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關鍵詞：機電一體化技術；應用；發(fā)展趨勢

各種產品和裝置因為機電一體化技術的發(fā)展，也完成了機電一體化，從而達到了自身的整體優(yōu)化，也有利于產品質量和生產效率的提高，并縮短了新產品生產開發(fā)的準備周期，使其由科技成果快速向商品轉化，從而深刻變革了傳統(tǒng)產業(yè)。又由于新產品研發(fā)的需要以及發(fā)展高精密設備的需要，所以未來的機電一體化技術、產品及其系統(tǒng)必然會向著智能化、系統(tǒng)化、高性能、微型化、輕量化的方向邁進，并最終為國家?guī)韯?chuàng)造巨大的經濟和社會效益。

一、機電一體化的特點分析

機電一體化是一門新興的邊緣性的技術學科，它是由機械、電子技術及計算機科學等多個學科互相結合滲透而形成并發(fā)展起來的，而機電一體化產品則是運用最新的微電子、計算機技術以機械產品為基礎研發(fā)出來的新產品。在工程領域對各類技術實踐應用后，再加以借鑒與整合就創(chuàng)造出了現(xiàn)在的機電一體化技術，所以說它是在機械、微電子、自動控制、計算機和信息處理、伺服驅動、電力電子等技術以及系統(tǒng)的總體技術的基礎上形成的一項高新技術。如下特點是機電一體化產品普遍具有的：具有可以自動監(jiān)視、診斷、報警、保護的功能；具有自動處理和控制信息的功能，可以通過自動控制系統(tǒng)確保機械的操作者按照設計要求精確地完成預先設定好的程序，以使其不會依靠主觀思想來行動，從而保證良好的工作質量和完美的產品合格率，而機械控制的靈敏度和檢測的精確度及范圍也獲得了提高；采用復合技術、復合功能，這脫離了原來傳統(tǒng)機電產品單技術、單功能的局限，很大程度上提高了產品的功能水平及自動化的程度；利用程序控制和數字顯示技術，減少了操作的按鈕和手柄的數目，使操作變得更為簡單方便；在不同的應用領域和場合，其具有可以自動控制、自動補償、調節(jié)、自動校驗、保護及智能化等功能，從而能夠迅速的滿足不同用戶的不同需求；具體的安裝調試過程中，可根據不同用戶對象的需要、實際參數的變化等來相應的改變控制程序以使其適應變化的工作方式。

二、機電一體化技術的應用分析

經過多年發(fā)展，機電一體化技術在操控精度、功能以及構造等方面的應用效果非常明顯。比如，在構造方面，應用總線和CPU的體系結構，實現(xiàn)結構的模塊化、構造緊湊型和總線式。在功能方面，采取開放性的設計，并采用WOP技術，實現(xiàn)數控機床智能化，加上大容量儲存器、單片機組成的控制機以及單板機的應用，大大提高了數控機床技術的精度，為產品生產提供了技術支持。CIMS是指計算機制造和集成系統(tǒng)，加強機電一體化技術在CIMS中的應用，實現(xiàn)全局動態(tài)的綜合化和最優(yōu)化，突破傳統(tǒng)部門間的界限，保證控制信息流和物流的暢通，將產品開發(fā)、生產準備、經營決策及經營管理等有機結合，提升企業(yè)的集成度，優(yōu)化配置各生產要素，從而充分發(fā)揮機電一體化技術在各要素配置中的作用。FMS是指柔性制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由料盤、計算機、數控機床、自動搬運小車、機器人以及自動化倉庫等部分構成，根據裝配的實際需求，能隨機按量生產任何工件，該系統(tǒng)主要適用于批量小、品種多、需要頻繁更改的零散構件的生產。加強機電一體化技術在FMS中的應用，有助于提高生產效率和質量。機電一體化技術在工業(yè)機器人中的應用主要經歷了三個階段，第一階段，工業(yè)機器人按照規(guī)定重復某一動作，對對象變更及作業(yè)環(huán)境的應變力比較差；第二階段，工業(yè)機器人擁有較為先進的傳感元件，能處理和獲取對象的一般信息以及作業(yè)環(huán)境相關情況，反饋信息，并控制動作方式，該階段的工業(yè)機器人已經具備低水平的職能，實現(xiàn)了實用化。第三階段，工業(yè)機器人逐漸向智能化方向發(fā)展，能獲得感知。并能運行較為復雜的邏輯思維，做出科學準確的決策和判斷，特別是具備較強的行動獨立性和環(huán)境適應性。

三、機電一體化技術發(fā)展前景及趨勢

第一，高性能化。隨著科技和經濟的發(fā)展，對機電一體化技術的要求更加嚴格，為了順應時代的發(fā)展，新一代的機電一體化技術對效率、速度、可靠度以及精度的要求非常高。因此，實現(xiàn)機電一體化技術在高效率、高速度、高可靠度、高精度、高性能化是未來發(fā)展的重要趨勢第二，微型化。微型化主要是指機電一體化技術逐漸朝著微型領域或微型機器方向發(fā)展，源于人們對先進技術微型化的追求。微型機電一體化的產品在信息、醫(yī)療以及軍事等方面有著巨大的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)是產品耗能低、體積小、運動靈活，能完成常人無法完成的任務。第三，智能化。智能化是機電一體化技術的重要發(fā)展方向之一，人工智能已引起社會各界的廣泛關注，智能化包括悼鼗床智能化和機器人智能化。智能化是針對機器行為而言，以控制理論為指導，吸收各種新方法、新思維，模擬人類智能，提高推理判斷、邏輯思維及自我決策的能力，提高了控制目標。目前，機電一體化產品還很難具備與人同樣的智能，但可以利用高效率、高性能的微處理器，實現(xiàn)機電一體化產品的高級智能或人類部分智能。第四，網絡化。隨著網絡技術的不斷發(fā)展，市場競爭環(huán)境發(fā)生巨大的變化，從而為網絡技術和機電一體化技術的融合創(chuàng)造了有利條件。隨著網絡的普及，涌現(xiàn)出各種遠程控制技術和監(jiān)視技術，遠程控制終端設備實際是一種機電一體化產品。另外，由于局域網技術和現(xiàn)場總線技術的應用，家用電器逐漸朝著網絡化方向發(fā)展，利用以計算機為中心的集成用電器系統(tǒng)，人們不出門就能享受各種高科技帶來的便利。因此，網絡化是機電一體化技術發(fā)展的重要方向。

四、結語

綜上所述，就機電一體化技術的應用及發(fā)展趨勢進行探討具有十分重要的意義，我們在認清機電一體化技術概念的同時還應加大對其的推廣、應用和研發(fā)力度，大力發(fā)展市場經濟，以不斷推進社會主義事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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關鍵詞 機電技術；機電一體化；現(xiàn)狀；發(fā)展

中圖分類號TH-39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0039-02

1 機電一體化概述

1.1 機電一體化的定義

所謂機電一體化就是指通過將微電子技術應用在機械的主功能、動力功能、信息功能以及控制功能等其他功能模塊上，并利用相關軟件將電子裝置與機械裝置有機整合在一起所構成的系統(tǒng)的總稱。從機電一體化的定義可以看出，機電一體化技術并不是機械與電子簡單的疊加，而是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎上建立起來的應用技術。因此，機電一體化涵蓋“技術”和“產品”兩個方面的內容。

1.2 機電一體化的關鍵技術

機電一體化的關鍵技術主要包括信息處理技術、精密機械技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、伺服驅動技術以及系統(tǒng)總體技術等幾個方面的關鍵技術，以下將分別給予詳細的說明。

1.2.1 信息處理技術

所謂的信息處理技術就是指在生產基于機電技術的相關產品的過程中，對與產品生產過程相關的各種參數和狀態(tài)以及自動控制有關的信息所進行的處理。

1.2.2 精密機械技術

精密機械技術作為實現(xiàn)大多數機電產品的核心和基礎技術，它是實現(xiàn)大多數機電產品的相關功能和構造功能的重要前提和首要的技術支撐。

1.2.3 自動控制技術

自動控制技術主要包括精度較高的速度控制、定位控制、自適應控制以及補償和校正等技術。而且隨著自動控制技術的不斷發(fā)展以及功能的不斷增強，基于自動控制技術產品的質量在獲得不斷的提高。

1.2.4 檢測與傳感器技術

檢測與傳感器技術主要用于實現(xiàn)各種基于機電技術產品運行時的相關參數、工作狀態(tài)以及其他相關信息的接受以及參數和相關信息準確度的檢測，通過檢測以后，將其接受的信息傳送給處理裝置，然后由處理裝置來實現(xiàn)產品運行過程的自動控制。

1.2.5 伺服驅動技術

伺服驅動技術主要是基于機電技術產品的驅動裝置設計中的核心技術，它作為驅動設備執(zhí)行操作的重要支撐技術，在很大程度上決定了基于機電一體化技術的產品質量。

1.2.6 系統(tǒng)總體技術

系統(tǒng)總體技術是用系統(tǒng)的觀點和方法，從整體目標出發(fā)，將基于機電技術產品的總體功能劃分為若干個各功能模塊，然后結合各個功能模塊的實際情況，找出能夠有效解決各個功能模塊實際需求的可行技術方案，再把相應的技術方案進行匯總，從而設計出合理的功能技術方案。

2 機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1.1 絕大多數的制造業(yè)領域都有機電一體化產品

在工業(yè)比較發(fā)達的國家，機電一體化產品遍及絕大多數的制造業(yè)領域，其中數控機床和工業(yè)智能機器人是這些國家的主要機電一體化產品，其中的數控機床在機床領域中所占的比重越來越大，而工業(yè)智能機器人也將逐步進入管理、辦公、家庭和娛樂等各個領域，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

