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機械工程學科的研究生,大多數(shù)來自機械工程及自動化本科專業(yè),一般具有較扎實的機械專業(yè)的基礎,在“機械設計、機械制造”領域具備一定的專業(yè)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(tǒng)集成技術等方面進行專業(yè)培養(yǎng)。由機械電子系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)了引導學生根據(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(tài)數(shù)學模型及其靜態(tài)特性指標、傳感器的選用),機電系統(tǒng)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(xiàn)場總線系統(tǒng),虛擬儀器技術,多傳感器數(shù)據(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)的預處理,數(shù)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(shù)字PID參數(shù)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(tǒng)的組成,模糊控制系統(tǒng)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。基礎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(xiàn)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(huán)控制、交流電機的矢量控制等。系統(tǒng)集成技術模塊:基礎要求模塊主講機電系統(tǒng)各模塊之間的級聯(lián)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)字化資源,建設了課程網站,開發(fā)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(yè)機器人”、“自動導引車”、“汽車防抱死剎車系統(tǒng)”制作了教學案例,并對一些復雜系統(tǒng)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(fā)了研究生的學習動力。
4結語
1.1工程機械化
工程機械化是人類生產文明進步的重要表現(xiàn),從生產力角度工程機械化是實現(xiàn)生產力提升的直接標志。從廣義角度上講工程機械化就是工程建設施工實現(xiàn)了機械設備替代人力勞動,其是對工程建設施工過程中所有應用機械設備的總稱。工程機械制造作為制作用于工程建設的機械設備施工環(huán)節(jié),其所制作的機械設備種類眾多,例如運輸機械、起重機械、礦工冶金機械等等。在國家經濟發(fā)展過程中,機械制造水平在一定程度上顯示了該國家的科技發(fā)展水平,也就是說一個國家的機械制造水平很大程度上影響了國民經濟發(fā)展。目前,我國已經實現(xiàn)了工程機械化發(fā)展,但相比于發(fā)達國家還有一定的差距,這在一定程度上影響了機械制造業(yè)水平的發(fā)展與進步,同時也影響了我國國民經濟的進一步發(fā)展。相對來看,我國在機械制造發(fā)展方面還具有相對廣闊的發(fā)展空間和前景,為此我們應該充分發(fā)揮國內機械制造業(yè)的潛力,以實現(xiàn)對我國機械制造水平地提升。
1.2機電自動化
機電自動化是一門綜合性的機電技術類型,其是機電技術實現(xiàn)科技化發(fā)展的重要標志。從機電工程本質上講,其本身就屬于科技化發(fā)展產物,而機電自動化則是實現(xiàn)了機電工程全面科技化的發(fā)展。從當前的社會發(fā)展狀態(tài)與情況來看,機電自動化發(fā)展是現(xiàn)代化生產環(huán)節(jié)中不可或缺的一部分。在科學技術的發(fā)展背景下,各個專業(yè)之間相互滲透、交叉越來越頻繁,機電自動化就是專業(yè)交叉的重要產物,其引領了工程領域中的技術革命。在計算機技術發(fā)展迅速的科技背景下,電子技術對工程領域中的工業(yè)控制、生產方式革新、企業(yè)內部管理與成本控制均產生了重要影響,所以說機電自動化技術的發(fā)展是實現(xiàn)人類機械電子設備發(fā)展的重要里程碑。
