時間：2023-03-16 16:26:37
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在1930年以前，工業的制造很多還以動手制作為主。普遍使用老式的儀表來操縱濕度、溫度、壓力、速度等，開始掌握了機械控制的根本原理。計算機控制系統的產生以及現代電子技術的快速進展，使數字技術完成了制造的參量把握以及過程操縱。目前普遍使用的機電一體化技術主要有：PID，模糊控制(FIC)以及變結構控制。PID是完美控制理論的標志，FIC是使用模糊數學理論，經過仿照人的綜合判斷以及很相似推斷的過程，從而使算法的適應性、可控性和合理性得到了大大的提升。對于繁雜的系統，變化的量很多，模糊控制能夠比較好的處理問題。變結構控制對于線性和非線性系統都適合，以及對于控制系統的調節、跟蹤等系統都非常適用。
2機電一體化在工業上的應用
計算機和機械電子這兩種技術的合并使用，不僅僅限制在工業制造方面上，通過對以下幾個例子的分析，能夠看出它已經融入到了我們的工作和生活的每一個細節中。
2.1工業機器人
工業機器人是一種有很多用處、能夠反復編程的、多自由度的、有很多性能以及能實施自動操縱的操作機構。對于很多簡單的、可重復做的工作可以用機器人去做，能夠減少勞動強度，使勞動環境變得更好，使人身安全得以保障，加大了生產力度，使用的材料變得更少，還能讓產品的質量更好。
2.2自動售貨機
自動賣貨的機器是由買家挑選貨品的類別，外面投進去的貨幣是經過光傳感器辨認貨幣的值的大小，并且通過PIC使數碼管展示其大小，經過判別等一系列的操作完成項任務。CPU經過PLC限制物品的如何移動，經過傳動裝置把物品移動到出貨口，高檔的自動賣貨的機器還可以有找零錢的功能。自動售貨機的使用，使更多的人力和物力得以節省。
2.3農業方面的應用
從目前農業機械的檢查測試可以看出，從單個變量到智能化終端的轉變，人機交互界面越來越和諧。它能夠在屏幕上顯示，任意挑選不一樣的機組，及其不一樣地方的終端信息，能夠任意使用數據庫的信息，按照操作者的不同需求，可以在屏幕上展示語音、數據、圖形等可用的信息；也能把操作的指令、決策按時的送給農機上的智能操作終端，完成自動化的農業制造。
2.4電腦橫機
最開始的橫機是用手來操縱的，僅僅可以實施很簡單制作。但是產品顏色樣數的加多，電腦橫機便開始產生。設計人員能夠使用電腦策畫花的類型，使用特別的軟件進行數字方面的完善，用計算機指令系統來操作機械的彎沙、脫圈、墊沙等步驟自動完成整個制作，制造成果顯著提升。
3計算機技術與機械電子技術的融合發展應用
3.1計算機技術與機械電子技術融合的簡介
機電一體化是計算機技術和機械電子技術協同產生的，把電子技術用到動力功能、控制功能、信息處理功能中去，而且聯合著計算機軟件系統、機械裝置一起使用，把幾種技術合并在一起，就生成了機電一體化系統。計算機技術、機械電子技術的聯合，讓他們有了更好的進展，這樣不但能用在工業生產中，而且它的聯合進展已經進入到了人們生活以及工作的每一個方面。
3.2機電一體化技術應用的領域
在柔性制造系統中，機電一體化技術有了很大程度上的使用。這個系統的主要構成成分包括計算機、數控機床、自動化倉庫。能夠按照總裝線的條件，對工件實施隨機地、按照數量地一批一批的加工，而且還能對不一樣品種的零星的零件實施制造和加工。計算機技術、機械電子技術合并在一起之后，可編程控制器是使用它最多的。它對繼電接觸器故障多、消耗能量多的缺點實施了改造，而且能夠完全顧及加工的需求，實施不一樣的控制程序的制作。
4結語
機械電子自動化技術產生于20世紀20年代，當時被廣泛應用到機械批量生產冷加工方面，直至20世紀60年代左右，為了適應市場的變化及需要，提高機械生產的靈活性與反應能力，逐步創建了可以改變的自動化生產體系，也就是以電子計算機為核心推廣的柔性自動化。此種電子自動化是在生產體系不改變或者改變不大的前提下，在對生產及機械設備進行管理期間，可以利用信息處理、自行檢測、判定分析等方法對結構進行預先判斷，同時可以自行由生產一種零部件轉變到生產另一種零部件。經過實踐驗證發現，傳統的機械自動化生產技術同當前很多企業的真實生產不相符，所以，相關工作人員應對其進行改進與探究。對于機械自動化來講，其技術水平不但同整體機械生產領域存在關聯，同時也與社會經濟存在密切聯系。因此，怎樣推動我國機械電子自動化技術的發展，成為當前制造領域需要深入探究的首要問題。