在數控機床方面，目前數控機床的定位精度已由一般的0.01mm~0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級機床達到0.0005mm左右，納米級機床達到0.005μm ~0.01μm，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數控系統(tǒng)和機床已有產品。

在工業(yè)機器人方面，目前日本的工業(yè)機器人生產量占全世界工業(yè)機器人的70%左右，與工業(yè)機器人相關的專利則有90%以上掌握在日本企業(yè)手中。由此也可以看出，日本是名副其實的機器人王國。 美國、德國分別居二、三位。

2.1.2 機電一體化開始逐步向集成化的方向發(fā)展

CIMS，即計算機集成制造系統(tǒng)，它突破了原有制造業(yè)各部門之間的界限，實現(xiàn)了工業(yè)制造企業(yè)生產準備、產品開發(fā)、經營決策等各個環(huán)節(jié)的有效整合，在計算機集成制造系統(tǒng)的作用下，當前的世界制造業(yè)開始逐步向集成化的方向發(fā)展。

2.1.3 激光技術在機電一體化中的應用

激光技術在機電一體化中的應用，將使光機電一體化成為機電一體化技術重要的發(fā)展方向。

2.1.4 微細加工技術發(fā)展迅速

當前微機電技術及其產業(yè)的高速發(fā)展，將帶動微細加工技術的興起。

2.2 國內機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 數控技術方面

我國對數控技術的研究起始于1985年，經過這些年的發(fā)展，我國目前已經基本掌握了數控技術的核心技術，相關的數控技術產品也越來越多的出現(xiàn)在工業(yè)產品市場中。

2.2.2 工業(yè)機器人方面

我國對工業(yè)機器人的研究開始于1986年，目前，已經掌握了機器人的軟件編程、控制系統(tǒng)以及操作機的設計制造等技術，并開發(fā)出了能夠進行水下作業(yè)施工的多種工業(yè)機器人。

2.2.3 計算機集成制造系統(tǒng)方面

經過近些年的潛心研究，我國在計算機集成制造系統(tǒng)方面已經有了較快發(fā)展。其中，已經在包括清華大學在內的多數著名高校內建成了國家CIMS技術實驗室、工程研究中心以及相關的CIMS培訓中心。

3 機電一體化的未來發(fā)展

3.1 智能化

智能化的機電一體化產品是指具有一定的邏輯思維、判斷推理和自主決策能力的機電一體化產品，由于可以智能化的機電一體化產品對人類的智能進行模擬，所以，一些智能化的機電一體化產品就可以替代人的部分腦力勞動。

3.2 微型化

當前微型化的機電一體化產品的幾何尺寸一般不會大于1cm3，而且微型化的機電一體化產品在不斷的向微米級和納米級的方向發(fā)展。目前，國外已經能夠在實驗室中制造出亞微米級的機械元件。

3.3 模塊化

從各方面來看，機電一體化產品的一個重要發(fā)展趨勢就是實現(xiàn)模塊化生產，這樣一來，企業(yè)就可以可利用標準的模塊化單元迅速開發(fā)生產機電一體化產品，進而將大大提高企業(yè)的生產效率。

3.4 網絡化

計算機網絡通信技術的快速發(fā)展促使其不斷朝著網絡化的方向發(fā)展。其中，隨著網絡的不斷普及，基于網絡的各種機電一體化產品，如遠程控制和監(jiān)視技術等如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)出來。

3.5 綠色化

根據時代的發(fā)展需求，綠色化將成為機電一體化的必然發(fā)展趨勢，其目標是在機電一體化產品的整個生命周期中，要保證產品對生態(tài)環(huán)境造成的危害最小，而獲得的資源利用率卻最高。

4 結論

機電一體化是很多學科相互發(fā)展和相互促進的結果，隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，機電一體化相關技術所融合的技術將越來越廣泛，而以機械和微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術將成為機電一體化的必然發(fā)展趨勢，機電一體化的發(fā)展前景非常廣闊。

參考文獻

[l]錢忠梅.機電一體化技術的發(fā)展現(xiàn)狀研究[J]行業(yè)前沿，2010(5).

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自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現(xiàn)了半導體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,"機電一體化"技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.

(一)"機電一體化"的發(fā)展歷程

1.數控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;

2.微電子技術為"機電一體化''帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、"電力電子"等的發(fā)展為"機電一體化"提供了堅強基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發(fā)展趨勢

1.光機電一體化.一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現(xiàn)光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢.

2.自律分配系統(tǒng)化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”,有較強的“柔性”,能較好地應付突發(fā)事件,被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中,各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的,子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務,同時具有本身的“自律性”,可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產生本身的信息并附加所給信息,在總的前提下,具體“行動”是可以改變的。這樣,既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力(柔性),又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

3.全息系統(tǒng)化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯,智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發(fā)展。除此之外,其系統(tǒng)的層次結構,也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大,并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定,但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物:當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時,生物便“死亡”,而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時,生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體,但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”,而生物的特點是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體,不可分割。看來,機電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨,但有一段漫長的道路要走。

5.微型機電化——微型化。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。當將這一成果用于實際產品時,就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”,機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起,體積很小,并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。

三、典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(tǒng)(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有:數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有:電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。

? 四、北京發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次:一是用微電子技術改造傳統(tǒng)產業(yè),其目的是節(jié)能、節(jié)材,提高工效,提高產品質量,把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步;二是開發(fā)自動化、數字化、智能化機電產品,促進產品的更新?lián)Q代。

前者是面上的工作,普及工作;后者是提高工作,深層次工作。

(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢

1.北京用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣,有難度

(1)在700余家北京市屬工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)中,有60%以上的企業(yè)用微電子技術改造機床設備、工業(yè)窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。

(2)北京工業(yè)系統(tǒng)還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造;在已改造的近6500臺機床設備中,大約有15%需進一步改造。

(3)北京工業(yè)系統(tǒng)尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術進行改造;且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。

(4)北京工業(yè)系統(tǒng)CAD應用還有較大差距。目前,北京工業(yè)品設計,CAD應用率僅17%(而美、日等國已超過85%;國內先進地區(qū)也超過了30%);CAD的覆蓋率才達到11%(而全國CAD應用工程領導小組指出,“八五”期間大中型企業(yè)要達到35%,中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%;到“九五”時,按國務委員宋健的要求,基本上要甩掉繪圖板)。

(5)北京工業(yè)系統(tǒng)共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦,尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務,占總任務量的99.5%左右。

(6)工業(yè)是全市能源消耗大戶。1992年,北京工業(yè)系統(tǒng)占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市,1992年北京工業(yè)系統(tǒng)萬元產值能耗折合標煤為2.47噸,比上海的1.57噸高57%,比天津的2.15噸高14%,比先進的工業(yè)化國家高近9倍。因此,北京工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降耗的任務非常重,而電力電子技術是節(jié)能降耗的王牌。

2.北京用機電一體化技術加速產品更新?lián)Q代,提高市場占有率的呼聲高,有壓力。北京市的工業(yè)產品大約有3萬種,每年約開發(fā)試制新產品3000種,更新周期很長。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場變化的需要,影響了北京工業(yè)產品的競爭能力。

1993年,北京市工業(yè)系統(tǒng)生產的機電一體化產品約837種,在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中:機械局系統(tǒng)主要產品約1200種,機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強;儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產品350種,機電一體化產品210種,機電一體化產品所占比例為60%;輕工系統(tǒng)主要產品總數為649種,機電一體化、智能化產品15種,機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%;汽車工業(yè)總公司系統(tǒng)平均每輛汽車的總成本為3.5萬元,每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元,不是總成本的1%;與國外約28%的先進水平相差甚遠;與國內先進水平相差一半左右。

3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、擾民產品的責任重,有意義。在北京工業(yè)系統(tǒng)中,能耗、耗水大戶,對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重,且不少地處城區(qū)和近郊區(qū)。近年來北京的工業(yè)結構、產品結構雖然幾經調整,但由于多種原因,成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題,有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題,但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產業(yè),優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前,這就是發(fā)展機電一體化,開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低,且具有柔性,可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整

、改革,而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時,可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液,帶來新的活力,把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來,實現(xiàn)文明生產。 另外,從市場需求的角度看,由于我國研制、開發(fā)機電一體化產品的歷史不長,差距較大,許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求,每年進口量都比較大,因此亟需發(fā)展。

(二)北京“機電一體化”工作的任務

北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話:一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè);另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產品,促進機電產品的更新?lián)Q代。總的目的是促進機電一體產業(yè)的形成、為北京產業(yè)結構和產品結構調整作貢獻。

1.北京應用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)的工作重點

(1)大力采用模糊技術,工業(yè)爐窯改造應上新臺階

國內外成功的范例表明,應用模糊技術改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和PID技術好的多。因此,我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時要大力推廣應用模糊技術,到2000年,對應該進行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術等先進電子信息技術改造完畢,其中采用模糊技術改造要在80%。

(2)積極采用數控技術,機床高備改造要達新水平

對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統(tǒng)的推廣應用上。根據需要和可能,到1995年,北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上,到本世紀末要改造完畢。

(3)努力推廣變頻調速技術,風機電泵改造要攀新高度

風機、電泵采用變頻調速后一般可節(jié)電20%以上,效果十分顯著。因此,在今后幾乎,北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年,應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%;到本世紀末,北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍;采用先進的變頻調速技術。

