发布时间：2023-10-10 15:36:18
绪论：一篇引人入胜的机电一体化从业方向，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。
1机电一体化产品概念设计的概述
1.1机电一体化产品概念设计的内容
机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。
1.2机电一体化产品创新概念设计的意义
机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。
2机电一体化产品创新概念设计理论
2.1机电一体化产品应用到的系统原理
机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。
2.2机电一体化产品创新的概念设计方法
对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。
2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望
机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。
3结束语
机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。
作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院
一、背景
以气动技术、液压技术、电气控制技术、传感器技术、PLC技术、网络及通讯技术相互渗透，综合形成的机电一体化技术，广泛应用于装备制造业和机械、电子、汽车、化工、材料、食品等产品的生产过程中。该项技术的应用提高了生产装备的信息化和智能化程度，提高了产品质量和生产效率。当前劳动力市场急需大批的机电一体化岗位技能型人才，机电一体化岗位技能型人才短缺的矛盾已经越来越明显。
二、机电一体化的概念
机电一体化技术是机械工程和电子工程、机械技术和电子技术合成的产物，其产品一般是在机械产品的基础上采用电子技术、控制技术和计算机技术等通过相互渗透和融合所产生出来的新一代产品和系统。目前机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合。
三、加强机电一体化职业技能学习的必要性
1.社会需求
机电一体化专业人才被国家列为21世纪社会发展最急需的十大专业人才之一，企业要求该专业的毕业生能从事加工制造业，家电生产和售后服务，数控加工机床设备使用维护，物业自动化管理系统，机电产品设计、生产、改造、技术支持，以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等。但目前机电一体化专业的毕业生所掌握的知识和技能还达不到社会和企业的要求。
2.机电一体化课程设置
目前全国许多职业中职、中高级技工学校、职业高中、高职高专等院校都开设有机电一体化专业，但各个学校结合自身的办学特点，一类是侧重于机械专业，另一类则侧重于电气专业，都只是机电一体化专业的一小部分，毕业生不能满足市场的需求，无法达到机电一体化技能岗位的工作。导致的原因不难看出，许多学校的学生除了要拿到毕业证外，还必须考取相应的职业技能等级证书，而机电一体化只是一个专业名称，涉及的知识面广，国家没有这个职业技能等级考试的工种，因此各学校就根据自身的特点针对职业技能鉴定的工种选择其一作为学生毕业鉴定合格的标准，这就使学校在专业课程设置上偏离了机电一体化的本质，学生不能将机电一体化专业技能全面掌握。
3.国家政策
机电一体化职业是劳动和社会保障部中国就业培训技术指导中心开发的新职业项目之一，2006年纳入到国家高技能人才培训工程。为了培养出能适应企业的生产要求，劳动和社会保障部中国就业培训技术指导中心设置了机电一体化职业技能培训和认证。
对机电一体化专业的学生在现有的专业基础上进行针对性的专业强化训练是很有必要的，可以使学生在掌握技能的同时取得从业资格的认证证书，为就业奠定基础。
四、机电一体化专业培养目标
1.核心技术要求
传统的机电控制技术主要是指以各种类型继电器、开关为核心的继电器逻辑与模拟电子技术相结合的机电技术。机电一体化技术是传统的机电控制技术与现代检测技术、新型自控元件应用技术、计算机控制技术有机结合的高新技术，是现代制造业的核心技术。机电一体化专业技能岗位要求从业员工掌握机械传动技术、气动技术、液压技术、电气控制技术、传感器技术、自动检测技术、PLC及其自动控制技术、变频技术、网络及通讯技术、机械技术、伺服驱动技术、CAD制图技术等。
2.核心能力要求
