時(shí)間：2023-08-21 09:25:18
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關(guān)鍵詞：CDIO理念；CAD；教學(xué)改革
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0127-02
我校于2011年被人力資源和社會保障部納入第二批工學(xué)一體化課改單位，學(xué)校非常重視這項(xiàng)改革，大刀闊斧的進(jìn)行了教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，打破學(xué)科性課程體系，在廣泛而深入的企業(yè)調(diào)研和專家訪談基礎(chǔ)上，圍繞典型工作任務(wù)，重新構(gòu)建課程體系。建筑電氣CAD一體化課改中我們引入了CDIO 理念。本文結(jié)合CDIO理念，探索電氣專業(yè)“建筑電氣CAD”課程教學(xué)方法等相關(guān)問題。
一、建筑電氣CAD課堂教學(xué)中存在的問題
“建筑電氣CAD”是技工院校電氣專業(yè)的一門重要專業(yè)平臺課程。通過課程學(xué)習(xí)，旨在使學(xué)生掌握CAD 軟件的操作，并能應(yīng)用于建筑工程施工圖的識讀、修改和繪制，以培養(yǎng)適應(yīng)建筑工程施工、生產(chǎn)第一線急需的高技能人才。
近幾年來，技工院校在教學(xué)硬件條件方面得到了前所未有的提高，使得以前在理論課教室上CAD課程、學(xué)生上機(jī)練習(xí)的機(jī)會比較少的簡單教學(xué)模式有了極大改觀。但是仍存在以下問題。
1.教材內(nèi)容實(shí)際工程案例較少
現(xiàn)有的大部分CAD制圖教材的內(nèi)容雖然加入了相應(yīng)的項(xiàng)目練習(xí)，但是仍然圍繞基本繪圖知識展開，沒有一個完整的工程實(shí)例。章節(jié)之間知識點(diǎn)零散缺乏系統(tǒng)性、連貫性，學(xué)生學(xué)完后對實(shí)際工程案例缺乏概念，根本完成不了實(shí)際工程圖的繪制。
2.教學(xué)手段單一
CAD 課程多在多媒體軟件實(shí)訓(xùn)室授課，教師邊演示邊講解、學(xué)生邊看邊思考。這樣的教學(xué)方法相比以前進(jìn)步很大，但仍有弊端。一是學(xué)生無法進(jìn)行同步練習(xí)，容易丟失學(xué)習(xí)節(jié)奏；教師對學(xué)生掌握程度也難以掌控；二是教師需要低頭專注于電腦屏幕的演示操作，對學(xué)生聽課情況和課堂紀(jì)律容易忽視；三是教師演示什么學(xué)生就練習(xí)什么，照葫蘆畫瓢，教學(xué)手段依然帶有“填鴨式”色彩，不利于學(xué)生進(jìn)行主動學(xué)習(xí)和探索學(xué)習(xí)。
3.無法培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神
CAD課程的學(xué)生練習(xí)環(huán)節(jié)往往都是由學(xué)生獨(dú)立完成，學(xué)生之間很少討論，遇到問題就會不假思索的詢問老師，學(xué)生操作中個體意識強(qiáng)烈，缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。
二、CDIO理念的內(nèi)涵
CDIO是2001年由美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等教育機(jī)構(gòu)創(chuàng)立的一種新型工程教育理念和教學(xué)應(yīng)用模式[1]。CDIO 代表“構(gòu)思”（Conceive）、“設(shè)計(jì)”（Design）、“實(shí)施”（Implement）、“運(yùn)行”（Operate）。
CDIO 理念內(nèi)涵是盡可能采接近工程實(shí)際的綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生從內(nèi)容各不相同的工程實(shí)踐項(xiàng)目中學(xué)到的方法和能力是一致的，在教學(xué)中把理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力和解決實(shí)際問題的綜合能力。
三、基于CDIO理念的教學(xué)改革
由于傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在諸多弊端，難以滿足企業(yè)對實(shí)踐型人才的要求，因此基于對CDIO 理念的理解，教學(xué)改革的探索重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人繪圖能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程應(yīng)用能力。
1.改革教學(xué)方法
（1）實(shí)例教學(xué)法。在 CDIO理念的啟發(fā)下，課程初期（約1-2月）不再以“點(diǎn)、直線、圓”等基本指令為綱，而是精選針對性和代表性較強(qiáng)的繪圖實(shí)例，寓“指令”于“實(shí)例”，由淺入深、循序漸進(jìn)地逐步講解。然后在實(shí)例演示中針對具體的指令操作再進(jìn)行重點(diǎn)講解，最后學(xué)生結(jié)合實(shí)例進(jìn)行上機(jī)練習(xí)。
值得注意的是，課程初期是圍繞“學(xué)生能熟練掌握CAD基本指令”的目標(biāo)開展教學(xué)活動，此時(shí)學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，不宜一步到位采用工程項(xiàng)目教學(xué)法。通過實(shí)例教學(xué)，能夠使學(xué)生對軟件操作有直觀感受，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)基本的識圖、制圖的能力和一絲不茍的工作作風(fēng)，既滿足了學(xué)以致用的需求，也為下一步的工程項(xiàng)目圖繪制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
（2）工程項(xiàng)目教學(xué)法。CDIO 教育模式要求學(xué)生基于工程項(xiàng)目的全生命周期進(jìn)行學(xué)習(xí)與實(shí)踐，以項(xiàng)目作為基礎(chǔ)知識傳授與基本技能掌握的載體[2]。結(jié)合“建筑電氣CAD”課程目標(biāo)和特點(diǎn)、以及學(xué)生的實(shí)際情況，在工學(xué)一體化課改中我們提煉出了10個典型項(xiàng)目，它們均來源于工程實(shí)際，能將建筑和電氣制圖相關(guān)知識有機(jī)的結(jié)合起來，具體項(xiàng)目如表1 所示。
10個典型項(xiàng)目均為團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目，置學(xué)生于實(shí)際的工作環(huán)境中，使其能切身體會項(xiàng)目圖從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到繪制、修改的完整過程，學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行過程中學(xué)習(xí)探索、綜合應(yīng)用知識，鍛煉團(tuán)隊(duì)精神、學(xué)習(xí)基本項(xiàng)目組織、管理，培養(yǎng)CDIO能力[3]。