(4)優(yōu)先應用CAD/CAM技術,工業(yè)設計水平提高要有新目標

北京工業(yè)產品更新?lián)Q代慢,設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前,北京工業(yè)系統(tǒng)CAD的應用率為17%,CAD的覆蓋率為11%,到1995年應分別達到20%和15%,本世紀末,要力爭分別達到55%和45%。

2.北京機電一體化產品開發(fā)的奮斗目標

(1)總體目標:到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種,2000年,應不少于2000種,機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%。

(2)單項目標:

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自電子技術一問世，電子技術與機械技術的結合就開始了，只是出現(xiàn)了半導體集成電路，尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后，“機電一體化”技術之后有了明顯進展，引起了人們的廣泛注意。

（一）“機電一體化”的發(fā)展歷程

1.數控機床的問世，寫下了“機電一體化”歷史的第一頁；

2.微電子技術為“機電一體化''帶來勃勃生機；

3.可編程序控制器、“電力電子”等的發(fā)展為“機電一體化”提供了堅強基礎；

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使“機電一體化”躍上新臺階。

二“機電一體化”發(fā)展趨勢

1.光機電一體化。一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的。因此，引進光學技術，實現(xiàn)光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢。

2.自律分配系統(tǒng)化——柔性化。未來的機電一體化產品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

3.全息系統(tǒng)化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點是硬 件（肌體）——軟件（大腦）一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。

5.微型機電化——微型化。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。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。

三、典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(tǒng)（整機）和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。

四、北京發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統(tǒng)產業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產品質量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新?lián)Q代。

前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。

（一）北京“機電一體化”工作面臨的形勢

1.北京用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣

（1）在700余家北京市屬工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)中，有60%以上的企業(yè)用微電子技術改造機床設備、工業(yè)窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。

（2）北京工業(yè)系統(tǒng)還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。

（3）北京工業(yè)系統(tǒng)尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。

（4）北京工業(yè)系統(tǒng)CAD應用還有較大差距。目前，北京工業(yè)品設計，CAD應用率僅17%（而美、日等國已超過85%；國內先進地區(qū)也超過了30%）；CAD的覆蓋率才達到11%（而全國CAD應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業(yè)要達到35%，中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板）。

（5）北京工業(yè)系統(tǒng)共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。

（6）工業(yè)是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業(yè)系統(tǒng)占全市能耗總量的59.5%.而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業(yè)系統(tǒng)萬元產值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業(yè)化國家高近9倍。因此，北京工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節(jié)能降耗的王牌。

2.北京用機電一體化技術加速產品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業(yè)產品大約有3萬種，每年約開發(fā)試制新產品3000種，更新周期很長。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業(yè)產品的競爭能力。

1993年，北京市工業(yè)系統(tǒng)生產的機電一體化產品約837種，在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統(tǒng)主要產品約1200種，機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產品350種，機電一體化產品210種，機電一體化產品所占比例為60%；輕工系統(tǒng)主要產品總數為649種，機電一體化、智能化產品15種，機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%；汽車工業(yè)總公司系統(tǒng)平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內先進水平相差一半左右。

3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在北京工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重，且不少地處城區(qū)和近郊區(qū)。近年來北京的工業(yè)結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產業(yè)，優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產。

另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。

（二）北京“機電一體化”工作的任務

北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產品，促進機電產品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業(yè)的形成、為北京產業(yè)結構和產品結構調整作貢獻。

1.北京應用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)的工作重點

（1）大力采用模糊技術，工業(yè)爐窯改造應上新臺階

國內外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和PID技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術等先進電子信息技術改造完畢，其中采用模糊技術改造要在80%.

（2）積極采用數控技術，機床高備改造要達新水平

對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統(tǒng)的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備（8420臺）的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。

（3）努力推廣變頻調速技術，風機電泵改造要攀新高度

風機、電泵采用變頻調速后一般可節(jié)電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年，應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進的變頻調速技術。

（4）優(yōu)先應用CAD／CAM技術，工業(yè)設計水平提高要有新目標

北京工業(yè)產品更新?lián)Q代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業(yè)系統(tǒng)CAD的應用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%.

2.北京機電一體化產品開發(fā)的奮斗目標

（1）總體目標：到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%.

（2）單項目標：

機床數控化率：1995年，產量數控化率達5%，產值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%.

汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%.

PLC的開發(fā)生產能力：“八五”期間，開發(fā)能力要穩(wěn)居全國首位：“九五”北京要成為全國主要的PLC生產基地之一。

“電力電子”開發(fā)生產能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產技術和第三代電力電子器件的開發(fā)技術。“九五”期間第三代電力電子器件的生產要形成經濟批量。在電力電子產品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產品；交流變頻調速裝置要達到批量生產程度；高頻電子鎮(zhèn)流器要能出口創(chuàng)匯：“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產、開發(fā)、推廣綜合配套能力的高新技術產業(yè)。

模糊控制器的開發(fā)生產能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發(fā)生產基地，開發(fā)出用于工業(yè)爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統(tǒng)典型產品來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。

其它機電一體化產品的開發(fā)生產能力：微機控制多色印刷機要穩(wěn)居全國第一；電子醫(yī)療儀器的開發(fā)、生產爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產量上全國領先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發(fā)電機組為代表的發(fā)電設備要形成綜合配套能力，打出規(guī)模效益來；數字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……

總之，機電一體化技術既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業(yè)產品結構、產業(yè)結構調整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發(fā)展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產業(yè)。其中，數控機床、機電一體化印刷系統(tǒng)、新型電子醫(yī)療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元：“電力電子”的銷售額可超過20億元；PLC模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產品銷售額可超過25億元。機電一體化產業(yè)不僅是北京高新技術產業(yè)的主力軍，也是機電行業(yè)停工、待產、明虧、潛虧企業(yè)的出路所在。

五、北京發(fā)展“機電一體化”的對策

（一）加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調發(fā)展計劃

目前，北京地區(qū)從事“機電一體化”研究開發(fā)及生產的單位很多。各自都有一套發(fā)展策略和計是。同時，市政府各有關委、辦、局（總公司）也有不少相應的發(fā)展計劃與規(guī)劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關計劃和規(guī)劃，也有統(tǒng)一考慮不足，統(tǒng)籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權威性的發(fā)展計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，建議市政府責成有關機構在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出北京統(tǒng)管全局的“機電一體化”研究、開發(fā)、生產計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復，生產上撞車！

（二）強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用

目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業(yè)的統(tǒng)管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協(xié)會的建設，賦予其行業(yè)管理職能。

“協(xié)會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制；指導行業(yè)布點布局的調整，進行發(fā)展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發(fā)標、招標工作……

（三）優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度

優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業(yè)內外都重視、支持“機電一體化”發(fā)展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發(fā)展“機電一體化”產業(yè)提供方便；盡可能為興辦開發(fā)、生產機電一體化產品的高新技術企業(yè)開綠燈；盡力為開發(fā)、生產機電一體化產品調配好資源要素等。

增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產品的發(fā)展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統(tǒng)產業(yè)進行改造，對有關機電一體化技術對傳統(tǒng)產業(yè)乾地改造，對有關技術開發(fā)、應用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術開發(fā)、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發(fā)應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發(fā)設貸款要多向機電一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業(yè)規(guī)模化建設項目上傾斜；成立“機電一體化”發(fā)展基金，支持機電一體化生產發(fā)展等。

（四）突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”

機電一體化產業(yè)復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業(yè)發(fā)展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍 ，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設備上植入或嫁接上微電子（計算機）裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統(tǒng)一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。

我們認為，北京“機電一體化”發(fā)展，當務之急，重中之重是：

抓緊開發(fā)生產GTO、GTR、VDMOS等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮(zhèn)流器等，用電力電子技術進行的節(jié)能、節(jié)材為主要目的的技術改造；

抓緊推廣應用經濟型數控系統(tǒng)，改造機床設備；開發(fā)生產低、中檔數控系統(tǒng)；

篇5

關鍵詞：機械設計；機械制造；技術探討

中圖分類號：TD402文獻標識碼： A

前言：在機械工程當中，機械設計是指機械設計人員按照機械原理對機器的結構、運動方式、能力以及力的傳遞方式進行設計，對不同的零部件進行組織構思。在進行設計時，可以對制造的需要進行滿足，以此為依據來設計方案。

1、 機械設計與機械制造的背景

就在1969年美國的《機械設計概論》雜志主刊上已登載了機電一體化這一概念。隨后，機電一體化進行了持續(xù)的拓展。英國機械制造工程師會所在1986年為現(xiàn)代化機械論述了這樣的定義：現(xiàn)代化機械是“根據計算機訊息網絡調控的，用以實現(xiàn)包含機械動力、運轉和能量流動等動力學任務的機械或機電零部件互相聯(lián)系的體系”。它和前面所提到的機電一體化是相同的，所以能說現(xiàn)代化機械自然是指機電一體化體系。20世紀80年代國際機械和單位理念聯(lián)合協(xié)會進行了如下的定義：機電一體化是精密機械系統(tǒng)、電子調控和體系思想在機械設計和機械制造流程中的協(xié)作融合。所以又能說機電一體化根本上是在機械設計和機械制造與其自動化基礎上的拓展。把以往的機械設計制造與現(xiàn)代的機械自動化實施了對比，顯示出具有自動化的特性是現(xiàn)代化機械和以往的機械在性能上的根本區(qū)別。機械自動化在所有行業(yè)的運用和拓展，表現(xiàn)出機械自動化的優(yōu)勢和功效。就是功能多樣化、高效率節(jié)奏、高度可信率、節(jié)約材料、節(jié)約資源，持續(xù)完善人們生產生活的多元化需要。

