機電一體化的主要特征

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機電一體化的主要特征范文第1篇

關鍵詞：機電一體化；應用；發展趨勢

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼： A

機電一體化是社會生產力發展的產物，也是多門學科交織發展的成果。隨著科學技術的快速發展，機電一體化在發展過程中，將會融入越來越多的高科技，從而推動技術的進一步發展。在對機電一體化的應用進行分析，對其發展狀態要進行細致的分析，發現其發展過程中存在的問題。在今后的工作中，對機電一體化存在的問題進行進一步的研究和采取措施進行解決。使機電一體化更好更快的發展，從而提高其技術含量，在各個領域中作出更大的貢獻。

1、機電一體化的概述

機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術融合而成，是一種實用性很強的綜合技術[1]。機電一體化是一種全新的綜合技術，不是將若干種新技術隨意組合與拼湊出來的技術。機電一體化主要有兩個方面：技術和產品。機電一體化的產品的特征之一是具有非常強的智能化。當前很多的自動化生產設備都離不開機電一體化，傳統的機械生產的競爭優勢主要來依靠企業的發展規模、生產量以及調整產業結構實現的，它加強資源的利用率，通過降低成本提高產量和效率以提高經濟效益。以機器代替人力，從而轉變生產方式，提高經濟效益。

現代先進的機械制造業主要以信息為導向，采用先進的生產模式、制造系統、制造技術以及先進的現代管理模式。其主要特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化等[2]。現代制造業的發展，將現代先進的科學技術融入其中，充分利用當前發展迅猛的信息技術，從而進一步提高制造業的發展水平。

2、機電一體化的應用

2.1數控機床

我國的數控機床數量位于世界之首，其生產量飛速增長，位居世界第三。一個國家機床技術的水平主要在于其數控機床技術水平的高低。當前，我國生產的數控機床在國內市場占有31%的份額，其余部分主要被國外產品所占據，我國的高端數控機床主要依賴于進口。通過多年的不懈努力，當前我國的數控機床一體化技術已趨于成熟，但整體實力及水平與國外相比，仍處于劣勢。我國的數控機床在未來的發展中，加強檢測道具破損、物料搬運以及機械手動控制，從而提高數控機床的利用效率[3]。

2.2自動生產線

自動生產線也是機電一體化技術的重要發展方面。當前我國的國民經濟發展過程中，各種自動化生產線和設備運用于生產中。各類飲料食品的生產均運用自動化生產線和設備，生產量得到極大的提高。電子技術和傳感技術也應用自動生產線，例如可編程序的控制裝置、人機界面系統等，均應用機電一體化技術。

2.3機器人

機電一體化技術應用的一個重要成果是機器人。機器人的發明是二十世紀科技發展的結果。一個國家的綜合技術水平，可以根據這個國家機器人的建設以及發展的水平得出答案。在當前的生產發展中，機器人在許多工業領域得到運用，對我國的軍事、醫療等各類服務事業發展起到重要作用。隨著科學技術的快速發展，機器人及其相關技術影響著人們的生活和工作。機器人的技術融合許多方面的技術，其中包括自動控制、電子計算機、微電子、人工技能、通訊等方面的技術，這些技術融合。機器人可以運用于很多領域之中，完成很多繁雜的工作，提高工作效率和效益，為社會的發展作出重要的貢獻。

3、機電一體化發展的趨勢

3.1引入光學技術

普通的機電一體化系統主要由傳感、能源、信息處理系統以及機械結構等相關不見構成。隨著科技的發展，光學技術逐漸引入于機電一體化系統之中。引入光學技術的機電一體化系統的傳感、動力、信息處理等系統得到進一步的改進，未來機電產品朝著光機電一體化而發展。

3.2自律分配系統

未來的機電一體化產品，控制系統和執行系統更加的靈活和方便，更夠快速的處理突發事件，被稱為“自律分配系統”。在此系統之中的各個系統，均能互相獨立進行工作，分支系統服務與總系統，并擁有其“自律性”。可以根據具體的情況，作出相應的反應。其特點在于，系統可以根據環境的變化生成屬于自己的有關信息，在總的控制之下，改變自己的“行為”。這樣的處理方式，使系統更加的靈活，能夠快速的適用環境，從而提高工作效率。

3.3智能化

隨著機電產品的“全息”功能越來越強，其只智能化水平逐漸提高。模糊、信息技術以及軟件、芯片技術的快速發展，推動了機電產品的發展。其內部系統從最初的上下結構已經變成一個復雜的結構，從而使其愈加智能化。