2機電自動化在工程機械制造中的應用分析
機電自動化發(fā)展作為科學技術在制造業(yè)當中的重要發(fā)展標志,其所能夠為社會生活帶來的不僅是機械設備制造技術上的發(fā)展與進步,更是推動社會生產力水平向科技化、高效化發(fā)展的重要支持。隨著機電自動化在機械系統(tǒng)設計、調試等方面的應用,其對工程機械制造業(yè)的發(fā)展及效益提升帶來了重要推動。文章選擇機電自動化在工程機械制造中最常見的集中技術進行分析。
2.1集成自動化技術
集成自動化技術是指機械制造中對各類生產經營、技術功能的集成性發(fā)展。在傳統(tǒng)技術模式下,實現(xiàn)對機械制造技術的集成化發(fā)展是不切實際的,但隨著信息技術的逐步完善與應用,集成自動化技術不僅得以實現(xiàn),還成為了機械制造過程中使用最普遍的技術內容。隨著市場經濟體制地到來,機械制造業(yè)地競爭越來越激烈,為了能夠在市場競爭中站穩(wěn)腳跟,很多機械制造企業(yè)開展技術研究與發(fā)展,通過將電子計算機輔助設計技術、數(shù)控教工技術以及企業(yè)管理系統(tǒng)等多種技術與系統(tǒng)內容引入到企業(yè)的機械生產制造系統(tǒng)中,得到了非常顯著地發(fā)展,并成為了機械制造業(yè)當中企業(yè)的發(fā)展潮流,CIMS工程應用的有效保持,在提升機械制造企業(yè)的生產能力和市場競爭里的基礎上,也實現(xiàn)了集成自動化技術地有效發(fā)展。
2.2柔性自動化技術
所謂“柔性自動化技術”是以數(shù)控技術為核心,在融合其他先進技術的前提下而建立起的新興技術類型。從生產與操作過程方面來看,柔性自動化技術能夠實現(xiàn)機械制作與生產全自動化發(fā)展。在柔性自動化技術當中,包括機械設備的材料準備、制作、生產等一系列生產行為都由計算機來予以控制和操作。相比于傳統(tǒng)人力機械生產模式,柔性自動化技術不僅能夠在計算機技術的精確控制下,保證機械設備生產、制作過程中的各項生產行為、尺寸的準確性,同時還能大大減少對勞動力的應用,實現(xiàn)了對生產成本的有效控制,并在此基礎上實現(xiàn)生產效率地有效提升,在確保機械設備生產秩序的基礎上,提高生產效益。無論是從機械制造業(yè)未來發(fā)展角度考慮,還是制造企業(yè)的效益提升角度分析,柔性自動化技術都將成為機械設備自動化生產的主流模式。
2.3智能自動化技術
智能自動化技術即智能華機電自動化技術,其是在計算機技術發(fā)展支持下,通過利用計算機智能系統(tǒng)對人類行為地模擬,從而替代人類去進行機械設備的生產操作及相關行為。從表面上看智能自動化技術與柔性自動化技術有一定的共同性,但智能自動化技術要比柔性自動化技術更高級,相比于柔性自動化技術而言,智能自動化技術能夠通過對人類行為地模仿,來提高自身的工作能力,并對生產行為產生一定的判斷力,這是柔性自動化技術所不具備的優(yōu)勢。智能自動化技術在機械設備制造中的應用,能夠更進一步提升機械制造行為的準確性,并保證這一行為能夠始終保持在一個高水平狀態(tài)之上。需要注意的是由于智能自動化技術需要人工操作來作為主觀工作支持,因此要經常對智能自動化技術進行維護,以確保智能自動化技術的良好工作狀態(tài)。
3注意事項
雖然機電自動化在機械制造中展現(xiàn)出了多方面的優(yōu)勢,但針對當前的機電自動化水平來看,其仍存在諸多不足,因此在實際應用過程中,要做好以下幾方面的控制:(1)規(guī)范應用流程。機電自動化在為機械制造提供支持是建立起機電自動化設備、系統(tǒng)軟件的規(guī)范安裝與應用前提下的,為此企業(yè)必須要嚴格按照機電自動化要求進行工作,避免操作不當而為企業(yè)帶來不必要的損失;(2)做好質量控制。機電自動化在機械制造當中的應用,確實能夠為機械制造帶來重要幫助,但企業(yè)必須要保證其所制造出來的機械設備質量符合質檢與應用要求,否則機電自動化為工程機械制造帶來的進步意義都是空談。
4結束語