2、 機械設計的技術分析

2.1 機械設計的初期計劃設計分析

機械設計要進行初期的計劃設計，其在工作方面和計算機軟件的設計需求析比較類似，在設計之前要對機器設計的要求進行調查和分析，在分析要求的過程中，對機器應該具備的功能也要進行掌握。以此作為機械設計的基礎，然后在設計以及制造過程中要對相應的約束條件進行規(guī)定。

2.2 機械設計的設計方案分析

在機械設計中，方案設計是關鍵的部分，方案也是設計的靈魂，其決定著設計的成敗。在設計階段，會遇到很多的問題，主要要面對的問題就是實際和理論之間的矛盾。方案設計不僅僅要符合機器本身的性能，同時，在功能方面也要進

行滿足。在方案設計方面，對檢驗人員對機器開發(fā)、認識以及創(chuàng)新方面都要進行重視。在設計階段，主要的步驟可以簡單概括為對工作原理進行定義、對機器結構進行確定、對機器運動方式進行設計、對零部件的選取與設計進行判斷、對制圖進行設計以及對初步設計進行調查。

2.3 機械設計的主要技術設計分析

機械設計中，對技術層面的要求最為嚴格，在這個階段要對設計圖紙進行校對，同時，要對圖紙進行計算，對設計總圖和部分草圖要進行對比和核對分析。在機械設計方面對每個部分都要進行設計，設計時要進行非常嚴格的核對，不能出現(xiàn)疏漏的情況，同時，在校對方面也要保證質量。對要進行產品生產的機械，在設計時，要根據產品進行定型設計。

2.4 機械設計的技術發(fā)展趨勢分析

2.4.1 針對現(xiàn)代機械產品的機械設計

現(xiàn)代機械產品對機械設計提出了更高的要求，因此，在進行機械設計時，在技術層面一定要不斷的進行改善。機械產品設計要更加具有智能化特點，主要的方式就是利用現(xiàn)代化設計手段，在設計過程中應用設計軟件和虛擬的設計技術，對產品設計進行虛擬化，同時，利用多媒體技術對產品的性能、結構進行模擬演示，以達到更好的設計效果。在機械設計方面要更加的系統(tǒng)化，機械設計

中包含著很多的部件，這些部件要有機的結合在一起才能形成整體的設計，同時，要具有一定的層次性，在經過系統(tǒng)設計以后才能實現(xiàn)機械產品的設計目標。最后是要具有模塊化特點，這種理念在設計方面比較簡單，但是，要保證機械設計功能實現(xiàn)模塊組合，在產品方案設計過程中進行實現(xiàn)。機械產品設計要具有特性，要根據所生產的產品特性來進行機械設計，在這個過程中要利用計算機對產品進

行構建，同時，進行必要的推理，最終形成方案設計。

2.4.2 現(xiàn)代機械設計的未來發(fā)展與前景分析

機械產品在性能方面要更加的優(yōu)良，因此，在進行機械設計過程中要以提高產品的性能為目標，其中機械產品的優(yōu)良性主要體現(xiàn)在可靠性技術以及控制技術方面。機械設計要更加適合市場發(fā)展，在激烈的市場競爭中能夠獲得發(fā)展空間，產品在形成以后要能夠在市場中進行拓展。同時，在經濟環(huán)境不斷變化的情況下，要不斷開發(fā)新技術，這樣能夠在機械設計方面應用新技術。新技術要具備一定的競爭優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在技術方面的創(chuàng)新，成本方面的降低，智能化設計等。應用新技術來提高機械設計的市場競爭能力，對企業(yè)未來在機械設計方面，節(jié)能環(huán)保理念也要進行體現(xiàn)，近年來，人們對環(huán)境保護越來越重視，在機械設計過程中，綠色設計成為了主要發(fā)展方向。機械設計產品以智能化和綠色化為基礎，在對能源進行利用時，能夠利用機械設計技術實現(xiàn)能源的利用最大化，對實現(xiàn)資源的循環(huán)利用更加有幫助。

3、機械制造的技術分析

3.1 機械制造技術的特點分析

機械制造技術要符合當代技術發(fā)展要求，在機械設計方面要更加具備當代的特點。傳統(tǒng)的機械設計在應用過程中出現(xiàn)了越來越不能滿足現(xiàn)代機械產品需求的情況，雖然其在制造技術方面在不斷的更新，同時，使用的設備也在不斷的更換，但是，在原有基礎上要不斷的更新技術，對技術進行利用，作為其發(fā)展的基礎。

市場經濟不斷發(fā)展過程中，機械制造技術要做到能夠適應經濟的發(fā)展。工業(yè)發(fā)展過程中對各方面都提出了新的要求，近年來，工業(yè)發(fā)展速度非?？欤以诓粩嗟娜谌胄碌募夹g體系。工業(yè)生產過程中對計算機技術以及信息技術進行了很好的融合，為了更好的提高生產效率，應該對機械制造技術進行革新。提高生產效率滿足客戶的需要，能夠提高市場占有率。機械制造技術在技術范圍上要進行擴大，同時，在生產加工方面要不斷的發(fā)展。

3.2我國機械制造技術的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向分析

機械制造的管理。計算機管理制度對于機械制造業(yè)而言，是一種未來發(fā)展的方向。組織體制與生產模式的更新發(fā)展，營造出最新的 JIT、AM、LP 以及 CE 等管理理念。在我國，這種管理機制還是比較匱乏的，只有很少的機械制造企業(yè)進行這樣的管理。因此，我國應該加強機械制造的管理機制。機械制造的設計。工業(yè)發(fā)達國家都會采用設計方法，并且不斷更新設計數據。尤其是計算機輔助軟件的應用-CAD 技術的應用，讓更多企業(yè)開始了無圖紙的機械制造。然而，在我國，則缺乏這種計算機軟件技術，或者是這樣的技術應用并不廣泛。因此，在這一技術層面上，我國需要努力與發(fā)展。機械制造的工藝分析。機械制造以高精度、高精細加工作為其發(fā)展的趨勢。最新的技術，如微型加工、納米加工技術、激光加工技術、電磁加工技術等等。這些技術都屬于高端的加工技術，在工業(yè)發(fā)達的國家，這些技術應用較為廣泛。

4、結束語

綜上所述，由于現(xiàn)代化機械自動化在設計和制造上具備多功能性、高品質、高可信率、低能源消耗的優(yōu)勢，因此機械設計與制造都是環(huán)繞機械自動化來施行的。機電一體化的拓展就是機械自動化的拓展。所有設計師必需清楚地意識到機械設計制造唯有朝機械自動化設計制造的前景拓展，才可能是機械工業(yè)拓展中獨辟蹊徑的出路。

參考文獻：

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[2]關曉錚. 機械設計與機械制造的技術探討[J]. 企業(yè)技術開發(fā),2014,08.

篇6

關鍵詞：探究；機械制造；自動化發(fā)展

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.239

0 引言

隨著科學技術的快速發(fā)展，當今機械制造技術也已經逐步向自動化方向發(fā)展，機械制造自動化相對于傳統(tǒng)的機械制造技術，有著高效、節(jié)能、功能多樣、高質量產品等諸多優(yōu)點，能夠更好的滿足當前社會快速發(fā)展的需求。機械制造自動化是將自動化技術應用到機械制造中，然后通過計算機編程等技術對機械制造進行自動化生產。自動化是在沒有人操作的情況下自動進行的，受到了越來越多人的喜愛與廣泛使用。

1 機械制造與自動化控制

自動化控制是指沒有人為因素干擾的情況下，通過設定程序，從而自動完成相應的工作，實現(xiàn)相應的功能。機械制造過程中使用自動化技術，可以很大的提高資源的利用效率，確保機械制造的質量和安全，同時由于自動化可以實現(xiàn)大規(guī)模的集中管理與控制，所以管理時間大大縮小，管理效率大大提高。自動化實際上是借助于計算機網絡技術來實現(xiàn)的，計算機網絡可以把機械制造統(tǒng)一聯(lián)系起來，形成一個總的網絡，從而實現(xiàn)資源共享，十分有利于查找原因以及解決問題。

2 機械制造與自動化的特點

（1）高效性。機械制造自動化與傳統(tǒng)的機械制造技術相比，最大的優(yōu)勢就在于自動化技術的加入，它能夠把計算機電子技術、自動化控制技術等技術交疊在一起，從而使得機械制造更加的智能化和高效化，促進機械制造的進步。

（2）高質量。機械制造自動化使得功能更加豐富完善，還可以確保產品的質量，一旦機械制造自動化的質量得到保障，就可以很好的確保人們安全，滿足人們對于機械制造的要求標準。

（3）不斷優(yōu)化。機械制造過程中引入自動化技術可以使得機械制造的產品得到不斷優(yōu)化，產品功能更加完善，產品質量得到更好的保障。機械制造自動化技術更加的成熟，滿足不同需求，受到越來越多人的喜愛和應用。

3 機械制造與自動化的應用意義及其作用

3.1 自動化技術能夠很好的提高機械制造的生產能力和質量

機械制造過程中引入自動化技術能夠很好的提高機械制造的生產能力和質量，由于機械制造自動化產品大部分就能夠實現(xiàn)自動控制和自動處理功能，為此，通過這些自動化產品可以很好的實現(xiàn)機械制造的精確控制，從而保證機械制造不受外界因素的干擾，從而實現(xiàn)精確控制，保證工作質量。除此以外，由于機械制造自動化可以通過對軟件進行調整來滿足人們對于不同產品的需求，為此，可以很好的適合于多種類產品的生產，能夠大大縮短生產周期，滿足人們需求。

