時間：2022-04-03 05:27:58
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摘要：三峽工程是“千年大計、國運所系”的跨世紀工程。工程的質量、壽命、運行可靠性和檢修維護費用，取決于多學科技術的發展水平。對表面工程技術在三峽工程機電設備和金屬結構工程上的應用進行了全面的討論和分析，對三峽工程機電設備、金屬結構表面預處理、表面涂覆技術和產品提出了技術要求。
關鍵詞：金屬結構 機電設備 表面技術
1 引言
表面工程，是經過表面預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態、化學成分和應力狀態，以獲得所需表面性能的系統工程。三峽工程通常被人們稱為“土木”工程，但是大壩全長2309.47m中，實際上起擋水作用的溢洪閘門、電廠進水口閘門、船閘人字門和輸泄水閘門占壩線全長的72%(1679m)，實際上就好似一個“鋼秩”工程。三峽工程作為一項水資源綜合利用的工程，其機電設備和金屬結構的總重量達50萬t，其費用占工程總概算的1/3。
表面工程以多個學科交叉、綜合、復合為特色，以應用多種表面技術及其復合表面技術為特點，是主導工業發展的關鍵技術之一。三峽工程是“千年大計”、“國運所系”的世紀性工程，一定要重視質量問題，把質量看成是三峽工程的生命。在國際招標的機電設備技術條件中，明確了應用表面加工技術、表面技術和復合表面技術的要求，以改善提高零部件材料表面性能，有效地提高設備運行可靠性，延長使用壽命和方便維護和修復。表面工程技術在三峽工程建設中得到廣泛應用。
2 三峽工程應用表面技術的對象
三峽水利樞紐由擋水和泄水建筑物、發電建筑物和通航建筑物組成，大壩軸線全長2309.47m。泄水建筑物位于河床中部，設有表孔、深孔和導流底孔；電站廠房位于泄水建筑物左、右兩側，為壩后式廠房，共裝設26臺700MW水輪發電機組。通航建筑物布置在樞紐左岸，包括雙線連續五級永久船閘、單線垂直升船機和施工期通航的臨時船閘。
2.1 水輪發電機組和其它機電設備
三峽電站水輪發電機組及輔助機電設備總重量約達26萬t。埋設在混凝土中的設備部件、常年受含沙水流沖刷的水輪機過流部件和常年暴露在空氣中的機電設備表面都需要應用表面工程的基礎理論，提出優質、高效、低耗的表面工藝技術，在設備和零部件的表面進行嚴格的處理以保證設備可靠運行。
2.2 水工閘門和金屬結構
三峽工程的水工閘門埋設件、閘門本體、輸水鋼管及啟閉機等金屬結構總量約26萬t。其中大壩及電站合計共有30種不同規格的閘門539扇，永久船閘有各類人字門、充泄水閥門等共89扇，兩者共約7.3萬t。其中工作環境最惡劣的是導流底孔和泄洪深孔的弧形工作門，最高工作水頭達85m，流速達35m/s，并有局部開啟的要求。
2.3 對外交通工程
三峽工區對外交通工程的金屬結構表面防護，包括橋梁表面涂覆、裝卸重件碼頭上的起重設備和金屬結構的表面處理以及集裝箱碼頭鋼管樁和粉煤灰鋼罐內表面的防腐等。
三峽工程對外交通金屬結構工程包括大中橋梁34座，其中聯系壩區兩岸的西陵長江大橋1118.66m。
3 三峽工程應用表面技術的試驗與實踐
3.1 三峽機電設備和金屬結構表面的工作環境
三峽機電設備和金屬結構表面，根據其功能要求，分別暴露在在室內外大氣和潮濕大氣中，干濕交替環境。在靜水工況、動水工況、高速含沙水流中和與混凝土結合的環境下工作運行。
(1)暴露在大氣中工作的有：大壩頂部門式起重機及軌道、自動抓梁、廠房頂敞開式高壓電氣設備、高壓出線塔、主廠房大門、電站尾水門式起重機及軌道以及部分閘門的局部外露部分。還有永久船閘、臨時船閘和垂直升船機的橋機、大梁及清污機等。這些暴露在大氣中的結構和裝備表面，常年經受日曬雨淋、風雪冰霜的襲擊。
(2)在室內大氣中工作的設備主要有：水輪發電機組、變壓器的外露表面、主付廠房內各種橋機、大梁、軌道、廠內高壓設備、大電流母線設備和其他機組輔助設備如水泵、空壓機、制冷機表面，電站廠房屋架、船閘人字門啟閉機及其附屬設備、中低壓配電盤、動力盤、保護盤柜表面等。
(3)在潮濕大氣中工作的結構和設備如：電站廠房進水口豎式液壓啟閉機、長期存放于門庫中的檢修門及埋件、閘門吊桿、尾水排水閥、水輪機頂蓋排水泵等。這些設備常年處在潮濕的空氣中，易銹蝕和腐蝕。
(4)在干濕交替環境中工作的結構極易發生表面破壞如：船閘人字門、所有閘門的門槽埋件、船閘浮式系船柱、泄水表孔閘門和檢修門等。有的干濕交替頻繁，有的交替頻度不大，對結構表面影響也有所不同。