3.4環保化

人類的發展必須以保護環境為前提，環保化，是高科技發展的的根本也是最終追求。隨著社會的快速發展，所消耗的資源越來越多，在這樣的發展情況之下，如何進行資源回收再利用，提高資源的利用率，減輕環境污染，是今后生產發展需要重視的課題。因此，要求在運用機械設備進行生產的各個環節，都要將環保因素納入其中。機電一體化技術朝著環保化發展，有利于社會可持續發展。

3.5網絡化

隨著信息技術的快速發展，機電一體化技術與網絡進行良好的融合，從而進一步提高其技術含量。隨著網絡時代的帶來，人們的生產和生活發生了很大的變化，生產、教育、科技、軍事等均因為運用網絡而進一步發展。遠程監控技術的終端設備是以機電一體化技術為基礎的設備，而當前遠程監控技術的發展積極引入網絡技術。因此，機電一體化技術想要與時俱進，進一步提高其競爭、創新力，需要引入網絡，促進資源共享，提高其科技含量。

結束語

機電一體化技術的快速發展是社會發展到一定階段得出的產物，進一步運用于社會各行業的發展之中，創造更多的經濟效益，不斷的推進社會的發展。在發展機電一體化技術的過程中，要注意將更過的先進技術融入其中，提高其技術含量。在發展的同時，要注意其環保性，將環保元素融入其中，從而和諧可持續發展。

參考文獻

[1]郭廣超. 機電一體化技術的應用及發展趨勢探討[J]. 電子世界，2014，06：196.

機電一體化的主要特征范文第2篇

[摘 要] 隨著技術的發展和應用領域的不斷推廣，機電一體化的發展越來越快，分析機電一體化發展狀況和總體的趨勢，可以讓人們把握發展方向，再度創新。

[關鍵詞] 機電一體化；電子技術；機電技術；定位控制

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 07. 072

[中圖分類號] TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）07- 0152- 03

0 前 言

幾十年以來，高新技術推動了遠程操控無人值守系統技術的發展并取得了巨大進步，其發展趨勢和主要特征如下：①具有比較明顯的機電化屬性。而更為重要的是其改變了以往的純C械屬性。②高新技術帶來嶄新的生命力。遠程操控無人值守系統在高新技術推動下成為多種技術的綜合體。③我國遠程操控無人值守系統技術以機電融合技術為基礎。自動化、自主化和智能化是我國遠程操控無人值守系統發展的方向。 在機械技術、信息技術與電子技術進行有機結合的條件下，機電一體化技術成為一種最新的技術實現了生產過程和工業產品的整體優化。遠程操控系統是機電一體化系統進一步發展的結晶，它結合了機械、微電子與計算機、精密機械、自動控制與驅動裝置、傳感器及信息處理技術、人工智能等多個學科領域的最新科研成果。

1 國內外機電一體化發展狀況

1.1 發展概述

機電一體化起源于日本，伴隨著電子信息技術向傳統機械產品滲透的過程中產生了機電一體化，其發展大致分為三個階段。

初級階段即20世紀前期是第一階段。在第一階段期間，由于初步發展的電子技術對機械產品的性能的優化。特別是在第二次世界大戰期間，為適應戰爭的迫切需要，電子技術進一步優化了純機械產品的性能，在戰爭結束后，與軍用技術相結合的機電技術轉為民用，此新興技術加速了戰后經濟的恢復。那個時期研制及開發整體上處于自發階段。因為當時的電子技術發展水平還不是很高，電子技術和機械技術還不能很好的結合與滲透，導致已開發的產品不能得到大量快速地推廣。

20世紀中后期為第二階段，機電技術得到迅猛發展。這一階段，控制技術、計算機技術和通信技術的發展又為機電一體化的快速發展埋下深基。除此之外，機電一體化的發展以大規模型和超大規模的微型 PC 和集成電路為中心。該時期的特點：①機電一體化技術及其產品快速發展；② mechatronics 一詞起源于日本，該詞直到20世紀80年代末才在世界范圍內被廣泛承認；③機電一體化技術和產品均受到各國的關注和支持。

20世紀末期，機電一體化技術邁向智能化方向舞臺。發展出微機電一體化和光機電一體化等新分支領域；與此同時，開創了以光纖技術、神經網絡技術、人工智能技術等領域推動的發展新紀元。諸多研究促進機電一體化進一步發展并更加完善。