最近幾年,很多國家使用的煤礦采掘機械在往電牽引的方向發(fā)展的同時,也取得了很好的成果?,F(xiàn)在有部分采掘機械采用了多電機驅動系統(tǒng),就電機而言,是電用橫向的方式安置,這樣就會使得裝機的容量變得越來越大,目前有些國家的采掘機械總的裝機功率已經達到了1000千瓦左右,甚至有的采煤機的總裝機功率達到了1500千瓦。一些電機的牽引功率也有120千瓦,這時它的牽引速度在30米每分以內。除此之外,有一些電機是使用交流電牽引的,這些電機的效率很高,同時也是十分的可靠,并且還有非常強大的抗污能力,對于機械維護方面也是比較方便的,因此很多的煤礦企業(yè)都比較看好。對于自動化控制技術而言,計算機應用技術可以說是它的的核心技術,另外還要配合一些傳感器技術以及故障診斷技術。主要有3個特點,首先就是效率高,其次就是精確度高,還有一個就是可靠性強?,F(xiàn)在煤礦使用的工作面輸送機非常注重重承載跟多樣化,這樣一來它們也是不斷的再改進,目前部分國家有在使用雙速電機,有的也開始利用計算機技術,更好的監(jiān)控煤礦工程的具體情況。跟其他一些先進的國家對比我們可以知道,我們國家的采煤機自動化技術是比較落后的,在我們國家,非進口的電牽引采煤機相當?shù)纳?,而且其中交流電牽引的電控部分很大一部分要依靠進口,現(xiàn)在在我國,一部分的煤礦生產機構正試圖研制出國產的電牽引采煤機,也有一些研究成果已經投入到了煤礦的生產工作當中。由于工作面輸送機的運作能力有限,造成了煤炭產量底下,液壓支架的電液控制系統(tǒng)也還不成熟,提供故障診斷的微機控制技術也才剛剛起步,所以不管從哪方面來看,我國煤礦機械設備電氣自動化技術的應用方面都表現(xiàn)出落后的局勢。
2.煤礦運輸提升機械電氣自動化
自從20世紀80年代以來,我們國家煤礦企業(yè)的開采量一直都是保持比較好的勢頭。至于運輸井下厚煤方面,那些大型的煤礦企業(yè)用的方法都是膠帶運輸。在膠帶運輸?shù)倪^程中,對于工況監(jiān)控系統(tǒng)的研制總的來說取得的成果是可喜可賀的,并且對于它的應用已經進入了一個快速的發(fā)展階段?,F(xiàn)今,不管是計算機技術還是PLC技術,在實際生活中得到越來越多的應用,以前那些比較單一的保護現(xiàn)在也變得系統(tǒng)化、綜合化。這里要提到的就是DCS結構,它實現(xiàn)了地面監(jiān)控的目標。電氣自動化技術目前來看,它發(fā)展得很不錯,變頻器的技術變得越來越成熟,這樣也就使得調速系統(tǒng)發(fā)展得越來越好。一部分比較先進的國家,在采煤方面有很大的突破,它們對于提升機電控方面的研究比較深入,現(xiàn)在他們開始把PLC作為中心控制器,這樣一來就實現(xiàn)了提升工藝控制,同路行程控制跟安全回路監(jiān)控的全微機監(jiān)控,從而改善了提升機安全運行方面的問題。現(xiàn)今社會,高科技文化發(fā)展的越來越好,對于煤礦機械設備而言,信息化設計它占據(jù)著重要的地位,總的來說,它是一個非常必要的環(huán)節(jié)?,F(xiàn)在,我們國家的煤礦事業(yè)并不發(fā)達,比那些先進國家的相差很多,所以,我們國家一定要制定切實可行的政策,并且還要給予足夠的技術扶持,這樣一來才可以發(fā)展壯大我們國家的信息化建設事業(yè)。目前,我們國家的煤礦工業(yè)發(fā)展非常迅速,國家對煤礦開采的安全性以及煤礦機械設備的信息化建設提出了更高的要求,除此之外,煤礦企業(yè)本身為了得到更好的發(fā)展,不得不進行信息技術改革,這樣一來就使得信息化設計在煤礦設備中占據(jù)的地位越來越高。
3.煤礦安全,監(jiān)控控制系統(tǒng)
我們國家的很多煤礦企業(yè),已經開始使用安全監(jiān)控系統(tǒng),這些監(jiān)測裝置非常的多,涵蓋遙測儀、斷電儀、紅外線自動噴霧等裝置,這些對于我們國家的煤礦生產的安全要求來說是完全足夠的,但是遺憾的是,我們國家的相配的傳感器種類非常的少,同時使用的壽命不是很長,除此之外,它的工作穩(wěn)定性相對而言也比較差,這樣一來就使得維護的工作量變得很大,以上的問題使得監(jiān)控系統(tǒng)的工作缺乏安全性以及可靠性,在實際操作中沒有得到充分的利用。對煤礦機械設備進行信息化設計對于提高工作效率是非常有幫助的,主要就是信息化設計可以改變落后的生產方式,同時改變了煤礦的作業(yè)模式。因此,研究信息化設計在煤礦機械設備中的應用具有深遠的意義。
4.結論