(5)在靜水狀況下工作的裝備有：船閘人字門、檢修閘門和疊梁門，電站進水口檢修門，泄洪壩段深孔和表孔檢修門等。他們都是在閘門前后平壓后才開啟或下落的。
(6)動水工況下工作的電站進水口工作閘門、壓力鋼管、攔污柵事故檢修門、水輪機過流部件包括渦殼、導水機構、轉輪、基礎環和尾水管里肘等。
(7)在特別惡劣的環境中工作的排沙孔工作閘門及事故檢修門、底孔工作門、深孔工作門、船閘輸泄水廊道閥門、鋼襯護以及水輪機轉輪都是在高流速的含沙水流中工作和運轉的，泥沙磨蝕的破壞作用，對其材料和表面的處理都有特殊要求。
(8)一些與混凝土面結合的鋼結構，如壓力鋼管外壁，所有閘門和啟閉機構以及鋼結構的埋件、水輪機鋼里襯、蝸殼、座環以及發電機埋件、設備基礎埋件等。
3.2 三峽壩區的空氣和水環境特性
三峽壩址位于湖北宜昌市二斗坪鎮，此區域屬南溫帶和亞熱帶過渡地帶，其氣候特征是高溫、高濕、霧多風小，秋雨多溫差小。壩區大氣年平均相對濕度75.8%，平均溫度21～22C，最高溫度43.9C，最低9.8C。年平均降雨量達1251mm，以7、8月份較高。大氣中S02濃度較高，酸雨比較嚴重，降雨pH值為5.44，大氣環境腐蝕性大。
三峽壩址處多年平均水量達4500億m3，多年平均流量為14400m3/s，水中含有泥沙，多年平均含沙量1.2kg/m3。實測最大含沙量10.5kg/m3。泥沙中推移質相對較小，懸移質居多，平均粒徑小于0.1mm。水中有生物作用，如海蜊子等。江水的PH值為7.95，水中溶解O2為6.4mg/L。在動水下工作的裝備和結構，承受的動水速度多不相同，攔污柵的過柵流速約lm/s，壓力鋼管內約8m/s，船閘輸水廊道內約20m/s，深孔、底孔閘門處30～35m/s，排沙底孔內18～28m/s，水輪機轉輪葉片約30～40m/s。這些結構和裝備特別是在高速含沙水流中工作的結構和裝備，面臨空化和泥沙磨損的聯合破壞。
3.3 三峽工程設備和鋼結構的表面技術應用試驗
為了使表面科學與工程相結合，為了結合三峽工程的空氣環境、水環境和工作環境特點，通過試驗研究提出有效的工程措施，達到改善材料的表面性能、有效延長使用壽命、節約資源、提高生產力和減少環境污染的目的。
為此，中國長江三峽工程開發總公司委托武漢材料保護研究所進行了不同涂覆材料和多種表面技術復合處理的實驗。
(1)大氣暴露實驗 從1995年1月開始，在三峽壩區、宜昌市區和秭歸縣城，對30多個國內外廠家的120多種防腐體系的試件作掛片試驗，其中有機涂裝體系42種，熱噴涂金屬體系7種?，F在試驗仍在進行中。
(2)水環境暴露實驗分別對全暴露在水環境中(全浸)和干濕交替的環境進行了試驗。實驗安排在三峽壩址下游40km處的葛洲壩水利樞紐進行，全浸試件浸沒在葛洲壩二號船閘上閘首的人字門上，干濕交替試件裝設在葛洲壩二號船閘下閘首的人字門上。試驗涂裝材料有，有機涂裝體系35種，熱噴涂金屬體系7種，電化學保護1種。
(3)室內加速腐蝕實驗分別對13個廠家的34種防腐體系，即4種水溶性無機富鋅類、3種醇溶性無機富鋅類、4種環氧富鋅類、13種富鋅底漆/中間漆/面漆、5種金屬噴涂層、8種金屬噴涂層/封閉底漆進行試驗，分別應用常規試樣和劃叉破壞性試樣在中性鹽霧條件下進行加速腐蝕試驗、在5%鹽水溶液中浸漬試驗、紫外線加速腐蝕老化氣候試驗、在自來水和鹽水中的電化學對比試驗、涂層電氣學保護性能試驗以及涂層與基體(或其他涂層)界面粘結力試驗。
上述各項現場掛片試驗的初步成果，已在機電設備和金屬結構招標文件的技術規范中得到應用，供貨廠商將根據合同的要求進行表面涂覆和表面改性處理。
3.4 三峽工程應用表面技術的實踐
三峽工程自1994年12月正式宣布開工以來，表面技術在橋涵、碼頭、施工變電所和儲運設備等方面得到比較廣泛的應用。
(1)橋梁 三峽對外交通工程橋梁中特大橋4座，大橋7座，中橋23座，合計34座，累計長3793m其中較具特色的有蓮沱大橋、黃柏河大橋、下牢溪大橋和橫跨長江南北兩岸的西陵長江大橋。
蓮沱大橋全長340.87m，主橋為中承式三孔鋼管混凝土連續拱橋。拱上橋面總寬20m。鋼管的壽命直接影響大橋的安全。鋼管拱表面防護，采用三道漆，分別為底漆、中間漆和面漆，干膜總厚度達305μm。在涂裝前表面經除銹處理達Sa2.5級，粗糙度Ra30。
下牢溪大橋全長286.06m，為六孔三柱墩結構，最大跨徑160m為鋼管拱結構。鋼管拱表面防護采用熱噴鋁。