1.2 機電一體化裝置主要完成功能及組成

凡是系統，其內部都有動力、檢測、控制等功能。機電一體化系統的主要功能是實現動力和運動的轉換和傳遞，動力功能是向系統提供動力，能量應與動力和運動的傳遞和轉換相匹配。使系統得以正常運轉。對整個系統的內部信息、外部信息加工處理，控制系統實現正常運轉，并實現其工作目的。機電一體化裝置及系統由以機械部分、信息檢測控制部分和驅動單元等為主體部分組成，如圖1所示。

此系統在電動驅動方式下，利用部分信息處理指令，規定的運動即可在驅動執行部分作用下完成。檢測部分將檢測到的信息送回信息處理與控制部分，作為發送信息的依據。傳動部分由光桿、滾珠絲杠副組成，驅動部分由電機組成，信息處理和控制部分作為信息處理和控制的核心，它將傳感器檢測的信號，根據一定的算法，對數據和信息進行存儲、變換等處理，并通過接口向執行機構發出執行命令，完成規定的動作，同時，電源部分為系統提供所需的動力和能量。

2 國內外機電一體化發展的趨勢

2.1 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。目前， 專家系統、模糊系統、神經網絡以及遺傳算法，是機電一體化產品（系統） 實現智能化的4種主要技術，它們各自獨立發展又彼此相互滲透。隨著制造自動化程度的不斷提高，將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動， 并會對制造中出現的問題進行分析、判斷、推理、構思和決策。例如，在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數學、神經網絡、灰色理論、心理學、生理學和混沌動力學等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

2.2 集成模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的任務，研制具有標準化的機械接口，動力接口，信號接口很有必要。模塊化也給機電一體化企業帶來美好的發展未來。

2.3 微型化

微型化是指機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。它是一個新興的、多學科交叉的高科技領域，面臨許多課題，涉及許多關鍵技術。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。微型機械加工技術作為微型機械的最關鍵技術，也必將有一個大的發展。硅加工、LIGA加工和準LIGA加工正向著更復雜、更高深度適合各種要求的材料特性和表面特性的微結構以及制作不同材料特別是功能材料微結構，更易于與電路集成的方向發展，多種加工技術結合也是其重要方向。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。

2.4 系統化

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。 它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R S232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以及模仿生物機理等方面的產品。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。

2.5 自源化

自源化是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。

2.6 環保化

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。

主要參考文獻

機電一體化的主要特征范文第3篇

關鍵詞：機電工程技術；應用及其自動化；問題

機電一體化是當今自動化技術發展的最高階段也是微電子技術、計算機技術、信息技術、控制技術和精密機械技術等發展的必然產物，是以計算機為主要特征的自動化技術。如果說機械系統處理的對象是運動、力、物質和能量，電子系統處理的對象是信息和知識，則機電一體化系統不僅有處理能量和物質的功能，而且還有處理信息和知識的能力。

1機電技術應用的內容含義

1.1機器的構造及工作原料

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。現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。

1.2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，目前有采用光纖電生產機器的構造一般都是由主體部位的發動機、曲柄連桿、配氣、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起動、傳動、行駛、轉向、制動等構成，要提高機器的工作效率，必須從測技術。其主體部位改善性能、減輕質重和提高運轉精度等方面考慮。

1.3信息處理技術

機器產品一般以鋼鐵材料為主，已經不具備很強的市場競爭能力要機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型想改進機器的效率不但要從結構上加以改進，還應該多考慮利用非傳計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高非傳統鋼鐵材料為主的生產概念，如用非金屬復合材料或者更高層次的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金屬材料。當機器主體重量減輕了，方能實現驅動系統的功率的最大入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。減少不必要的能量消耗，提高機器的工作效率。

