新机电一体化典型实例

新机电一体化典型实例（共6篇）

篇1：新机电一体化典型实例

机电一体化系统典型实例

8.4 计算机集成制造系统

近年来世界各国都在大力开展计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是计算机技术和机械制造业相结合的产物，是机械制造业的一次技术革命。

(1)CIMS的结构

随着计算机技术的发展，机械工业自动化已逐步从过去的大批量生产方式向高效率、低成本的多品种、小批量自动化生产方式转变。CIMS就是为了实现机械工厂的全盘自动化和无人化而提出来的。其基本思想就是按系统工程的观点将整个工厂组成一个系统，用计算机对产品的初始构思和设计直至最终的装配和检验的全过程实现管理和控制。对于CIMS，只需输入所需产品的有关市场及设计的信息和原材料，就可以输出经过检验的合格产品。它是一种以计算机为基础，将企业全部生产活动的各个环节与各种自动化系统有机地联系起来，借以获得最佳经济效果的生产经营系统。它利用计算机将独立发展起来的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、柔性制造系统（FMS），管理信息系统（MIS）以及决策支持系统（DSS）综合为一个有机的整体，从而实现产品订货、设计、制造、管理和销售过程的自动化。它是一种把工程设计、生产制造、市场分析以及其它支持功能合理地组织起来的计算机集成系统。CIMS是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术和系统科学的基础上，将制造工厂经营活动所需的各种自动化系统有机地集成起来，使其能适应市场变化和多品种、小批量生产要求的高效益、高柔性的智能生产系统。

由此可见，计算机集成制造系统是在新的生产组织原理和概念指导下形成的生产实体，它不仅是现有生产模式的计算机化和自动化，而且是在更高水平上创造的一种新的生产模式。

从机械加工自动化及自动化技术本身的发展看，智能化和综合化是未来的主要特征，也是CIMS最主要的技术特征。智能化体现了自动化深度，即不仅涉及物质流控制的传统体力劳动自动化，还包括了信息流控制的脑力劳动自动化；而综合化反映了自动化的广度，它把系统空间扩展到市场、设计、制造、检验、销售及用户服务等全部过程。

CIMS系统构成的原则，是按照在制造工厂形成最终产品所必需的功能划分系统，如设计管理、制造管理等子系统，它们分别处理设计信息与管理信息，各子系统相互协调，并且具有相对的独立性。因此，从大的结构来讲，CIMS系统可看成是由经营决策管理系统、计算机辅助设计与制造系统、柔性制造系统等组成的（图8-8）。经营决策管理系统完成企业经营管理，如市场分析预测、风险决策、图8-8 CIMS主要结构框图 长期发展规划、生

产

计划与调度、企业内部信息流的协调

与控制等；计算机辅助设计系统完成产品及零部件的设计、自动编程、机器人程序设计、工程分析、输出图纸和材料清单等；计算机辅助制造系统则完成工艺过程设计、自动编程、机器人程序设计等；柔性制造系统完成物料加工制造的全过程，实现信息流和物料流的统一管理，如将CIMS的系统功能细化，可得到如图8-9所示的框图。

（2）CIMS的主要技术关键

CIMS是一个复杂的系统，它适用于多品种、中小批量的高效益、高柔性的智能化生产与制造。它是由很多子系统组成的，而这些子系统本身又都是具有相当规模的复杂系统。虽然世界上很多发达国家已投入大量资金和人力研究它，但仍存在不少技术问题有待进一步探索和解决。归纳起来，大致有以下五个方面。

① CIMS系统的结构分析与设计。这是系统集成的理论基础及工具。如系统结构组织学和多级递阶决策理论、离散事件动态系统理论、建模技术与仿真、系统可靠性理论与容错控制以及面向目标的系统设计方法等。

② 支持集成制造系统的分布式数据库技术及系统应用支撑软件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的数据库系统，支持分布式多级生产管理调度的数据库系统，分布式数据系统与实时在线递阶控制系统的综合与集成。

③ 工业局部网络与系统。CIMS系统中各子系统的互连是通过工业局部网络实

图 8-9CIMS 系统框图

现的，因此必然要涉及网络结构优化、网络通信的协议、网络的互连与通信、网络的可靠性与安全性等问题的研究，甚至进一步还可能需要对支持数据、语言、图像信息传输的宽带通信网络进行探讨。

④ 自动化制造技术与设备。这是实现CIMS的物质技术基础，其中包括自动化制造设备FMS、自动化物料输送系统、移动机器人及装配机器人、自动化仓库以及在线检测及质量保障等技术。

⑤ 软件开发环境。良好的软件开发环境是系统开发和研究的保证。这里涉及面向用户的图形软件系统、适用于CIMS分析设计的仿真软件系统、CAD直接检查软件系统以及面向制造控制与规划开发的专家系统。

综上所述，涉及CIMS的技术关键很多，制定和开发计算机集成制造系统是一项重要而艰巨的任务。而对计算机集成制造系统的投资则更是一项长远的战略决策。一旦取得突破，CIMS技术必将深刻地影响企业的组织结构，使机械制造工业产生一次巨大飞跃。

