機械及自動化論文大全11篇

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二、我國機械自動化的現狀

機械自動化技術從上個世紀20年代開始發展應用以來，已經得到了迅速的發展，特別是近年來計算機的高度集成化，開始采用了計算機集成制造系統，大大加快了機械自動化的發展，但我國仍處于初級操作階段的自動化。目前，世界各國的機械自動化水準除少數工業發達國家的某些生產部門外，大多數還處于操作階段的自動化。我國也不例外，我國的產業結構層次低。我國機械制造業目前有11.4萬個企業，發展很不平衡，有大量落后于現代水準的產業，大部分企業還比較落后，手工勞動占有相當的比重，我國能獨立開發現代機械自動化技術的企業可以說沒有；我國機械制造業企業中自動化裝備少、水準低，不僅在數量上同世界先進國家有較大差距，而且在品種上、質量上、使用上，同世界先進水準也存在階段性差距。實現我國機械自動化技術是一個長期的過程，不可能一蹴而就。需要循序漸進，不斷努力，創造條件，向自動化的高級理想階段邁進。當前，我國還處在社會主義初級階段，經濟、財力、生產力水準、國民素質等，與世界主要國家的差距是很大的；我國有豐富的勞動力資源，每年城鎮新增就業人口達兩千多萬，且今后每年的就業人數還會增加。機械自動化最大限度地提高勞動生產率，勞動力的過剩和分工的轉移就是一個現實問題。

三、我國機械自動化發展之路探索

（一）結合生產實際發展機械自動化技術

先進制造技術的全部真諦在于應用。發展機械自動化技術，應以企業的生產和技術發展的實際需要及具體條件為導向。只有對合適的產品采用與之相適應的自動化方式進行生產，才能收到良好的技術經濟效益和社會經濟效益。我國發展機械自動化技術，應結合實際，注重實用，即對國民經濟產生實際效益。那種盲目搞自動化、搞自動線的做法，全年生產任務只需1～2個月就完成的低負荷率生產也要搞的傾向應當糾正，對國民經濟不產生顯著促進、效率低下的要緩搞。我們要的是效益，而不單純是速度。國產造型生產線因產品質量差、可靠性低、實用性差，開工率一般僅在50％～60％。而能在生產中長期服役的主力生產線很少，像第一汽車制造廠的01線、第二汽車制造廠的BMD線等具有全年開工業績的線更是鳳毛麟角。這種現象不屬偶然或局部，而是帶有普遍性。據調查，我國引進的弧焊機器人，完全正常運轉、充分發揮效益的只占1/3；另外1/3處于負荷不滿或不能完全正常運轉狀態；還有1/3不能正常使用，直接影響了用戶使用更多機器人的信心。

（二）發展投資少、見效快的低成本自動化技術

發展低成本自動化技術，潛力大，前景廣，投資省，見效快，提高自動化程度，可以收到事半功倍的經濟效果，適合我國現階段的發展需要和國情。美國麻省理工學院提出的精節生產LP模式，就是以最小的投入，取得最大的產出的具體表現。日本豐田公司采用適時生產JIT、全面質量管理TQC和成組技術GT、彈性作業人數和尊重人性為支柱的精節生產方式，使自動化程度不高的工廠取得了良好的效益。芬蘭NOKOAData機工廠的組裝車間內擁有一條能制造286、386和486微機的靈活生產線，它并不完全由自動化設備組成，中間穿插著借助計算機指導的人工參與，將高新技術與原有工藝基礎巧妙靈活地結合在一起，從而使這種生產線的造價較低，同時卻具有柔性制造系統的性能。實際上精節生產本身就意味著從國情和企業實際情況出發，借鑒國外發展機械制造業低成本自動化技術的經驗是有益的。我國機械制造業各企業有大量的通用設備，在發展現代機械自動化技術時，若以原有的設備為主，合理調整機床布局，添加少量的數控設備，引入CAD／CAM技術，就能充分發揮計算機自動化管理的優勢和人的創造性，共同構成一個以人為中心、以信息自動化為先導、樹立自主的單元化生產系統，為我國機械制造業自動化技術發展應用提供了一條投資少、見效快、效益高、符合我國國情的機械自動化技術發展應用新途徑。

（三）注重配套發展機械自動化技術

現代自動化技術在機械制造中的應用就是在控制理論的指導下，對生產的物流和人的作用進行綜合的研究，涉及到機械技術、微電子技術、自動控制理論和計算機技術等。發展機械自動化技術，必須主要地關注電子學、電子計算機技術、零件檢測和機床裝料自動化，廣泛采用程序數控機床，以及研制高效的和可靠的自動化生產線、計算機應用于生產的信息系統和自動化控制系統等。發展應用機械自動化技術，要扎扎實實地抓好自動化技術應用項目的基礎工作和從實際出發的推廣應用工作，既要發展主機，也要配套發展自動化元件及控制系統。可編程控制器、微處理機、各種傳感器、新型刀具、控制系統及系統軟件、電子計算機等，這些都將是今后機械自動化的主要技術基礎。

參考文獻：

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[2]張世昌.先進制造技術[M].天津：天津大學出版社，2004.