需要注意的是，實(shí)際工程項(xiàng)目必然是“大而全”，包含了全部知識點(diǎn)，如果直接拿來就用于課程教學(xué)，教學(xué)目標(biāo)極容易“跑焦”，學(xué)生也會一頭霧水，無從下手。因此，教師必須結(jié)合課程要求和學(xué)生實(shí)際對項(xiàng)目圖進(jìn)行提煉加工，圍繞教學(xué)目標(biāo)和課程重點(diǎn)對項(xiàng)目圖進(jìn)行改造，比如項(xiàng)目5“繪制獨(dú)立別墅電氣照明工程圖”，教師授課前就需要對項(xiàng)目圖的建筑平面圖部分進(jìn)行淡化處理，突出照明設(shè)備、開關(guān)、配電箱和接線，這樣教學(xué)目標(biāo)就一目了然。
2.改革教學(xué)模式
為了推行CDIO教學(xué)模式，課程的整個實(shí)施過程都在多媒體軟件實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，保證學(xué)生人手一臺電腦，課程4 節(jié)連排，軟硬件環(huán)境的具備為真正實(shí)現(xiàn)了CDIO教學(xué)提供了有力支撐。
將班級學(xué)生進(jìn)行分組（3～4 人為一組），每組學(xué)生的電腦圍成一圈，每組一個小組長，由小組長統(tǒng)籌安排成員具體工作任務(wù)。教師要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)合作完成相應(yīng)的項(xiàng)目，其具體實(shí)施過程如圖1所示[4]。
任務(wù)描述階段（C）：任務(wù)描述階段是項(xiàng)目開始的第一步，教師首先講解基本知識，將項(xiàng)目的任務(wù)、問題與知識導(dǎo)入，讓學(xué)生明確本項(xiàng)目要完成的任務(wù)。
任務(wù)討論階段（D）：學(xué)生接到項(xiàng)目任務(wù)書后，自學(xué)完成該項(xiàng)目任務(wù)需要的知識和技能。在小組長的帶領(lǐng)下，獨(dú)立分析或小組研討項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)和實(shí)施路徑。
任務(wù)實(shí)施階段（I）：學(xué)生按照設(shè)計(jì)方案、工程規(guī)范完成項(xiàng)目任務(wù)。學(xué)生在實(shí)踐中必然遇到很多問題，此時(shí)教師再分組對學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，完成知識的深化和拓展。
總結(jié)評價(jià)階段（O）：項(xiàng)目基本完成后組內(nèi)先對圖紙進(jìn)行總結(jié)評價(jià)，發(fā)現(xiàn)錯誤或不足，進(jìn)一步完善，最后由教師評價(jià)項(xiàng)目成績。
教學(xué)過程中，教師要做好“工程監(jiān)理”角色，小組長做好“項(xiàng)目負(fù)責(zé)人”角色，小組成員做好“工程技術(shù)人員”角色。通過職責(zé)分配，使學(xué)生熟悉并深入到工程環(huán)境中，培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)讓學(xué)生在不斷地碰撞和溝通中學(xué)會相互支持，共同進(jìn)步。真正實(shí)現(xiàn)“在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中實(shí)踐”。
3.改革考核模式
建筑電氣CAD課程以過程化考核取代期末考試，成績采用百分制。每個工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)具體量化評價(jià)指標(biāo)，所得總分按10%折算計(jì)入期末成績。項(xiàng)目二“繪制建筑平面圖”成績構(gòu)成如表2 所示。
表2 項(xiàng)目二“繪制建筑平面圖”成績構(gòu)成一覽表
內(nèi)容 要求 單項(xiàng)分?jǐn)?shù) 實(shí)際成績
設(shè)置繪圖環(huán)境 設(shè)置繪圖界限、圖幅等 5
設(shè)置圖層 準(zhǔn)確設(shè)置、使用圖層 10
繪制水平和垂直軸線 直線、偏移、陣列等指令使用正確 15
繪制墻體 兩層多線使用正確，可使用多種方法打開墻體 20
繪制門窗 墻體開口正確，熟練使用多線、圓弧等指令繪制門窗 15
繪制樓梯 樓梯臺階和扶手繪正確 10
文字標(biāo)注 文字字體、大小、顏色等設(shè)置正確 10
尺寸標(biāo)注 尺寸數(shù)字設(shè)置正確，尺寸標(biāo)注大小合適 15
學(xué)習(xí)態(tài)度 學(xué)習(xí)的積極性、主動性、團(tuán)隊(duì)意識、創(chuàng)新意識 10
考核模式以10個工程項(xiàng)目成績?yōu)樽ナ?，能促使學(xué)生重視每個教學(xué)環(huán)節(jié)，有效的調(diào)動了學(xué)生在整個課程學(xué)習(xí)中的積極性，避免了突擊應(yīng)付考試的現(xiàn)象，從而顯著提升了教學(xué)效果。
四、教學(xué)改革的實(shí)施效果
建筑電氣CAD課程改革我們實(shí)施了2年，在摸索中不斷完善，得到學(xué)生的普遍歡迎，取得了良好的教學(xué)效果，主要體現(xiàn)在以下幾方面。
1.課堂活躍度大大增加。課堂不再是傳統(tǒng)的“你教我學(xué)”、枯燥的臨摹繪圖，開放性的課堂使學(xué)生成為主角。學(xué)生主動參與的熱情非常高，當(dāng)其設(shè)計(jì)思路得到認(rèn)可、工程項(xiàng)目圖通過驗(yàn)收后，學(xué)生會對自己的成果感到非常自豪。
2.通過真實(shí)的工程項(xiàng)目練習(xí)，縮短了學(xué)生與實(shí)際工程的距離，提高了學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。
3.增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)自信心。許多學(xué)生不再覺得工程項(xiàng)目高不可攀，發(fā)現(xiàn)“所學(xué)即所用”后內(nèi)心產(chǎn)生了強(qiáng)烈的自信心，為日后應(yīng)聘較高層次的工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
五、結(jié)語
本文以CDIO理念為指導(dǎo)，探索了建筑電氣CAD一體化課程改革，旨在提升學(xué)生解決實(shí)際問題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提升教學(xué)效果，從而滿足企業(yè)工作現(xiàn)場對高技能人才的需求。實(shí)踐證明這種教學(xué)改革仍然面臨不少問題，例如典型項(xiàng)目的提取、工程項(xiàng)目圖的加工絕非一朝一夕之功，亟待深化完善。同時(shí)，開放性課堂使得教師對教學(xué)進(jìn)度的掌握也變得困難，需要教師和學(xué)生的不斷磨合調(diào)整。這些問題的存在也是下一步深化課程改革的動力所在。
參考文獻(xiàn)：
[1]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式――基于對課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.