篇2：新机电一体化典型实例

8.1 机器人

8.1.1概述

机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。

它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技

术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电

一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。

可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的工业基础。

机器人的发展大致经过了三个阶段。第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人

完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业

顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下

来，然后根据再现指令，在一定的精度范围内，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代

机器人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具

有高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息，经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。

信息处理机

图8-1机器人三要素 图8-2生物空间

一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系

统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。

如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个

方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物

理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物

理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座

标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信

息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能，所以都是一元机械。

8.1.2机器人的组成及基本机能

机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成，各系统功能如下所述。① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、119

腕部、臂部、机身以及行走机构。

② 驱动系统。驱动系统的作用是向执行机构提供动力。随驱动目标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。

③ 控制系统。控制系统是机器人的指挥中心，它控制机器人按规定的程序运动。控制系统可记忆各种指令信息（如动作顺序，运动轨迹，运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令。必要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时即发出警报信号。

④ 检测传感系统。它主要检测机器人执行系统的运动位置、状态，并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行系统以一定的精度达到设定的位置状态。

⑤ 人工智能系统。该系统主要赋予机器人自动识别、判断和适应性操作。8.1.4BJDP-1型机器人

该机器人是全电动式、五自由度、具有连续轨迹控制等功能的多关节型示教再现机器人，用于高噪声，高粉尘等恶环境的喷砂作业。

该机器人的五个自由度，分别是立柱回转（L）、大臂回转（D）小臂回转（X）、腕部俯仰（W1）和腕部转动（W2），其机构原理如图8-3所示，机构的传动关系如图8-4所示。R

2小臂

M2

谐波减速器R图8-3机器人的结构原理

图8-4机器人机构传动关系

8.2视觉传感式变量喷药系统简介

在农业方面，近年来发达国家（如美国、英国）都投入大量资金进行现代农业技术的开发。

先后开发出了精确变量播种机、精确变量施肥机以及精确变量喷药机等。它们都是与机器人极为相似的自动化系统，是高新技术在农业中的应用。

视觉传感变量喷药系统，是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、减少成本的一种自动化药物喷撒机械。近年来，随着杂草识别的视觉感知技术与变量喷药控制等技术的成熟，这种视觉传感式变量喷药机械也趋于成熟。下面就以这种系统为例，对它的组成及工作原理作一简要介绍。

（1）系统的组成一般地说，这种机器由图像信息获取系统、图像信息处理系统、决策支持系统、变量喷撒系统等组成（图8-5）。各子系统的主要功能如下所述。

① 图像信息获取系统。主要由彩色数码像机（如PULNIX，TMC-7ZX等）和高速图像数据采集卡（如CX100，IMAGENATION，INC等）组成。采集卡一般置于机载计算机中。

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② 图像信息处理系统。是一种基于影像信息的提取算法，由计算机高级语言（如C++等）开发出的一种软件系统。它能够快速准确地提取出影像数据中包含的人们所需的信息（如杂草密度，草叶数量，无作物间距区域面积等）。

③ 决策支持系统。也是由高级语言开发出的一种软件系统。它能够基于信息处理系统，把得到的有用信息与人们的决策要求作综合判断，最后作出所需的决策。

④ 变量喷撒系统。是基于视觉信息的控制器，由若干可调节喷药流量与雾滴大小的变量喷头组成。

⑤ 机器行走系统。有发动机、机身、车轮等组成（图中省略）。

（2）工作原理

当机器在田间行走时，置于机器上离地面具有一定高度的彩色数码像机就会扫描一定大小的地面。一般彩色数码像机可覆盖2.44m  3.05m范围分辨率可达到0.005m0.005m。与此同时，高速图像数据采集卡将彩色数码像机获取的信息存入计算机中。然后，由图像信息处理系统快速地将地面杂草的密度、草叶数量、作物密度以及无植被区域面积等信息提取出来，并由决策支持系统调用这些信息，经过数据处理得到所需的行走速度、药液流量和雾滴大小等的决策。这些决策被传输给药滴大小控制器以及流量控制器，随之它们就控制管路中的压力和PWM脉宽调制变量喷头。从而实现了精确变量喷药。这样一方面减少了药量、降低了成本，另一方面保护作物、减少对环境的污染。据报道，与传统的喷撒方法比较，变量喷药系统在杂草高密区可节约药液18 %，在杂草低密区可节约药液17 %。

图8-5精确变量喷药系统

8.3数控机床

数控机床是由计算机控制的高效率自动化机床。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。随着数控技术的迅速发展，数控机床在机械加工中的地位将越来越重要。8.3.1 数控机床的工作原理和组成(1)数控机床的工作原理

数控机床加工零件时，是将被加工零件的工艺过程、工艺参数等用数控语言编制成加工程序，这些程序是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机

21床主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度和位移量，以及其它辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。为了提高加工精度，一般还装有位置检测反馈回路，这样就构成了闭环控制系统，其加工过程原理如图8-6所示。

