時間：2023-03-17 18:10:44
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【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術特征，研究了國內外技術現狀和發展趨勢，指出了未來發展前景和一些重要技術熱點。
近些年來，光機電一體化技術得到迅猛發展，在民用工業和軍事領域得到廣泛地應用。因此，光機電一體化技術成為當今機械工業技術發展的一個主要趨勢。
1.光機電一體化技術特征
光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。
1.1體積小，重量輕，適應性強，操作更方便
光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設的程序一步一步控制實現，甚至實現操作全自動化和智能化。
1.2功能增加，精度大幅提高
光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統可精確按預設動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。
1.3部分硬件實現軟件化，智能化程度提高
傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。
1.4產品可靠性得到提高，使用壽命增長
傳統的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產品的可靠性和穩定性。
1.5融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品
光機電一體化產品的研究開發涉及到許多學科和專業知識，包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優勢結合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。
1.6產品系統性增強，各部分系統間協調性要求提高
光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術揚長避短，提高系統協調性。
2.研究現狀和發展趨勢
2.1研究現狀
自從我國實行改革開放以來，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數控產品有了很大的提高，尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快，是我國特有的經濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業機械都是如此，我國自行研制和生產的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。
2.2發展趨勢
光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業，而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。從世界科學技術的發展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括：
（1）激光技術
1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。
2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。
3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產品進行特種加工。
4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。
（2）傳感檢測技術
1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。
2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。
3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環境中，最常選用的是光纖探測器。
其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。
（3）激光快速成型技術
激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結，由點、線構造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場，極大地提高了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。
（4）光能驅動技術