[2]顧佩華，沈奮民，李升平.從CDIO到EIP-CDIO――汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008，（1）.
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;產(chǎn)品創(chuàng)新;概念設(shè)計(jì)
機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)有著極其豐富的內(nèi)容，同時(shí)也是產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程內(nèi)最具創(chuàng)造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)者起到關(guān)鍵的引導(dǎo)效用。因此，對機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新性概念設(shè)計(jì)進(jìn)行探索，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的概述
1.1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容
機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)電一體化基礎(chǔ)上建立起的包含系統(tǒng)與構(gòu)件、基本元內(nèi)容的集合，而機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的含義則是依據(jù)產(chǎn)品使用周期中各個環(huán)節(jié)所需要求對產(chǎn)品實(shí)施功能改造、分析和子功能開發(fā)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其滿足功能結(jié)構(gòu)要求的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)活動。這種設(shè)計(jì)工作的過程包括前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)概念以及對計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)化和豐富化，并加以改進(jìn)補(bǔ)充。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中的程式化內(nèi)容可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)代為實(shí)現(xiàn)，但除此之外難以被程式化的方面還需產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員通過人工設(shè)計(jì)逐步完成。通過構(gòu)建人機(jī)協(xié)同的概念設(shè)計(jì)理念，對其功能與組織開發(fā)的過程按照模塊化思想進(jìn)行劃分，以此實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)工作的層次性、協(xié)調(diào)性。目前，發(fā)達(dá)國家對機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)的深入研究大體集中于其調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化的理念自1971年被提出以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，內(nèi)容也在逐步豐富，尤其在科技快速發(fā)展的今天，廣闊的市場空間與消費(fèi)需求的升級，更加迫使機(jī)電一體化產(chǎn)品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、傳感技術(shù)、AI技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料技術(shù)、集成技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，都為機(jī)電一體化產(chǎn)品的革新打下了技術(shù)根基，使得機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著更優(yōu)質(zhì)、更高效的方向邁進(jìn)。
1.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的意義
機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新型概念設(shè)計(jì)本身有著重要作用，其既是產(chǎn)品品質(zhì)的深層內(nèi)容，又是其功能屬性得以發(fā)揮的保障，對其本身質(zhì)量的影響也約占60%～70%。因此，建成機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內(nèi)容。第一，創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)是保障機(jī)電一體化產(chǎn)品品質(zhì)的必要性要求。機(jī)電一體化體系具有多種學(xué)科互相交叉、集成融合的特點(diǎn)，本身具有著復(fù)雜內(nèi)涵。因此，現(xiàn)今許多的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)并不適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)本身的特色，難以做到根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)特征隨之作出應(yīng)對。第二，機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新促使其理論體系得到發(fā)展。要創(chuàng)新這一概念設(shè)計(jì)，必將建立新的方式、理論基礎(chǔ)。只有在合理、可靠的概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，才能使之收獲具有優(yōu)異性能的機(jī)電一化體產(chǎn)品。再加之如今概念設(shè)計(jì)的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關(guān)注與認(rèn)同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設(shè)計(jì)理論的建立，對于推動創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)的概念設(shè)計(jì)發(fā)展起到了不可忽略的效用，進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)體系的建立和機(jī)電一體化技術(shù)的完善。第三，機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)對于生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量的提高起到切實(shí)的幫助作用。許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都帶有自動處理、調(diào)節(jié)的功效，通過這些能力的實(shí)現(xiàn)，能夠保證工作質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。例如，在數(shù)控機(jī)床的使用過程中，其生產(chǎn)效率要高出普通基礎(chǔ)5～6倍，并能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床數(shù)量減少50%，節(jié)省50%操作人員的效能，生產(chǎn)周期也能縮短40%，進(jìn)而使得生產(chǎn)成本降低50%左右。
2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)理論
2.1機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用到的系統(tǒng)原理
機(jī)電一體化系統(tǒng)是該類產(chǎn)品中最為重要的基礎(chǔ)。就其本質(zhì)來說。它算是一種復(fù)雜機(jī)械，但與普通的機(jī)械相比還有著顯著區(qū)分。機(jī)電一體化體系是通過在機(jī)構(gòu)的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進(jìn)的電子技術(shù)，并使之與軟件相互聯(lián)合形成的一類新型機(jī)械系統(tǒng)。就其功能來說，機(jī)電一體化系統(tǒng)包含機(jī)械力、能量流、運(yùn)動力等多種動力學(xué)有關(guān)的特殊機(jī)械，以及一些機(jī)電部件互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。其中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心又在于集成協(xié)調(diào)各種技術(shù)，通過對機(jī)械工程、控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電工技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的聯(lián)合利用，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動行為可控的目標(biāo)，而不僅簡單對各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行拼湊堆積。這也是利用計(jì)算機(jī)的調(diào)節(jié)和處理能力，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動元件可控特征的現(xiàn)代化機(jī)械系統(tǒng)。有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)化原理的研究主要包含三方面內(nèi)容。第一，三環(huán)論。研究者認(rèn)為，機(jī)電一體化產(chǎn)品可以劃分為電子、機(jī)械、軟件三項(xiàng)功能模塊。第二，五塊論。通常視機(jī)電一體化產(chǎn)品是由動力功能、控制功能、構(gòu)造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統(tǒng)理論。研究人員認(rèn)為，機(jī)電一體化系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩項(xiàng)分支系統(tǒng)共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時(shí)也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機(jī)械主體加以強(qiáng)調(diào)，也并未對處理好機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的復(fù)雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)不能起到重要作用。在概念設(shè)計(jì)實(shí)際工作中，機(jī)電一體化系統(tǒng)往往會被劃分為傳感檢測、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息控制處理三個子系統(tǒng)。通過這三個子系統(tǒng)的系統(tǒng)分工，各自完成信息檢測、機(jī)械運(yùn)動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)中各項(xiàng)功能的優(yōu)化和最佳效果的發(fā)揮，并以此獲得機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)合理的相關(guān)方案。