（2）数控机床的组成从工作原理可以看出，数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服检测系统和机床本体等四部分组成，其组成框图如图8-7所示。

① 控制介质。用于记载各种加工信息（如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等），以控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用的控制介质有磁带、磁盘和光盘等。控制介质上记载的加工

信息经输入装置输送

给数控装置。常用的输入装置有磁盘驱动器和光盘驱动器等，对于用微处理机控制的数控机床，也用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接用键盘输入，并在CRT

显示器显示。② 数控装置。数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输送给的加工信息，经过数控装置的系图8-7 数控机床的组成 统软件或电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲指令送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。

③ 伺服系统及位置检测装置。伺服系统由伺服驱动电机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。由机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统有开环、闭环和半闭环之分，在闭环和半闭环伺服系统中，还需配有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，④ 机床本体及机械部件。数控机床的本体及机械部件包括：主动运动部件、进给运动执行部件（如工作台、刀架）、传动部件和床身立柱等支承部件，此外还有冷却，润滑、转位和夹紧等辅助装置，对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。

8.4计算机集成制造系统

近年来世界各国都在大力开展计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是计算机技术和机械制造业相结合的产物，是机械制造业的一次技术革命。

(1)CIMS的结构

随着计算机技术的发展，机械工业自动化已逐步从过去的大批量生产方式向高效率、低成本的多品种、小批量自动化生产方式转变。CIMS就是为了实现机械工厂的全盘自动化和无人化而提出来的。其基本思想就是按系统工程的观点将整个工厂组成一个系统，用计算机对

2产品的初始构思和设计直至最终的装配和检验的全过程实现管理和控制。对于CIMS，只需输入所需产品的有关市场及设计的信息和原材料，就可以输出经过检验的合格产品。它是一种以计算机为基础，将企业全部生产活动的各个环节与各种自动化系统有机地联系起来，借以获得最佳经济效果的生产经营系统。它利用计算机将独立发展起来的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、柔性制造系统（FMS），管理信息系统（MIS）以及决策支持系统（DSS）综合为一个有机的整体，从而实现产品订货、设计、制造、管理和销售过程的自动化。它是一种把工程设计、生产制造、市场分析以及其它支持功能合理地组织起来的计算机集成系统。CIMS是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术和系统科学的基础上，将制造工厂经营活动所需的各种自动化系统有机地集成起来，使其能适应市场变化和多品种、小批量生产要求的高效益、高柔性的智能生产系统。

由此可见，计算机集成制造系统是在新的生产组织原理和概念指导下形成的生产实体，它不仅是现有生产模式的计算机化和自动化，而且是在更高水平上创造的一种新的生产模式。从机械加工自动化及自动化技术本身的发展看，智能化和综合化是未来的主要特征，也是CIMS最主要的技术特征。智能化体现了自动化深度，即不仅涉及物质流控制的传统体力劳动自动化，还包括了信息流控制的脑力劳动自动化；而综合化反映了自动化的广度，它把系统空间扩展到市场、设计、制造、检验、销售及用户服务等全部过程。

CIMS系统构成的原则，是按照在制造工厂形成最终产品所必需的功能划分系统，如设计管理、制造管理等子系统，它们分别处理设计信息与管理信息，各子系统相互协调，并且具有相对的独立性。因此，从大的结构来讲，CIMS系统可看成是由经营决策管理系统、计算机辅助设计与制造系统、柔性制造系统等组成的（图8-8）。经营决策管理系统完成企业经营管理，如市场分析预测、风险决策、长期发展规划、生产计划与调度、企业内部信息流的协调

图8-8 CIMS主要结构框图

与控制等；计算机辅助设计系统完成产品及零部件的设计、自动编程、机器人程序设计、工程分析、输出图纸和材料清单等；计算机辅助制造系统则完成工艺过程设计、自动编程、机器人程序设计等；柔性制造系统完成物料加工制造的全过程，实现信息流和物料流的统一管理，如将CIMS的系统功能细化，可得到如图8-9所示的框图。

（2）CIMS的主要技术关键

CIMS是一个复杂的系统，它适用于多品种、中小批量的高效益、高柔性的智能化生产与制造。它是由很多子系统组成的，而这些子系统本身又都是具有相当规模的复杂系统。虽然世界上很多发达国家已投入大量资金和人力研究它，但仍存在不少技术问题有待进一步探索和解决。归纳起来，大致有以下五个方面。

① CIMS系统的结构分析与设计。这是系统集成的理论基础及工具。如系统结构组织学和多级递阶决策理论、离散事件动态系统理论、建模技术与仿真、系统可靠性理论与容错控制以及面向目标的系统设计方法等。

3② 支持集成制造系统的分布式数据库技术及系统应用支撑软件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的数据库系统，支持分布式多级生产管理调度的数据库系统，分布式数据系统与实时在线递阶控制系统的综合与集成。