3.2 機械制造與自動化控制技術能夠實現(xiàn)對機械制造的全方位監(jiān)控

傳統(tǒng)的機械制造技術需要人來進行實時檢測與監(jiān)控，既費事又費力，效率也不是很高，如果引入自動化技術就可以解決這種問題，因為自動化技術本身就比較省時省力，可以通過計算機網絡技術來對機械制造實現(xiàn)全方位監(jiān)控，這樣有利于及時的找出問題所在，從而及時的進行解決。由于機械制造自動化具有實時監(jiān)控的功能，為此，能夠提前監(jiān)控到危險情況，最大程度的減少人員損失以及設備的損壞，確保機械制造的安全高效進行。

4 機械制造與自動化技術的應用前景分析

4.1 結合實際發(fā)展機械制造自動化技術

機械制造自動化技術應該與實際相結合，應該以企業(yè)的生產和發(fā)展技術為導向來發(fā)展，以便給企業(yè)帶來良好的經濟效益。機械制造生產過程中，對整個工藝流程都具有一定的操控規(guī)范和要求，它們直接影響著產品的質量和數量，為此，一定要確保加工的穩(wěn)定性，確保機械制造自動化能夠良好進行。在實際生產加工中，也已經得到了廣泛應用，具有良好的發(fā)展前景。

4.2 機械制造自動化用于調試與維修

機械制造與自動化還十分方便調試與維修，因為它能夠根據用戶的不同需求進行不同的設定，從而確保機械制造的高效性、安全性和精確性。現(xiàn)代自動化技術應該不斷的進行完善，不斷研制全新的自動化技術，從實際出發(fā)進行推廣和應用，只有這樣，才能在解決實際問題的基礎上給社會帶來更多的經濟效益。

4.3 機械制造自動化要不斷的完善基礎理論研究

現(xiàn)代自動化技術在不斷的發(fā)展，機械制造自動化應該不斷的完善理論研究，要從電子學、電子計算機技術等方面廣泛進行深入研究，以便能夠研制出高效、安全、可靠的自動化技術，滿足更多方面技術的需求。發(fā)展機械制造自動化技術就是要扎扎實實的做好基礎工作和實際推廣應用工作，以便自動化技術能夠更好的用于解決實際問題，幫助到更多的人們。

5 結束語

本文通過對機械制造與自動化的概念、特點、應用意義、應用現(xiàn)狀以及應用前景出發(fā)進行了分析，得出了：在科學技術快速發(fā)展的今天，自動化技術的引入可以大大提高資源利用率，解放人力，提高效率。機械制造自動化也可以逐漸向著機電一體化、智能化、模塊化、網絡化的方向發(fā)展，為此，機械制造自動化技術一定要充分結合生產實際情況發(fā)展機械制造自動化技術，實現(xiàn)投資少、效益高的自動化技術，從而滿足社會的發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉超.我國機械設計制造及其自動化發(fā)展方向研究[J].河南科技， 2013（3X）：105.

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篇7

關鍵詞：數控技術；機械加工；現(xiàn)狀分析

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

近年來，我國的機械工業(yè)在不斷地發(fā)展，機械加工技術也得到相當大的改善。數控技術能夠促進機械加工技術的改革，提高機械加工的質量和加工效率。除此之外，數控技術也在不同領域被廣泛使用，有助于加強加工技術的管理與控制。

1.數控技術的含義

數控技術的具體含義可分為宏觀和微觀兩個方面。就宏觀角度而言，數控技術是指運用數字控制技術提高機械加工的效率和精準性，使機械加工技術更好地發(fā)展；就微觀角度而言，數控技術是指將傳統(tǒng)技術與自身特有的技術相結合，換而言之，將網絡信息技術、光電技術等與自動化技術相結合，采用數字控制技術，保障機械加工的質量，在工作方式和機械加工概念進行改革，使機械加工精度和效率更高?？傊瑪悼丶庸ぜ夹g在企業(yè)中扮演著重要的角色，有助于提高加工的效率和質量。

2.數控技術的運用情況

制造業(yè)是每個國家產業(yè)發(fā)展的重要支柱，能夠反映一個國家的經濟發(fā)展水平，體現(xiàn)一個國家的實力狀況。世界各國為了提高綜合國力，加強研發(fā)各項技術，以促進制造業(yè)發(fā)展。在我國，數控加工技術已運用到機械加工產業(yè)的各個領域。在科技全球化的過程中，數控技術的引用能夠促進機械工業(yè)的發(fā)展，為機械加工制造業(yè)的改革提供技術保障。隨著數控技術的不斷引進和發(fā)展，不同的領域的人員都能較好地利用數控加工技術改善自己的產業(yè)發(fā)展狀況，促進各個領域的不斷擴大，特別是與國計民生相關的領域。近年來，數控技術是人們一直關注的重點，對數控技術的研究和探討已經達到白熱化狀態(tài)。

2.1數控技術在工業(yè)機器人中的運用

工業(yè)機器人是指能夠模仿人類的動作，在輸入編程后可以自動按照要求完成基本動作的自動化設備。比如按照預定的運動方案完成物件搬運或抓取。在生產過程中，工業(yè)機器人可以提高生產效率，保證生產質量，并能夠減少人工勞動力，工業(yè)機器人本質上依然是工業(yè)設備，不僅可以代替人類完成簡單的工作，而且能夠在人類無法工作的太空環(huán)境或深水環(huán)境中完成任務。

2.2數控技術在機床中的運用

數控技術的運用能夠實現(xiàn)機床的機電一體化，將原有的生產技術與機電一體化加工技術相結合， 即數控機床，主要包括車床主體系統(tǒng)、數字控制系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)。車床主體系統(tǒng)能夠自動完成機械加工過程中的切削工作，與傳統(tǒng)機床相比，數控機床具有更好的穩(wěn)定性和抗振性，能夠更好地適應生產工藝。數字控制系統(tǒng)負責邏輯運算部分，由數據處理器、控制器、輸入輸出設備等部分構成，能夠自動處理分析故障。伺服驅動系統(tǒng)是數控技術的核心，能夠快速地自動侍候服務。伺服驅動系統(tǒng)是由計算機控制，具有較好地系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精確性。與傳統(tǒng)技術相比，數控機床的能高效、高質的完成機加工，有效地保障了產品的質量，并且為企業(yè)創(chuàng)造更高的效益。

2.3數控技術在汽車制造業(yè)中的運用

數控技術是促進汽車制造業(yè)發(fā)展的重要保障，有利于完善汽車零件加工技術。利用數控技術的虛擬技術、柔性技術與集成技術能夠完成復雜的汽車零件加工技術，提高生產效率。數控技術在汽車制造業(yè)的運用主要是指利用高速的加工機床和高速的汽車零件加工技術，提高汽車零件生產率，保障汽車的機械加工質量，從而使企業(yè)獲得可觀的經濟效益。

3.數控技術的特點

3.1網絡化、開放化、智能化的數控技術

隨著科技技術的發(fā)展，數控技術的發(fā)展目標就是以智能化、開發(fā)化和網絡化為中心，全面改善數控技術在機械加工中的運用狀況。智能化是指數控技術具有智能系統(tǒng)，在多個方面實現(xiàn)自動化，包括前饋控制、識別負載、編寫程序等。另外，智能化數控能夠對機械加工進行實時監(jiān)控，同時也能夠提高驅動能力。開放化是指數控技術向各個產業(yè)開放，使每個產業(yè)能夠在必要時使用到數控技術，提高生產效率，增加社會效益。網絡化是指利用互聯(lián)網來控制數控系統(tǒng)，提高數控技術的準確性。

3.2高速、高精準的數控技術

質量、效率是數控技術的主體，數控技術需在機械加工中做到高速、精準。除此之外，高速、高精準的數控技術能夠縮短產品生產周期，從而提高市場競爭力。為了能夠使數控技術在機械加工中更好運用，數控技術的裝備一直處于改進狀態(tài)。

4.對數控技術的戰(zhàn)略思考

數控技術的發(fā)展必須以市場需求作為導向，促進整個數控業(yè)的發(fā)展。改善數控系統(tǒng)的關鍵是解決數控部件的生產規(guī)模和可靠性的問題。只有擴大規(guī)模才能提高產品的可靠性，只有擴大規(guī)模才能在競爭激烈的時代生產出高質量低價格的產品，只有擴大規(guī)模才能使數控裝備得到更好的發(fā)展。

4.1思考戰(zhàn)略

數控技術產業(yè)發(fā)展需考慮的首要因素是國家的安全性，具體可分為國防安全和社會安全兩個方面。首先，從國防安全方面來看，大多數西方國家主要生產高精尖的國防產品，并且將其作為戰(zhàn)略物質，對我國采取禁運和限制措施。發(fā)展數控技術產業(yè)，提高機械加工水平，制造高精尖的國防產品，才能保證國防安全，其次，從社會安全方面來看，機械加工業(yè)能夠提供眾多的就業(yè)機會，數控技術的發(fā)展更能夠改善人民生活質量，提高生活水平，維護社會穩(wěn)定。

4.2發(fā)展策略的制定

數控技術的改革應該以我國的基本國情作為出發(fā)點，將提高我國機械加工水平和產業(yè)化水平作為目標，將市場需求作為發(fā)展導向，運用系統(tǒng)性的方法進行發(fā)展。在研究內容上，選用21世紀初的核心發(fā)展技術和支撐技術，實現(xiàn)機械加工業(yè)的跨越式發(fā)展。在裝備研發(fā)上，要生產高精尖的裝備，按照國家意志，解決國家的當務之急，強調技術的研發(fā)與用戶的狀況時刻緊密結合。在技術方面，要注重創(chuàng)新，自主研發(fā)具有獨特性的產品和技術，實現(xiàn)數控業(yè)、裝備制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5.數控技術在機械加工中的重要性