利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于初級階段，如果能發現具有優異光作用特性的動態物質，則可使光能驅動技術廣泛應用。
3.結語
技術上的改革和與之相配套的技術支持是創新技術的基礎。開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。
參考文獻
[1]劉志，朱文堅.光機電一體化技術，現代制造工程，2001（12）
[2]梁進秋.微光機電系統國內外研究進展.光機電信息，2000（8）
[3]宋云奪編譯.光機電一體化業的未來.光機電信息，2003（12）
機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統的機電產品相比，機電一體化產品具有下述優越性。
（一）使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。
（二）生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現了工作的自動化，使得生產能力大大提高。例如，數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5～6倍。
（三）使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現，系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動最優化操作。
（四）具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。
（五）調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中，而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品，可以事先存入若干套不同的執行程序，然后根據不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業生產過程的所有領域，因此，機電一體化產品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能，可以將其分成下述幾類。
①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。
②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。
③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。
④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。
⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點
機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能，而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。
（一）機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
（二）動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。
（三）傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現，對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。
（四）信息處理及控制系統。根據機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。
（五）執行機構。執行機構在控制信息的作用下完成要求的動作，實現產品的主功能。機電一體化產品的執行機構一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構。執行機構因機電一體化產品的種類和作業對象不同而有較大的差異。執行機構是實現產品目的功能的直接執行者，其性能好壞決定著整個產品的性能，因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協調，共同完成所規定的目的功能。在結構上，各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起，構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。