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自動化技術在機械制造中的應用

在機械制造的實際操作中，對機械自動化生產的實際運用更加重視。隨著機械制造自動化理論研究不斷深入，自動化的目的也更加明確，使其更加適用于實際生產。為此，在實現機械制造的自動化進行研究時，主要是結合企業發展的需要不斷針對生產環節進行突破，使其更加符合企業的需要，并能夠有效實現自動化促進企業實現經濟效益的目的，同時推進自動化技術的不斷發展。就當下我國機械制造自動化技術的實際情況而言，自動化技術主要集中投資少回報快的技術上。特別是我國在機械制造水平上正處在較為落后的情況，更加應當注重發展潛力大、成本費用較低并且能夠得到快速回報的自動化技術上，使企業的經濟效益能夠得到快速的回報。麻省理工大學在二十世紀所提出的LP精細生產模式，就能夠有效實現低投入高回報的典型代表技術。結合我國當前情況來看，機械制造企業運用的生產設備大多是通用設備，并且隨著自動化機械制造過程的不斷發展，不斷對自動化生產設備進行改進，但均是圍繞企業機械制造生產的實際需要來推進自動化設備的生產布局，并在重點關鍵環節進行制造設備的添置，結合CAD\CAM技術、優秀的計算機隊伍，通過計算機自動化技術對機械制造系統進行有效的整合，使自動化技術的優勢能夠得到有效發揮，全面推進我國機械制造自動化技術水平的不斷上升。就當下我國在機械制造自動化的水平上來看，我國企業在自動化的發展上主要還是依照循序漸進的方式來開展，重點發展具有現代化特色的機械自動化。機械制造自動化技術主要是遵循由低級、簡單到高級、復雜的發展過程，有效突進了自動化管理質量的快速提升。在當前的機械制造行業中，大多數的企業基本上已經實現了自動化控制設備，在機械制造生產過程也逐漸實現了機械控制自動化、數字化以及智能化的發展。在實現了機械化和自動化生產的工廠中，運用單機自動化生產設施來實現生產線的自動化，并通過綜合自動化設備來對生產線進行管理，進而能夠更加有效控制生產，促使生產效率的快速提升，使機械制造自動化更加符合理想需要。當前，我國在機械制造水平上相較于先進的制造水平還有這較大的差距。為此，大多數的企業并沒有在生產過程中將計算機完全應用到其中，對“高度自動化”的追求也稍有欠缺，并且針對制造過程中出現關鍵環節，也均是通過將低成本的自動化手段來進行改革實現自動化。隨后在此基礎上，通過不斷積累自動化技術的經驗，以及設備的改進，來實現自動化生產，最終目的是實現高度自動化的CIMS生產。隨著我國在機械制造自動化的不斷發展，技術水平的不斷提高，部分企業在機械自動化的生產、技術以及管理等方面上均有了非常大的提高，因此，自動化設備應當逐漸向高級自動化、集成化發展，使機械制造自動化生產體系更加趨于成熟。

自動化技術在機械制造中的應用發展趨勢

當前我國自動化在設備上、技術上以及管理方法上均有了非常明顯的提升，通過逐漸的積累，我國在機械制造自動化技術的經驗更加豐富，發展也日漸成熟，逐漸向集成化、虛擬化以及智能化方向趨近。

二十一世界機械制造自動化發展方向中，集成制造技術可以說是最為重要的方向，更是當下機械制造企業不斷改革的生產模式。將計算機組合應用作為基礎，再通過有效的整合使生產制造系統能夠作為一個整體來進行運作，通過多個分系統相互關聯使其呈現為模塊式的組合模式，自動化制造系統、自動化管理系統以及自動化信息系統均包含其中，同時信息集成程度高的制造系統則還將質量信息系統一并包含。

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2.煤礦安全，監控控制系統

我們國家的很多煤礦企業，已經開始使用安全監控系統，這些監測裝置非常的多，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，以上的問題使得監控系統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[3]。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。