黃柏河大橋全長284.76m，為七孔樁臺式雙柱墩結構，最大跨徑160m為鋼管拱結構。鋼管拱表面采用熱噴鋅。
上述鋼管拱的涂裝壽命要求達到20年。
西陵長江大橋是橫跨長江的壩區南北重要通道，和其他大橋一樣，都是永久性的公路大橋。大橋全長1118.66m，主孔跨度900m為單跨雙鉸式鋼箱加勁梁懸索結構。兩座主塔高120m，為鋼筋混凝土三層門式柜架結構。主塔基礎為12根中Φ2.2m挖孔灌注樁。兩根主纜各由10010根φ5.1mm鍍鋅平行高強鋼絲組成，直徑為φ570mm，每根主纜長約1478m，重約2300t。兩岸各有一重力式錨錠。在大橋施工過程中，為了解決懸索鞍座的推移以調整力的平衡，全軍裝備維修表面工程研究中心提出了復合減摩涂層設計及相應的現場施工方案，替代國外采用的在鞍座磨擦副中安裝數千枚滾針的方案，使鞍座順利推移到位。采用這種復合減摩技術使磨擦系數降低1倍以上，大大節省了施工費用。此外，主塔表面和鋼纜都采用了表面涂裝防護，主塔表面總漆膜厚度達280μm。涂裝壽命為5年，修復不需鏟除只需在原涂裝上再次涂覆。
(2)公路 專用公路采用封閉管理，為保證晝夜行車安全，設有公路防眩網及護欄，網和護欄波形梁表面采用熱浸鍍鋅防護，鋅層厚度在61～85μm。
(3)碼頭在三峽壩區設有一座楊家灣港口集裝箱、雜貨碼頭和一座重型設備裝卸的重件碼頭。碼頭是三峽壩區水上的貨物吞吐口，保證安全運作十分重要。
楊家灣碼頭的水下φ800/1000的鋼管樁是碼頭的基礎，鋼管樁采用16mm的3號鎮靜甲類鋼，其表面用氯化橡膠鋁粉和氯化橡膠防腐漆進行處理。
2×300/50t重件碼頭的起吊設備為2臺300t小車的橋式起重機，橋架結構總重300t。橋機及吊梁金屬結構的所有內、外表面，機械零部件非接觸表面，都進行了表面涂裝處理。表面先經噴丸、機械手或手工除銹處理，然后涂以底漆、中間漆和面漆，分別采用環氧鐵紅車間底漆、環氧云鐵防銹漆和可涂覆聚氨酯面漆。
(4)粉煤灰儲運罐罐體為鋼結構，全部儲運罐總重約1830t，對其罐體、中轉倉進行涂裝處理，用鐵紅為底漆，合成樹脂調和漆用作中間漆和面漆，輸送粉煤灰的地下管道用環氧煤焦油瀝青涂料。
表面工程在三峽工程的應用實踐，不但起到了對金屬和非金屬表面的防護作用，還增添了建筑物的美感。據不全面的檢查，涂復材料和工藝的應用是成功的，其使用壽命還有待進一步跟蹤調查和考驗。
4 機電設備、金屬結構表面技術應用展望
迄今為止，三峽工程機電設備和金屬結構的招標工作還在進行中。已完成招標的項目有左岸電站14臺700MW水輪發電機組，合同金額7.4億美元。二期工程廠(房)壩(溢洪壩段和永久船閘閘門及金屬結構)采用國內公開招標，合同金額10.7億元?，F在在正進行500kV高壓電氣設備(15臺840MVA變壓器和全封閉組合電器)國際招標，電站主廠房1200t橋式起重機國內招標、500kV電抗器，20kV大電流封閉線的招標。還有大壩頂部和電站尾水平臺的門式起重機等還未招標。這些機電設備和金屬結構是2003年發電、通航的關鍵設備，這些設備和構件的表面處理，影響到設備的壽命、大壩整體建筑藝術處理甚至設備的安全可靠運行。
4.1 水輪發電機組和輔助電氣設備的應用展望
在機組招標文件技術規范和合同文件中，對工廠涂裝和保護涂層都有明確的規定，明確規定按SSPC—PAl、ASTMB456、ASTMB633和ASTMA164進行表面涂層處理。明確規定涂層必須在合適的氣候條件(環境溫度低于7C或金屬表面溫度小于外界空氣露點以上3C時不能進行)。
同時明確了設備表面的清掃要求。選用溶劑清洗，進行噴丸發亮處理。使金屬表面發亮呈均勻的灰白色。
對在運輸過程中暴露在大氣中的重要機械加工的黑色金屬表面，先用溶劑清洗干凈，并涂一層厚的防銹化合物。
所有暴露在大氣中黑色金屬非機械加工表面，如水泵、空壓機外表面需噴砂發亮處理。再涂2層防銹漆，并明確涂層厚度要求。
所有與混凝土接觸的非配合黑色金屬埋件表面，如水輪機蝸殼外表面需進行機械清掃。并涂一層保護層，便于運輸、堆放。在安裝時必須先清理保護層，以利埋件表面與混凝土有效結合。
所有與水接觸的非配合黑色金屬表面，如活動導葉表面，蝸殼內表面，需用噴砂發亮處理，流道內的焊縫需用砂輪打磨光滑，在工廠涂兩層環氧樹脂富鋅漆，安裝后再涂一層保護漆。水輪機轉輪是在含沙水流中運轉的部件，其不銹鋼表面未要求特殊處理。
所有盤、柜、壓力油罐、泵組和管道外表面，在機械清掃后深4層裝飾顏色涂料。盤柜的非工作內表面，進行機械清掃后，再涂兩層防護漆。
對油罐鐵質金屬全部內表面需進行噴砂處理，直至露出金屬光澤為止，再按要求涂保護層。