2當前我國機械電子自動化的情況
對于機械電子自動化技術來講，其開始于20世紀，到目前為止已經獲取了極大的發展。尤其是最近幾年計算機集成化水平越來越高，極大促進了我國機械自動化的發展。盡管我國近些年機械電子自動化取得了一定進步，然而仍處在初級階段?，F今，全球除了西方少數經濟較發達的國家外，很多國家的電子自動化水平較低。我國的產業結構不夠合理，發展較不平衡，自動化程度較低，與一些發達國家比較，在種類、質量、應用等方面存在較大差距。想要發展我國機械電子自動化技術，不可能一蹴而就，而是需要一個漫長的過程，需要堅持不懈的努力、勇于嘗試、大膽創新，開拓進取，從而推動我國機械自動化更好發展。
3提高我國機械電子自動化水平的措施
隨著經濟發展速度的不斷加快，市場競爭越來越激烈，機械生產企業想要保證自身在激烈的競爭中得以生存并不斷發展，就需要提高機械電子自動化的能力及水平，具體可以從以下幾方面入手。
3.1同實際生活相結合，大力發展機械電子自動化技術
對于機械制造技術來講，其核心內容在于使用。想要促進機械電子自動化水平的不斷提高，需要從企業生產技術發展的實際情況出發。唯有針對相應的商品生產選用配套的自動化生產形式，才能縮減成本投入，增加資金收益，提高企業市場競爭能力。所以，企業在發展機械電子自動化技術期間，應同實際相結合，關注應用，也就是生產的真實收益。相關工作人員應及時糾正盲目進行自動化的行為，如僅需1~2個月就可以完成的工作卻要進行自動化，不僅不會增加資金收益，同時還會降低工作效率。企業應將注意力放在效益方面，而不是僅僅關注速度。
3.2大力推廣見效快、成本低的機械自動化技術
大力推廣成本低的機械自動化技術，具有較大的潛力，并且投入較少，前景十分廣闊，同時具備較高的自動化水平，能夠取得事半功倍的效果，同我國當前發展需求相吻合。美國著名的麻省理工大學曾提出了精益生產的LP形式，也就是通過最低的資金投入，獲取最高的生產收益。同時，日本豐田公司提出了生產JIT、彈性作業、成組技術GT等生產形式，使很多自動化水平較低的企業收獲了較高的資金收益。在芬蘭，NOKOAData企業在生產車間創造了386、486等生產線，其不僅僅是由自動化的機械設備構成的，同時在其中也插入計算機指導及員工的參與，將原始工業生產形式同高新科技靈活、巧妙地結合起來，進而縮減生產過程中的資金使用，提高生產質量及效率。其實，精益生產自身就代表由企業及國家的真實狀況出發，借助外國機械制造領域發展低成本自動化的經驗。我國很多機械制造企業存有大量的通用型設備，在大力發展機械電子自動化技術的同時，在可以給予原始設備的前提下，對機床的布局進行科學調整，盡可能少地加入數控設備，并且引進CAD技術，就可以全面發揮人員的創造性優勢及電子計算機的管理特點，形成以人為核心，以計算機為先導的生產體系，為我國的機械生產領域開創一條資金投入低、效果好、資金收益高、同我國國情相吻合的機械電子自動化技術發展途徑。
3.3把握基礎，關注發展機械電子自動化的配套技術
在促進機械電子自動化技術的應用與發展期間，還需要做好該技術應用的基礎工作，并且基于實際情況進行推廣，不但應發展主要設備，同時還需要加大開發自動化軟件及相關配套控制系統的力度。電子計算機、微處理設備、新型刀具、傳感設備、可編程控制設備等必將是未來機械電子自動化技術的前提與基礎。配套設備的質量同日后機械設備自動化發展水平之間存在密切的關聯。所以，相關工作人員應對其予以重視，不斷更新機械自動化的配套技術，進而推動我國現代自動化的發展。在應用其進行自動化加工期間，體系的自行檢測、控制、伺服等操作都不能缺少微電子技術；并且需要進行信息處理與交換，對數據進行計算，進而同計算機及信息處理技術又形成了密切關聯。對于現代的自動化技術來講，其涵蓋微電子、自動控制、機械技術等內容。想要促進機械電子自動化水平的提高，就需要對電子學、計算機技術、機床裝料技術等給予高度重視，大量選用數控程序機床進行生產，并且不斷改進并完善生產線，保證其穩定性與安全性，同時加大對生產控制信息體系的重視程度。相關工作人員在應用并發展自動化技術期間，需要不斷提高自身的專業技能及綜合素養，牢牢把握自動化的基礎，由真實情況出發，不僅發展主要設備，同時發展配套技術，為后續工作夯實基礎，降低企業成本投入，增加企業資金收益，提高企業市場競爭能力。