選題是畢業設計工作的龍頭，選題質量是影響畢業設計質量的重要因素，精心挑選畢業設計題目，是搞好畢業設計的第一步。結合我校實際情況，我認為當前選題工作存在著一些問題：1、有的選題缺乏綜合性、新穎性,深廣度不夠；2、有的選題對學生顯得難度較高,工作量過大；3、有的選題雖然有較高的研究價值，但學生由于怕難或者因就業等原因而不愿選；4、有的選題雖然取自實際生產，但學生并不能完全弄明白生產實際的具體情況，設計就有脫離實際的情況出現；5、有的選題雖然很好，但是學生都選同一類型的題目，相互之間，互相借鑒的比重太大，使的設計變相的成了一種具體的形式，另外，不同指導教師之間和不同的學生之間設計題目在難度和份量上也存在一定差異。
針對以上問題,可以從三個方面綜合考慮選題。
（1)畢業設計選題要盡可能做到一人一題，相互之間的共性盡可能少一些，這樣就可以避免學生之間互相抄襲、引用，讓他們能夠真正從設計的角度去思考問題，達到鍛煉和學習解決實際問題的能力，達到這個教學環節實施的意義。
(2)畢業設計選題要盡可能聯系生產實際和工程應用的研究。這樣有利于調動學生的積極性,由于是真做實干,他們就會主動去了解、熟悉有關企業生產的實際情況，積極主動的去分析實際問題，找到解決問題的方法和途徑，使學生的綜合能力得到提高。因此,我們在為2004級機電一體化專業的學生選題時,選擇了“20Kg鋁錠自動裝箱系統的設計”，“擦黑板機械人的設計”，“簡易倪紅燈控制系統的設計”,“十層電梯的PLC控制系統設計”，“電子搶答器的設計”等新穎的又結合生產、生活實際的設計題目，這些題目不僅能夠反映當代科技發展水平，而且能夠讓學生能進一步了解、把握國內外在機電一體化領域的一些最新成果和發展動態，使學生能夠積極主動的參與到實際課題的研究中來。
(3)要考慮完成課題的客觀條件。學校畢業設計經費、教學試驗條件都有限,不是任何來自科研實際的課題都可用做畢業設計,必須根據客觀條件來選擇設計題目,這些條件主要包括:可查資料庫源,試驗設施和足夠的經費等,因此我們在選題時,一般選用能為學生提供可用的儀器設備,試驗場地等條件的科研課題,這樣可以為學生做畢業設計時提供可以直接操作，鍛煉自己的動手能力的機會。
（4)要有適當的難度和深度。舉例說我們選擇“擦黑板機械人的設計”課題時,考慮到該課題涉及了機械原理、系統設計、數電、模電、單片機、微機原理、匯編等多個領域,涉及的知識面較廣,設計工作量較大,有一定的深度,學生可以通過綜合應用所學的基礎理論和專業知識,在規定的時間內得到充分的鍛煉,但是考慮到本課題有一定的難度,為了保證學生在有限的畢業設計工作時間內，經過努力能完成任務或做出階段性結果，我們安排了兩個同學參加,在掌握總體設計思路的基礎上,分別進行硬件結構設計、軟件設計等不同部分的的設計工作，讓每一位同學都各有側重點地進行研究，經過兩位同學的分工合作，最終完成了整個畢業設計題目的設計任務，效果良好。
3加強教學督導,落實開題環節
為了提高畢業設計的教學質量，我們借鑒了研究生創新能力培養方法,在本科畢業設計教學中加入開題環節，其目的是：1、通過開題環節可以盡早發現畢業設計題目是否滿足專業要求，學生能夠完成的可能性有多大，能否涵概所學專業的所有知識等基本問題。2、通過落實開題環節，還可以強化學生通過查閱文獻資料，廣泛獲取信息的能力，培養學生提出問題、擬定實驗研究方案和設計方案，進行科學實驗與測試，對數據進行整理與分析，撰寫實驗報告、畢業論文的能力，同時也是對學生的書面表達和口頭表述的能力的培養，是落實和加強對學生創新能力的培養的有效手段。具體的實施辦法是：
（1）明確落實開題環節的必要性。開題的意義在于完善論文設計方案,使論文設計方案更加系統化。學生通過收集設計資料的相關信息，聽取各方意見，可以明確自己的設計思路，堅定設計者的信心。一般說來，將思考的東西正式地講出來和寫出來，會比原來所思考的更有升華的意味，因為從“思”到“說”和“寫”,其間加入了邏輯的創造過程。因為在撰寫開題報告時,就要求學生能夠弄清楚設計題目的來龍去脈，從而使學生明確畢業設計課題的目的和要求，讓他們對題目有更深刻理解與認識，會使原來的設計思路更加完善和系統，令他們對自己的工作做到“胸有成竹”，減少盲目性,避免出現不知從何處入手的尷尬局面。
（2）開題環節的組織和實施。我們要求學生在開題會之前,，要按規范書寫開題報告。在開題的時候，學生須持經指導老師簽字同意的開題報告書、任務書及其它相關資料上臺匯報。主要匯報選題的目標和意義、擬采取的技術路線和方法、工作基礎、預期成果和工作計劃等要求的內容，要求學生自述10分鐘，然后評審小組根據學生的自述和開題報告書及其它文本內容，對學生畢業設計題目是否達到專業培養目標要求和完成論文設計的可行性進行考核,并對畢業設計題目的設計廣度、深度、貼切度、重點和難點等提出具體的修改意見。
4采取有效措施,加強過程指導
為了提高我們機電一體化專業畢業設計的教學質量，我們探索出了一條適用于畢業設計的全環節教學質量監控的方法。具體的措施是：1、設定學生的設計出勤表，要求學生在規定的時間內簽到，這樣做的目的是可以很好的掌握學生的設計進度，督促和指導學生按時完成設計。2、成立設計指導小組，小組成員盡可能包含所有專業特長的教師。小組內的每一位老師都可以對小組內的學生進行自己專長方面的專業指導，這樣可以提高指導設計者的綜合能力，使畢業設計的內容準確專業。3、開展設計小組例會制度，即每個設計小組每周開一次例會，主要工作是：要求學生把一周設計的心得體會在例會上發言，匯報設計進度，并提出設計中發現的新問題。這樣做一方面可以跟蹤學生的設計進度，及時發現問題，并能及時糾正；另一方面，可以促進教師之間相互交流學習，使教師教學水平共同提高。通過對我校畢業設計工作的綜合考核，這種工作方式完全實現了對整個設計過程的檢測，保證了教學質量。