③ 工业局部网络与系统。CIMS系统中各子系统的互连是通过工业局部网络实现的，因此必然要涉及网络结构优化、网络通信的协议、网络的互连与通信、网络的可靠性与安全性等问题的研究，甚至进一步还可能需要对支持数据、语言、图像信息传输的宽带通信网络进行探讨。

④ 自动化制造技术与设备。这是实现CIMS的物质技术基础，其中包括自动化制造设备FMS、自动化物料输送系统、移动机器人及装配机器人、自动化仓库以及在线检测及质量保障等技术。

⑤ 软件开发环境。良好的软件开发环境是系统开发和研究的保证。这里涉及面向用户的图形软件系统、适用于CIMS分析设计的仿真软件系统、CAD直接检查软件系统以及面向制造控制与规划开发的专家系统。

综上所述，涉及CIMS的技术关键很多，制定和开发计算机集成制造系统是一项重要而艰巨的任务。而对计算机集成制造系统的投资则更是一项长远的战略决策。一旦取得突破，CIMS技术必将深刻地影响企业的组织结构，使机械制造工业产生一次巨大飞跃。

图 8-9CIMS 系统框图

篇3：新机电一体化典型实例

一、职业学校存在的问题

一些职业学校虽然在教学改革上做出了巨大努力, 并取得了一些成绩, 但对于机电一体化的教学来说, 还是存在一些问题阻碍的机电一体化的教学。从最基本的来说, 职校教学管理的体制本身就存在问题, 在职校中机电一体化的专业教学并不被重视, 包括领导、教师和同学三者, 教学任务也较为繁重, 再加上没有有效的激励机制, 多数教师在教学上没有积极性, 很难有所创新, 教学效果不理想也在情理之中。对于学生来说, 机电行业是一项繁杂的课程, 没有吸引力, 并且大多数情况下实践很少, 对于需要实践经验的机电一体化来说这又是一个问题。而与实践课少情况相对的却是理论课程的繁多, 并且还是机械与电子两方面的课程的综合, 在有限的时间内学生很难掌握全部知识。

除了体制方面的问题外, 教学条件的限制也是导致职校人才输出问题的关键。从师资条件来说, 目前绝大多数职校的机电专业教师的水平是不够的, 起码在满足机电一体化教学上是不够的, 有些教师的学历不够, 有些教师的理论知识不足, 总是存在这样那样的问题。并且现在的科技发展日新月异, 教师本身也要跟得上专业知识的发展, 尤其是运用现代化教学工具方面。除了师资条件, 学校内部的教学条件落后也是一项事实, 大多数职校的实践条件不足或者较为落后, 比如电子实验室、数控机床、模拟软件等现阶段流行的教学设备, 学校在学生的实践课程上安排较少, 也与此不无关系, 严重制约着机电一体化的发展。并且对于职校与校外企业的合作建设来说, 很多方面还做的不够好, 尤其是在管理这一方面, 需要校方和企业两方投入更多的精力去管理。

二、一些专业教学改革的建议

( 一) 体质方面的改革

体制是一项专业发展的根本, 对于机电一体化来说也是如此, 针对机电专业教学体制方面存在的问题, 我们需要做一些改变让其能够适应专业的发展。在管理、分配、人事等方面都要进行一定程度的变化, 对于教师而言, 要建立较好的激励机制来让其有积极性来进行教学活动, 并建立完善的考核制度来选拔那学在教学活动中出类拔萃的教师, 除了要加强本校教师的能力, 还要积极从校外招收专业技术人才和有实践能力的人才, 来驱动专业教学的改革。

( 二) 课程教学体系的变革

目前理论与实践并行但严重偏向于理论的教学显然并不能适应市场和社会的需要, 所以我们要对教学课程体系进行某方面的整改, 从解决实际问题出发, 即本着实际、实用、实践的原则来进行改革, 使得学生在就业方面无后顾之忧。所以在教学课程上, 要保留基础重点内容, 以应用为出发点来对知识点整合, 发型新教材, 当然其传统教材中一些已经过时的东西就可以从中删去了, 而相应的要加一些当今先进的技术。并且要加强理论和实践教学的针对性和实用性, 加大实践课程在教学中所占的比例, 使学生拥有较好的实践性。除了教材方面, 在教学方面要进行一些现代方面东西的添加, 多媒体手段是需要的一种高效率的手段, 它能够表现出很多教师想要表示而又无法通过语言表达出来的东西, 大大提高教学效率。

( 三) 教师能力的加强

在教学质量上, 教师有着重大的作用, 所以我们对教师的教学能力提出了更高的要求。根据现在普遍要求有实践能力的现象而言, 教师需要有一定的企业实践经历和实际操作能力。对于本校现有的教师来说, 校方要开设培训班和与企业进行沟通进行实践等方式来提升教师的素质, 当然在招收外部优质教师方面也要注意, 最好能够培养一批有过硬专业知识和实践能力并且具有影响力的人来作为领头羊来进行相关工作。