3.4與我國的國情相結合，大力發展機械電子自動化技術
發展機械電子自動化技術，其是一個由低至高，由簡單至復雜，由存在缺陷到不斷改進及完善的過程。在通過自動控制設備操控機械生產期間，其生產的形式也由機械化水平逐步向機械控制自動化水平過渡，實現了計算機、數字化控制的自動化。唯有建設自動化廠房后，才能保證生產整體過程實施自動化，進而提高生產質量及效率，增加企業資金收益。當前，我國的機械自動化水平相對較低，不可急于求成，需要逐步開展。對于我國這一處在發展期間的國家來講，對生產技術進行探究的前提是保證技術的適用性。例如：我國想要學習借鑒國外柔性制造系統，則需要在柔性生產的基礎上，對人機工作界面進行優化，創建比較全面的信息體系，提高人機管理的質量及效率。在體系中，先進的自動化設備需要同普通裝置并存，在體系中各個環節都可以進行人工干預。這種方法密切結合的我國的國情，選用科學、先進的技術進行創新，以適用性為基礎，獲取經驗，進行應用與推廣，從而增加企業資金收益，提高企業市場競爭能力。
4總結
1.1硬件系統
硬件系統是該控制系統中的一個重要組成部分，且其也能夠對整個控制系統的運行過程產生直接性的影響。因此，技術人員在對該控制系統的硬件系統進行構建的過程當中，就必須要嚴格依照國家的有關規定去進行。另外，為了提高硬件系統的運行效率，技術人員還必須要充分考慮到以下三個方面：（1）估算硬件的內存時要保證估計值的科學性與可靠性由于技術人員對硬件內存容量的需求會隨著各種原因而不斷改變，比如：技術人員自身的編程水平、技術人員對內存進行利用的效率以及模擬量的點數等。因此，技術人員在對硬件內存的容量進行估算時，就要站在整個系統的角度上，對系統的方方面面都進行一番全面的考量，然后再依據內存計算公式，對當前系統所需的硬件內存進行合理的估算，以確保估算值的科學性與可靠性。式中：C代表的是硬件內存的估算值；P1和P2分別代表的是開關量輸入/輸出時的點數；M代表模擬量的點數。（2）響應時間的計算要符合規范一般來說，因可編程控制器具有一種特殊的運行方式，所以它不會在連續很長的一段時間之內，都接受某種小于其自身運行周期的輸入信號。另外，由于響應時間的計算公式為：式中：T代表的是響應時間；T輸入濾波代表的是濾波輸入的時間；T輸出濾波代表的是濾波輸出的時間；T運行周期代表的是可編程控制器的運行周期。因此，結合上述兩個方面，并在對可編程控制器進行一番仔細的考量之后，得出最適用于該控制系統的可編程控制器的型號為：西門子系列的CPU226，該型號的可編程控制器的組成結構包括：電源、CPU以及輸入/輸出點。電源：為整個可編程控制器提供可安全、穩定的電力；CPU：執行控制系統發出的要求，并對控制系統中的所有數據信息進行有效的儲存；輸入/輸出點：輸入點可以從系統中的各種設備中采集可用信號，而輸出點則負責對系統中的電機或者是其他設備進行有效的控制。（3）輸入/輸出點數的估算要符合系統要求輸入/輸出點數的估算值，對于整個控制系統來說，是非常重要的。其次，技術人員也可以通過輸入/輸出點數的估算值，來選擇最有利于該控制系統的可編程控制器。所以，技術人員就必須要對輸入/輸出點數進行合理并符合規范的估算，并在獲取到估算值之后，按照估算值的大小，選擇一種適用于當前控制系統的可編程控制器。這樣一來，也就可以在很大程度上提高可編程控制器的運行效率。依據估算值選擇可編程控制器時，要預留出15%左右的輸入/輸出點數。結合鉆探設備的應用特性來看，輸入/輸出點數的估算數據如表1所示。
1.2數據通信系統
該控制系統中的“數據通信”指的是：數據在同級或不同級之間實現傳輸或者是接收的一個過程，而該控制系統中的數據通信，也主要是依靠可編程控制器和上位計算機來實現的。其中，可編程控制器和上位計算機進行數據通信時所使用的端口號是RS485和RS232，且它們進行數據交互的模式是字符串模式。另外，它們實現數據交互的原理是：由可編程控制器把控制系統中的所有數據信息以及運行狀態傳輸到上位計算機中，上位計算機一旦接收到這些數據信息和運行狀態之時，就會立即對它們進行合理并有效的分析和處理。