2.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)方法
對機(jī)電一體化產(chǎn)品而言，其概念設(shè)計(jì)是許多領(lǐng)域內(nèi)知識、技術(shù)之間的交織融合，具有新穎復(fù)雜、反復(fù)迭代、目標(biāo)多解、結(jié)構(gòu)不良等特點(diǎn)。滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，關(guān)鍵在于發(fā)揮設(shè)計(jì)者的主觀能動性，通過展現(xiàn)設(shè)計(jì)智慧，滿足創(chuàng)新性的要求。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，主要在于實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)配合。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)這類任務(wù)，主要還得依靠人類的智能實(shí)現(xiàn)。機(jī)電一體系統(tǒng)也是人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)，通過對設(shè)計(jì)者與計(jì)算機(jī)的分工，來達(dá)到創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的目的。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新主要方法包括三方面內(nèi)容。第一，落實(shí)人才戰(zhàn)略，培養(yǎng)專業(yè)性人才。科技競爭最終都會落實(shí)在人才競爭上。要實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，人才供應(yīng)是重要保障。機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)人才在制造行業(yè)占據(jù)就業(yè)滿意度第三位的好名次，就業(yè)率更是高達(dá)100%。因此，加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)更有著多方面的積極意義，國家以及機(jī)電行業(yè)要在培養(yǎng)、優(yōu)化道路中貢獻(xiàn)出更多力量，從多方面對學(xué)生展開培訓(xùn)工作，以此實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)研究者、開發(fā)者、設(shè)計(jì)者以及其他相關(guān)從業(yè)人員素質(zhì)的目的。第二，努力拓寬供應(yīng)市場，嚴(yán)守質(zhì)量關(guān)。市場是檢驗(yàn)產(chǎn)品的試金石，將機(jī)電一體化產(chǎn)品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠?qū)崿F(xiàn)，另一方面通過買方對產(chǎn)品性能體驗(yàn)所作反饋也對產(chǎn)品研發(fā)起到反作用力的效果，使其優(yōu)點(diǎn)得以保存、延續(xù)，缺點(diǎn)得到改良、進(jìn)化，從而不斷促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品性能的整體提升。第三，將環(huán)保技術(shù)納入機(jī)電一體化的發(fā)展策略中。機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電力技術(shù)等多種技術(shù)的應(yīng)用，往往會伴隨著電子、機(jī)械污染的問題。在機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，無可避免也會產(chǎn)生一些污染物。因此，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)研發(fā)過程中要考慮到環(huán)保問題，讓機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，以施行環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展策略為其提供方法指引。通過一些環(huán)保設(shè)施和環(huán)?？萍嫉膶?shí)行，有效遏制資源浪費(fèi)、污染物增多的問題。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)技術(shù)故障時(shí)，也可以反復(fù)利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關(guān)生產(chǎn)負(fù)責(zé)人還應(yīng)主動淘汰一些產(chǎn)能落后的設(shè)備、產(chǎn)品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)，使人們擁有健康的生存環(huán)境。
2.3機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)的發(fā)展展望
機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)主要發(fā)展在于理論的進(jìn)步。雖然機(jī)電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強(qiáng)分析、研究，但其發(fā)展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內(nèi)容：第一，根據(jù)被測物理量，建立傳感器特點(diǎn)和類型的知識庫；第二，構(gòu)建與機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)相關(guān)的推理方法庫；第三，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動與動作進(jìn)行分類，構(gòu)建執(zhí)行機(jī)構(gòu)庫和驅(qū)動元件庫，以促進(jìn)驅(qū)動元件、執(zhí)行、傳動機(jī)構(gòu)和兩者的集成選擇實(shí)行；第四，實(shí)現(xiàn)對該類產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)在各個環(huán)節(jié)評價(jià)體系的建立，尤其在概念設(shè)計(jì)初期中構(gòu)建對功能原理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的評價(jià)體系；第五，構(gòu)建調(diào)節(jié)和控制信息的資料庫，以促進(jìn)挑選硬件和編制軟件中對機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)高效管控的實(shí)現(xiàn)。隨著機(jī)電技術(shù)與各項(xiàng)科技的快速進(jìn)步以及機(jī)電一體化研究的逐步深入，促使機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的理論體系更加豐富，并具有更為強(qiáng)大的實(shí)用功能和操作功能，從而順利實(shí)現(xiàn)對機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)。
3結(jié)束語
機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究雖然已經(jīng)取得了較為矚目的成績，但關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關(guān)從業(yè)者不斷加強(qiáng)探索、創(chuàng)新，通過大量細(xì)致的實(shí)踐研究工作，促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的完善和成熟，并最終實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異的實(shí)用價(jià)值。
作者:王中元 單位:內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
參考文獻(xiàn):
隨著我國信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)等的發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展成為一種必然的發(fā)展結(jié)果，而信息技術(shù)支持下的機(jī)電一體化，促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)品朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化等生產(chǎn)方向發(fā)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品是機(jī)電一體化技術(shù)的承載者，同時(shí)也是機(jī)電一體化信息技術(shù)的體現(xiàn)者，在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，MCD機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，有重要的意義。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)非常重要，概念設(shè)計(jì)也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理論化、規(guī)范化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等。