针对教学设备不足的问题, 校方要积极探索, 加强与企业的合作, 向职校输送设备、技术和知识, 校方则要充分发挥自身优势, 提供场地和管理, 建立基础和专业实验室及一些实训中心, 消除因设备问题而不得不削减学生实践课程的尴尬情况。而除了设备外, 校方和企业还有很多可以合作的项目, 如工学结合、顶岗实习等, 创造良好的工作环境, 使各项工作良好的进行。

摘要：随着我国机电一体化技术的快速发展, 我国的化工、矿产、现代能源、装备制造等行业已经成为我国重工业发展的植株, 并且伴随着我国经济制度的变革和行业的调整, 国家在机电一体化建设上注入了更多了资金投入和政策支持, 为了保证经济和行业的发展, 我们需要大量的机电一体化的通用人才, 特别是机械加工行业的一些有时间能力的人才。但是在我国的某些地区, 一些中等职业教育学校在机电一体化的教育上还存在一些问题, 阻碍着我国工业的发展, 不能适应我国当前的发展形势。基于这些现象我们对新形势下职业学校机电一体化专业教学中存在的问题进行剖析, 寻求改革措施, 为我国的发展做出贡献。

关键词：职业学校,机电一体化,专业教学,改革

参考文献

[1]张艳兵.浅议新形势下职业学校机电一体化专业教学改革[J].现代教育, 2014, Z1:71.

[2]张红旗.机电一体化技术发展与职业学校人才培养和教学内容调查与现状分析[J].中国电力教育, 2010, 30:28-30.

篇4：新机电一体化典型实例

关键词：课程开发 典型工作任务 一体化课程

中图分类号：G642.3

1城市轨道交通运输与管理专业人才培养要求分析

城市轨道交通是现代城市交通发展的一个主要趋势，将在未来城市交通中占据越来越重要的地位，也将成为居民日常生活中首要选择的出行方式。随着城市轨道交通的发展，各类院校都相继开设城市轨道交通运营、检修、建设等相关专业，为城市轨道交通事业供应人才，其中，城市轨道交通运输与管理类专业属于运营管理类，主要针对城市轨道交通运营企业运营管理一线的工作岗位，即从站务员-值班员-值班站长三个层级的工作岗位。

职业院校开设城市轨道运输与管理专业，必须先确定对口岗位，分析其岗位的能力要求，才能使学生的培养效果与企业要求相符。经过对城市轨道交通运营企业进行大量企业调研后发现，相比其他城市轨道交通相关专业来说，运输与管理专业在人才能力培养要求方面具有一些特性：

第一，运营管理专业面对的岗位处于运营第一线，其主要的工作对象是乘客，因此，对岗位工作人员的综合素质要求较高，特别是与人相处及处理群体事件的能力要求较高，例如遇到紧急情况时能准确、及时、有效处理，冷静自制的与乘客沟通交流的能力；及时调适自我情绪的能力等；

第二，做为城市轨道交通企业的门户窗口岗位，一线运营管理人员将直接体现出企业形象和服务水平，因此，对于运营服务人员的形象和服务能力要求较高，如规范的服务动作、文明的服务语言和标准的服务过程等，兼具标准规范性和灵活性；

第三，在运营过程中需要接触到各种售检票、机电、计算机等设备和系统，工作人员需要熟悉设备的结构和基本操作，并根据不同运营状况设置设备状态，因此，对工作人员的技术能力也有一定要求。

经过企业调研，确定职业院校城市轨道交通运输与管理专业的人才培养目标就是城市轨道交通车站的一线员工，这样的能力要求是可以通过职业教育的培养达到的，符合人才的培养规律。

2 课程开发流程

基于工作过程系统化的一体化课程开发，其主要的思路如圖1所示，在开发过程中，每个步骤都需要企业的参与，充分体现学生能力培养与岗位要求一体化、学习任务和企业工作内容一体化、学生评价与企业评价一体化的原则，这也是基于工作过程系统化的一体化课程的特点。

在开发过程中，自始至终都需要对口企业的实践专家的参与，对于时间专家的选取也有一定要求，是具有专业对口岗位3-5年工作经验的一线员工，这样的实践专家才能真正将工作过程中的典型工作任务提炼出来，再经过教师和专家的工作，转化为可操作的学习情境，教学实施过程中的环境设置、考核等环节，都需要借助实践专家的力量，才能使课程开发紧扣工作过程，体现工作过程系统化的特色。

3 建设成果

按照序号所示的课程开发流程，经过实践，形成一个完整的课程体系，主要包括：（1）指导乘客购票（2）指导乘客乘车（3）维持站台秩序（4）操作基本设备（5）处理乘客事务（6）纠正乘客不安全行为（7）发售车票（8）站台接发列车（9）处理屏蔽门故障（10）消防基本技能（11）处理应急事件（12）熟悉车站内部环境（13）熟悉车站周边环境；