1.3軟件系統
搭建該控制系統軟件系統的依據是控制系統流程圖以及控制系統功能預設圖；采用的編程軟件V3.1STEPMicro/WIN；編程平臺為計算機平臺；輔助技術為計算機技術與通信技術。另外，技術人員在為該控制系統搭建軟件系統的前一階段，還應當對帶式傳送機的實際運行情況進行更深入的了解，然后再依據了解到的情況，對該控制系統的各個控制進程進行合理的設計。其中，該控制系統中所必備的控制進程包括以下幾個：（1）把定時器作為控制系統軟啟動以及軟停車操作的主要控制器，讓操作人員通過對定時器進行時間預設的操作，使控制系統依照預定的速度規則，自動的實現軟啟動和軟停車過程。（2）如果有停車要求時，控制系統可自動進行順序斷電操作。若遇突況導致的停車，控制系統也可直接切斷系統中的所有電源，保證系統不會因此受到任何影響。其中，順序斷電需要借助定時器，其實現原理是：依據操作人員預先設置好的時間，進行斷電操作。（3）利用“系統自檢”功能，對整個控制系統的運行狀態進行實時的監測與控制。倘若在監測與控制的過程當中，發現了系統中存在著的錯誤，那么該功能就會自動觸發系統警報器，提示操作人員系統出現了問題。如果，控制系統中不存在任何錯誤，那么該功能就會執行下一個任務，從而讓其繼續對系統的運行狀態進行檢測與控制。（4）把定時器合理的運用到軟件系統中，可以讓可編程控制器在定時器的作用之下，實現自動起動或者是停止的操作。其具體表現在：當達到操作人員對定時器預置的時間之時，控制系統中的電機會在可編程控制器的作用下，開始實現運行，并在預置的某一時間段之內，達到相應的預置轉速。另外，可編程控制器也可以依據其自身的輸出頻率，對控制系統中調速電機的運行速度進行合理的控制。
2機械電子式軟啟動裝置控制系統研發的作用
機械電子式軟啟動裝置控制系統的研發，不僅可以提高系統中負載的運行效率，還可以讓整個控制系統實現無極調速的這一運行過程。由此可見，機械電子式軟啟動裝置控制系統的研發，對我國各行各業來說，都有著一定的實質性應用價值?，F對機械電子式軟啟動裝置控制系統研發的作用進行簡單的分析，并將其概括為以下幾點：（1）有利于提高施工鉆進的生產效率；（2）有利于企業對現場施工進行實施監測與控制，以防止錯誤操作給整個生產線造成的影響；（3）有利于降低鉆井過程的生產成本；（4）有利于促進我國鉆探行業的進一步發展；（5）有利于我國機械電子式軟啟動裝置控制系統的創新；（6）有利于提升我國鉆井施工行業的整體水平。
3結語
1）職技高師院校輸出人才特點研究。
一是面向社會上的企事業單位，因此要具有理論與實踐相結合的高素質技術人才；同時又面向各個中、高職院校，因此還應是“雙師型”人才。
2）機械電子工程專業人才培養特點。
職業教育培養人才是提倡理論與實踐相結合，加大技能培訓力度，培養的是社會需要的實用型、應用型、操作技術人才和管理人才。隨著技術的發展，現在的設備都是將機械技術、電氣技術高度集合而成的，因此，企業需要大量的能在現場處理設備故障的，既懂機械、又懂電氣的機械電子工程專業的應用人才。
3）“理實一體化”教學特點研究。
一是將技能訓練、知識傳授和能力培養三者融為一體并且實現了有機組合；二是克服了理論與實踐相脫節的弊端，加強了學生動手能力的培養；三是理實一體化教學方式體現了職業教育“理論必須、夠用為度”的特點，同時符合高校教育高素質高技能人才培養目標。
4）機械電子工程專業“理實一體化”教學的實驗室建設研究。
a.建立機械電子工作專業實驗室信息管理系統。
要想讓實驗室利用率、設備使用率到達最佳，我們就必須對實驗室進行科學的信息化管理。實驗室信息管理系統一般能夠實現網上排課、網上選課，網上布置、批改作業，以及一些相關的資料下載，實驗室上課、教師上課情況。這樣可以更好的制訂實驗室的建設計劃，有利于實驗室的資源共享和綜合利用。
b.合理人事管理制度的建立。