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2自動化技術組成分析

作為一門綜合學科，自動化包含的技術種類很多，可以將自動化技術粗略的分為以下幾個組成部分：程序單元、作用單元、傳感單元、制定單元以及控制單元。（1）程序單元。程序單元是控制單元的核心，由工程師提前編制的程序在控制單元中運轉，以維持整個系統的運行。（2）作用單元。所謂的作用單元是受程序單元所控制的，負責整個系統運轉的單元，是命令的執行者。（3）傳感單元。負責收集各種數據，并將這些數據及時的傳遞給控制單元，由控制單元進行計算和處理，再反饋給其他的單元，以此來保證整個系統的良好運轉。（4）制定單元。制定單元的作用是對整個系統的其他部分命令，調控其他部分的行為。（5）控制單元。控制單元是整個機械自動化控制系統工程的保障性單元部分，其主要用于解決單元制定和動作調節。

3機械自動化在煤礦機械制造中的應用探究

依據不同的功能，可以將煤礦機械分為三個系統：挖掘系統、輸送系統、安全監控系統，而在煤礦機械制造過程中，就應該實現煤礦采掘機械的自動化、煤炭輸送的機械自動化、煤礦安全監控系統的自動化。

3.1煤礦采掘機械的自動化

我國經濟的強勁增長是以源源不斷的能源作為動力的，而能源又是以源源不斷的煤炭供給來作為基礎的，因此隨著我國經濟的發展，對于煤炭的需求量也越來越大，現有的煤炭生產效率已經難以滿足實際需求，如何提高煤炭挖掘的效率，則是當前應該著重思考的問題。實現煤礦采掘機械的自動化，能夠用機械代替全部的人力操作，那么生產的效率將會更高，而且也避免了由于人力生產帶來的各種安全事故發生的隱患。可以說煤礦采掘機械的自動化將直接影響到我國的能源供給，對于國計民生來說都是至關重要的。發達國家將自動化技術應用于煤礦機械制造中已經取得了很好的效果，不僅各種機械的可靠性強，而且操作的精度也非常高，廣泛適用于各種操作條件，相較于以往的生產機械的生產效率有了較大的提高。近年來我國在煤礦機械自動化方面也有了長足的進步，研究出了一批具有自主知識產權的煤礦生產機械，打破了國外煤礦生產機器的壟斷，這意味著我國煤礦機械自動化水平提上到了一個新的高度，有利于相關煤炭企業的生產以及整個煤炭行業的進步。

3.2煤炭輸送的機械自動化

煤炭的生產和運輸是不可分割的兩個組成部分，如果有著強勁的生產力，但是運輸效率低下，挖出來的煤運不出去，跟沒挖是一樣的。因此在研究煤礦采掘機械的自動化的同時，對于煤炭輸送機械的自動化同樣應該加以重視，只有輸送的速度跟得上挖掘的速度，才能夠真正提高煤礦的產量，提高煤炭企業的效益。目前大多數煤礦都是以膠帶作為運輸方式，傳統的膠帶運輸業已經漸漸和PLC技術相融合，形成了各種新型的自動化運輸系統，這些新興自動化運輸系統不僅運轉上更為可靠，而且也更為高效，不用耗費過多的人力來進行維護。新型自動化運輸系統的出現使得膠帶的調速方式更加敏捷和精確，從而使得膠帶運輸的速度能夠跟隨煤炭的產量而隨時變化，能夠充分利用電能，同時減少了對于人力資源的消耗，也避免了安全事故的發生，在最大程度上提高煤炭企業的效益。

3.3煤礦安全監控系統的自動化

安全是煤礦生產的首要前提，近些年來各種關于煤礦的安全事故觸目驚心，引起了人們對煤礦生產的反思，加強煤礦安全監控系統的自動化，能夠有效防止各種安全事故，避免相關操作人員的生命及財產安全的威脅。想要防止煤礦生產中的安全事故發生，很大程度上依靠于對于各種數據的及時監控和預報。實現煤礦安全監控系統的自動化，能夠隨時監測整個地層的變化、坑道中的瓦斯濃度的變化以及整個開采系統運轉的變化，針對這些變化提出相應的預警方案，能夠在安全事故發生之前將隱患消除在搖籃之中，對于煤礦企業的生產來說是非常有益的。當然不可否認，如今我國生產的煤礦安全監控系統相配套的傳感器的種類較少，這種現狀在一定程度上限制了煤礦安全監控系統的自動化，但是相信隨著時間的發展，各種自動化監控系統配套的傳感器也將越來越豐富，打破國外對于這方面的壟斷，降低煤礦安全監控系統自動化的成本，為推動煤礦企業安全生產作出貢獻。

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2機械工程自動化技術的現狀及制約因素

從我國機械工程自動化技術應用的現狀來看，其還處于剛性自動化、單自動化的階段，但國外一些工業發達國家已經實現了機械自動化技術的集成化、智能化、柔性化發展。在機械自動化生產的管理方面，我國一些企業仍舊是采用傳統的管理模式，而發達國家已實現了計算機全程控制管理，而且在機械生產模式、工業組織與管理方面也在不斷升級與創新。由此可見，我國機械自動化的發展仍然存在諸多的不足之處，而制約我國機械工程自動化技術進一步發展的因素，主要為：缺乏相關技術人才、自動化技術應用范圍不夠寬廣、自動化技術相對落后、缺乏自動化技術的科研投入、機械自動化技術的管理不夠完善等。