隨著科學技術的發(fā)展和經濟水平的提高，計算機技術的發(fā)展和數控技術的運用，有效地促進了機械加工行業(yè)的發(fā)展。數控技術是高新技術發(fā)展的重要支柱。數控技術能夠實現(xiàn)高新技術成果的產業(yè)化，將研發(fā)成果從理論轉變?yōu)閷嶋H產品，為市場和高新技術之間建立了橋梁，促進國民經濟的發(fā)展。除此之外，數控技術也是實現(xiàn)我國國防現(xiàn)代化的基礎。數控技術能夠使國防設備向先進化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的制造國防設備技術無法實現(xiàn)大規(guī)模的生產，而數控加工技術能夠解決這一弊端，實現(xiàn)國防設備的高效批量化生產。數控技術不僅能提高國防設備的質量，更能增加國防裝備的威力，改善性能。

結束語：

數控技術能夠解決傳統(tǒng)機械加工方法的弊端，在機械加工行業(yè)中得到廣泛運用。數控技術具有高效性、準確性、智能性等特點，減少機械加工過程中的失誤，能夠促進機械加工行業(yè)的發(fā)展。同時，數控技術具有數字化功能，能夠實時控制加工制造的過程，使機械加工設備更加規(guī)范化和系統(tǒng)化。

參考文獻：

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關鍵詞：無人機；快遞；導航

1 無人機簡述

1.1 基本概述

無人機（UAV），也叫空中機器人。它通過機身傳感器獲得飛機飛行狀況，并且在自動或半自動的飛控系統(tǒng)控制飛行任務。其具有價格低廉和替代人操作而省時省力的功能，在現(xiàn)代社會得到了廣泛推廣。廣泛的需求、極高的效率和電子、新能源以及軟件技術的快速發(fā)展，促使無人機在飛控與通信導航技術方面獲得長足進步，先進的機載設備大大擴展了無人機的使用范圍。隨著技術和市場的日趨完善，以及其具有輕量化、便攜式、造價低等特點小型無人機在近年其在交通運輸以及城市中“最后兩公里”的快遞運送中發(fā)揮著重要作用。

1.2 無人機分類

無人機根據其機翼可分為固定翼無人機與旋翼無人機、傘翼無人機、撲翼無人機；按其翼展和航程可分為大型機、中型機、小型機和微型機；旋翼無人機可分為單旋翼、三旋翼、四翼無人機、六翼無人機等；按其飛行高度可分為超低空無人機（0～100m），低空無人機（100～1000m），中空無人機（1000～7000m），高空無人機（7000～18000m）。

1.3 無人機的應用

無人機主要用于軍事領域的偵查、攻擊等，但是近年來無人機也被廣泛應用于民間，尤其是多旋翼無人機由于其機動性強、噪音小、便于起降等優(yōu)點被廣泛的用于電線架設、噴灑農藥、影視拍攝等方面。

2 無人機投放快遞優(yōu)勢與前景分析

2.1 無人機投送快遞的優(yōu)勢

（1）快速：無人機投送最大的優(yōu)勢就是快速。當今中國城市發(fā)展迅速且協(xié)調性較差，再加上汽車走進了千家萬戶，造成嚴重的城市擁堵，尤其在早晚高峰外賣快遞等更多時候被堵在擁擠的道路上，而城市上空的空間卻未被有效利用，例如送快遞、送快餐等可以在空中進行，不用占用城市道路。

（2）價格低廉：有人或許擔心無人機投送這種高科技裝備其運送成本過高的問題，一般人是否用得起。所使用進行投送的無人機其主要能源為電力，其運輸成本大概在兩毛至三毛五分錢，按其任務半徑為十公里計算其運送一個件大概為兩塊至三塊五毛錢。相對于越來越高的運輸稱成本其優(yōu)勢越來越明顯。

（3）方便：無人機投送快遞不會受到地形的限制，效率極高尤其對于復雜地形條件其優(yōu)勢明顯

2.2 無人機投放快遞前景

2015年我國快遞業(yè)務量超過了200億，居全球首位，有相關機構預測未來我國每天的快遞單數將達3億個，在農村偏遠地區(qū)有時快遞員開著車可能只是為了送一個包裹，這種普通的快遞派送方式浪費資源效率低下，同時隨著我國經濟發(fā)展快遞行業(yè)的運營成本也將節(jié)節(jié)攀升，此時需要技術來解決運營陳本問題。與此同時，隨著科技的進步我國也出現(xiàn)了許多著名的無人機生產廠商，無人機也逐漸運用到了生活中的各個領域。若將無人機與中國的快遞行業(yè)相結合其前景無不可限量。

3 無人機載重的探討

3.1 用于投送快遞的無人機類型

用于進行快遞投送的無人機因在城市中穿梭起降，需采用旋翼式無人機。一般單旋翼無人電能轉化為勢能效率較高，但穩(wěn)定性較差；而旋翼越多的無人機效率較低，具體機型結合具體情況確定。其中在各行各業(yè)四旋翼無人機使用較為廣泛，體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）旋翼尺寸小，且不需要專口的反扭矩獎，飛行安全性高，特別適合在近地面環(huán)境中；（2）巧結構緊湊，動力裝置效率高，有效載荷大；（3）結構對稱，制造和控制簡單，拆卸方便，易于維護，成本低，安全性好；（4）四旋翼飛行器的設計和研制是集諸多衣術成果于一體的綜合科學技術問題，涵蓋了結構設計、動力與能源、控制與導航、通信技術、微機電技術和傳感器技術等專業(yè)技術領域，因此可作為一個優(yōu)秀的交叉學科科研實驗平臺[2]。

3.2 旋翼無人機的飛行原理

用于快遞投放的無人機為旋翼無人機，其飛行原理與直升機相同，為了能夠模擬槳葉的繞流，葉素理論將槳葉劃分為有限個微小段（稱為葉素），然后計算每一個葉素上的氣動力，最后沿徑向求和得到槳葉上的總氣動力[1]。電機通電帶動旋翼旋轉產生向上的升力，當升力大于整套無人機系統(tǒng)的重力時，無人機加速上升，兩者相同時無人機懸停或者勻速飛行，升力小于無人機重力時無人機下降。改變旋翼的姿態(tài)來調整飛行動作，比如轉彎等。

3.3 無人機載荷

一個普通包裹一般在10公斤以內，可滿足基本的包裹需求。無人機的起飛重量時無人機能否被用于派送的關鍵。無人機的起飛重量減去無人機自身各個零部件的重量，就得出了無人機的載貨量。無人機的輸出功率和旋翼的大小決定了起飛重量的大小，表中給出的是江斌[3]，吳江等[4]設計試驗四旋翼無人機的單個旋翼設計參數。

由表1中數據，當某快遞質量較小時可選用功率與旋翼較小的無人機，在滿足要求的情況下，盡量減小能耗。當選用兩對9英寸正反槳時、功率為60w時總升力達1600g，載重達800g，可滿足小件的派送，當選用29英寸×9.5英寸、輸出功率為2840w時旋翼的總升力為38010g，空機重量為13670g，其載重可達24340g可滿足絕大多數快遞重量要求。

4 無人機投送快遞信息技術預想

未來可以成立一個類似于阿里巴巴的獨立于買家與賣家的第三方機構，為賣家提供無人機送貨以及各種相關的信息化服務，賣家可以購買或者租賃我方的無人機，由商家接單，將買家的地址信息發(fā)送過來，由我方錄入系統(tǒng)，傳送至飛行控制板，然后無人機起飛在賣家載貨后飛往買家，買家在線簽收，返回執(zhí)行下此任務或返回基站降落于自動化的傳送帶送至檢修中心進行檢修對電池進行充電，準備下次任務。

5 無人機投放系統(tǒng)的基本組成情況討論

無人機投放系統(tǒng)其主要包括自動化的地面基站、無人機和用戶組成。

5.1 地面基站控制中心

地面控制中心是整套系統(tǒng)的大腦，不斷的接收來自整個城市的客戶信息，并進行分類匯總，它相當于現(xiàn)代鐵路網中的火車站，民航客機的控制塔臺和航天指揮中心等。各架無人機的各種飛行參數包括所載的經度、維度、高度、距離指揮中心的距離、電池剩余電量、本次任務的目的地是否給此無人機下次安排任務等各種信息均儲存于地面基站。

5.2 無人機

無人機系統(tǒng)包括：能源系統(tǒng)、引擎、旋翼、GPS信號接收模塊、超聲波測距模塊、飛行控制主板、貨箱等。

能源系統(tǒng)：為了減輕無人機把自身的重量，可以采用鋰聚合物電池。其能源系統(tǒng)可分為兩部分，一是較高電壓（根據其載重選擇電源的電壓）為引擎提供電源可以為一整塊大容量電池也可以為若干塊電源的串聯(lián)。二是電壓較低的電源為電調系統(tǒng)、飛行控制板等定位裝置，超聲波測距裝置提供直流工作電源。

引擎：引擎為無人機的心臟，選擇時既要考慮引擎與能源的匹配還要考慮引擎的功率與自身的重量，可以選擇無刷直流電動機。無刷直流電機是集交流電機和直流電機優(yōu)點于一體的機電一體化產品。無刷直流電機以其出力大、效率高、體積小和可靠性高等顯著優(yōu)點，已經廣泛應用于航模和無人機領域[5]。