（14）自我保护

第二，将典型工作任务进行转换，形成学习领域课程，例如，针对上表提炼的典型工作任务表及其描述，可将站务员岗位的主要工作内容转换为《票务处理》、《列车接发》、《乘客服务》等学习领域课程，根据不同的工作岗位的典型工作任务，转换成整个专业的学习领域课程体系，并形成每个课程的课程标准，确定每个课程的主要教学目标和内容，专业的课程体系就可初步构建成形；经过此步骤，整个城市轨道交通运输与管理专业的一体化课程体系形成如图2所示。

第三、形成可实施的学习情境，在课程标准的基础上，进行学习情境的设计，其设计主要结合对之前的典型工作任务中对每项工作任务的具体描述，同时讨论出教学内容的难易程度，提出不同的教学目标和要求，对应选用不同的教学方法和配套教学资源，对教学的实施过程进行整体设计；

第四，为配合学习情境的教学实施，进行相应的教学文件：包括教案、工作页、教材、网络教学资源等资源的开发和设计，并且根据企业实际情况设计实训场地和实训项目实施场所和环境，确定教学过程控制方案和评价体系；

4 主要结论

在城市轨道交通运输与管理专业课程体系开发过程中，我们经过市场调研和考虑学生培养的层次，将本专业的对口岗位定位于城市轨道交通车站站务员，并同时应具备一定的职业发展潜力，也就是有向值班员发展的潜在技能。

由城市轨道交通运输与管理管理专业的课程改革实践过程可以发现，基于工作过程系统化的一体化课程开发方法是适用于职业教育教学实践的，可以较好的实现企业要求和学校培养的一体化，真正实现“无缝对接”，对于运营管理类专业进行一体化课程改革也具有一定的实践指导意义。

参考文献：

[1]：欧盟Asia-Link项目“关于课程开发的课程设计”课题组. 职业教育与培训：学习领域课程开发手册. 北京. 高等教育出版社，2007

篇5：典型机电一体化系统实验报告

一、实验课的目的和要求

巩固和加深对机电一体化技术基本原理的理解；具体了解机电一体化装置的组成及性能特点；掌握典型机电一体化产品的使用与维护；初步具有机电一体化产品试验研究的能力。

二、实验内容和占用学时的具体分配

必开实验：

实验项目名称：典型机电一体化系统（产品）结构剖析、操作（2 学时）综合型

实验目的：

（1）了解微机数控装置的构成特点及工作原理；

（2）熟悉各构成要素的分布位置与作用；

（3）熟悉各构成要素之间的相互连接；

（4）熟悉数控系统的控制操作。

仪器设备：工业自动化实物模型（机械手2台、立体仓库2台和电梯及其群控系统装置2台）、微机。

三、实验课的考核办法

根据实验操作和《实验报告》评定实验成绩；并作为课程成绩的一部分。

四、实验教材及参考书

《机电一体化系统设计实验指导书》，西南石油大学

《机电一体化系统设计》，张建民，北京：高等教育出版社

设备使用说明书

数控机床是典型的机电一体化系统。PLC工程现场界面涉及光、机、电、气、液等复杂的输入输出信令，加之PLC对于信号的逻辑处理具有的抽象运算特征，使得工业现场故障处理工作通常是相当的复杂困难，PLC机电系统现场故障往往使得缺少工程经验的设备管理者们束手无策，较长时间的故障处理处理可以大幅度降低产能，严重影响生产。本文以就事论事的方式平铺直叙具体的机电工程现场故障处理案例，保留住故障处理经验中最珍贵的分析判断过程。

2数控机床故障诊断案例

2.1 甄别PLC内外部故障实例

配备820数控系统的某加工中心，产生7035号报警，查阅报警信息为工作台分度盘不回落。在SINUMERIK

810／820S数控系统中，7字头报警为PLC操作信息或机床厂设定的报警，指示CNC系统外的机床侧状态不正常。处理方法是，针对故障的信息，调出PLC输入/输出状态与拷贝清单对照。

工作台分度盘的回落是由工作台下面的接近开关SQ25、SQ28来检测的，其中SQ28检测工作台分度盘旋转到位，对应PLC输入接口110.6，SQ25检测工作台分度盘回落到位，对应PLC输入接口110.0。工作台分度盘的回落是由输出接口Q4.7通过继电器KA32驱动电磁阀YV06动作来完成。

从PLC STATUS中观察，110.6为“1”，表明工作台分度盘旋转到位，I10.0为“0”,表明工作台分度盘未回落，再观察Q4.7为“0”，KA32继电器不得电，YV06电磁阀不动作，因而工作台分度盘不回落产生报警。