3加強機械工程自動化技術的建議

3.1加強配套機械自動化技術的發展

所謂配套機械自動化技術，是指機械自動化技術既要發展主要機械設備的自動化，又要發展配套元件及控制系統的自動化。充分應用電子學、零件檢查與機床裝料自動化技術、電子計算機技術，大力推廣程序數控機床，研究發展可靠、高效的自動化生產線、自動化控制系統、生產信息系統等。通過配套機械自動化技術的大力發展，使機械工程行業從生產制造開始到結束均能實現自動化生產，從而大力提高生產效率，促進生產效益

3.2重視低成本機械自動化技術的發展

根據形勢分析來看，我國暫時還無法投入大量資金發展太多高科技、高成本的機械自動化技術，這種形勢下，便應該先從投資少、見效快、成本低、前景廣、潛力大、適合我國發展需要和國情的自動化技術著手，打好基礎，慢慢向上發展。例如芬蘭NOKOAData機工廠組裝車間內擁有的一條可制造286/386/486微機的靈活生產線，該生產線在自動化設備應用的同時融入人工參與，將自動化技術與傳統工藝完美結合，使其在保證造價較低的同時，具有柔性制造系統的性能。國外這種低成本、見效快的自動化技術我們均可借鑒參考，并結合我國基本國情，研發出適合國內機械工程發展的低成本自動化技術。

3.3重視機械工程自動化人才的培養

我國機械自動化技術之所以發展緩慢，與這方面人才的缺失有很大關系，因此，為促進機械工程及自動化技術的進一步發展，便要重視對機械工程自動化人才的培養。第一，需大力引進國外先進的機械自動化技術，同時加強對機械工程自動化教育活動的開展，使我國的科研實力逐漸增強。第二，機械工程自動化專業人才必須具備機械工程的研究、設計、制造以及自動化技術基礎知識、基礎理論、基本技術與應用的能力，能夠在機械工程生產第一線從事材料加工機械、機械制造及自動化等方面工作。

4機械工程及自動化技術的發展前景

在科技的快速發展下，我國的機械工程及自動化技術也在不斷朝前發展，但其在發展的同時，也突顯出資源浪費、環境污染、產品開發及利用率低等問題。為促進機械工程及自動化技術的可持續發展，機械工程自動化技術朝著綠色環保、經濟性、實用性等方面發展也是必然趨勢。

（1）綠色環保的發展前景。機械工程行業在自動化技術的廣泛應用下，雖然大幅度地提高了生產效率，但給生態環境也帶來了嚴重破壞，因此，自動化技術的應用與發展應該以減少環境污染和資源浪費，倡導綠色生產戰略為原則。

（2）經濟性發展前景。我國很多企業在自動化技術的應用與發展中還較為落后，由此也導致了企業經濟發展的緩慢，因此，為保證自動化技術能創造出更為可觀的經濟效益，各企業對現有技術設施不斷改進與優化，在提高生產效率的同時使經濟的發展得以滿足，才能真正發揮機械工程自動化生產的作用。

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不斷的將機械產品的創新能力優化與提高，與國家、機械領域的企業單位發展與生存有著密切的聯系。在美國，相關的機械工程的設計委員會制定了2005年到2030年的有限資助計劃領域中，將機械創新設計作為重要的資助之一；另外，機械個性化的發展趨勢以及機械市場的復雜多變也要求了企業需要在機械設計當中不斷的更新、設計，迎合市場的需要，而自動化技術創新的運用是確保企業能夠在第一時間內研發出迎合市場需求的產品的有利武器。因此，對于21世紀的機械工程設計學科來說，創新性與快速性就成為企業是否能夠適應市場需要、社會發展的關鍵所在。在機械產品概念設計的初期階段，也就是原理方案的設計當中決定了產品是否具備創新性。

對于機械產品的設計概念來說，主要是設計到了人們的創新思維，也可以看成為人腦抽象與形象思維綜合運用的一種結果。當然也受到了人們創新思維以及知識積累的局限。人們進行機械創新設計時，具有很大的隨機性，并不能夠確保想要的設計，同時兼具創新性的方案能夠在一定的時間段之內得出。因此，想要在第一時間內設計出滿足市場需求、能夠占據市場的產品，存在一定的困難局限性，也是不太現實的問題，因此，在機械產品的創新迅速實現過程中，基于計算機化的創新就是非常有效的方法之一。