其他小型輔助設備，如電動機、接觸器、開關和其他設備的表面，需按相應標準進行涂覆。
4.2 水工閘門和金屆結構的應用展望
在水工閘門和金屬結構的招標文件中，參考了三峽地區掛片試驗的成果，按國家和行業規定的標準，對不同工作環境下工作的設備和構件，提出了不同的要求。
對經常處于水下或干濕交替環境，不易檢修，或檢修對航運、發電及泄洪有重要影響的設備或結構。要求采用具有高機械強度的防腐體系，有較好的抗沖刷能力，附著力極強，抗微生物和附著生物的性能優異，其保護年限長達20年。
對經常處于水下或干濕交替的環境，但易檢修且對發電、航運、泄洪影響不大的鋼結構和設備。要求采用粘附力強、耐水性的、抗微生物和附著生物性能優異的防腐體系，其保護年限可達10年。
對在大氣環境中，包括室內與室外的鋼結構和設備，要求采用具有較強的耐氣候變化性能的裝飾性能好的防腐體系，表面涂料要求不易變色，不粉化，其保護年限應達15～20年。
對這些設備和構件的表面處理，要求按國標GB6484-6487規定，要求基體清潔度達到GB8923規定的Sa2.5級。
對防腐材料亦作明確的規定，要求采用國家或行業標準產品系列，底、中、面漆最好選用同一廠家產品。
對各類水工閘門和金屬結構的具體表面涂覆要求，合同中都有具體規定，例如：
永久船閘人字工作門和第一閘首事故檢修門及其埋件，總重約23865.2t。門體和底層采用熱噴鋅，最小局部厚度不小于160μm，封閉層為磷化底漆一道，面漆為氯化橡膠兩道，干膜厚度100μm，涂層總厚不小于260μm。
電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬余t，對鋼管的明管內外壁和鋼管內壁，底漆采用無機富鋅漆，面漆為厚漿型環氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。
電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬余t，對鋼管的明管內外壁和鋼管內壁，底漆采用無機富鋅漆，面漆為厚漿型環氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。
電站進水口快速工作閘門、排沙孔工作門約4911t，表面涂覆采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐。熱噴鋅厚度為120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯樹脂一道，干膜厚30μm，中間漆環氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為改性耐磨壞氧兩道，干膜厚100μm。涂層總厚300～340μm。
泄洪深孔弧形工作閘門23扇、排漂孔弧形工作閘門2扇及其埋件，息重約10306t。門體采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐休系。要求熱噴鋅厚120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯材脂一道，于膜厚30μm，中同漆壞氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為環氧金剛沙二道，干膜厚100μm。涂層總厚300～400μm。
5 結語
表面工程技術在三峽工程的應用，一直受到國家有關部門、單位的重視，通過上述的討論，我們可以看到表面技術與三峽工程成功建設、運行可靠和市省維護費用息息相關。
(1)三峽工程在中國國家科技攻關項目，如“六五”、“七五”、“八五”和“九五”攻關項目的安排，在三峽工程重新論證和投計審查中，始終是一項研究和討論的重要課題之一。從材料表面加工工藝選擇、涂覆材料及噴涂工藝研究以及表面電化保護等在“九五”三峽工程重大裝備研制項目中占有重要地位。在三峽工程開工后，為有效的使用有關表面處理材料和適應三峽壩區的環境，迸行了多廠商多種材料的涂裝掛片試驗，以便有針對性的選擇合適的涂裝材料和工藝，以使表面材料應用達到壽命長、裝飾美的效果。
(2)如前所述，所有機械設備、金屬結構、水工閘門都在不同程度上離不開表面技術，他們運行的可靠性、經濟性都在不同程度上仰仗表面技術的應用，這牽涉到多專業、多學科的應用，不但是簡單的現場的涂裝技術，還有許多是在設計中要求應用的在工廠實施的技術、工芝，從目前的應用范圍看，它是一項在工程中無所不在、應用廣泛的技術。歡迎國內外表面工程學界積極參與三峽工程表面技術應用研究。