在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，因?yàn)闄C(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性，很多產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論雖然可以對產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)起到一定的作用，但是這些設(shè)計(jì)理論也為產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化進(jìn)行了限制。概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最為重要的環(huán)節(jié)，影響著產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，為了提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要建立產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)理論，在良好的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案下，完成產(chǎn)品的機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)。公理化設(shè)計(jì)理論、PFD理論等，在產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，發(fā)揮著巨大的作用，從MCD機(jī)電一體化自身的特性進(jìn)行分析，在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，建立完成的、系統(tǒng)的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的理念、方法、方案，可以促進(jìn)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的進(jìn)行，實(shí)行產(chǎn)品的機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，MCD機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供理論、方案等，促進(jìn)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新等。
2基于MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的可操作性
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了機(jī)電一體化的進(jìn)行，也為工程信息技術(shù)行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。在機(jī)械生產(chǎn)、加工、制造等行業(yè)中，機(jī)電一體化的形成和應(yīng)用，使其發(fā)生了翻天覆地的變化，機(jī)電一體化主要是將主功能、動力功能、處理功能等有效的結(jié)合在一起，并引入電子信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)、軟件、設(shè)備等的結(jié)合。當(dāng)前的機(jī)電一體化并沒有形成一個統(tǒng)一的定義，這主要是因?yàn)闄C(jī)電一體化自身具有復(fù)雜性，涉及到很多領(lǐng)域的知識、技術(shù)等，MCD機(jī)電一體化，主要是機(jī)電一體化方案，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用MCD機(jī)電一體化系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)械工程、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，形成科學(xué)性、復(fù)雜性、融合性等特點(diǎn)為一體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，充分的利用它的功能，完成產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。為了研究基于MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的可操作性，我們針對產(chǎn)品的MCD機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵進(jìn)行分析。概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最復(fù)雜、重要的部分，是實(shí)現(xiàn)從無到有、從模糊到清晰的一個過程，在信息技術(shù)、智能技術(shù)等的支持和應(yīng)用下，概念設(shè)計(jì)取得了新的發(fā)展成果。應(yīng)用MCD機(jī)電一體化進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，主要分為產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、改進(jìn)設(shè)計(jì)等，不同的環(huán)節(jié)中，有不同的子模塊組成部分，例如在概念設(shè)計(jì)中，分為功能設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)、功能分析等等。將MCD機(jī)電一體化應(yīng)用于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，需要借助各種信息庫確定MCD機(jī)電一體化方案，然后進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。MCD機(jī)電一體化系統(tǒng)的交換頻率非常高，抗干擾能力強(qiáng)，在進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)誤差小，結(jié)構(gòu)功能非常強(qiáng)，將其應(yīng)用在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，可以保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)用性、可靠性、穩(wěn)定性、規(guī)范性、經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也有安全性和可操作性。為了研究研究MCD機(jī)電一體化在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的可操作性，我們以其在傳感器概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。在進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)時(shí)，先進(jìn)行系統(tǒng)的劃分，對傳感器的功能、性能等進(jìn)行分析，然后檢驗(yàn)傳感器子系統(tǒng)的傳感器的功能載體，了解傳感器的類型和用途，最后采用MCD機(jī)電一體化中的信息處理系統(tǒng)，對傳感器設(shè)計(jì)中的相關(guān)信息進(jìn)行處理和控制，完成信息的分析、處理之后，進(jìn)行MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。互感器等產(chǎn)品的MCD機(jī)電一體化設(shè)計(jì)制造，是一個復(fù)雜的過程，其中包含了很多的子系統(tǒng)和子環(huán)節(jié)，每一個過程都比較的繁瑣，稍有差錯和偏差，就會造成設(shè)計(jì)制造的失敗，而且產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要很長的時(shí)間，設(shè)計(jì)制造中使用的材料價(jià)格很高，所以在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)中，如果出現(xiàn)差錯，就會造成嚴(yán)重的損失。在使用MCD機(jī)電一體化進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，一定要對產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)理論、方法、方案等進(jìn)行仔細(xì)的審核。概念設(shè)計(jì)是中最為重要的是方案設(shè)計(jì)，要確定MCD機(jī)電一體化產(chǎn)品方案，需要將前面的各項(xiàng)工作的理論等加入其中形成一個邏輯思維，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的支持下，基于MCD機(jī)電一體化的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，具有可行性。
3小結(jié)
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；概念；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢
一、機(jī)電一體化的概念與由來
人類進(jìn)入了一個新的世紀(jì)──21世紀(jì)。回顧過去的20世紀(jì)，人類的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果超過了過去所有世紀(jì)的總和。傳統(tǒng)的學(xué)科正在脫胎換骨，新的學(xué)科不斷問世，技術(shù)的融合程度比任何一次技術(shù)革命都高。機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生于這一背景之下，自然符合科技發(fā)展的規(guī)律，也是機(jī)械學(xué)科發(fā)展的必然結(jié)果?！皺C(jī)電一體化”這一技術(shù)術(shù)語最初來源于日本學(xué)術(shù)界，他們根據(jù)英文的Mechanics（機(jī)械學(xué)）和Electronics（電子學(xué)）兩詞，組合出Mechantronics一詞，日文諧音記作“夕力卜口二少又”，其表意漢字為“機(jī)電一體化”,Mechantronics一詞從學(xué)科角度可以翻譯為“機(jī)械電子學(xué)”，我國科技界也經(jīng)常直接使用“機(jī)電一體化”作為漢語的表達(dá)詞匯。
一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。其次，機(jī)電一體化是一個發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。
二、機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀
與其它科學(xué)技術(shù)一樣，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一個較長期的過程。有學(xué)者將這一過程劃分為萌芽階段、快速發(fā)展階段和智能化階段三個階段，這種劃分方法真實(shí)客觀地反映了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程。