從廣義的機構學的教學來看，對于機電一體化系統（包含了機、電、液與控制等等），都可以將其看成為兩個組成部分——廣義的傳動機構與傳動載體。而對于創新機電一體化系統的方案，就在于創新廣義機構。因此，筆者在本文當中針對機械設計當中自動化技術創新的運用提出了一套機械系統創新設計以及自動化的方案（基于三維平臺，以下所述都是基于三維平臺）。

二、機械設計與自動化體系

對于上述中的復雜機械系統進行創新設計以及對于機械相應的自動化系統的組成方面，主要是以下：兩種具有較強的獲得創新性設計方案的能力的、在計算機化方法當中適合于機械系統創新設計當中較為復雜的方案；直接支持產品設計方案的三維虛擬樣機裝配與仿真的自動化建模過程，能自動化地對創成的復雜機械系統符號方案進行仿真、建模以及裝配。而快速與創新則是其最大優點。

對于初期機械設計概念的這一階段放縱，主要通過自動化系統為創新設計提供兩套方案：其一，基于機械設計的基本規則而采用的創新設計方案；其二，創新方案的功能改良分解以及重組。考慮到這兩種系統設計在方案的產生原理上都是采用的符號形式將最終的方案列出。而對于機械概念設計的初期階段的使用符號的方案，機械自動化則會將方案進一步的分解成為機構的基本形式以及相互的連接這兩個方面。在進行識別基本的機構方法選取上可以考慮到進行運動分析，從而將內部各個構件運動時所產生的分析數據展示出來。為了將開發機械產品的速度進一步提高，就能夠使用面向對象的技術來進行基本機構的設計。然后，三維平臺進行的二次開發，在采用的措施當中選擇特征控制參數、數據庫驅動等等，對于整體的基本機構三維造型設計，能夠使用少量特征控制參數對其進行驅動。能夠良好的解決基本機構虛擬建模的問題。

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一、引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

二、全閉環交流伺服驅動技術

在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。

一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。

該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。

三、直線電機驅動技術

直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。

在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。

1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。

2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。

3.動剛度高由于"直接驅動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時也提高了其傳動剛度。

4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。

6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。

7.效率高由于無中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗，傳動效率大大提高。

直線傳動電機的發展也越來越快，在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統，它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。

四、可編程計算機控制器技術

自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器（ProgrammingLogical Controller，PLC）問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。

與傳統的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小，這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統的循環周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來，滿足了實時控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。

基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務模塊構成，給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務），這些模塊既獨立運行，數據間又保持一定的相互關聯，這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統的調度管理下并行運行，共同實現項目的控制要求。

PCC在工業控制中強大的功能優勢，體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS（分布式工業控制系統）技術互相融合的發展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術，但在其越來越多的應用領域中，它正日益顯示出不可低估的發展潛力。

五、運動控制卡

運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現主要是因為：（1）為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統等）、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。

運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。

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二、教學體系創新思考

（一）創新教學方法

（1）培養大工程觀。

在職高機械設計制造與自動化創新教學過程中，應該引進并重視世界上一些先進的職業技能培養理念，注重機械設計制造與自動化理論與實踐的結合，培養學生形成客觀的、理性的大工程觀，充分理解和重視機械設計制造理論與實踐相互支撐以及相互促進的重要作用。

（2）重視實踐教學。

只有通過具體實踐，才能真正將書本理論知識轉化成相關的職業技能，才能真正將機械設計制造與自動化知識學以致用，并在不斷的實踐過程中積累經驗，提升自我職業技能以及創新能力，因此，在職高機械設計制造與自動化創新教學過程中，必須重視實踐教學，努力培養學生的實踐能力。

（3）強化實習基地。

提高職高學生機械設計制造與自動化專業技能以及實踐能力的一個最重要的途徑就是通過在實習基地的實踐與學習。因此，在實際創新教學過程中，應該重視校外實習基地的作用，著重發展和建設一些先進的、功能性較強的現代化實習基地，讓職高學生能夠很好用來進行工程機械方面的訓練和實踐。

（4）強化設計能力。

在職高學生機械設計制造與自動化創新教學過程中，能夠很好地反映出學生綜合能力和設計能力的途徑就是進行課程設計。在我國目前的職高機械課程設計教學過程中，往往不利于學生的個性化發展和需求，應該重視課程設計的內容和目標設計，突出對實踐過程中的應用，選擇綜合質量較高的設計課題，減少學生之間雷同設計的可能性，最大化地提升職高學生的設計能力、綜合能力以及個性化發展能力。（5）提高新型教師。教師在職高機械設計制造及自動化教學中發揮著巨大的作用，直接影響著學生的學習效果和各項技能的提高，在創新教學體系中，應該重視和培養一批高素質新型教師，除了具備熟練的專業技術技能外，還應該能全面培養學生的綜合素質，重視學生在教學過程中的主體地位，積極培養學生的實踐能力、綜合能力以及創新思維及創新能力。