具有机电设备安装、调试、机电设备运行维护、设备故障维修能力，电工电子及控制技术应用能力，电气设备及控制电路、机械零件的测绘加工能力，设备的机电一体化技术改造能力。
3.职业技能要求
从事机电一体化技术岗位应取得劳动部门颁发的电工上岗证、中高级及以上级维修电工资格证书或CAD证等。
五、主要课程及实践环节
1.主要课程
机械制图、CAD应用技术、电工电子技术，机械制造工艺与装备、电动机及电气控制技术、液压与气动技术、传感器技术、PLC工程及技术应用、单片机应用技术、自动生产线的安装与调试、数控机床维修、变频器应用技术、网络通讯技术、机电一体化系统设计等。
2.实践环节
金工实习、电子实习、计算机操作实习、自动生产线实习、机电综合实训、数控系统维修实训、基本维修电工实训、PLC编程与设计实训、变频器实训、触摸屏及网络通讯实训等。
六、就业方向
机电一体化技术专业就业范围是面向各行业，主要可以从事以下工作。
一是机电设备的使用、安装、调试、维修与技术改造工作；
二是自动化设备和生产线的安装、调试、运行、维修与检测工作；
1前言
为了促进机械专业的跨越式发展和国际化进程，进一步提升机械设计制造及其自动化专业的教学质量、社会声誉和国际视野，促进本科毕业生的国际交流，为工程师执业资格认证奠定基础[1]，从2013年下半年开始，贵州大学机械工程学院机械制造及其自动化专业开始着手准备进行工程教育认证，于2014年顺利通过该认证。在以“认证”为目标，不断促进教学改革的过程中，全院教师始终坚持以能力为导向，重在加强学生的培养质量和利用学科知识分析解决工程实际问题的能力[2]；同时以学生为中心，以不断优化和改进的培养目标和毕业要求，建立、建设优质的课程体系和师资队伍，配备必要的教研设备。在“迎接认证”、不断改进的过程中发现一些专业课程存在的问题，以培养目标和毕业要求的工程性不强为代表，主要体现有教学内容缺乏实际工程拓展，课程教学方法有待拓宽，特别是工程实践能力的培养还需要进一步加强。机电一体化系统设计作为机械电子工程方向一门重要的专业课，亟待相关教学改革，以适应工程教育认证的要求。
2现状与问题基本现状
机电一体化系统设计是机械制造及其自动化专业机械电子工程方向的一门重要的专业课程，目的是培养学生对机电一体化系统的应用和设计能力，掌握机械系统元部件设计和微机控制系统及其接口设计方法，培养机电结合的专门人才。本课程的基本任务是使学生掌握对机电一体化系统的分析应用和设计基本方法。该课程涉及的机械传动部件、电机、微机接口技术和机电一体化设计思路等，可以说是对本专业前期所学专业课程进行融合、需要实践深入消化和提高认识的一个重要环节。并且贵州大学机械工程学院不仅是机械电子工程方向开设本课程，机械制造和农业机械化专业方向也开设了本课程，学生普遍反映教学枯燥，工程实践性不强，部分知识无法理解。为了使机电一体化系统设计课程与“工程教育认证”要求相适应，更好地帮助学生掌握本门课程知识内容和加强工程实践能力培养，达到学以致用的目的，需要对机电一体化系统设计课程的教学内容和方法进行改革研究。主要存在的问题贵州大学机械工程学院于21世纪初开始在机械电子工程专业方向的本科班开设机电一体化系统设计，随着十多年教学经验的积累，已形成一套较为完善的教学方案和体系。但是随着技术的不断革新，社会和工作岗位对学生要求的不断提升，越发觉得本课程的传统教学中存在一些问题，主要表现在以下几个方面。1）教学内容陈旧，过于侧重机械结构的讲解。通过工程教育认证评估，充分和企业沟通后，发现一些课程所教授的内容和技术已经在当下机电产品中被新技术所取代。另外，由于在教授本课程前有单片机原理、接口技术和机械控制工程等课程，在机电一体化系统设计的教学中都会以典型机电系统的传动结构为主，使“机”和“电”在教学过程中不能充分结合。2）实验教学设施不足，实验内容受到限制。本专业拥有的机电一体化教学设备较少，有的仅仅停留在十字工作台、单片机和传感器方面，对于机电系统的稳定性和优化部分的实验暂时空缺，这不利于学生提高感官认识。3）教学方法单一，缺乏与工程实际的联系。现有教学基本上是以课堂教学为主，辅以少量实验，大多采用讲授法通过多媒体教学平台进行授课，而且大多是纸上谈兵，课程教学与实验教学同工程实践联系甚少，与“工程教育认证”的要求存在差距。4）学生反映学习难度大，应用能力不强。在教学过程中，一些学生反映部分知识点难以理解，不清楚这些知识能“干什么”，能解决什么问题。另外，从考试反馈来看，学生对综合应用机电技术的能力还有待提高，特别是不能将一些来自工程实际的问题和书本知识结合起来分析。
3教学改革教学内容的改革