“萌芽階段”指20世紀(jì)60年代以前的時(shí)期。在這一時(shí)期，人們在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過程中總是自覺或不自覺地應(yīng)用電子技術(shù)的初步成果來改善機(jī)械產(chǎn)品的性能，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的軍事用途的機(jī)電產(chǎn)品。這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。那時(shí)研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
20世紀(jì)70年代到80年代為第二階段，稱之為“快速發(fā)展階段”。在這一時(shí)期，人們自覺地、主動地利用3C技術(shù)的成果創(chuàng)造新的機(jī)電一體化產(chǎn)品，3C技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時(shí)期的特點(diǎn)是：①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；②機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；③各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。
從20世紀(jì)90年代開始的第三階段，稱之為“智能化階段”。在這一階段，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)，其主要標(biāo)志是光學(xué)、通信技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)入機(jī)電一體化，同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)差距。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機(jī)電一體化技術(shù)（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣。
機(jī)電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：
（1）機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。
（2）計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)
其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、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)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。
（3）系統(tǒng)技術(shù)
系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
（4）自動控制技術(shù)
其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
（5）傳感檢測技術(shù)
傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。
（6）伺服傳動技術(shù)包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
四、結(jié)語
綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻(xiàn)：
［1］李建勇．機(jī)電一體化技術(shù)．北京：科學(xué)出版社，2004．
［2］潘忠堂．淺析傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)．機(jī)械電子工程，1998(1)：13-17,39
［3］馮正進(jìn)．機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)展．工業(yè)工程，2000(1)：1-4
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；計(jì)算機(jī)控制；傳感器
1 機(jī)電一體化的概念
人類從使用簡單工具到現(xiàn)代的機(jī)器發(fā)生了巨大的變化。特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)出現(xiàn)以后，傳統(tǒng)機(jī)械又有了一個飛躍。
機(jī)器應(yīng)該是機(jī)械和電器的合成。傳統(tǒng)的機(jī)械工程和自動控制工程從專業(yè)學(xué)習(xí)到工程設(shè)計(jì)應(yīng)該一體化。目前，關(guān)于機(jī)電一體化的定義與概念，許多書籍都是根據(jù)國外書籍的定義和概念而引用。對于國外的概念基本強(qiáng)調(diào)機(jī)器人跟數(shù)控機(jī)床的概念。雖然，機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化中具有一定代表性的產(chǎn)品，但絕非是機(jī)電一體化的全部內(nèi)容，機(jī)械的內(nèi)容很多：化工機(jī)械、輕工機(jī)械、重工機(jī)械、紡織機(jī)械等。機(jī)電一體化強(qiáng)調(diào)的是機(jī)械產(chǎn)品的自動化和智能化的問題。
2 機(jī)電一體化的基礎(chǔ)知識
機(jī)電一體化涉及的知識還是比較廣泛的。在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中常常會涉及到機(jī)械做功，液體壓力做功等理論力學(xué)和材料力學(xué)的相關(guān)知識。對于機(jī)械零件還涉及到機(jī)械零件的加工方法一些工藝性問題。尤為重要的是數(shù)控加工技術(shù)。零件的加工精度、材料的選擇都是需要學(xué)習(xí)的。一些機(jī)械零件例如：軸和軸承、齒輪、凸輪、鏈條、鏈輪等可以說是機(jī)電一體化設(shè)備中應(yīng)用極廣泛的一類機(jī)械零件。對于零件的學(xué)習(xí)使是我們應(yīng)具備的基礎(chǔ)。還有自動控制和人工控制的內(nèi)容，電路電器的基本知識。
3 傳感器
傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息按一定的規(guī)律變換成為電信號或其他所需的形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制的要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。
傳感器大致可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。在機(jī)電一體化中起著至關(guān)重要的作用。常見的傳感器有：壓力傳感器、位移傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣敏傳感器等等。
4 絳兇爸
所謂執(zhí)行裝，就是把從電源、液壓、氣壓等動力源獲得的能量變換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或者直線運(yùn)動的一種裝置。執(zhí)行裝置主要由執(zhí)行元件、傳動原件等構(gòu)成。主要的執(zhí)行裝置有如下幾種：步進(jìn)電機(jī)裝置、伺服電機(jī)裝置、普通電機(jī)裝置、液壓油缸裝置、液壓馬達(dá)裝置、氣壓裝置、氣動馬達(dá)裝置。這些機(jī)械裝置是控制系統(tǒng)的控制對象，也叫控制系統(tǒng)的執(zhí)行裝置。普通電機(jī)裝置也是控制系統(tǒng)的控制對象，如采用變頻器可以控制轉(zhuǎn)速，PLC也可以控制轉(zhuǎn)速和角位移。普通電機(jī)采用控制器的控制精度和效率沒有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)高，但是在一些控制要求不太高的機(jī)電一體化設(shè)備中，目前應(yīng)用還是比較廣泛的，畢竟普通電機(jī)價(jià)格比步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)低得多。
5 計(jì)算機(jī)控
機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)從最初的的強(qiáng)電控制到現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)控制，經(jīng)歷了如下過程：簡單的開關(guān)控制――繼電器控制――單片機(jī)控制――單板機(jī)控制――PLC控制――PC控制。事實(shí)上，到現(xiàn)在為止機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)無論從簡單的開關(guān)控制，繼電器控制到復(fù)雜的單片機(jī)控制、單板機(jī)控制、PLC控制、PC控制都有它們的使用價(jià)值。隨著時(shí)間的發(fā)展，使用的比例肯定會按上述順序，前面的越來越少，后面的越來越多。目前來看單片機(jī)控制、PLC控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)量上應(yīng)該是最多的。
數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是為止、角度、速度、等機(jī)械量和開關(guān)量，以及溫度、流量、壓力等物理量。數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)：精度高、速度快、可靠性高。
6 機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)方法
機(jī)電一體化設(shè)計(jì)類型可分為：
根據(jù)受控對象的不同，進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)；
改進(jìn)型機(jī)電一體化設(shè)計(jì)；
創(chuàng)造發(fā)明性機(jī)電一體化設(shè)計(jì)；
不同的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)類型，也有不同的設(shè)計(jì)方法。所謂根據(jù)受控對象的不同進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，也就是不同行業(yè)有不同的受控對象。比如數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械一類的受控對象基本上是機(jī)械動作；在化工機(jī)械中，處理機(jī)械動作外還有對溫度、流量、壓力、配比等物理量的控制；也有將化學(xué)量作為受控對象的，如土壤分析儀對土壤酸堿度、鈣、鎂、磷的分析等。當(dāng)然受控對象最多的還是機(jī)械動作問題。