5嚴格考評,保證答辯的質量
答辯是畢業設計工作的最后一個環節，是全面檢查和評估畢業設計質量的重要手段。嚴格的答辯將有利于學生樹立良好的學風,促進學生認真做好畢業設計。我校的具體情況是：根據不同的專業成立若干答辯分委會，分委會下轄若干個答辯小組。分委會主任和答辯小組組長均由副高職稱以上教師擔任。為了加強教學督導作用，我校專門設立教學督導組，成員都是離退休的老教授，在答辯期間分別派到各個小組指導答辯工作。
畢業答辯前首先是對學生的畢業論文進行盲審,要求由除指導教師外的答辯小組2名以上教師認真審查評閱，寫出評閱意見與評分，盲審不通過的不準予參加畢業答辯，以此來審查學生的答辯資格。通過的同學要準備答辯的ppt，把畢業論文的結構、主要完成部分及設計的結果等內容準備出來。答辯時,要求每位同學的答辯自述時間應控制在15-20分鐘左右,教師提問20分鐘為左右。在答辯過程中要有專人對學生所提的問題進行記錄，對答辯情況進行匯總。答辯完成后，要求所有答辯小組的成員對各個學生的答辯情況進行決議，給出畢業答辯成績。畢業設計成績評定必須堅持標準,嚴格要求。“優秀”的比例應嚴格控制在本專業參加答辯總人數的15%以內,優良比例應嚴格控制在60%以內。
畢業設計的質量,除了本身的學術水平、應用價值另外,還應考察學生解決實際問題的能力、對知識的綜合應用能力、在工作中查閱處理信息和應用各種工具的能力、撰寫科研報告和表達交流的能力以及在工作中的團隊協作能力等。對畢業設計擬評“優秀”的學生,要求參加各系答辯分委會組織的集中答辯。對畢業設計平時不認真、小組答辯成績較差的學生,由相關分委會組織復答辯后視情況決定是否給予通過。答辯委員會要辦事公正,治學嚴謹,嚴把質量關,對畢業設計達不到教學要求的,決不姑息。
6結論
要想搞好畢業設計工作,關鍵的是要做到“五個到位”,即認識到位、經費投入到位、指導教師到位、學生到位和管理工作到位。另外,,消除學生畢業前的各種干擾,專心做好畢業設計,是本階段學生思想政治工作的重點。嚴格的答辯將有利于學生樹立良好的學風,促進學生認真做好畢業設計。正確認識畢業設計的重要性將有利于保障和提高教學質量，實現為社會輸入合格人才的要求。
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【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術特征，研究了國內外技術現狀和發展趨勢，指出了未來發展前景和一些重要技術熱點。
近些年來，光機電一體化技術得到迅猛發展，在民用工業和軍事領域得到廣泛地應用。因此，光機電一體化技術成為當今機械工業技術發展的一個主要趨勢。
1.光機電一體化技術特征
光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。
1.1體積小，重量輕，適應性強，操作更方便
光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設的程序一步一步控制實現，甚至實現操作全自動化和智能化。
1.2功能增加，精度大幅提高
光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統可精確按預設動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。
1.3部分硬件實現軟件化，智能化程度提高
傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。
1.4產品可靠性得到提高，使用壽命增長
傳統的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產品的可靠性和穩定性。
1.5融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品
光機電一體化產品的研究開發涉及到許多學科和專業知識，包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優勢結合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。
1.6產品系統性增強，各部分系統間協調性要求提高
光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術揚長避短，提高系統協調性。
2.研究現狀和發展趨勢
2.1研究現狀