（二）創新教學體系

（1）在職高機械設計制造及自動化創新教學中

應該建立和健全專業的知識教育體系，強化學生的專業技術和技能的培養，優化專業知識的教學環節和教學內容，提高專業知識的教學效率。

（2）在職高機械設計制造及自動化創新教學中

應該建立和健全學生能力培養體系，通過參加實習以及參加各種課外技能活動的形式等，培養和提升學生的實踐能力。

（3）在職高機械設計制造及自動化創新教學中

應該建立和健全培養學生綜合素質的教育體系。現代化建設和現代教育改革不斷重視綜合素質較高的新型人才，在實際創新教學過程中，應該通過各種實踐活動、專業學術報告等形式，提高職高學生的綜合素質，培養職高學生的創新思維以及創新能力。

（三）創新教學方式

（1）啟發式教學。

在職高機械設計制造及自動化創新教學過程中，學生應該作為教學過程的主體，教師對學生起著引導作用，應該善于啟發學生對相關知識的思考和討論，引導學生自動地進行設計及相關的學習，提高學生自己解決問題的能力，充分發揮學生的主體作用。

（2）信息網絡教學。

在信息科學技術迅猛發展的時代，信息網絡技術在教學過程中的運用越來越重要。在職高機械實際制造及自動化創新教學過程中，可以充分利用多媒體教學方式，給學生的視覺和聽覺造成新的沖擊，激發學生的學習興趣，提高學習效率。

（3）企業內部教學。

應該將傳統的課堂教學與企業教學結合起來，將機械設計制造及自動化教學中的理論和實踐有機地整合在一起，使學生對所學專業有深刻和全面的了解。

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二十世紀末，煤炭科學研究院上海研究院與國外公司合作，致力于研究更為先進的采煤機，終于在二十世紀90年代成功研制出我國第一臺交流變頻電牽引采煤機。從此之后，我國的電牽引采煤機得到了非常快速的發展，我國的電牽引采煤技術也在日益的改進與實際運用中越來越成熟，基本實現了采煤機無線技術的目標。同時電牽引采煤機還具有截割電機、牽引電機、冷卻系統的溫度測驗以及對機械等的保護功能。

1．2刮板式輸送機

隨著我國采礦技術的不斷提高，對各方面的安全系數也有著越來越高的要求，我國的刮板式輸送機技術水平也在不斷提高。刮板式輸送機引進了很多的新技術、新材料以及新工藝，技術含量在不斷上升。刮板式輸送機的成功，使我國的煤礦開采徹底擺脫了在大型輸送機方面完全依賴進口的被動局面。

1．3帶式輸送機

帶式輸送機一直都是我國煤礦開采運輸中的主流。隨著我國采煤技術的不斷提升，安全礦井的生產能力也在不斷增強，對輸送機的技能也提出了更高的要求。從目前來看，我國的大型輸送機主要采用先進的變頻驅動控制技術，能有效實現輸送機的軟啟動。為了使輸送機始終平穩的運行，即始終保持適度的擾度，在輸送機上采用了先進的液壓自控張緊裝置。隨收稿日期:2015－02－05作者簡介:張寧(1980－)，男，經濟師，太原理工大學礦業工程學院礦業工程碩士研究生在讀。著各式各類先進技術的運用，現在我國的帶式輸送機已經形成了系列，同時也提升了水平，最重要的是可以適應我國多樣的礦井。

2采煤機械裝備中的自動化技術

近年以來，我國的采煤裝備以及技術等各方面都有了很好的發展，同時采煤機械設備的自動化技術也取得了較大的發展。

2．1液壓支架中的電液控制系統

液壓支架電液控制系統方面的功能主要有支架的自降功能、自動推移刮板輸送機、自動化跟機作業、遠程操作作業等等，并且液壓支架的電液控制系統已經完全擺托了對進口的依賴，實現了國產化。國內有很多液壓支架電液控制系統的研究單位，主要分布在北京、河南、山西、廣東等地，其中北京是主要的分布范圍。

2．2智能型采礦機的自動化控制

智能型采礦機已經基本實現了記憶割煤、檢測采煤位置、搖臂調高控制以及機身水平測試等等功能。國內的采礦機廠家有很多，都實現了挖礦機的這一重要功能。

2．3刮板輸送機中的自動化技術

刮板式輸送機的自動化功能不僅僅包括減速器、溫度測試，還有電機的降壓啟動、鏈條張力檢測以及破碎機自動推移等等。刮板式輸送機的自動化技術在國內多家成套裝備供應商家那里已經取得了突破，“三機”控制系統已經實現國產化。目前，多家公司組織專門的技術研究人員參與自動化控制方面的研究，并將無線、視頻、音頻等手段應用于輸送機的自動化控制，致力于實現“無人跟機作業，有人安全值守”的理念。

