式，其中，闭环指对最终执行元件进行直接控制，而半闭环指对中间元件进行控制，从而推算出最终元件的状态。

2.2机电一体化中的集成设计

由于机电一体化方法内在的并行性，或同时性工程，所以样机试制阶段的建模与仿真很重要。 因为模型来自于各学科的综合应用。 所以应用一种可视化的编程软件是很重要的。 这样就涉及到了框图，流程图，状态转换图和波特图。 机电一体化是一种设计哲学，其产品或设备有一个重要的特点就是它们内部的智能，这是将执行器，传感器，控制系统和计算机组合设计实现的。 系统的集成是通过硬件（部件）和软件（信息处理）的联合实现的。 硬件集成是将机电一体化系统看成一个整体系统来设计的，将传感器、执行器和微处理器融入到机械系统中，软件集成主要基于高级控制功能在设计时应首先分析客户要求以及系统集成的技术环境。在制作时应考虑了解客户、 市场分析、优化性能、生命周期性能、质量、可靠性和销售等因素。

2.3系统中的从属功能设计

机电一体化系统的所有主功能的实现或期望目的的达成，都需要一些从属功能的协同配合。这些从属功能包括: 结构功能、通讯功能、保护功能、接口功能、控制功能、动力功能。结构功能确保满足主要部件的正常工作所需空间条件。通讯功能保证环境状态与系统部件的信息得以交换。保护功能将系统重要部件各功能参数限制在可允许的工作范围内并防止系统中各部件产生对环境的不利影响。接口功能使得系统的输入输出在与环境不匹配时也得以实现。控制功能整体管理系统部件状态，并依据外部输入状态控制系统的内在功能特性。动力功能提供系统实现各功能所需能量。

2.4变频调速系统设计

伺服电机作为驱动部分，目的在于执行控制系统的指令，将电能转化为相应的机械运动。直流电机由于其结构复杂，购置和维修成本过高等问题，难以得到广泛的应用。而随着电机制造工艺和电机控制理论发展，交流电机控制精度得到了大幅度地提高，再加上自身结构简单，维修方便，能满足在恶劣环境和大负载下运行，受到越来越多关注。随着矢量控制理论（VC）, 直接转矩控制（DTC）变频调速技术的发展及空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的应用,交流电机往往能达到极高的控制性能。SVPWM 是当今广泛采用的脉宽调制技术，与传统的SPWM相比，具有转矩与电流畸变小，易于数字化实现等优点，且其对电压利用率相对提高 16.7%。VC通过坐标系转化，将定子电流分解励磁电流和转矩电流两部分，从而模拟交流电机的控制策略控制交流电机。DTC 控制技术则以电磁转矩为直接控制目标，达到高性能的调速能力。

2.5伺服驱动子系统控制器设计

PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定 PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID 控制器参数整定方法主要有两大种：一是理论计算整定法。依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数，但还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。随着只能控制理论的发展，许多智能PID 控制算法开发和应用，如变结构滑模 PID 控制、模糊 PID、神经网络 PID 控制和神经模糊控制等。值得指出，智能 PID 算法大多数见诸于理论研究，还不能广泛应用到实际中。

2.6传感器和变换器设计

仪器仪表在现代科技领域中起着关键的作用。 传感器是与仪器仪表紧密相关的机电一体化系统中一个非常重要的组件，其作用是为特定工业过程提供收集不同信息的机制。 传感器广泛应用于过程检测以及工况评价方面，为用计算机系统对制造作业作较高级的监控提供便利，可应用于过程前，过程中及过程后。 有时，传感器可以将一种物理现象转化为决策分析的可用信号。智能系统用传感器来监测由环境变化影响的特定场合，然后通过校正动作对其控制。

3.机电一体化系统的可靠性设计

机电一体化系统的可靠性设计是指产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。产品的可靠性是一个综合性评价指标体系，常用 MTBF 指标来衡量。

3.1 保证产品（系统）可靠性的主要方法

3.1.1提高产品的设计和制造质量———裕度法、自动控制；

3.1.2采用冗余技术———工作冗余、后备冗余；

3.1.3故障诊断技术———测试、症兆、诊断。

3.2 系统干扰和提高抗干扰能力的措施

系统干扰是指产生系统元部件失效或数据传输、处理失误，进而影响系统可靠工作的内部因素和外部因素：

3.2.1系统干扰源的类型：传导型———由线路传入信号影响控制系统工作；辐射型———由空间感应输入信号影响控制系统工作。

3.2.2提高系统抗干扰能力的措施：针对不同类型的干扰信号，采取的抗干扰措施也有所不同；供电系统的抗干扰措施：稳压、滤波、隔离；接口电路的抗干扰措施：吸收抑制、阻断隔离；转换接口抵消隔离措施：差动式运算放大器或桥式电路、高频滤波整形电路；接地系统干扰措施：单点接地、并联接地、光电隔离接地。

3.3 软件的可靠性技术

控制系统由硬件和软件组成，软件的可靠性设计也至关重要。主要包括利用软件提高控制系统的可靠性和提高软件自身可靠性。

4.结语

机电一体化系统的设计是一种复合技术，它需要很多部门产业的支持和配合，才能取得满意的结果，我们不仅要对机电一体化的各相关技术进行全面深入的了解，还要从系统工程的概念入手，通过系统总体设计来使各相关技术形成有机的结合，并且要注意分析和解决技术融合过程中出现的新问题，只有这样，才能满足机电一体化系统的飞速发展。

参考文献：