2驅動技術

2.1提高弱電控制線路

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提高弱電控制線路關鍵在于提高部件間的綜合性能。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制傳感器、信息處理設備、軟件等方面進行提高。專用組件一傳感器一電機三位一體的伺服驅動單元驅動機最為廣泛使用的是電機，但其工作效率及響應速度還存在著諸多問題，我們面對此類問題要更為全面的發展新型的驅動單位，如驅動單元中裝了編碼器的電機以及控制專用組件、傳感器等多位一機的伺服驅動單元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主要發展非接觸型檢測技術。微型計算機作為信息處理設備的主要設備，大大推進了機電技術應用與微電子學的進步。為進一步發展機電技術應用，必須提高信息處理設備的可靠性、準確性、快速性等特點。最大程度的提高處理速度，并解決好抗干擾及其它可能出現的問題。除此之外，在與信息處理設備進去通信時，必須規范數據傳遞的格式，采用同一標準.這樣不僅有利于信息傳遞和后續維修。而且可以簡化設計流程，培養專業技術人才，除低開發成本、開發高速傳遞方式。以便解決日后更為大容量化的機器運作能力。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

3結束語

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：

機電一體化的主要特征范文第4篇

[關鍵詞]高職院校教學改革；任務驅動教學法；機電一體化

引言：機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術，目前正向光機電一體化技術方向發展，應用范圍愈來愈廣。隨著科技的迅速發展，高職院校培養既懂理論又會實際操作的高素質技能型人才勢在必行。傳統的教學方法采用由淺入深，循序漸進式的授課方式，教師是主角，學生被動地接受，往往容易造成學生學習目的不明確，學習主動性不高，動手解決實際問題的能力不強。畢業以后不能很快地融入社會。為了提高教學效果，調動學生的學習積極性。我在機電一體化專業的實際教學中運用了任務驅動教學法獲得了非常好的教學效果。

1 任務驅動教學法概念的闡述

任務教學法最初作為交際式語言教學的方法之一，產生于20世紀80年代末，是外語教學界提出的“過程教學大綱”（process syllabuses）的產物，旨在把語言教學真實化，把課堂社會化。任務教學的基本思想就是“干中學”，通過學生參與活動，而不是靠教師或書本使學生體驗語言在日常生活中解決問題、處理矛盾時的適用方式，側重培養語言的運用能力而不僅僅是語言的習得。后來這一教學方法作為一種模式為其他學科的教學所借鑒。 在職業教育領域，任務驅動法教學模式是指以完成某一實際任務為中心展開一系列教學活動。學生在教師指導下，面對真實世界的挑戰，在完成任務過程中進行學習。偏重于包括智力在內的多種技能的訓練，特別適合培養職業能力、職業態度的教學。

2 任務驅動教學法概念的具體應用

任務驅動教學法實施的前提是教師首先要對學生的知識結構要有一定的了解。具體可以分一下幾步實施：

2.1 創設情境：使學生的學習能在與現實情況基本一致或相類似的情境中發生。

需要創設與當前學習主題相關的、盡可能真實的學習情境，引導學習者帶著真實的任務進入學習情境，使學習更加直觀和形象化。生動直觀的形象能有效地激發學生聯想，喚起學生原有認知結構中有關的知識、經驗及表象，從而使學生利用有關知識與經驗去同化或順應所學的新知識，發展能力。

2.2 確定問題（任務）：在創設的情境下。選擇與當前學習主題密切相關的真實性事件或問題（任務）作為學習的中心內容，讓學生面臨一個需要立即去解決的現實問題。

問題（任務）的解決有可能使學生更主動、更廣泛地激活原有知識和經驗，來理解、分析并解決當前問題，問題的解決為新舊知識的銜接、拓展提供了理想的平臺，通過問題的解決來建構知識，正是探索性學習的主要特征。

2.3 自主學習、協作學習：例如以廣東三向教學儀器設備有限公司的SX-815Q機電一體化設備為載體，以加蓋擰蓋單元為例。

2.3.1 初始位置： 主皮帶：處于停止狀態；加蓋推料氣缸，加蓋擰蓋定位氣缸，加蓋擰蓋氣缸：處于收回狀態；擰蓋電機：處于停止狀態。

2.3.2 “單機”工作狀態下按“啟動”按鈕，或者“聯機”狀態下，主站給出“啟動”信號后，系統進入運行狀態，“啟動”指示燈亮，主皮帶開始運行；加蓋位檢測到物料瓶時，延時0.5S，當物料瓶到達加蓋位置，皮帶停止，同時加蓋定位氣缸伸出，準確將物料瓶頂緊；瓶蓋料筒檢測到有蓋信號，加蓋伸縮氣缸推出瓶蓋，加蓋升降氣缸下降，同時加蓋伸縮氣缸縮回，將瓶蓋加到物料瓶上后加蓋升降氣缸上升，加蓋完成，加蓋定位氣缸退回，皮帶運轉；擰蓋位檢測到物料瓶時，延時0.5S，當物料瓶到達擰蓋位位置，皮帶停止，同時擰蓋定位氣缸推出，擰蓋電機運轉，擰蓋升降氣缸慢慢下降，擰蓋電機對加蓋后的物料瓶擰緊，完成后擰蓋升降氣缸上升，擰蓋電機停止，擰蓋定位氣缸退回，皮帶運轉，送入下一單元，并如此循環下去。