自從我國實行改革開放以來，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數控產品有了很大的提高，尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快，是我國特有的經濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業機械都是如此，我國自行研制和生產的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。
2.2發展趨勢
光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業，而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。從世界科學技術的發展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括：
（1）激光技術
1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。
2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。
3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產品進行特種加工。
4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。
（2）傳感檢測技術
1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。
2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。
3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環境中，最常選用的是光纖探測器。
其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。
（3）激光快速成型技術
激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結，由點、線構造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場，極大地提高了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。
（4）光能驅動技術
利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于初級階段，如果能發現具有優異光作用特性的動態物質，則可使光能驅動技術廣泛應用。
3.結語
技術上的改革和與之相配套的技術支持是創新技術的基礎。開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。
參考文獻
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隨著經濟及科學技術的不斷進步，電一體化技術也獲得了較大的發展。在煤礦產生過程中，許多煤礦企業將電一體化技術不斷應用于煤礦生產中，對大部分煤礦生產機械的相關參數進行了嚴密的監控，并通過不斷的技術創新，大大降低了煤礦機電一體化技術系統的安裝難度，使得系統抗干擾的能力也得到了較大的提升[1]。但從目前我國煤礦機電一體化技術的應用及發展情況來看，我國煤礦機電一體化技術還處在起步階段，與發達國家相比還存在較大差距，許多地方還需要不斷改進及提高，例如機械的信息量比較大、自動控制的功能擴充難度大等，煤礦機電一體化管理也還存在諸多不足，限制了煤礦機電一體化水平的提高，具體體現如表1所示。針對煤礦機電一體化技術存在的上述不足之處，煤礦企業要對其給予高度重視，在實際生產過程中加強對煤礦機電一體化技術的應用，并實施科學、有效的機電管理，以為煤礦安全、穩定、有序的生產提供可靠保障。煤礦生產是一項危險性較強的工作，而機電一體化技術又貫穿各個煤炭生產環節之中，因此，要保證機電一體化技術的有效應用，煤礦企業就要結合自身發展實際制定出科學、合理的機電一體化操作手冊以及技術指導手冊等，并定期對相關設備實施離線檢點，對檢點生產的各項數據進行有效的匯總、分析[2]。同時加大資金投入，積極更換老舊設備、引進新技術及新設備，并做好檢修工作，才能盡早排除安全隱患，確保機電一體化技術設備的正常運行，為煤礦生產的順利進行提供基礎保障。
2我國煤礦機電一體化技術的應用展望