改進(jìn)型機(jī)電一體化設(shè)計(jì)是應(yīng)用非常廣泛的一類設(shè)計(jì)。比如，我國數(shù)控機(jī)場普及度不高的現(xiàn)狀的主要原因一方面是數(shù)控機(jī)床的售價(jià)太貴，對于許多企業(yè)來說很難承擔(dān)這筆開支的。所以對現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高現(xiàn)有機(jī)床的生產(chǎn)效率和質(zhì)量、節(jié)約成本等起到很好的效果。
在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中，我們主要考慮3部分的設(shè)計(jì)：機(jī)械部分、控制部分、傳感器部分。事實(shí)上，為了簡化問題，機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思路完全可以從兩部分來考慮。即機(jī)械部分和控制部分，因?yàn)閭鞲衅魍耆梢栽诳刂撇糠种幸黄鹂紤]。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)發(fā)展到今天，機(jī)械部分的設(shè)計(jì)仍然是這三部分中最重要的部分。過去在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和實(shí)際工作中存在一種錯誤的認(rèn)識和看法：認(rèn)為機(jī)械設(shè)計(jì)直觀簡單，技術(shù)含量沒有控制部分高。這是一種本末倒置的認(rèn)識。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；發(fā)展；趨勢
中圖分類號：TP 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3198(2010)11-0330-01
1 機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱?！皺C(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面，是一種綜合技術(shù)，這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。
2 機(jī)電一體化的核心技術(shù)
2.1 機(jī)械技術(shù)
是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)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。
2.2 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)
其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、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)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。
2.3 系統(tǒng)技術(shù)
即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)。從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
2.4 自動控制技術(shù)
其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
2.5 傳感檢測技術(shù)
傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。
3 機(jī)電一體化的發(fā)展過程
機(jī)電一體化的發(fā)展過程大體可以分為三個階段：
3.1 初級階段
20世紀(jì)60年代以前為第一階段，也稱為初級階段。在這一時(shí)期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
3.2 高速發(fā)展階段
20世紀(jì)70-80年代為第二階段，也稱為高速發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。
3.3 智能化階段
20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并且逐漸形成完整的學(xué)科體系。
4 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下。
4.1 智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)研究中得到日益重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)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，以求達(dá)到更高的控制目標(biāo)。誠然，要使機(jī)電一體化產(chǎn)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、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能的和必要的。
4.2 模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜和非常重要的事。例如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)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(jī)械裝置。若能利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。但這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，但可通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
4.3 網(wǎng)絡(luò)化
20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育、人們?nèi)粘Ｉ睿紟砹司薮笞兏铩８鞣N網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠。很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)，將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利和快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
4.4 微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末。機(jī)電一體化有向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過lcm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有顯著優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)(即超精密技術(shù))，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
4.5 綠色化
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然；‘綠色產(chǎn)品’概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用、銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化，主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。
4.6 系統(tǒng)化
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù)；醫(yī)療儀器；醫(yī)療科學(xué)技術(shù)；醫(yī)學(xué)工程；機(jī)械工程
機(jī)電一體化技術(shù)為一種由多種學(xué)科交織發(fā)展所形成的產(chǎn)物，為一類維持社會生產(chǎn)力不斷發(fā)展與提升的必然產(chǎn)物，在提高工程技術(shù)手段以及工作效率方面扮演著重要的角色。機(jī)電一體化技術(shù)通過將微電子、機(jī)械工程、信息技術(shù)等方面相互滲透于融合，促進(jìn)提高了對信息的處理與控制。目前國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展，同時(shí)也在一定程度上改變了其原本的功能及生產(chǎn)方式，而這一改變在醫(yī)療器械方面得到了明顯的體現(xiàn)?，F(xiàn)我院對此展開分析，結(jié)果總結(jié)報(bào)告如下：
1機(jī)電一體化的概念
機(jī)電一體化為一個綜合的概念，主要是指通過利用軟件系統(tǒng)將電子裝置與機(jī)械裝置相結(jié)合，將微電子技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械各項(xiàng)功能中的一個系統(tǒng)。有研究報(bào)道指出，機(jī)電一體化技術(shù)通過將自動保護(hù)、自動診斷及自動控制等功能與機(jī)械系統(tǒng)相互結(jié)合起來，明顯提高了信息的處理及控制能力。另外，機(jī)電一體化技術(shù)反映出了現(xiàn)代機(jī)電發(fā)展的最前沿最高新的技術(shù)，在現(xiàn)代醫(yī)療儀器使用中可發(fā)揮重要的作用。
2機(jī)電一體化在我國的發(fā)展現(xiàn)狀
機(jī)電一體化的應(yīng)用對我國發(fā)展承擔(dān)著重要的意義，標(biāo)志著一個國際的工業(yè)發(fā)展水平。早在20世紀(jì)80年代，我國就開始了與機(jī)電一體化技術(shù)的相關(guān)研究，并經(jīng)過30多年的研發(fā)與努力，我國的機(jī)電一體化技術(shù)取得了較大的進(jìn)展，明顯提高了工作效率。近年來，機(jī)電一體化技術(shù)雖然已經(jīng)在醫(yī)療儀器中得到了應(yīng)用，但有專家指出，由于此項(xiàng)技術(shù)仍較為新穎，部分醫(yī)療工作人員缺乏正確認(rèn)知以及相關(guān)操作方法，在使用期間導(dǎo)致了醫(yī)療儀器應(yīng)用不當(dāng)。因此，醫(yī)療工作人員需不斷完善自身的知識結(jié)構(gòu)，提高專業(yè)素養(yǎng)，掌握有關(guān)于醫(yī)療儀器的正確使用方法。例如，應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的多功能監(jiān)護(hù)儀器相比于以往臨床工作中使用的監(jiān)護(hù)儀器，將相應(yīng)的開關(guān)與案件顯示到了內(nèi)部菜單中，通過手動按鍵在菜單中選擇設(shè)置的參數(shù)與功能，且通常發(fā)展為了一鍵多用，甚至有部分操作采用的英文、字符等情況。