3與國外先進機械裝備對比

不可否認，我國自主研發的電牽引采煤機、液壓支架、刮板式以及帶式輸送設備等都具有很強的技術實力，即使是在國外，也是有很強的競爭力的。但是，我國目前的煤礦開采機械設備同國外的相比仍有很多不足之處，主要體現在可靠性、安全性、智能化、信息化、自動化等方面，這些都是我國需要進一步提高的方面。

3．1液壓支架

國產的液壓支架主要是在材料、元部件、高級控制方面輸與國外高端產品，而中國的液壓支架的全自動控制系統還處在剛剛起步的階段，更不要說與外國先進設備一較高下了。

3．2采煤機

國產的采煤機主要是在智能化功能方面弱于國外高端采煤機。如記憶割煤、遠程遙控等等方面。要想取得長遠的進步，必須在已有技術的基礎上，借鑒國外的先進技術，同時也要有自己自主創新的過程。

3．3輸送機

與國外高端輸送機相比，國內的刮板式輸送機主要是在自動伸縮機頭以及在線故障診斷等方面存在著不足之處;對于帶式輸送機，主要是在動態分析、自控張緊技術等方面屬于國外。

3．4自動化技術

在自動化技術以及設備的自動化方面，國內的科研單位在三維檢測、自動找直等方面弱于國外技術。另外，我國的采煤設備，主要是以單機控制為主，缺乏聯動控制;缺乏運輸設備智能的一體化控制等等。

4我國采煤機械裝備以及技術的發展方向

要想實現我國采煤技術以及開采機械設備的真正獨立，必須要依靠自主創新，以期能夠實現即使是在極其惡劣的情況下，也能安全信息傳輸、煤巖識別以及對安全的感知等等;形成一套依靠視頻、音頻、感知等手段的集檢測、控制于一體的智能控制裝備。通過對自動化技術的運用，將我國現有的液壓支架、電牽引采煤機、刮板式輸送機、帶式輸送機等有機地結合起來，全面提升我國采煤機械裝備以及自動化技術的現有水平。努力為我國參與世界競爭創造條件。

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要對機械設計自動化設備進行安全評估，其出發點為邏輯控制管理，根據相關的安全評估結果使機械設計方案得到進一步的優化，從而使得機械設計自動化設備符合全部的安全要求，更好的實現機械設備在使用過程中的安全操作及安全控制管理。在進行機械設計的過程當中，要嚴格遵照國家的相關進行設計工作，使得所設計及制造的機械自動化設備的工藝操作流程得到較好的安全保證，從而使得自動化安全系統的設計得到更深一步的優化，質量水平進一步的提升。

1.2機械設計自動化設備安全評價

機械設計自動化設備安全評價工作的主要內容是對相關的安全風險進行綜合且全面的分析，并對機械設備存在的安全風險進行全面的分析及優化，從而有效的增強機械設備安全能力，為機械的安全操作及全面的安全管理工作創造更加優越的條件。在機械設計的整個過程當中，要將設計方案及設備控制模式兩者進行密切的聯系，從而使得機械設備的整體控制能力均得到提高。此外，在進行機械設計自動化設備安全風險評價時，要對存在的諸多安全危險點進行徹底的、詳盡的分析，使得機械設備自動化安全能力及機械控制管理工作質量都得到全面提升。在機械設備自動化控制管理中，要特別強調安全限制的作用，在機械設備的使用過程中要嚴格遵守安全使用章程，在機械的有效壽命周期內，要時刻對機械自動化設備進行安全控制管理，從而避免因人為操作不當而造成的安全事故，全面發揮機械設備的安全及控制水平。基于對機械自動化設備的正確操作及使用，可以較好的實現對機械的安全風險分析，有助于機械安全控制管理水平的完善及提高。

1.3機械設計中自動化設備的風險評定

機械設計中要對設備進行自動化安全風險評定，才能更好的減少安全風險，對機械設備的正常運行創造良好的條件。隨著機械自動化水平越來越高，機械設備的風險評價迭代過程越來越復雜，需要從風險識別的全過程出發，不斷加強自動化設備安全管理，提高機械設備的安全自動化控制能力。機械設計中自動化設備的風險識別要從信息確認開始，保證機械設計風險自動化迭代符合安全控制的要求。