(3)隨著國內外表面技術的研究和發展，將使三峽工程通過表面技術的應用廣泛受益。采用長效且與壞境相宜的表面涂裝材料和工藝，對延長設備的使用壽命，延長維護性涂裝的周期，有著重要的經濟效益。與整個建筑和周邊環境協調的裝飾涂裝，將會給人們美的享受。針對三峽工程具體的環境、目標進行研究和開發的成果和產品，將會給三峽工程帶來更大的經濟效益。
(4) 對三峽工程表面技術應用的跟綜研究將水電工程或類似工程的應用提供有價值的參考。三峽工程表面技術應用廣泛，應用材料品種之多，應用對象工作壞境的千差萬別，按照目前技術和工藝水平應用的表面工程技術能否獲得預期效果，還有待長期跟綜研究和改迸。毋容置疑，隨著科學技術的進步，表面工程技術作為現代科學的一門新興的綜合學科，必將得到迅速的發展，三峽工程必將從中獲益。
摘 要 討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業中的應用以及發展趨勢。
關鍵詞 機電一體化 技術 應用
1 機電一體化技術發展
機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
1.1 數字化
微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。
1.2 智能化
即要求機電產品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。
1.3 模塊化
由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。
1.4 網絡化
由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。
1.5 人性化
機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。
1.6 微型化
微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。
1.7 集成化
集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。
1.8 帶源化
是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。
1.9 綠色化
科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。
2 機電一體化技術在鋼鐵企業中應用
在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：
2.1 智能化控制技術(IC)
由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。
2.2 分布式控制系統(DCS)
分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統的主要潮流。
2.3 開放式控制系統(OCS)
開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。
2.4 計算機集成制造系統(CIMS)
鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。
2.5 現場總線技術(FBT)
現場總線技術(Fied Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線?，F場總線的引入導致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發展。
2.6 交流傳動技術
傳動技術在鋼鐵工業中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平?，F在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。
論文關鍵詞：機電一體化；技術；現狀；產品；制造技術；發展趨勢