首先，一個合理的人事管理制度可以促進實驗室教師隊伍水平的提高，教師可以將自己的理論知識應用到實踐當中去，同時了解企業的發展動態和需求。教師通過實踐學習技能水平得到了提高，優化了人才結構，加快了一支理論知識強、動手能力過硬的教師隊伍建設。其次，創造能夠使實驗室隊伍安心工作的環境；再次，實驗室建設要和實驗室隊伍建設結合起來，保證實驗室有專家型隊伍從事高水平科研工作。最后，合理地配備實驗室的人員，擁有一個高、中、低檔次分明，知識結構合理，工作職責明確的實驗室隊伍是建設和管理好實驗室的根本保證。
c.根據“理實一體化”教學改革進度逐漸配置實驗室資源。
首先，要有合理的硬件資源做保障，因為理實一體化教學是在一個場所，也就是實驗室即要完成理論教學又要完成實踐教學，這就要求有與專業和規模相適應的硬件教學環境。其次，根據機械電子工程專業特點以及現有實驗室的配備情況選擇一門或幾門具體代表性的課程進行理實一體化教學改革試點，改建工作循序漸進、以點帶面，保證實驗室資源的合理配備。最后，改建或新建的實驗室要避免單一性，即能滿足理實一體化課程的要求又能滿足其他理論課程實驗的要求，使實驗室具有多樣性，避免資源浪費。
d.結合“雙師型”人才培養的教學需要建立實驗室。
一為培養學生不同的師能，根據課程性質將實驗室分為理論師能和實踐師能實驗室兩大類，理論師能實驗室主要以機械零件、原理及制造和液壓等基礎實驗室組成，實驗室的主要項目以演示螺紋聯接受力、齒輪、蝸輪傳動、減速器拆裝、機構運動和機械制造工藝等。實踐師能實驗室主要以單片機、PLC、檢測、電工、數控等實驗室組成，主要完成各門課程的理論教學和實驗教學活動。教師可以通過不同的實驗室來培養學生不同的師能技巧，使其達到一個合格的雙師型人才。二為適應社會，驗室設備的組建要盡量與企業接軌，同時采取以班級為單位建立“理實一體化實驗室”，設計并配置理實一體化實驗項目模塊和多媒體教學設備。上課期間教師通過多媒體設施授課或網絡授課，實現了“講與演示”、“聽與練習”的結合。教師可以隨時將理論教學與實踐操作訓練穿行，實現了將知識與技能緊密聯系，增強了學生的直觀體驗，激發了學生的學習興趣，達到培養雙師型人才目的。
二、總結
機械工程學科的研究生，大多數來自機械工程及自動化本科專業，一般具有較扎實的機械專業的基礎，在“機械設計、機械制造”領域具備一定的專業知識，但是電子方面的基礎知識卻比較薄弱，許多研究生連常識性的電子知識都不具備，甚至對“測量”、“控制”領域一無所知。因此需對其在電子技術、計算機技術、機電系統集成技術等方面進行專業培養。由機械電子系統的構成要素可見，機械電子工程技術一般包括六大共性關鍵技術：機械技術、傳感檢測技術、計算機與信息技術、自動控制技術、伺服傳動技術、系統集成技術。如圖1所示。因此，機械電子工程的教學將以機械電子工程的原理與系統設計為主線，在上述各關鍵技術為主要模塊深入展開，而在每一關鍵技術中，又分別設置三個層次的教學內容：基礎要求模塊、較高要求模塊、高要求模塊，形成“一縱三橫”的模塊化結構。模塊化教學設計很好地實現了引導學生根據自身條件及科研需要有針對性地選擇要學習的內容，做到因需施教，因材施教。
2“一縱三橫”的模塊化教學
“一縱”是指按機械電子工程原理與系統設計為主線的縱向結構，具體包括：傳感檢測技術模塊、計算機與信息技術模塊、自動控制技術模塊、伺服傳動技術模塊、系統集成技術模塊?！叭龣M”是指在每個技術模塊中又細分為三個層次的教學內容：基礎要求模塊、較高要求模塊、高要求模塊。具體內容如下：傳感檢測技術模塊：基礎要求模塊包括傳感與測試技術基礎知識（傳感器的基本構成、傳感器的靜態數學模型及其靜態特性指標、傳感器的選用），機電系統最常用的位移檢測（光柵傳感器、絕對碼編碼器、增量碼編碼器），力學量檢測（應變式多維測力彈性體、扭矩傳感器等），視覺檢測（線陣CCD和面陣CCD的基本原理）。較高要求模塊包括雙目視覺檢測的基本原理及標定，觸覺傳感器（指端應變式觸覺傳感器、多功能觸覺傳感器）。高要求模塊包括機電測試新技術，現場總線系統，虛擬儀器技術，多傳感器數據融合等。計算機與信息技術模塊：基礎要求模塊包括計算機控制技術基礎，計算機控制系統的組成、分類，及常用控制器（工控機、PLC、單片機），軟件方面要求測量數據的預處理，數字濾波，線性化處理，標度變換。