在我國各個煤礦企業的實際發展中，各種大型機械設備越來越多的被廣泛應用于煤礦生產，機械設備液壓系統輸出的功率也不斷加大，這就需要煤礦生產機械設備液壓系統不斷向高壓方向推進。隨著科技的不斷進步，機械化生產模式在我國的煤礦生產之中的應用日漸普及，其機械生產的多元化、智能化以及一體化水平也大大加強，這對機械數據處理也提出了越來越高的要求，目前傳感器及微處理器等相關原件也能較好的滿足相關要求，在機電一體化技術中對其給予有效使用能夠有效增強機械設備的性能，提高機械設備運行的效率[3]。在煤礦機電一體化技術發展的過程中，要確保及技術的有效性、科學性及適用性，就一定要遵守持續性原則，并對機械設備的燃油功率進行相應的自動化管理控制，才能使機械設備的節能效果得到進一步提高。此外，在機械節能的時候，還要對機械設備運行的效率給予全面考慮，加強對新材料、新技術、以及新工藝的應用，并在確保機械設備運行效率的前提下，重點關注節能效果的發揮。在實際的煤礦機電一體化技術產生過程中，要有效應用傳感器、通訊媒體以及微處理器等先進設備，需要功能較為強大的系統軟件來做支撐，才能促進其應用效果的發揮。在煤礦機電一體化技術的發展中，電流變流體技術是其可行的發展方向，將這種技術應用到煤礦機械設備的液壓系統之中，能有效降低其能量的消耗，延長機械設備的使用壽命，且操作較為簡便，應用前景較好[4]。此外，由于各種高級語言、匯編語言的廣泛應用，煤礦機電一體化技術的軟件開發也具有了較為廣闊的發展前景。
3結束語
1.1送料機構（1個）送料機構中，只有出料口有一個物料檢測傳感器，它用于檢測出料口位置處有無物料。在運行中，如果它檢測到物料，則發出信號到PLC，PLC內部程序指揮送料機構開始送料動作；如若它沒有檢測到物料并保持若干秒鐘，則應讓系統停機然后報警。這個傳感器屬于光電漫反射型傳感器，簡稱光電傳感器，主要為PLC提供一個輸入信號，判斷是否驅動送料機構執行下一步動作。
1.2機械手搬運機構在這部分機構中，裝有較多的磁性傳感器用作多個不同的位置檢測，它需要在前點和后點各裝一個，以便檢測氣缸伸出和縮回的位置是否到位。例如，提升氣缸、手臂伸縮氣缸以及分揀機構的三個手指伸縮氣缸就分別各裝有5對磁性傳感器。在運行中，當磁性開關檢測到氣缸準確到位后，則發出信號到PLC，PLC內部程序指揮相應部件執行下一步動作。值得注意的是，在機械手手爪處單獨安裝有一個磁性傳感器，若手爪為夾緊狀態，則有信號輸出，指示燈亮；反之，手爪松開則無信號輸出。
1.3物料傳送和分揀機構在這部分機構中，落料口附近與出料口一樣，需要安裝一個物料檢測傳感器，檢測是否有物料在傳送帶的起始端。在運行中，如果它檢測到物料，則發出信號到PLC，PLC內部程序啟動電機驅動傳送帶；若檢測為無料并保持若干秒鐘后，停止傳送帶。當物料在傳動帶前進時，有三個傳感器逐一檢測物料的材料性質，先是通過一個電感式傳感器，它可以檢測到金屬材料，發出信號至PLC，啟動推料一執行推料動作。為保證檢測的靈敏度，檢測距離需調節為3～5mm。若物料不是金屬，將繼續前行至后面的兩個光纖傳感器處，它們主要用于檢測塑料，并區分黑、白兩種不同顏色。對于不同顏色的塑料，光纖傳感器的靈敏度是不同的，可以通過調節光纖放大器來區分塑料的不同顏色。
2傳感器應用說明與注意事項
2.1常用傳感器光電傳感器由光源、光學通路和光電元件三部分組成，具有使用簡單、性能穩定、抗干擾強的特點，常采用光電器件作為檢測元件，如光敏三極管。使用時應注意將光電傳感器的前端面與被檢測的工件或物體表面保持平行，且距離應保持在規定的范圍內。電感式接近傳感器由即振蕩電路、開關電路和放大輸出電路這三部分組成。當接通電源時，震蕩器在傳感器感應面產生一個交變的磁場，當金屬物料接近傳感器感應面時，金屬中產生的渦流會改變磁場，根據磁場的變化來判斷是否有金屬物體接近。
2.2磁性傳感器該實訓裝置中的磁性傳感器均為DC24V帶指示燈有觸點開關，所以也叫磁性開關，它通過機械觸點的動作進行開關的通斷。從設計、加工、安裝、調試各方面來看，用磁性開關檢測活塞位置比使用其他限位開關方式簡單、省時。安裝時，要避免沖擊，開關的導線不要隨氣缸運動；控制信號線不要與電力線并排在一起，避免誤動作。
因為要對植被進行處理，所以，園林設計機電一體化技術在實際應用中面臨的問題，與農業生產類似。因此，園林設計機電一體化機械在很大程度上與農業機械相似。現在，園林設計機電一體化機械在實際應用中還存在許多缺陷，具體來說，包括以下幾點。
1.1種類比較少
現在市場上常見的有各種修剪機、灑水機等，這些比較單一，還有許多機電一體化機械并不常見，如移植機等。在許多發達國家，其園林設計機電一體化設備更加多樣化，在美國、歐洲等國家，其園林設計設備種類就更多，用途也更廣泛。國內也有許多知名品牌的銷售，如綠友、東方園林等，在國內還有許多生產園林機械的著名廠家，在淮安、揚州等地就有許多知名廠家。
1.2普及率低
與數十年前相比，園林設計中采用機電一體化機械的頻率雖然有所升高，但就目前來講，機械的使用率還是偏低，還不夠普及。與發達地區相比，我國大部分地方還在用半自動化機械工作，距離全自動機械工作還有一定距離。
1.3利用率較低
部分園林機電設備會投入使用，但機電設備的使用效率不高，其原因有二，一是存在人為操作的問題，錯誤的操作規程對機電設備造成很嚴重的破壞，導致維修費用升高，使成本不降反增；二是沒有將機電設備的利用效率最大化，導致資源浪費，增加了管理與維護的成本，阻礙了機電設備在園林設計方面的投入和使用。
1.4保管和維護不到位