論文摘要：機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,本文簡述了機電一體化技術的基本概要和發展背景。綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。
現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
1 機電一體化概要
機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。
因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2 機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。
20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，不取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
3 機電一體化的發展趨勢
3.1 智能化
智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
3.2 模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規?；瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。
3.3 網絡化
20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
3.4 微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3.5 綠色化
工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3.6 系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。
結語
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。
[論文摘要]文章從湖南生物機電職業技術學院組建職教集團、加強校校合作和校企合作、創新人才培養模式、實施農民扶貧培訓工程、推行產學研推相結合和致力振興農村經濟等方面闡述了學院圍繞服務區域經濟來培養高素質農業人才的辦學實踐，提出“服務區域經濟，培養高素質農業人才”是做大做強特色農業職業教育的必然要求。
[論文關鍵詞】農業職業教育；區域經濟；產學結合；高素質農業人才
進入21世紀以來，隨著我國農村改革的不斷深入，農業產業結構調整和農村經濟的發展對農業職業教育提出了新的要求。湖南生物機電職業技術學院作為一所具有百年辦學歷史的農業職業技術學院，在長期的辦學過程中，秉承“為時養器，器為時用”的辦學宗旨，積極探索校企合作、工學結合的辦學途徑，創新農業職業教育辦學模式，采取多種形式，主動為農業、農村和農民服務，逐步走上了健康發展的快車道。
一、牽頭組建職教集團，探索農業職業教育辦學新模式
2008年初，經省農業廳、教育廳批準，同意由湖南生物機電職業技術學院牽頭組建“湖南現代農業職業教育集團”。歷時半年，學院承擔了大量籌建工作，起草了籌建方案、集團章程和系列校企合作協議等文字材料；為了建立戰略合作伙伴關系，學院先后與湖南省十大農業產業龍頭企業進行洽談；并舉辦了“湖南省農業廳敬聘袁隆平院士為湖南生物機電職業技術學院名譽院長暨學院專業對接農業產業校企合作簽約儀式”；舉辦了集團成立大會；組織召開了集團理事會第一次會議，以“資源共享、優勢互補、互惠互利、共同發展”為集團宗旨，明確了集團初步運行機制；設立了集團理事會、常務理事會、秘書處和種植業、養殖業、加工業、農機業四個專業委員會等機構，理事長由湖南生物機電職業技術學院院長擔任，秘書處設于湖南生物機電職業技術學院。
集團成立后，完成了兩項非常重要的工作：