2.3.3 在“單機”工作狀態下按“停止”按鈕，或者“聯機”狀態下主站給出“停止”信號，“停止”指示燈亮，皮帶停止運行，定位氣缸保持在當前位置，其他氣缸回到初始狀態。

2.3.4 在“單機”工作狀態下按“復位”按鈕，或者“聯機”狀態下主站給出“復位”信號、“復位”指示燈，定位氣缸復位到初始狀態。再按下“啟動”按鈕，設備又能正常運行下去。每次按下一個按鈕，只有相應的指示燈亮。根據上述任務，不是由教師直接告訴學生應當如何去解決面臨的問題，而是由教師向學生提供解決該問題的有關線索，如需要搜集哪一類資料。從何處獲取有關的信息資料等，強調發展學生的自主學習能力。

2.3.5 效果評價：對在規定的時間內完成任務的每一位同學進行評價。有完成任務的同學進行操作講解，其他同學觀摩，使每一位同學都認識到別人的優點和不足。對學習效果的評價主要包括兩部分內容，一方面是對學生是否完成當前問題的解決方案的過程和結果的評價，即所學知識的意義建構的評價，而更重要的一方面是對學生自主學習及協作學習能力的評價。評價既要有老師的評價更要有同學之間的評價。

3 任務驅動教學法小結

任務驅動教學法體現了“學生為主體”的教學思想，改變了傳統教學法的教師講、學生聽的教學模式，學生在學習中起主體作用，是學習的主人，教師由在教學中起組織、引導、促進、評價、咨詢的作用。同時任務驅動教學法更容易激發和保持學生的學習積極性，在教學中隨著一個個任務的完成，學生一個跟一個成就感的產生，學生學習信息技術的興趣、自信油然而生，改變了傳統教學中學生無所適從的局面，使學生在學習中充滿自信。任務驅動教學法不但可以鍛煉學生的合作精神和溝通能力，而且可以促進學生在學習過程中表達自己的見解、聆聽他人的意見、理解他人的想法，促進了學生思維能力的培養，提升了學生的信息素養。任務驅動教學法在培養學生實踐和創新能力、提高學習效果、促進學生的個性化發展、增強學生探索精神、鍛煉學生頑強意志等方面有很好的促進作用。

參考文獻：

機電一體化的主要特征范文第5篇

 

1 引言

 

所謂的工業4.0，是指利用物聯信息系統將生產中的供應，制造，銷售信息數據化、智慧化，最后達到快速，有效，個人化的產品供應。而在如今制造業開始逐步應用智能化技術的背景下，工業4.0的出現，則能更好的推動制造業智能化技術的發展。基于此，本文就工業4.0推動制造業智能化技術的發展進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

 

2 智能技術系統

 

2.1 三大技術發展加速催生新一代技術系統

 

進入21世紀以來，信息與通信技術取得了突破性進展，出現了如下3個重要的技術發展趨勢。

 

(1)電子部件的微小型化。

 

隨著超大規模集成電路技術的突破、電子設計自動化的廣泛應用以及半導體工藝的迅速發展，新型微控制器和8核、16核等多核微處理器研發速度明顯加快，新產品不斷問世。這些新型電子部件具有集成度高、可靠性與性能價格比高、抗干擾能力強以及功耗低等優點;平行計算功能極大地提高了信息處理能力，為智能技術系統的研發創造了優越的硬件條件。

 

(2)軟件成為創新的驅動力。

 

由于功能的增加、產品用戶特定需求的增加、交付要求不斷變化、不同技術學科和組織日益融合以及不同的公司間合作形式迅速變化等原因，工業產品及其相關的制造系統變得越來越復雜。特別是具有嵌入式軟件的系統，其復雜性還在快速地增加，管理這樣復雜的系統，其難度越來越大。

 

(3)工業生產系統網絡化。

 