機械是易損耗的，使用過程中難免會出現故障，但有些企業由于缺乏技術人員維修不到位，有的根本不進行定期維修，故障的機器多數被棄置倉庫，卻利用人力完成作業，這成為園林設計中機電一體化的缺點。不懂得機械結構和原理，不熟悉機械的操作，不知道如何保養機械，導致機械使用壽命降低。對上述問題，企業必須制定相關的操作規程，讓員工認真學習操作規范以及正確的使用方法。另外，在大規模使用園林機電一體化機械時引起的噪音、環境污染等問題也有待解決。機電一體化的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，專業化是必不可少的。由于各類科技學科發展及相互滲透，促使了機電一體化技術和產品在各行業、部門的飛速發展。其中機電一體化在園林設計中也得到了應用。
2機電一體化在園林設計中的應用
隨著現代化技術的廣泛應用，機電一體化技術也逐漸滲透進了園林設計。經過兩千多年的發展，中國古典傳統園林所講究的意境已經到了爐火純青的地步，雖然可能會有更好的園林出現，但是機電化已經成了一個重要的發展趨勢，這是大勢所趨。園林設計中會融入更多的機電一體化等元素。沿著這個思路走，創造園林的科技文明和傳統意境對園林現代化的普遍需求相結合，是成就上流園林的必要條件之一。
3結語
1.1礦井安全生產監測監控系統中的應用礦井安全生產監控系統是最能體現煤礦機電一體化的技術之一。我國監測監控技術應用較晚，20世紀80年代初，原國家煤炭部組織了對國外煤礦監控技術進行大規模的考察和引進工作，此舉大大促進了國內監控技術的發展。先后從波蘭、法國、德國、英國和美國等引進了一批安全監控系統(如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200)，在部分煤礦中應用；在引進的同時，通過消化、吸收并結合我國煤礦的實際情況，研制出KJ2，KJ4等系統并通過了鑒定。20世紀90年代以來，緊跟世界監測監控系統的發展潮流，我國自行研制開發出了一批具有世界先進水平的監控系統，如煤炭科學研究總院重慶分院的KJ90系統、煤炭科學研究總院常州自動化研究所的KJ95系統等，它們的主要特點是:測控分站的智能化水平進一步提高；具有網絡連接功能；系統軟件采用了Windows操作系統。同時，在“以風定產，先抽后采，監測監控”12字方針和煤礦安全規程有關條款指導下，規定了我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監測監控系統。自此，大大小小的系統生產廠家如雨后春筍般的不斷出現，不僅為各煤礦提供了更多的選擇機會，且促進了各廠家在市場競爭條件下不斷提高產品質量和服務意識。經過多年的實踐表明，安全監測監控系統為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的作用。
對我國現有煤礦監測監控系統及配套傳感器等設備的現場應用效果進行綜合評價，煤炭科學研究總院重慶分院的KJ90、天地科技股份公司常州自動化分公司的KJ95、煤炭科學研究總院撫順分院的KJF2000和北京瑞賽公司的KJ4，KJ2000等系統無論在軟硬件功能、穩定性和可靠性、專業技術服務能力、企業性質和生產規模等方面基本代表了我國煤礦監測監控系統的技術水平。
1.2礦井提升機中的應用礦井提升機是一種實現機電一體化較好的礦山大型設備，全數字化，交、直流提升機。特別是內裝式提升機，從結構上將滾筒和驅動合為一個整體，大大簡化了機械結構，是典型的機電一體化設備，充分體現了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。全數字提升機高度可靠，具有可重復性故障尋址、完整的診斷設施和自診斷功能，以及簡單而快速的通信功能；它采用總線方式，大大簡化電氣安裝；硬件配置簡單，互相兼容，零備件少；可以方便地實現軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度。
在我國“九五”計劃期間，國產全數字化直流提升機已成為各煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化直流提升機的核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統。除此之外，我國還用SIMADYND和S7研制成功了第一臺交-交變頻器供電的交流提升機。2000年11月，該系統在焦作古漢山礦投入運行，情況良好。提升機由于采用了計算機技術，其安全保護系統更為完善。該系統的主要特點是:采用兩臺計算機裝置，每臺都有自己獨立的測量、傳感裝置和數據處理系統。這兩臺計算機同步工作，互相檢測，互為備用，對提升行程實現直接測量和間接測量容器位置相結合的方式，對兩者進行比較、校正，實現行程自動控制。由于采用了計算機對安全回路、制動回路、電源和驅動回路進行實時檢測，實現故障記憶，因此極大地提高了提升機安全性能。
1.3井下帶式輸送機中的應用在我國“八五”計劃期間，通過國家一條龍“日產萬噸綜采設備”項目的實施，極大地提高了帶式輸送機的技術水平，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機的關鍵技術研究和新產品的研發也取得了很大的進步。如大傾角長距離帶式輸送機成套設備、高產高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機等均填補了國內此項技術的空白，并對帶式輸送機的關鍵技術及其主要元部件進行了理論研究和產品開發，成功的研制了多種軟起動和制動裝置以及以PLC為核心的可編程電控裝置、驅動系統采用調速型液力偶合器和行星齒輪減速器，目前我國已經自行生產制造了多個品種和多種類型的帶式輸送機。