一是組織了湖南農技人才現狀及農業職業院校辦學困境調研。為全面了解和掌握湖南農技人才及農業職業院校辦學現狀，2008年10月，集團組織三個調研小組，分別對湖南省農業職業技術人才現狀、人才培養等方面的問題進行了為期兩個月的專題調研。通過調研，我們認為，湖南省農業職業教育雖然發展迅速，在推進新農村建設和現代農業發展中發揮著不可替代的作用，但現狀卻不容樂觀。存在著整體功能發揮不充分，社會地位不高，招生困難，農業人才流失嚴重，發展條件相對落后等問題。必須進一步加強政府的主導作用，努力優化農業職業教育結構體系，提高人才培養質量。在形成《湖南農技人才現狀及農業職業院校辦學困境的調研報告》，并對調研數據進行認真分析的基礎上，集團向省委、省政府、省人大、省政協有關領導、省教育廳、省農業廳有關領導及部分湖南“兩會”代表遞交了《建議免費培養高等農業職業技術人才的報告》。《報告》提出了三條建議：(1)實行免費培養高等農業職業技術人才政策，建議省政府借鑒教育部直屬師范院校學生學費全免，中央將逐步對中等職業教育實行免費教育的政策，由省財政出錢，每年安排高等職業院校純農業專業免費培養計劃5000人。(2)加大對農業職業教育的扶持力度，對高職院校純農專業實行單獨招生，以改變湖南省農業職業院校農業類專業招生困難，辦學規模小，與農業產業發展需求極不相適應的現狀。建議省財政設立農業職業教育專項基金，用于加強農業職業院校的基礎設施、實訓基地和教師隊伍建設，提高人才培養質量。(3)發揮政府統籌作用，整合農業職業教育資源，建議由省政府相關部門牽頭，對全省農業職業教育情況進行一次全面調研，在此基礎上，對農業職業教育資源進行科學合理的整合，充分發揮職業院校在農業技術人才培養、培訓方面的主渠道作用，推動湖南省農業職業教育事業的持續、健康發展。
二是啟動了農業國際化實用人才培養項目。2009年8月，學院與袁隆平農業高科技股份有限公司多次洽談后，決定聯合實施“農業國際化實用人才培養”項目。2009年9月，雙方各派一名專職人員和若干兼職人員，正式成立“農業國際化實用人才培養”項目部，項目部設于湖南現代農業職業教育集團秘書處，由秘書處負責運作。該項目擬在3年內培養1000名農業領域人才，打造國家援外農業技術人員和高端農業國際化實用人才培養培訓基地，為國家l4個援非中心及相關農業企業儲備和輸送高素質農業按術人才。目前，項目部已經完成了簽訂合作協議、管理制度制定、課程體系設置等系列工作。并從集團內部的湘西職業技術學院、永州職業技術學院、岳陽職業技術學院、懷化職業技術學院大三學生和相關企業員工中選拔學員，擬挑選30—40人進行培訓。
二、加強校企合作，創新人才培養模式
(一)校企合作一體化
企業主動向學校投資和提供技術設備，在校園里建設生產性實訓實習基地。2008年9月3日，都市花鄉有限公司與湖南生物機電職業技術學院進一步合作，正式成立“都市花鄉湖南生物機電職業技術學院生產性實訓基地”，將花卉生產基地搬進學校。企業、教師、學生共同參與花卉生產。湖南生物機電職業技術院抓住契機，從園林技術、園藝技術兩個專業著手，啟動項目承包教學方案，教師帶領學生生產水仙花1．5萬盆。這一舉措，不僅幫助都市花鄉有限公司完成生產任務，及時把花卉產品投放春節市場，同時又鍛煉了教師，提高了學生實際操作能力。2008年11月3—6日，由湖南生物機電職業技術學院幫助策劃都市花鄉有限公司承辦的“中國一長沙花藝國際交流會”在長沙成功舉辦，來自日本、韓國、荷蘭、臺灣等十多個國家和地區的花藝大師出席了會議。在大會組織的插花大賽中，湖南生物機電職業技術學院園林技術、園藝技術專業學生向竹君、王鑒、朱嬌榮獲一、二、三等獎。2009年學院再次與深圳百通通訊設備有限公司達成初步協議，該公司擬投資400萬元，在湖南生物機電職業技術學院建設生產實習工廠，作為校企合作培養人才的生產性實訓實習基地。同時學院還把自辦產業實體基本都剝離出來與專業系捆綁，建立系企一體化運行機制，每個專業系至少負責一個產業實體的經營管理，實現經濟效益和教學效益雙重目標。
(二)專業創造性地對接產業
各專業系與合作企業創造性地建立了一系列各具特色的校企合作人才培養模式。歸納起來主要有以下三種模式：一是“專業+產業+職業”的三業聯動人才培養模式。在湖南生物機電職業技術學院開辦的十幾個訂單培養班級的教學中，企業參與人才培養的全過程，融入了行業的新技術、新工藝、新材料和企業文化，學生前兩年半在校內完成專業基礎階段學習，最后一個學期在校企合作企業頂崗實習，形成了“專業+產業+職業”的三業聯動人才培養模式。二是“231”工學結合人才培養模式。植科系廣泛開展校企合作，加大人才培養的力度，以“專業+公司(基地)+師生員工”的專業建設模式為平臺，創立了“231”工學結合人才培養模式，特色突出。即以長沙小康園藝園林有限公司(基地)、產學研示范場和校外園藝企業為依托，將學生在校三年的學習全過程劃分為三個時段，2個學期在校內進行專業基本素質培養，3個學期在系辦公司、實訓基地和學院示范場進行職業技能訓練，1個學期在校外園藝企業進行頂崗實習。