較高要求模塊包括PLC、單片機的應用高級技巧。高要求模塊包括PMAC原理及應用，基于DSP的運動控制及DSP運動控制卡。自動控制技術模塊：基礎要求模塊包括PID控制算法的基本原理，標準PID算法的改進，數字PID參數的選擇。較高要求模塊包括模糊控制，模糊控制的定義及特點，模糊控制系統的組成，模糊控制系統的基本原理，應用模糊控制算法解決實際問題。高要求模塊包括其它先進控制方法，如智能控制、自適應控制、模型預測控制、神經控制等。伺服傳動技術模塊：主要講解直流電動機、交流電動機、步進電機及其控制?；A要求模塊講解三種電機的基本原理、機械特性及最常用的控制方法。較高要求模塊講解更深一層次的原理，如直流電機的電樞電動勢、電磁轉矩，交流電機的旋轉磁場和定轉子的電路分析，變頻控制的原理及實現方法，步進電機的磁阻最小原理等。高要求模塊講解三種電機的先進控制技術，如直流電機的雙閉環控制、交流電機的矢量控制等。系統集成技術模塊：基礎要求模塊主講機電系統各模塊之間的級聯設計，重點講解模塊之間的電氣性能的相互匹配、信號耦合、時序配合、電平轉換接口。較高要求模塊主講機電系統的電磁兼容技術，重點講解接地技術、屏蔽技術、共模干擾的抑制、差模干擾的抑制、供電系統抗干擾、印刷電路板的抗干擾等。高要求模塊重點講解軟件抗干擾技術，如軟件冗余技術、軟件陷阱技術、“看門狗”技術等。
3以案例為載體，推進模塊化教學設計
針對上述的模塊化教學內容，設計了針對不同教學內容相應的數字化資源，建設了課程網站，開發了多媒體課件，設計了多個教學案例。在典型的機電一體化的應用領域，將“加工中心”、“工業機器人”、“自動導引車”、“汽車防抱死剎車系統”制作了教學案例，并對一些復雜系統進行了分解設計。采用單片機進行直流電機控制、采用PLC對交流電機進行變頻控制，基于MATLAB的模糊控制仿真等案例模塊在教學中起到了很好的效果。通過這些案例，是將機械電子工程領域的科研成果及前沿技術引入教學，最大程度地吸引了學生的學習興趣，激發了研究生的學習動力。
4結語
1.1廣義節能的定義
作業效率的定義是工程機械在單位時間內的作業量。提高作業效率往往會降低節能性。因此要比較節能性要在相同的作業效率下比較，這樣的結果才是可信的。由以上分析可知，節能不只是取決于功率傳遞的效率和功率供求兩方的動態匹配，還決定于不同功率流之間的有效配合，作業效率高低也會影響節能效果。
1.2以柴油機為例的工程機械功率流控制現狀
從能量轉換的定義上分析，工程機械的工作過程是不同能量形式相互轉換、傳遞和對外輸出功率的過程。想要分析工程機械的節能效果就要分析其功率流。對于使用柴油機當做動力源的工程機械，輸出的動力最終來自儲存在柴油中的化學能。柴油機將柴油的化學能轉換為機械能，以轉速和轉矩的形式表達出來。這是柴油機的基本能量轉換過程。目前采用的柴油機節能方法是全程調速或電控噴油等控制技術，這些技術能夠有效地改善柴油機工作性能，降低油耗。采用液壓泵吸取柴油機的機械能并將其轉變為液壓能，以流量和壓力的形式表現出來，一般采用恒定功率控制、壓力切斷、正流量控制等控制策略改善泵的工作性能。柴油機是能量的供方，而液壓泵是能量的需方，實際工作中對柴油機和液壓泵使用轉速感應控制或功率極限載荷控制等方法，以改變二者聯合工作時的高能耗現狀。而液壓泵與液壓閥是流量的供求雙方，其中液壓泵供給流量而液壓閥需求流量。具體工作過程是液壓閥吸取液壓泵輸出的液壓能，然后液壓系統的壓力和流量等被調節至合理值進而輸送給相應的執行機構。這個過程中大多使用變化流量控制方法以協調運轉多執行機構，有些情況也會使用LUDV技術從而減少并聯回路中負載變化對流量分配的影響。在這個系統中，液壓閥直接由操作者控制。因此，液壓泵和液壓閥是流量的供方和需方的關系。為了協調這種供需關系，大多使用負流量控制策略或負荷傳感控制策略。液壓閥輸出液壓進而被油缸或發動機吸收，并向外輸出機械能，機械能以力和位移或轉速和轉矩的形式表現。這些機械能中的一部分或全部對外界載荷做功，執行機構對外載荷的有效做功組成了有效功率。這就是柴油機工作過程中的功率流過程分析。由此可見，現在的元件效率控制技術、子系統功率控制技術和部件功率控制技術不能協調整機進行節能分析，只能在自己工作范圍內達到局部最優值。