過去二十年，互聯網很好地解決了人與人之間的互聯互通，并顛覆了與人密切相關的一些傳統行業。今后，隨著技術的不斷發展，互聯網將要實現物與物的互聯互通，進而實現信息世界與物理世界的融合，于是產生了物聯網。工廠生產系統需要完成控制功能，為了將控制技術融入互聯網，在將物理設備聯網的同時，也要將計算與通信嵌入實物過程，并使其與實物過程密切互動，從而出現了信息物理融合系統，又稱工業互聯網，它將互聯網的發展推向了新高度。

 

2.2 智能技術系統的定義與特征

 

以上3個技術發展趨勢加速了機電一體化系統的升級。新一代技術系統將以機械學、電氣/電子學、控制工程、軟件技術和新材料的緊密相互作用為基礎，通過“嵌入式智能”產生一種超越機電一體化的新系統。在這里，信息技術將與諸如認知科學、神經生物學和語言學等非技術學科相融合，跨學科融合不斷研發出過去只是在生物系統中才使用的新的集成方法、技術和規范，使用這些方法、技術和規程可以將感知、認知和執行功能集成融入技術系統，這樣的技術系統稱作智能技術系統。

 

智能技術系統具有自動適配功能，適應力強，并且使用方便。同時，系統還具有節約資源、可進行直觀操作以及可靠性高等特點。

 

通常，智能技術系統都具有如下主要特征。

 

適應性，即智能技術系統能夠與所處的環境相互交互，并能自治地適應它們的運行模式。按照這種方式，在設計人員設定的框架內，智能技術系統能夠在運行期間逐步完善，從而確保它們能夠長期保持最佳使用狀態。

 

堅固性，即智能技術系統能夠在動態環境中靈活和自治地運行，甚至能夠在開發設計者不希望或未曾預見到的環境中運行。系統能夠處理不確定或者不足的信息，確保至少達到某種使用等級，滿足各種要求。

 

可預期性，即以經驗積累的知識為基礎，智能技術系統能夠預測未來的效果和可能的情況。按照這種方式，系統能夠早期識別出風險，并能及時選擇和執行適合的策略，迅速解決問題。這樣一來，系統就能夠更有效地實現目標。

 

用戶友好性，即智能技術系統能夠適應用戶指定的特性，能與用戶進行合理的交互。對用戶而言，系統具有一定的理解能力。

 

3 認知信息處理參考模型及其模塊的研制

 

3.1 非認知系統與認知系統

 

信息處理方法是推動機電一體化向智能技術系統升級的主要推動力。機電一體化系統與智能技術系統的信息處理方法是不同的。機電一體化系統在傳感器和執行機構之間提供一種反應式和固定的耦合。而智能技術系統則類似于具有認知的生物，能夠變更這些耦合。認知處理不會取代直接的和反應式耦合，它會與后者共存。認知系統和非認知系統的比較如圖1所示。

 

3.2 認知信息處理參考模型

 

如上所述，認知科學完全參照認知生物的行為，以此為基礎創建了智能信息處理技術。因此，評價一個系統是否具有“智能“，應該看該技術系統是否具備如下3個特殊的特征：

 

(1)主動嵌入到環境中，并能夠與所處的生產場景環境交換信息;

 

(2)借助周圍環境與系統相關信息的內部表達，產生靈活的、與環境相適應的控制動作;

 

(3)具有學習和參與綜合信息處理的能力。

 

3.3 操作器-控制器智能模塊的研制。

 

為了實現STRUBE認知信息處理3層模型，德國帕德博恩大學Jugen Gausemeier教授領導的研發人員開發了用于自尋最優系統的操作器-控制器模塊。在這里，信息處理分成3級，即控制器、條件反射操作器和認知操作器。

 

控制器的主要任務是按照更優的方式控制基本系統的動態性能。其控制回路是獲取測量信號和確定調節信號十分有效的鏈路，因此稱它為“原動”回路。該級軟件在硬實時條件下運行。大量控制器配置能夠由控制器本身完成。

 

條件反射操作器的操作能夠監視和指揮控制器。它不能直接訪問系統的執行機構;但是它能夠通過改變參數和結構，完成對控制器的修改。條件反射操作器本質上是面向事件的，它與控制器緊密相連，其按硬實時方式處理事件。作為認知操作器的連接部件，條件反射操作器可以當作控制器和那些軟實時或不能實時工作的部件之間的接口。它將進入的信號過濾，并將其送給下一級。條件反射操作器負責若干OCM之間的實時通信，這些OCM一起構成一個自尋最優控制系統。