2結束語
隨著煤礦生產不斷向深部水平發展，對控制水平和規模的要求越來越高，從而又加速了機電一體化技術的發展和進步，目前各種高新技術的發展，如網絡、光纖、人工智能及生物工程等高新技術已滲入到機電一體化技術之中，使機電一體化產品功能更強大、性能更優越，使機電一體化產品功能越來越強，智能化程度也越來越高，因此采用新的機電一體化技術裝備的煤礦，能夠使企業獲得更加顯著的技術、經濟和社會效益，這也是一個煤礦企業循環促進不斷發展的過程。
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（一）內涵
機電接口主要就是機電一體化產品中機械裝置與控制微機之間的接口，其是基于機電一體化而產生的。機電接口根據信息傳輸方向的不同，可以分為信息采集接口、輸出接口[1]。在機電一體化產品中，傳感器是一種較為常用的設備，在輸出信號的時候，一般采用模擬量方式進行檢測，時刻掌握發電機轉速，并且檢測差動變壓器位置。然而，在輸出控制量的時候，存在一個比較特殊的形式，就是數字系統。機電接口技術主要就是研究機電系統各項組成技術與子系統連接問題的綜合技術，其主要包括電子技術、信息技術、機械技術等，共同構成了一個綜合系統，在實際應用中，實現了信息的交互與融合，在機電系統設計中發揮了至關重要的作用。機電接口主要是由硬件與軟件共同構成，在機電系統運行中，與環境及操作者之間成立一種有效連接，在物理通道中展開信息與能量的輸入、轉換及傳輸。在信息轉換的過程中，需要進行有效的交互與調整，實現機電一體化技術的協調與綜合，保證各系統的有效運行，充分發揮系統功能，實現預期的工作目標。
（二）分類
目前，機電接口主要包括以下幾種：智能接口、動力接口、機電接口、人機接口[2]。智能接口應用較為復雜，不同技術形式產生的信息形式也不同，并且在使用過程中，可以根據不同要求展開相應的改變。在各種信息轉換與傳輸的過程中，智能接口可以確保不同技術與子系統的有機結合，構成一個完整系統。動力接口可以有效連接動力源與機電系統，之后給予機電系統相應的驅動動力。在機電系統中，動力類型有很多種，主要包括直流電、交流電、液壓等，在系統中運用不同動力類型的時候，需要選用不同的接口形式，確保系統可以正常運行。機電接口的作用就是實現各種驅動系統的有效連接，并且將驅動信號轉變成執行信號，在轉變的過程中滿足傳感器運行要求。人機接口是機電系統與操作者之間存在的接口，通過這一接口，可以在操作者眼前呈現系統運行狀態，并且有效監控系統運行，實現人性化操作目標。
二、機電一體化發展及其發展趨勢
（一）機電接口技術對機電一體化發展的影響
近些年來，隨著社會經濟的快速發展，人們生活水平的不斷提高，對一些事物的要求也在明顯提高。經濟的快速發展離不開科學技術水平的提高，傳統機械技術已經無法滿足現代人們日益增長的技術需求，需要對其進行改進與完善。從而在此形勢下，機電一體化技術應運而生，其主要包括電子技術、信息技術、機械技術等，充分滿足了現代社會發展的技術要求。在機電一體化技術初始發展中，只是將電子技術與機械技術進行融合，接口十分簡單、便捷[3]。然而，隨著科學技術的不斷發展與進步，機電一體化技術水平也在不斷提升。目前，機電一體化技術不再是簡單的機電一體化產品，逐漸形成了一個復雜的系統，其系統內部接口也日益復雜。現階段，機電一體化技術研究越來越深入、成熟，然而，簡單的技術研究已經無法滿足系統的運行需求，需要充分重視其復雜性研究。針對機電一體化技術而言，其復雜性較強，如果只是單純研究系統設計及其集成理論，根本無法充分實現系統的作用，為此，需要加深對機電接口技術的研究，在設計方面，加強對有關理論的融合，確保機電一體化系統的全面實施。在機電一體化技術發展過程中，越來越向智能化、系統化、微型化、網絡化方向發展，其系統內部接口要求越來越高，不僅要確保接口技術與系統技術的有效融合，還要確保信息傳輸的順暢。
（二）機電一體化發展歷程及趨勢
機電一體化發展主要經歷3個階段。一是，在20世紀50年代，電子技術發展越來越成熟，人們嘗試在機械工業中應用電子技術，進而刺激了機械產品與電子技術的融合，初步產生機電一體化概念。二是，在20世紀80年代，機電一體化已經發展了30來年，不管是技術還是產品性能都得到了很大的提升，技術更加成熟，產品性能更加健全。三是，在20世紀90年代末，微細加工技術、電子通信技術、光學技術等得到了快速發展，并且逐漸融入發到了機電一體化當中，使得機電一體化技術越來越成熟。我國機電一體化起步比較晚，現今已經取得了一定的成績，在機械工業中得到了廣泛應用。隨著信息技術的快速發展，人工智能機電一體化建設取得了很大的進步，在數控機床和機器人制造中得到了廣泛運用，促進了機械工業的進一步發展。系統化發展使機械系統更加開放，為多子系統的協調發展與綜合管理提供了可靠依據。同時，在綠色生產概念下，機械綠色化也是工業發展的必然趨勢，是人類保護生態環境資源的重要手段[4]。