2工程機械全局節能控制系統
2.1全局節能控制系統
全局節能對于加強機械工作性能，降低能耗具有重要意義。為了建立廣義節能定義下的全局節能控制系統，要將整機和外界負載作為研究對象，并將節能目標設定為傳統節能控制技術、多執行機構的協同控制以及作業效率，達到最優節能效果。為了方便對節能效果進行定量分析，可以定義全局節能指標如下:全局節能指標=對外有效功/(油耗×作業時間)=有效功率/油耗從以上定義式可以看出，全局節能指標指的是單位時間單位油耗的工況下機械對外輸出的有效功。這個定義考慮了傳統節能控制技術、多執行機構的協同控制以及作業效率三個方面的內容，能夠全面地評價工程機械能耗特性。全局節能目標的實現可以劃分為三個小目標，即協同作業目標，作業效率目標以及傳統節能目標。每個小目標還可以再往下細化為系統目標，部件目標和元件目標，對工程機械里面每個部件的協同作業情況，作業效率情況和能耗情況進行實時的控制，從而達到實現全局節能的效果。
2.2全電控系統電子節能控制技術
傳統的節能控制已經能夠達到局部最優，因此要想取得更大的節能成果只能突破傳統節能控制技術，可以從以下三個方面實現:①改變固定參數功率匹配方法，實現不同工況下的動態功率匹配;②使用作業模式識別技術，即在不同作業模式的動態功率分配系統;③以操控人員的操作意圖為出發點，建立不同操作模式的作業效率管理系統。以上目標的實現可以通過全電控節能控制技術和分布式節能控制技術來改善傳統節能控制效果。
2.2.1全電控節能控制技術
全電控節能控制技術的實現使用電控噴油柴油機和電比例液壓泵、電比例控制閥、電比例液壓發動機。在全電控的能量傳遞條件下能夠達到硬件功能的最小化的效果，增加硬件的通用化程度，達到更深入的感知和更全面的智能控制效果。因為電控系統中的控制功能和專用功能是由系統軟件實現的，所以在機械工作過程中根據實時工況和操作意圖在線調節控制參數，實現參數匹配柔性化，以獲取更好的、全面的、廣泛的節能效果。
2.2.2分布式節能控制技術
全電控節能控制技術雖然能夠實現對整機節能的控制，但是控制程序需要處理液壓系統的實時壓力信號，要求控制系統有很高的響應速度，目前技術水平仍然難以滿足對壓力信號實時處理的要求。為加快對機器運轉數據處理速度，可以開發基于總線的液壓泵控制器、液壓閥控制器和發動機控制器，也就是說每個控制器都連接了高速總線，加快處理速度。發動機控制器根據發動機的實時工況數據和用戶操作意圖改變發動機噴油多少，并將處理數據輸送到總線，同時從總線上收取其他控制器的控制命令;液壓泵控制器和液壓閥控制器也執行類似的操作?；诳偩€的分布式控制系統可以有效地增加控制信息的運算和傳送速度，滿足全電控節能控制系統對數據處理速度的要求。
3結論
由于CDIO的教育理念能夠讓學生獲得更寬更深知識的同時,還能夠逐步具備足夠的人際交流能力、專業知識應用能力、產品和系統的構建能力，適應行業對人才的需求，所以并聯機器人與機電系統實驗室(以下簡稱“機電實驗室”)作為機械電子工程專業教學、科研和人才培養的重要基地，于2009年開始積極引入CDIO教育理念，從培養目標、課程結構、實驗內容、教學方法及實驗教學評價體系等方面做了重大改革。
2基于CDIO的機電專業實驗教學改革與實踐
2.1培養目標的確定
CDIO的12條標準之一即為以CDIO工程教育為基本環境，強調技術知識和能力的教學實踐要以產品、過程或系統的構思、設計、實施和運行作為工程教育的框架，使學生的基本個人能力、人際交往能力和對產品、過程和系統的構建能力達到專業設定的目標，并且滿足企業對人才的需求。機械電子工程專業培養的是具有機械電子工程專業基礎知識與專業技能，且能在生產一線從事機械電子工程專業產品的設計制造、控制開發、應用研究和生產管理等工作的應用型專門人才。結合CDIO教育理念及機械電子工程專業的培養目標，機電實驗室將以應用型工程師的人才培養目標為主線、以企業對應用型工程師的能力需求為導向、以企業生產一線創新意識和能力的培養為提升來定位實驗教學的能力培養目標。
2.2實驗教學內容