处理方法：手动YV06电磁阀，观察工作台分度盘是否回落，以区别故障在输出回路还是在PLC内部。

2.2 诊断接近开关故障实例

某立式加工中心自动换刀故障。

故障现象：换刀臂平移到位时，无拔刀动作。

ATC动作的起始状态是：（1）主轴保持要交换的旧刀具。（2）换刀臂在B位置。（3）换刀臂在上部位置。（4）刀库已将要交换的新刀具定位。

自动换刀的顺序为：换刀臂左移（B→A）→换刀臂下降（从刀库拔刀）→换刀臂右移（A→B）→换刀臂上升→换刀臂右移（B→C，抓住主轴中刀具）→主轴液压缸下降（松刀）→换刀臂下降（从主轴拔刀）→换刀臂旋转180°（两刀具交换位置）→换刀臂上升（装刀）→主轴液压缸上升（抓刀）→换刀臂左移（C→B）→刀库转动（找出旧刀具位置）→换刀臂左移（B→A，返回旧刀具给刀库）→换刀臂右移（A→B）→刀库转动（找下把刀具）。换刀臂平移至C位置时，无拔刀动作，分析原因，有几种可能：

（1）SQ2无信号，使松刀电磁阀YV2未激磁，主轴仍处抓刀状态，换刀臂不能下移。

（2）松刀接近开关SQ4无信号，则换刀臂升降电磁阀YV1状态不变，换刀臂不下降。

（3）电磁阀有故障，给予信号也不能动作。

逐步检查，发现SQ4未发信号，进一步对SQ4检查，发现感应间隙过大，导致接近开关无信号输出，产生动作障碍。

2.3 诊断压力开关故障实例

配备FANUC 0T系统的某数控车床。

故障现象：当脚踏尾座开关使套筒顶尖顶紧工件时，系统产生报紧。

在系统诊断状态下，调出PLC输入信号，发现脚踏向前开关输入X04.2为“1”，尾座套筒转换开关输入X17.3为“l”，润滑油供给正常使液位开关输入X17.6为“1”。调出PLC输出信号，当脚踏向前开关时，输出Y49.0为“1”，同时，电磁阀YV4.1也得电，这说明系统PLC输入/输出状态均正常，分析尾座套筒液压系统。

当电磁阀YV4.1通电后，液压油经溢流阀、流量控制阀和单向阀进入尾座套筒液压缸，使其向前顶紧工件。松开脚踏开关后，电磁换向阀处于中间位置，油路停止供油，由于单向阀的作用，尾座套筒向前时的油压得到保持，该油压使压力继电器常开触点接通，在系统PLC输入信号中X00.2为“l”。但检查系统PLC输入信号X00.2则为“0”，说明压力继电器有问题，其触点开关损坏。故障原因：因压力继电器SP4.1触点开关损坏，油压信号无法接通，从而造成PLC输入信号为“0”，故系统认为尾座套筒未顶紧而产生报警。

解决方法：更换新的压力继电器，调整触点压力，使其在向前脚踏开关动作后接通并保持到压力取消，故障排除。

2.4 诊断中间继电器故障实例

某数控机床出现防护门关不上，自动加工不能进行的故障，而且无故障显示。该防护门是由气缸来完成开关的，关闭防护门是由PLC输出Q2.0控制电磁阀YV2.0来实现。检查Q2.0的状态，其状态为“1”，但电磁阀YV2.0却没有得电，由于PLC输出Q2.0是通过中间继电器KA2.0来控制电磁阀YV2.0的，检查发现，中间继电器损坏引起故障，更换继电器，故障被排除。

另外一种简单实用的方法，就是将数控机床的输入/输出状态列表，通过比较通常状态和故障状态，就能迅速诊断出故障的部位。

2.5 根据梯形图逻辑诊断DI点故障实例

配备SINUMERIK 810数控系统的加工中心，出现分度工作台不分度的故障且无故障报警。根据工作原理，分度时首先将分度的齿条与齿轮啮合，这个动作是靠液压装置来完成的，由PLC输出Q1.4控制电磁阀YVl4来执行，PLC梯形图如图1所示。

图1分度工作台PLC梯形图

通过数控系统的DIAGNOSIS能中的“STATUS PLC”软键，实时查看Q1.4的状态，发现其状态为“0”，由PLC梯形图查看F123.0也为“0”，按梯形图逐

个检查，发现F105.2为“0”导致F123.0也为“0”，根据梯形图，查看STATUS PLC中的输入信号，发现I10.2为“0”，从而导致F105.2为“0”。I9.3、I

9.4、I10.2和I10.3为四个接近开关的检测信号，以检测齿条和齿轮是否啮合。分度时，这四个接近开关都应有信号，即I9.3、I9.4、I10.2和I10.3应闭合，现I10.2未闭合，处理方法：（1）检查机械传动部分。（2）检查接近开关是否损坏。

2.6 根据梯形图逻辑诊断DO点故障实例

配备SINUMERIK 810数控系统的双工位、双主轴数控机床。

故障现象：机床在AUTOMATIC方式下运行，工件在一工位加工完，一工位主轴还没有退到位且旋转工作台正要旋转时，二工位主轴停转，自动循环中断，并出现报警且报警内容表示二工位主轴速度不正常。

两个主轴分别由B1、B2两个传感器来检测转速，通过对主轴传动系统的检查，没发现问题。用机外编程器观察梯形图的状态。

F112.0为二工位主轴起动标志位，F111.7为二工位主轴起动条件，Q32.0为二工位主轴起动输出，I21.1为二工位主轴刀具卡紧检测输入，F115.1为二工位刀具卡紧标志位。