旋翼：無人機在加速上升階段或載重較大時旋翼轉速較大，旋翼在飛行時轉速可達近萬轉/分，需要承受較大的彎曲應力和剪切應力。而碳纖維復合材料在這方面具有獨特的優(yōu)點[6]，其具有形變小、阻力小、重量較輕的優(yōu)點。同時需注意無人機飛行時由于旋翼轉速較高，機翼的些微的不平衡將會造成機身的劇烈震動影響飛行安全。所以必須保證旋翼的各個扇片面積，厚度質量等完全相等。當檢測出某個扇片重量較輕時可以在此扇片上粘上若干層膠帶以平衡其不足。

GPS信號接收模塊：無人機接收到目的地信息后，系統(tǒng)為其設計航線，在航線上設有若干個航點無人機需要GPS信號進行導航 使無人機由一個航點飛向下一個航點。同時無人機不斷向地面基地發(fā)送無人機的基本狀態(tài)，包括航向、經緯度、高度電池的續(xù)航能力，地面控制中心能充分了解每架無人機的實時信息。

超聲波測距模塊：無人機主要飛行于市區(qū)的上空，市區(qū)中較高的建筑以及到達目的地時有可能撞上建筑物。未解決這一問題，可在機身較為暴露的位置加裝超聲波測距模塊，當無人機與建筑物距離較近時向飛行控制主板發(fā)送相應的信號對相應的航路進行微調或者降低在相應水平方向上的距離以避免無人機發(fā)生碰撞事故。

飛行控制主板：飛行控制主板是無人機的大腦，超聲波測距模塊和GPS信號接收模塊接收到的來自地面基站、用戶以及自身的飛行數據等各種信息匯聚于此進行分析處理，同時做出相應的飛行調整。

無人機運貨箱：無人機運貨箱相當于大貨車的車廂，用于盛放快件物品。其具有以下優(yōu)點。（1）材質質地較輕，無人機本身動力有限，盡量降低自身的重量。（2）具有相應的硬度，需防止貨箱在空中解體或者掉落等情況發(fā)生。（3）具有相對較大的體積，有時可能快遞本省重量不大，而體積較大，需要具有較大的體積。（4）耐用，由于貨箱長期暴露于空氣中，有時可能淋雨生銹等。另外，在貨箱的底部四個角各加裝一個彈簧以盡量減小無人機降落時的震動，防止對機體內各個零件的損害。

5.3 用戶

用戶系統(tǒng)可以是一個客戶收貨的小“郵箱”，可以設置在用戶的窗戶上或者陽臺上其內置相應的信號發(fā)出裝置，可以將用戶的地理坐標直接發(fā)送至地面基站的控制中心和無人機以便于航線的設計和讓無人機精確的找到客戶。無人機將快件送至用戶后無人機將懸停于陽臺或者窗臺，用戶從貨箱取回快件后無人機飛走。

綜上，現(xiàn)有硬件系統(tǒng)可以滿足相應的技術要求。

6 外界對無人機送快遞的幾點擔憂

（1）無人機在城市上空穿梭有可能撞上城市中的高樓大廈或者將來無人機數量較多時也有可能出現(xiàn)無人機之間發(fā)生碰撞。這種擔心有一定的根據，但是是多余，無人機飛行的高度較高避開了大多數較矮的建筑物同時上文我們曾提到無人機系統(tǒng)上加裝有超聲波測距裝置，在其距離建筑物較近時會自主改變航道（只是較小的改變）遠離建筑物以及其他無人機。初創(chuàng)公司 Skyward 正在研發(fā)無人機交通控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)使數千無人機在城市上空飛行而不會互相碰撞。Skyward 正在跟 FAA 和全球三大無人機制造商（大疆、3D Robotics、Parrot）合作以證明大量的無人機可以在擁擠空域安全地共存[7]。

（2）有些不法分子可能對無人機進行“劫機越貨”。無人機只有在起降時距離地面較近，其余均遠離建筑物和地面，所擔心的不法分子進行劫機的情況不會發(fā)生。

（3）國內 2009 年相關部門下發(fā)的《民用無人機空中交通管理辦法》并未涉及商業(yè)應用的相關內容[8]。也就是說有關無人機飛行的立法還是空白，但是隨著經濟與科技的發(fā)展，無人機的使用會更加普遍，市場會更加繁榮，這勢必會促使有關部門加速制定相關標準。據了解，以中國航空器 擁有者及駕駛者協(xié)會（AOPA）為代表的組織，正在推動無人機行業(yè)的飛行標準，以及合規(guī)化。

7 在小型無人機使用中目前需解決的問題

（1）無人機在相對惡劣的天氣條件下難以保證安全。小型無人機重量較輕，在大風和強降雨條件下可能會被吹翻，或者雨水的沖擊可能發(fā)生墜毀事故。

（2）無人機系統(tǒng)結構較為簡單，安全難以保障，在飛行途中可能出現(xiàn)墜機事件，砸傷行人毀壞快件。所有的航空設備都要面對這一問題，對于這一問題的解決各個研發(fā)單位都在優(yōu)化無人機的飛行程序，積累更多的飛行數據。

8 結束語

隨著市場，技術的完善，無人機送快遞，雖然還存在一些問題，但不可否認在不久的將來必將普及。

參考文獻

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篇9

關鍵詞：大學生　教育　創(chuàng)新 教改　思考

2005年以來，我們武漢工業(yè)學院機械工程系學生先后參加了“中南六省及港澳地區(qū)大學生機械創(chuàng)新設計大賽”和“全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽湖北省賽區(qū)分賽”等創(chuàng)新競賽活動，獲得各種比賽一等獎3項、二等獎5項、三等獎5項。這說明我校機械設計專業(yè)教學水平在湖北省乃至中南地區(qū)具有較強的實力，學生的創(chuàng)新意識和動手能力具有一定的競爭力。然而，大賽畢竟只有極少數學生才有機會參與并創(chuàng)造成績，還有更多的學生無緣大賽，也缺少實踐的訓練機會。機械設計專業(yè)是一個實踐性極強的專業(yè)，要求學生具備必要的專業(yè)理論知識的同時，還要有較強的創(chuàng)新意識和動手能力，才能符合我校培養(yǎng)“能吃苦、能干事、能創(chuàng)業(yè)”的三能人才的培養(yǎng)目標，才能更好地滿足社會的需要。

縱觀我國各工科院校的教學現(xiàn)狀，大都存在教學模式單一，教學方法過死，滿堂灌、填鴨式；重理論、輕實踐；強傳統(tǒng)、少創(chuàng)新等狀況，這不但束縛了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，也不利于人才的培養(yǎng)。清華大學校長認為清華博士生的畢業(yè)論文有創(chuàng)新的不足十分之一，中國人民大學校長紀寶成教授認為“大學應教給學生什么？是創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法、創(chuàng)新能力。創(chuàng)新應是大學的辦學理念，也是一所大學的靈魂。”由此可見培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，不僅是各界志士仁人的共識，也是當前我國高校教學中的突出缺陷，更是創(chuàng)新社會對創(chuàng)造性人才的呼喚與期待！

作為一所普通的理工科院校，該如何在大學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)上做文章呢？本著先易后難、逐步推進的原則，我們采取開設《機械設計創(chuàng)新方略》選修課的方式，把一些富有創(chuàng)造思維的學生集中起來，從老師中遴選出一些理論功底扎實，實踐經驗豐富的教師，以講座的方式，開拓同學們的思維，激活學生的創(chuàng)造靈感，為學生渴求創(chuàng)造的心靈中播下創(chuàng)新的種子，為他們畢業(yè)后走向社會提供精神上的推力。

一、創(chuàng)新課程內容的設置

根據工科機械類大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求以及歷次創(chuàng)新大賽的比賽要求，我們把課程分為理論授課和實踐操作兩部分。理論部分的內容主要以啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維為目的，通過八位教師從不同的側面循循善誘、旁敲側擊，讓學生充分了解創(chuàng)新的方法及思路，以滿足社會對大學生的要求，提高創(chuàng)新能力的知識儲備，創(chuàng)新設計方案的策劃、制作以及管理知識等。創(chuàng)新課程八個方面的內容包括：①機械創(chuàng)新方法與大學生創(chuàng)新能力體系結構；②創(chuàng)新產品的市場調研與開發(fā)；③怎樣進行創(chuàng)新產品的方案設計；④工具軟件在創(chuàng)新設計中的應用；⑤機械產品機電一體化系統(tǒng)設計的實現(xiàn)；⑥創(chuàng)新產品的制造與組織；⑦創(chuàng)新產品的先進加工方法；⑧創(chuàng)新產品的項目管理與策略。

一方面，八個講座內容循序漸進，深入淺出，環(huán)環(huán)相扣，知識聯(lián)系性強。通過學習，同學們不僅豐富了專業(yè)知識，拓展了知識結構，而且學習到了許多平常在課堂上學不到的實踐應用知識，比如軟件知識、電腦仿真技術、動畫模擬、產品的市場調研和前景分析、制作產品的先進加工方法、與人溝通和演講技巧、團結協(xié)作精神等。

另一方面，為了讓同學們有動手訓練機會，課程設置了十分重要的實踐操作部分。理論課程結束后，選修課程的100多名同學以組為單位由八位教師分別負責，帶領他們立項、擬題，對同學們的創(chuàng)新能力進行進一步的開發(fā)，結合機械工程系“開放性實驗室管理辦法”、“開放性實驗室條件利用規(guī)定”和實訓工廠等得天獨厚的條件，讓同學們親自參與到產品的制作過程中，使他們在實踐中學習，在學習中再實踐的，有效彌補了學生在知識應用及動手能力上的不足，極大地調動了學生的學習積極性和主動性。