CDIO教學理念注重一體化教學，強調能力培養，同時要求培養計劃的設計做到各學科之間相互支撐。隨著科學技術的發展，機械電子工程專業越來越多的與電氣、控制、通信、材料及系統學等學科進行交叉。因此，實驗教學特別重視基礎訓練、拓寬專業，重視綜合實踐性以及系統設計開發能力和創新能力的培養，合理構建實驗教學內容。
1）加強原有的專業基礎類實驗，開設課程三級項目。
機械電子工程專業方向的課程設置主要包括三大知識模塊：機械設計及制造知識模塊、強電知識模塊、弱電知識模塊，所涉及專業課程繁多，倘若側重理論教學而忽視學生的實際動手操作，則容易出現理論知識與實際應用脫離、學生感到學習枯燥的現象。所以，需要加強原有的專業基礎類實驗教學的同時，針對一門或兩門課程設計三級項目，將實驗融入到三級項目中，學生可以根據項目需要自行設計實驗方案，這種基于項目的學習，改革了枯燥無味的呆板實驗，給學生創造了更多動手動腦的機會，加深了對課堂理論知識的理解應用。
2）結合工程實際設計實驗內容。
隨著現代化工業的發展，產品設計技術趨于數字化、信息化和網絡化，生產自動化和智能化程度相當高，機、電、控已成為一個不可分割的有機整體，企業對機電類專業人才的工程能力和創新能力培養提出了更高的要求，培養適應性強且符合市場需求的創新型人才迫在眉睫。因此，機電實驗教學對機電專業工程應用型創新人才的業界需求進行分析，從市場需求出發來培養學生。打破各門課程的界限，拓寬實驗內容范圍，按照對學生綜合創新能力培養的基本要求設計實驗內容，為學生提供一種全新的工程應用教學環境。如結合工程實際，增設機、電、控綜合實驗，使學生學會綜合應用流體傳動、電氣控制、PLC、機械工程測試、傳感技術、嵌入式技術等多門課程的知識，并會使用各種實驗設備儀器。
3）完善機械工程研究實驗平臺，加強理論研究能力的培養。
引入CDIO教育理念后，機電實驗室不斷完善機械工程研究實驗平臺，為學生提供充足的實驗設備和計算機，制定具有綜合性、設計性、應用性及研究性的實驗教學內容，使學生在實驗過程中能夠結合相關技術進行系列理論研究，開發學生創新思維，激發學生探索新的理論知識，鍛煉學生的自學能力、增強學生綜合運用知識的能力，從而培養出具有機械電子工程領域較強實踐操作能力及扎實的理論分析能力的綜合性人才。
2.3實驗教學方法及考核方式
CDIO教育理念提倡基于項目教育和學習的新型教學模式，注重培養學生的工程能力、職業道德、學術知識、運用知識解決問題的能力、終生學習能力、團隊協作能力、交流能力和大系統掌控能力，從而培養既有過硬的專業技能，又有良好的職業道德的國際化工程師。為此，機電實驗室采取以學生為主體，以教師為主導，知識、能力、素質協調發展的教學方法，發動學生參與實驗教學和管理，培養學生的主人翁精神和意識；采用多方面、多樣化的綜合考核方式，不僅對學生進行考核，還要對實驗教學人員進行考核，各個環節的考核結果相互融合，不僅能夠實現對學生的技術能力、工程素質、交流與溝通能力、團隊協作能力和創新能力的全面考核，也能夠提升教師的技術應用能力，提高技能操作水平，積累工程應用經驗。
2.4實驗教學案例
實驗教學是高校培養人才戰略方案中不可或缺的教學環節,也是培養學生綜合能力的重要環節，以上從培養目標、實驗教學內容、實驗教學方法及考核方式等方面論述了機電實驗室引入CDIO教育理念后所采取的改革措施，下面以機電一體化專業核心項目體系的實施為例，談談機電實驗室引入CDIO教學模式后的教學實踐。該項目以《機電一體化系統設計》、《單片機原理及應用》和《機器人》三門課程為核心設立，包括兩個實施階段，其中在三級項目階段，學生以團隊的方式自主完成以嵌入式計算機（單片機）控制系統為核心的機電一體化產品—智能小車的構思－設計－制作－調試運行；在二級項目階段，學生運用四周時間，進行自主創新研發，自主設計集成一個取料手爪或運料的自動翻轉車廂，將智能小車升級成為移動式的抓取機器人和移動式搬運機器人，通過進行機器人運動控制規劃，控制機器人完成一系列復雜的動作，如手爪張合、車體回轉、智能循跡和避障、協同作業等任務，最終由兩個機器人協作配合完成一次物料的抓取和運送任務。學生自主完成從方案設計、詳細設計、加工制作到集成調試的全過程，最后以分組比賽的方式驗收。
3教學實施體會