 

認知操作器位于OCM的最高一級，系統能夠采用各種方法(諸如學習方法、基于模型的最佳化方法或基于系統的知識的系統方法)，去使用它本身和其周圍環境的信息，以提升它自身的性能。在這里，特別要強調能夠實現自尋最優的認知能力。

 

4 智能子系統與智能網絡化系統

 

智能技術系統具有兩種結構形式，一種是子系統基本結構形式，即智能子系統;另一種是組群結構形式，稱作智能網絡化系統。

 

對于大型機械裝備或生產流水線，為了完成各種各樣的功能，通常都由幾個子系統構成，它們被看成是一個相互作用的組合體。這些智能子系統在地理位置上是分散的，通常采用分布式結構，它們彼此之間需要進行通信和協調，從而形成了網絡化系統結構。但是，由此產生的網絡化系統的功能作用僅能通過單個系統間的交互作用呈現出來。無論是網絡還是單個系統的角色都是靜態的，而要完成整體功能作用，就需要借助于通過動態改變來實現。在過去，這完全是分開考慮的問題，諸如一方面是云計算，另一方面是嵌入式系統。現在，我們可以采用最新的信息物理融合系統(CPS)的途徑進行集成。

 

5 智能技術系統的實現

 

從2007年開始，德國科技創新主要依靠分布在全國各地的15個前沿技術創新集群，每個集群都主攻一個專業方向。“it’s OWL”北威州創新集群專注于智能技術系統產品與系統的研發，它是歐洲具有最強產品開發能力的地區之一，其愿景是成為全球智能技術系統市場和技術的領導者。該集群共有174個成員，包括25個工程和顧問咨詢公司、25個核心公司和78個基本公司、6個高等院校以及10個競爭力中心。2012年2月，某教研部投入1億歐元，支持45個產品和生產的研發項目，計劃用5年時間完成。這些項目分為平臺、創新及可持續項目3種類型。

 

平臺項目，即為推動集群內各家公司在今后幾年內進入智能技術系統業務領域，以及實現技術成果向大量中小型企業轉移，創建自尋最優控制系統、人機交互、智能網絡、能源效率以及系統工程等5個最基本的技術平臺。

 

創新項目，即系統集群內的核心公司為實現戰略目標，基于上述技術平臺，開發子系統、系統以及網絡化系統等具體產品和解決方案。

 

可持續項目，即這些項目研究采取7種有效措施，在政府計劃支持的時間結束后，仍然能保持長期的可持續性。特別是在這些項目內，中小型企業在今后幾年仍然能夠自身實現智能技術系統的開發工作。

 

6 工業4.0智能自適應生產系統產品與應用

 

某公司為了實現工業4.0“智能生產”戰略目標，按照智能技術系統的技術概念，研發了自適應生產系統。該系統采用分散式模塊化結構，并使用公司最新研制的即插即生產智能化網絡技術。分散式模塊化結構意味著整個生產過程所使用的機械、控制和通信系統全部采用模塊化設計，這就使得生產制造系統能夠按照工藝和生產的要求任意組合，系統的適應性可以通過插入或移除其中的模塊來實現。

 

即插即生產技術具有自尋最優特性和即插即生產網絡自配置功能。自配置功能是建立在實時通信系統的自配置方法和生產系統、模塊和部件語義自描述能力的基礎上，無須使用任何工程工具。生產制造系統通過分析與理解外界及自身的信息，對系統中各組成部分進行自動協調、重組與擴充，實現對產品的數量、種類、性能和質量的自動適應，從而最佳地完成不斷變化的工作任務。該自適應生產系統已成功用于公司的I/O裝置生產線，取得了滿意的效果。按照計劃，自適應生產技術與系統產品即將推向市場。與此同時，“it’s OWL”創新集群的各成員公司也將分批各種類型的智能技術系統的產品和系統，并在傳統的機電一體化系統用戶領域推廣應用。這些創新的技術與產品，將為制造企業，特別是中小型制造企業的轉型升級創造理想的條件，也為工業4.0的實現提供了具體路徑和解決方案。

 

7 結束語

 

綜上所述，工業4.0的出現，對于機械制造和電氣工程等領域來說有著重要的意義。而隨著我國制造業逐漸邁向智能化，針對工業4.0的戰略目標，我們需要采取更為有效的技術措施，進一步推動制造業的智能化技術發展，從而提高我國制造業的科技水平。