在编程器上观察梯形图的状态，出现故障时，F112.0和Q32.0状态都为“0”，因此主轴停转，而F112.0为“0”是由于Bl、B2检测主轴速度不正常所致。动态观察Q32.0的变化，发现故障没有出现时，F112.0和F111.7都闭合，而当出现故障时，F111.7瞬间断开，之后又马上闭合，Q32.0随F111.7瞬间断开其状态变为“0”，在Flll.7闭合的同时，F112.0的状态也变成了“0”，这样Q32.0的状态保持为“0”，主轴停转。Bl、B2由于Q32.0随F111.7瞬间断开测得速度不正常而使F112.0状态变为“0”。主轴起动的条件F111.7受多方面因素的制约，从梯形图上观察，发现F111.6的瞬间变“0”引起Flll.7的变化，向下检查梯形图PB8.3，发现刀具卡紧标志F115.1瞬间变“0”，促使Flll.6发生变化，继续跟踪梯形图PB13.7，观察发现，在出故障时，I21.1瞬间断开，使F115.1瞬间变“0”，最后使主轴停转。I21.1是刀具液压卡紧压力检测开关信号，它的断开指示刀具卡紧力不够。由此诊断故障的根本原因是刀具液压卡紧力波动，调整液压使之正常，故障排除。

3结束语

篇6：新机电一体化典型实例

近几年来，机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普通机械逐渐被数控机械所代替。数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品，是数控机床的心脏。具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。数控机床在各个机械制造企业已成为大、中型企业的主要技术装备。机床数控系统，即计算机数字控制(cnc)系统是在传统的硬件数控(nc)的基础上发展起来的。它主要由硬件和软件两大部分组成。通过系统控制软件与硬件的配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。cnc系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补运算、公英制变换、图形显示和固定循环等。使数控机床按照操作设计要求，加工出需要的零件。1 数控系统的组成

是由系统程序、输入输出设备、通信设备、数控装置、可编程控制器、伺服驱动装置和测量装置等组成。数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一是完全由硬件逻辑电路的专用硬件组成的数控装置即nc装置；二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置即cnc装置。由于计算机技术的不断发展，尤其是微处理器和微型计算机应用于数控装置后，现在nc装置已逐步被cnc装置所取代。

数控系统的硬件除了一般计算机具有的cpu、eprom、ram接口外，还具有数控位置控制器、手动数据输入(mda)接口、视频显示(crt或lcd)接口和plc接口等。所以cnc装置是一种专用计算机。目前cnc系统大都采用体积小，成本低，功能强的微处理机。系统主要由微机及其相应的i／o设备、外部设备、机床控制及其i／o通道组成。

数控系统的软件分为管理软件和控制软件两种。管理软件用来管理零件程序的输入、输出、刀具位置、系统参数、零件程序显示、机床状态及报警，故障诊断等。控制软件由译码、插补运算、刀具补偿、速度控制、位置控制等软件组成。系统程序存于计算机内存储器。所有的数控功能基本上都依靠该程序来实现。硬件是软件活动的物理基础。而软件则是整个系统的灵魂，整个cnc装置的活动均依靠系统软件来指挥。2 数控系统的发展趋势

从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面： 2.1 性能发展方面

2.1.1 高精高速高效化速度

效率、质量是先进制造技术关键的性能指标，是先进制造技术的主体。若采用高速cpu芯片、risc芯片、多cpu控制系统、高分辨率检测元件、交流数字伺服系统、配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在今后的几年，超精密数控机床正在向精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇合而成的新一代数控机床。2.1.2 柔性化

数控系统采用新一代模块化设计，功能覆盖面更宽，可靠性更强，可满足不同用户的需求。同一群控系统能根据不同生产流程，自动进行信息流动态调整，发挥群控系统的功能。2.1.3 多轴化

多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。2.1.4 软硬件开放化

用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受生产商的制约。2.1.5 实时智能化

在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等方面发展。如编程专家系统故障诊断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。

数控机床发展史

数控机床

数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。特点

数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。发展简史

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC）,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

数控机床发展趋向

高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数控机床行业的主要发展方向。

数控技术的问世已有40多年的历史，它是由机械学、控制学、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性新型学科。技术发展的需要对21 世纪的数控技术提出了更高的要求。

一、个性化的发展趋势

1.高速化、高精度化、高可靠性

高速化：提高进给速度与提高主轴转速。

高精度化：其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(高可靠性：一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束。

2.复合化

数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。

3.智能化

智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。

4.柔性化、集成化

当今世界上的数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段车间独立制造岛FA)、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。

二、个性化是市场适应性发展趋势

当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，专业化、专用化、高科技的机床越来越得到用户的青睐。

三、开放性是体系结构的发展趋势

新一代数控系统的开发核心是开放性。开放性有软件平台和硬件平台的开放式系统，采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。