3機(jī)電一體化在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用
3.1機(jī)電一體化技術(shù)在診斷儀器中的應(yīng)用
醫(yī)療診斷儀器作為醫(yī)學(xué)診斷工作中不可缺少的工具，較為常用的包括心電圖儀器、核磁共振診斷儀、超聲診斷儀、腦電圖儀、血管造影設(shè)備儀器等。其中血管造影設(shè)備在診斷心腦血管疾病中得到了廣泛的應(yīng)用，通過為患者注射血管造影劑，利用計(jì)算機(jī)記錄造影劑達(dá)到病灶前后的圖像，在采用軟件系統(tǒng)對兩組圖像的變化情況給予分析，即可得到血管的模擬分布信息，以幫助醫(yī)生完成對患者病情的診斷。
3.2機(jī)電一體化技術(shù)在檢驗(yàn)儀器中的應(yīng)用
隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷革新，基因與分子生物學(xué)得到了廣泛的發(fā)展，為了科學(xué)地對患者進(jìn)行臨床檢驗(yàn)，現(xiàn)醫(yī)療人員開始將信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、生物技術(shù)及微電子技術(shù)等緊密地結(jié)合到一起，并相繼研究出了電解質(zhì)分析儀器、血細(xì)胞分析儀器、血?dú)夥治鰞x等。大量臨床經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，上述較為常用的醫(yī)療機(jī)器通過幫助臨床醫(yī)生從血液學(xué)以及免疫學(xué)等方向?qū)熘募膊∵M(jìn)行的檢驗(yàn)與診斷，極大程度地降低了傳統(tǒng)檢驗(yàn)效率低、準(zhǔn)確率較低等問題，提高了診斷的敏感性及準(zhǔn)確性。
3.3機(jī)電一體化技術(shù)在治療儀器中的應(yīng)用
近年來，機(jī)電一體化技術(shù)在治療儀器中也得到了準(zhǔn)確與高效的應(yīng)用，并引起了相關(guān)臨床工作者的足夠重視。通過采用機(jī)電一體化技術(shù)，我國相繼研究出了手術(shù)機(jī)器人、伽馬刀等儀器，并在微創(chuàng)手術(shù)中發(fā)揮了重要的作用。結(jié)合以往操作經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)這些治療儀器可通過準(zhǔn)確捕捉醫(yī)生的操作動作，利用軟件系統(tǒng)將指令向機(jī)械臂進(jìn)行傳遞，以幫助完成相應(yīng)的各類手術(shù)操作，獲得更好的效果。另外，這些應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的儀器不僅改善了傳統(tǒng)手術(shù)操作方法，縮短了手術(shù)時(shí)間，減少了術(shù)中出血量，還在一定程度上降低了醫(yī)療人員的壓力，極大程度地提高了手術(shù)的工作效率及成功率。
3.4機(jī)電一體化技術(shù)在監(jiān)護(hù)儀器中的應(yīng)用
除了上述醫(yī)療儀器外，包括腦電圖儀以及心電圖儀器在內(nèi)的監(jiān)護(hù)儀器也在醫(yī)療工作中占有重要的地位，上述兩類常用的儀器通過準(zhǔn)確收集與處理與患者相關(guān)的生命體征信息，能夠準(zhǔn)確地對患者心率、血壓等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，有利于對疾病的觀察。另外，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)在綜合監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，保證醫(yī)生對患者的生命體征進(jìn)行了更好的監(jiān)控與分析，不僅可應(yīng)用于醫(yī)療場所，同時(shí)也可在患者日常生活中得到更加廣泛的應(yīng)用，有利于對疾病的監(jiān)護(hù)，一旦發(fā)展異常立即給予治療。
4結(jié)語
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷快速發(fā)展為機(jī)電一體化技術(shù)提供了更加可靠的技術(shù)支持，且該項(xiàng)技術(shù)也不斷成熟，發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)不僅在改變?nèi)藗兩a(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)以及生活理念方面具有重要的意義，還可應(yīng)用于醫(yī)療儀器中更好地對疾病進(jìn)行診斷與治療，并得到了廣泛的應(yīng)用。綜上所述，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療儀器中可有效促進(jìn)醫(yī)療儀器的發(fā)展，期間需根據(jù)院內(nèi)實(shí)際需求并結(jié)合現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，對機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用。
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關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；核心技術(shù)；發(fā)展進(jìn)程；發(fā)展趨勢
引言： 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由機(jī)械電氣化邁入了機(jī)電一體化為特征的發(fā)展階段。
1、機(jī)電一體化的基本概念
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝Z與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化是在以技術(shù)和科學(xué)為主的多門學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科，而機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)生產(chǎn)出來的新一代產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)同時(shí)也是工程領(lǐng)域不同種類技術(shù)的綜合及集合，它是建立在機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。
機(jī)電一體化涵蓋技術(shù)和產(chǎn)品兩個方面。只是，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝Z除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護(hù)等。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2、機(jī)電一體化的核心技術(shù)
機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機(jī)械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果。機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此，為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：
2.1 機(jī)械本體技術(shù)
機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。
2.2 傳感技術(shù)
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(guān)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(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。
2.3 信息處理技術(shù)
機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備（特別是微型計(jì)算機(jī)）的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。
2.4 接口技術(shù)
為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設(shè)計(jì)。目前，技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光耦器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。
2.5 軟件技術(shù)
軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
3、機(jī)電一體化技術(shù)未來發(fā)展趨勢
3.1.智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)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(biāo)。
3.2.網(wǎng)絡(luò)化
20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3.3.微型化
興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
3.4.綠色化
機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。
3.5.系統(tǒng)化
其表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強(qiáng)，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。一是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層含義是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。
3.6. 模塊化
模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢，是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的事，它需要制訂一系列標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)也可以不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
4、結(jié)束語： 綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。機(jī)電一體化的發(fā)展不是孤立的，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。
參考文獻(xiàn)：