1）树立“机电结合”的系统教学思路。机电一体化的目的是提高产品或系统的附加价值，实现多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源，并使产品结构向轻、薄、短、小化方向发展。因此，机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑，应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程，都要贯彻系统设计的思想[3]。机电一体化系统设计课程的教学也是如此。在课程讲述过程中，如果只是根据教材的章节顺序进行讲解，会在学生脑海中形成一个个的知识孤岛。因此需要将整个课程用几个典型案例把所有章节贯穿起来，做到前后呼应。如在教学“机械结构”中的“机架和支撑稳定性”时，可以和“元部件特性分析”中的“静、动态特性分析”结合起来，在讲机械结构时就引入控制工程中的一些知识点。另外，教材的最后一章有很多案例，可以根据这些案例的特点，将其穿前面的章节讲解，在讲授每一部分内容时都结合案例，并将系统设计方法融于其中，不仅利于学生对知识的掌握，还可以举一反三、加深理解。2）选择性地介绍章节重点。要有选择性地介绍机电一体化各组成部分。对于机械系统部件，要重点讲解传动原理和典型结构，一些特殊的部件可以留给学生自学。对于执行元件和控制器由于在先修课程中有所学习，因此对其基础知识不做详细介绍，重点内容放在典型元件特性及其驱动和接口部分。这样既可以避免使学员因重复学习而失去兴趣，又可以有更多的时间放在牢固树立系统的观点，深入理解组成机电一体化系统的各构成要素之间的关系。3）以“看得见、摸得着”的机电产品为突破口。要更多地从教学团队科研真题和本地企业合作项目寻找典型案例，让更多的案例“看得见，摸得着”。一方面可以带领学生参观企业，另一方面要鼓励一些教师展示机电一体化方面的科研样机，让学生可以直接参与教师科研课题。同时要及时更新案例，给学生展示最新的技术和产品，了解机电一体化产品的前沿；还要充分给予成绩较好者学习空间，特别是对于一些比较复杂或精度要求高的运动定位控制和智能控制,可以让学生结合学过的自动控制理论知识设计运动控制算法，为研究生阶段的学习做准备。教学方法的改革教学方法是教学过程的核心，教师的教学方法一定程度上决定了教学质量和学生对知识的吸收情况。传统的教学方法是教师根据课程教学大纲的要求，在课堂上为学生讲解教学大纲上规定的教学内容，按部就班地向学生灌输知识，学生完全处于被动学习状态，教学效果大打折扣。为了有效提高学生积极性和学习主动性，可以将课堂讲授、讨论、开放性实验和实地参观结合起来，激发学生的学习兴趣、学习主动性和培养学生的创新意识和能力。例如：在介绍“滚珠丝杠”和“导轨副”时可以将实物拿到课堂上，先抛出问题并让学生进行拆装，再让学生分组讨论结构特点和问题，最后有针对性地讲解难点和强调重点内容；“单片机与接口技术”的讲授可以开设开放性实验，提供单片机平台，让学生自行设计开发单片机控制系统，并要求演示；在讲解“机电一体化系统的元、部件的特性分析”时可以开展上机实验，结合MATLAB软件仿真模块，让学生产生直观认识。课程实验的开设“工程教育认证”的核心就是要确保毕业生达到全球行业认可的机械工程从业人员基本要求。因此，为了让学生更好地掌握机电一体化系统设计相关基础理论和提高学生的创新意识与工程实践能力，提升毕业生的机械行业从业能力，需加强本课程的课程实验建设。首先，要整合现有校内实验资源。本课程综合性强，很多实验需要和其他课程实验结合起来，如与机械传动、微机原理和控制工程等课程。其次，要积极构建新实验平台。特别是机电一体化典型系统的实验平台方面，亟待购置新设备，开发新实验。最后，可以整合校外合作单位实验资源，开设一些与工程实践紧密结合的课程实验和基于仿真软件的系统稳定性分析实验。考核方式的改革本课程各章节具有一定独立性，涉及机械和电子技术各个方面。针对此特点，考核方法应该重在应用与综合，不应以识记为主，所以考试形式由原来闭卷改为开卷。这样可以减轻学生考试压力，把学习的重点放在知识的应用和解决实际问题的能力训练上。考核可以采用试卷（开卷）、实验、报告或者作品（机电一体化系统）等多种形式，加大实验环节和平时表现的成绩占比，解决了实际问题或提出了创新方法就可以获得高分。
4结束语
随着科技的发展，机电一体化系统设计课程所涉及的知识和技术发展尤为迅猛，而且所涉及的知识面非常广，因此要满足工程教育的认证要求，就必须从教学内容、教学方式、教学方法等方面都进行改革创新。在教学内容上强调以系统设计方法为主线，在教学方式中重视培养学生的学习兴趣，努力拓展课程实验，不拘泥于考核形式。这些变革将会更进一步激发学生的学习兴趣，最大限度地提高学生解决实际问题的能力，达到工程教育认证的要求。
作者:曹阳 杨桃月 张大斌 蔡家斌 杨绿 单位:贵州大学机械工程学院
参考文献