2機械設計自動化設備安全控制的基本原則

2.1機械設計自動化設備安全控制要符合機械功能要求

在進行機械設備自動化設備安全控制管理時，最基本的要求就是要滿足機械設備的使用功能，即其各項安全自動化控制功能要得到全面的保障。機械設計自動化設備安全控制要符合核心功能的要求，保證機械信息和設備控制能夠符合技術指標的要求。在機械自動化設備的具體操作過程當中，要結合其設計、制造及相應的安全操作規程等多個方面的因素，進行全面的安全掌控，進而從基礎上提升機械設備的自動化安全控制管理水準。

2.2機械設計自動化設備安全控制要利用先進技術

我國原有的機械設備自動化技術水平與西方技術發達國相較起來，還存在著較大的差距，要想使我國的相應技術得到快速的提升，就要虛心向先進國家學習，學習其先進行設計及制造技術和先進的安全管理技術。機械設計自動化設備安全管理不管從產品還是從系統角度出發，不斷提高機械設備自動化安全控制能力。機械設計自動化設備安全控制要以技術為主，才能保證機械能夠完成智能化功能，同時能夠滿足人性化的安全管理要求。機械設計自動化安全設備管理要對各種加工設備的框架進行優化，從安全管理的角度出發，不斷增加輸出設備的功能。在能量轉換機械設備的過程中需要保證各種能量轉換能夠安全可靠，提高機械設備的安全控制能力。

2.3機械設計自動化設備控制要堅持安全性和可靠性原則

機械設計自動化設備控制要從產品故障管理角度出發，保證機械設備能夠進行自動化故障處理，提高機械設備的控制管理能力。機械自動化控制與產品優化是緊密結合在一起，機械自動化產品要和安全智能化控制緊密融合，保證各種機械設備的診斷、處理和監控能夠符合安全控制的基本原則。機械設計自動化設備控制要從操作環節出發，減少機械事故發生的幾率，通過對機械設計自動化設備的安全控制，可以提高機械設備的靈敏度。機械設備安全控制管理要從方便操作的角度出發，不斷優化設計方案。機械設備中各種自動化產品的功能要進行有效的監控，保證操作流程能夠符合設備控制管理的要求。通過對機械設備各種安全程度的控制，達到優化操作的總體目標，從而能夠全面實現機械設備的自動化控制和管理。機械設備自動化控制系統的安全指標要從不同的周期出發，積極引進新的技術方案，從而能夠對安全控制的措施進行全面的分析，提高機械設備的綜合管理水平。

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2機械自動化技術在煤礦中應用的意義

2．1保障作業的安全

眾所周知，煤礦洗煤是一類高危行業，在實際工作中通常會存在一系列的安全問題，如果處理不當極易導致安全事故的發生，而在煤礦洗煤中應用機械自動化技術，則能夠在很大程度減少各項作業中的安全隱患，確保作業人員的安全，使整體煤礦洗煤作業的安全性得到大幅度提高。

2．2提高作業的效率

應用機械自動化技術，能夠大幅度的提升煤礦洗選的作業效率，其原因就在于機械自動化技術可以在無人看管的情況下，自動的選擇程序并進行自主作業，而且運作時間不會受到其他因素的制約，因此節省大量的人力、物力以及財力，從而提升選煤生產作業的效率。

2．3促進技術的更新

為了能夠在選煤生產作業中更好的運用機械自動化技術，在使用過程中通常會配合其他的一些先進技術，這樣對技術的更新就可以起到良好的推動作用，促進煤礦生產效益的提高。

3加強洗煤廠機械自動化技術應用的幾點建議

我國煤礦市場的競爭越來越激烈，因此，為了進一步確保安全生產，提高企業效益，獲取競爭優勢，機械自動化技術在洗煤生產作業中的運用也變得日趨重要。因此，采取有效策略來推進機械自動化技術更好應用就顯得尤為必要。

3．1新產品的發展及應用

煤礦企業應當對當前的煤礦管理理念予以創新，引入科學有效的煤礦生產運作模式，注重核心設備及系統的自動化，以便使煤礦生產作業的整體自動化水平得到大幅度提升。同時，煤礦企業還應當加強自主研發，重視企業間的交流合作，并且加大技術開發力度，加快企業技術創新的步伐，集中精力攻破一些核心技術問題，諸如電液控制系統、密封件等，將具有更多優異特性的新產品、新設備應用于煤礦生產中［2］。

3．2提高設備的利用效率

在煤礦企業中，機械設備的安裝及拆卸也是一項不容忽視的工作，只有全方位將機械設備的安裝、拆卸工作做好，才能夠降低企業的生產成本，繼而大大提高機械設備利用率。在煤礦生產作業中，通常可以采取以下幾類措施來提高機械設備的利用率：完善機械設備自動化，提高設備安全生產性能；及時更新機械設備，加強設備的管理及養護，并且做好設備的維修工作，以便最大限度的發揮設備的功能。