二、課程設置及教學特點

科學設置了內容，還要講究好的教學方法，才能實現(xiàn)內容與形式的統(tǒng)一，讓學生充分感受到創(chuàng)新的氛圍。

1.課程采取理論與實踐相結合的方式，彌補了工科學生實踐環(huán)節(jié)不夠的缺陷。學生既要學習理論知識，又要主動去動腦筋想方案，更要親自動手，全方位鍛煉自己的能力。

2.授課形式新穎，內容豐富生動。改變了以往一個教師講完一門課的模式，八位教師從八個不同的角度，以講座的形式，娓娓道來；講座內容精心挑選，既相對獨立又相互聯(lián)系，既權威性又獨創(chuàng)性，真是“八仙過海，各顯神通”。這種形式使學生對每一次課都有新的期待，教師展示在學生面前的都是他們最拿手、最有特色的一面，最大限度地吸引了學生的注意力。

3.課程的結業(yè)形式簡單。課程結束后，不對學生進行傳統(tǒng)的書面考試，而是采取讓學生以組為單位交一份“作業(yè)”，內容是學生自主設計或制作一件設計方案或作品，這樣做既減輕了學生要面臨期末考試的負擔，讓學生在輕松的氣氛中學習，又啟發(fā)和調動了學生主動學習的積極性，鍛煉他們的動手能力，提高他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

4.充分尊重學生的自主權。表現(xiàn)在兩個方面：一是在課程結業(yè)形式上，二是在學生選擇實踐環(huán)節(jié)的指導教師上。采取什么樣的方式結業(yè)，是考試還是提交作品和方案，我們征求了每一位學生的意見，最后聽取了大多數學生的意見；在實踐操作環(huán)節(jié)，我們要求每一位學生都應該有教師指導，由學生選擇指導教師，這樣，學生可以根據自己的喜好和知識結構來選擇教師，也有利于發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造性。

5.訓練學生的團隊合作精神。從一開始，我們就強調要團結協(xié)作，要求學生分組學習：每五位學生為一組，小組成員不受班級和專業(yè)的限制，可以是不同的專業(yè)，還要求小組成員男女搭配，分工協(xié)作。

6.課程結果不是競賽，勝似競賽。課程結業(yè)時，最后提交的作業(yè)是小組集體創(chuàng)作的完整的方案設計書或作品，由課題組八位教師進行評比和打分，評選方式與國家組織的機械創(chuàng)新大賽相同，要求有書面的設計計劃書，內容涵蓋作品的創(chuàng)新點、設計計算說明書、產品市場定位、開發(fā)產品的市場前景等；電腦制作的產品仿真動畫圖；CAD 制作裝配圖；三分鐘視頻講解；小組答辯，接受教師和專家的提問等等。最后評出一、二、三等獎，再給出創(chuàng)新學分。

三、教學效果

理論課程結束后，我們隨機對選修這門課程的120位學生進行了訪談和調查。就學生在上課前后創(chuàng)新意識方面的變化等進行調查，結果如表2：

表2 開設《機械設計創(chuàng)新方略》選修課的調查問卷統(tǒng)計結果

1．作為一個工科機械類大學生，你認為開設這門課程有必要嗎？

A.有必要（84.7%）　B.一般（14.2%）　C.沒有必要（1.10%）

2．這門課程對培養(yǎng)你的創(chuàng)新能力有幫助嗎？

A.有（60.83%）　B.一般（29.2%）　C.沒有（1.66%）

3．這種多位教師共同上一門課程的形式好嗎？為什么？

很好（92.5%）。匯總后：每位教師展示的都是自己最好的一面，信息量大，總給學生新鮮感，學生每一次上課都很期待。

4．選修這門課程你認望達到了什么效果？

匯總后：啟發(fā)思維，開闊眼界，更加深入地了解該領域的專業(yè)知識，拓展了知識面。

5．開設該課程前后對提高你的創(chuàng)新意識有變化嗎？如果有，你感受最深的是什么？

有（90.9%）。匯總后：啟發(fā)思維，創(chuàng)新意識提高，明確了今后努力的方向

6．請你對這門課程提幾個意見和建議。

匯總后：增加課時，部分知識要深入講解，有機會上機練習；注意各個教師之間講課的連貫性；希望把課程繼續(xù)開辦下去。

通過對調查問卷的統(tǒng)計，我們對課程的教學效果得出如下分析：

第一，開拓視野，啟發(fā)思維。課程最大的好處就是啟發(fā)了學生的創(chuàng)新思維。老師們傾其所有，把自己領域內的最新、最好的知識和成果告訴學生，內容豐富，信息廣泛，極大地啟發(fā)了學生的思維。課程的開設起到了拋磚引玉的效果，幫助學生開啟了創(chuàng)新思維的大門。

第二，提高素質，增強能力。課程設置既有理論知識，又有實踐環(huán)節(jié)，通過學習和實踐，學生在學習能力、創(chuàng)新設計能力、動手能力、綜合設計和制造等實際工作能力、知識運用能力、語言表達能力、組織協(xié)調和應變能力、計算機應用水平、主動學習和團結協(xié)作精神上，得到極大地幫助和提高。

第三，激發(fā)學習動力，增加責任感。通過教師的旁敲側擊和旁征博引，同學們對自己目前所處的位置有了更清晰的了解，包括對社會的責任、就業(yè)形勢、知識結構、動手能力、綜合素質等。對他們增加學習動力、即時調整知識結構有很大的幫助，有效激發(fā)了他們刻苦學習、勇攀高峰的決心和信心，綜合素質明顯提高。

四、幾點思考

1.樹立創(chuàng)新教育理念，改革現(xiàn)有教學模式勢在必行。

我國的教育方式大多是注入式教育，從小學到大學基本如此，應試教育嚴重。教高〔2007〕1號文件指出，“目前，我國高等教育質量還不能完全適應經濟社會發(fā)展的需要……，迫切需要進一步轉變人才培養(yǎng)模式、教學內容和方法，采取切實有效的措施，進一步深化高等學校教學改革，提高人才培養(yǎng)的能力和水平，更好地滿足經濟社會發(fā)展對高素質創(chuàng)新性人才的需要”。因此，作為引導青年學生成長成才的教育者，我們要始終樹立創(chuàng)新教育理念，大力推進教學方法的改革，提倡啟發(fā)式教學，注重因材施教。利用學生求知欲望強烈、接受新生事物快捷的特點，把學生被動接受知識變成主動的求知者、參與者和探索者，真正致力于“人才培養(yǎng)模式多樣化、教學培養(yǎng)方案個性化、教學內容基礎化、學生學習主體化、教學手段現(xiàn)代化和教學管理科學化”的實踐與建設，把創(chuàng)新教育及其模式研究作為教師的工作職責，引領青年學生大膽地向創(chuàng)新的大道上邁進，做一個符合創(chuàng)新型國家要求的創(chuàng)新型人才。

2.高度重視實踐環(huán)節(jié)，增加實訓教學時數，提高學生實踐能力。

與國外的工科大學相比，我國大學生理論課程太重，而實踐動手環(huán)節(jié)不夠，學生面對教師給出的實際訓練課題大多不知所措。教育部日前頒布《關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》（教高〔2007〕2號）要求，各高校應通過降低必修課比例、加大選修課比例、減少課堂講授時數等舉措，賦予大學生更多學習自主權。規(guī)定理工農醫(yī)類專業(yè)列入教學計劃的各實踐教學環(huán)節(jié)累計學分（學時）一般不應少于總學分（學時）的25%。同時，鼓勵高校之間跨校選修課程，加強高校之間的學分互認。

3.著力培養(yǎng)和打造一批具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的骨干教師。

俗話說：“名師出高徒”。只有把眾多的能夠深刻影響莘莘學子的教師的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新活力激發(fā)起來，高校才能擔負起人才培養(yǎng)的重任。我們應成立創(chuàng)新教育團隊，制定一系列考核和激勵機制，把教師好的創(chuàng)新教學方法和成果納入對教師的目標考核之中，大力支持和鼓勵教師開拓創(chuàng)新教育方案，為創(chuàng)新教育搭建平臺。

4.加大投入，營造良好創(chuàng)新環(huán)境，讓創(chuàng)新教育貫穿到學校教育教學的每一個環(huán)節(jié)。

創(chuàng)新教育是一個系統(tǒng)工程，創(chuàng)新主體 “人”的積極性調動起來，還要有良好的創(chuàng)新環(huán)境。創(chuàng)新教育要做到有計劃、有步驟、循序漸進，要加大軟硬件投入，包括開設必修課、多方位增開培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的選修課，增加開放性實驗室數量、充實和開放實訓中心、引進高級技師、配備相應的指導教師、增加實踐教學環(huán)節(jié)課時量；全方位組織科技創(chuàng)新活動，如開展創(chuàng)新課件競賽、舉辦創(chuàng)新作品展覽、以創(chuàng)新為主題的演講比賽、辯論賽等創(chuàng)新文化活動等，多方面、寬途徑為學生創(chuàng)新教育創(chuàng)造條件，拓展創(chuàng)新教育空間，從上到下營造一種創(chuàng)新氛圍和風氣，讓學生充分感受到創(chuàng)新的活力與魅力，形成良好的創(chuàng)新環(huán)境。

另外，重視大學生課外科技活動，充分利用各類學科競賽，大力支持和鼓勵大學生積極參與科技創(chuàng)新活動，充分利用各種渠道為學生的科技創(chuàng)新活動提供方便，這是實踐教學環(huán)節(jié)的延伸，是實現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要而有效的途徑之一。學校出臺政策，對培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力做出成績的教師予以表彰和獎勵，對具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新行動的學生給予支持和肯定，讓創(chuàng)新之風充盈校園。

參考文獻

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