打破了常規的教學實訓方法，采取“師傅帶徒弟”、“項目經理帶員工”的實訓方法，使學生完全融人生產實踐中去，提高了學生的實踐動手能力，了解了企業的生產管理方式，為實現“零距離”上崗打下了堅實的基礎。三是“5+3+2”任務驅動式的人才培養模式。動科系按照畜牧獸醫工作任務領域，課程教學計劃按模塊安排，專業課程分專門技術和專業方向兩大模塊，其中專門技術叉分為種畜、營養、畜牧管理、動物疾病防治、獸藥和畜牧環境與畜場規劃六個小模塊，專業方向分繁育、養殖、獸醫、檢疫、營銷5個方向，創立了“5+3+2”任務驅動式的人才培養模式，即五天課堂教學，早中晚三個時間段在校內企業和生產性實訓基地實訓，周末兩天集中進行生產性實踐。目的在于培養具備“強技能、能管理、會服務、懂經營”的高素質技能型應用性畜牧獸醫人才。
三、建設農民扶貧培訓工程。幫助農民脫貧致富
根據國務院“關于進一步加強農村教育工作的決定”精神，2003年l0月，學院主動與省扶貧辦等有關部門聯系并簽訂了協議，從2004年開始，每年舉辦3期農民科技骨干培訓班，每期培訓學員150—200人，培訓時間兩個月，為全省每個貧困村培訓2—3名有一定種養規模和經驗的科技骨干。學院黨委和行政非常重視農民培訓班工作，成立了以院長為組長的農民科技培訓工作領導小組，選派了教學經驗和專業實踐經驗豐富，業務水平高、工作責任心強的教師擔任教學任務，教師們經過廣泛調查，周密制訂了教學計劃，并根據培訓班的要求和農民學員的具體情況，精心組織編寫了種植技術和養殖技術兩套培訓教材，共計80多萬字。目前培訓班已成功地舉辦了15期，培訓學員3000余人。2006年以來，學院舉辦為貧困地區搭建科技平臺，“養殖業”“食品加工”“種植業”科技興村項目創業培訓班10余期，培訓學員600余人，舉辦草食動物品改員培訓班14期，培訓草食動物品改員1000人。學員們通過培訓，將所學知識帶回家鄉，致富一家帶動一方，發揮了科技帶頭人的作用。
四、產、學、研、推相結合．致力振興農村經濟
(一)積極推廣科研成果
近幾年來，湖南生物機電職業技術學院先后有10個科研項目和成果廣泛應用于農業生產，進入直接服務農村經濟的主戰場。動科系歐陽敘向教授自2002年開始研究推廣湘東黑山羊生產技術，該技術先后在瀏陽、醴陵等四縣推廣，初步估算可創造經濟效益2000余萬元。植科系肖君澤教授主持的“外源DNA導入水稻育種研究”科研課題，成功地選育了高產優質水稻新品種“長晚秈1號”和高蛋白水稻新品種“長早秈9號”兩個水稻新品種，兩年來通過學院“長沙小康園林園藝有限公司”這個橋梁，在湖南省長沙、益陽、株洲、湘潭、岳陽等10多個縣市推廣，推廣面積達150多萬畝，為廣大農民帶來了極大實惠。
(二)送科技下鄉，幫農民致富
為了貫徹落實湖南省“科教興村富民工程計劃”和“扶貧支教工程計劃”，幫助農民脫貧增收，湖南生物機電職業技術學院先后派出30余名中青年骨干教師下鄉扶貧支教。2001—2005年，作為技術依托單位，湖南生物機電職業技術學院對口支持長沙縣黃興鎮新沖子村。學院派出了9位教師組成的專家智囊團，指導該村制訂村級發展規劃，舉辦種養技術培訓班，培訓農戶科技骨干，指導調整該村產業結構，一年半時間，該村村民人均年收入增至4260元，比專家組進村前人均年增純收入1500多元。2008年湖南生物機電職業技術學院應長沙市科技局和市委組織部要求，向望城縣靖港漁業合作社派遣科技特派員董益生老師。兩年來，董益生老師與漁業合作社農民打成一片，重點幫助漁業社解決了淡水魚深加工問題，使該漁業合作社共獲得了100多萬元的收益增值。2001年以來，按省委、省政府的統一部署，湖南生物機電職業技術學院先后選派了13位青年骨干教師到湘西自治州9個市縣的鄉鎮開展扶貧支教工作，深受當地村民歡迎。
(三)拓寬社會服務領域，提升服務能力
動物科技系承辦學院的“獸醫院”，獸醫院老師為了解決附近地區農民家禽家畜診治問題，每年出診達1000余次。何德肆副教授有12年的獸醫服務經歷，成為遠近聞名的獸醫專家。他為湖南省數百家養殖專業戶提供獸醫技術服務，診治疾病，近幾年為這些養殖專業戶挽回經濟損失達數百萬之巨。他還擔任長沙偉嘉集團、湖南五指峰生化有限公司等企業的技術顧問，與合作企業研發新產品。湖南生物機電職業技術學院中德長沙現代食品技術研究所，早已成為德國BCS有機保證有限公司在中國唯一授權的有機農產品認證機構，根據歐盟、美國、日本的授權，可分別開展歐盟EU2092／91、美國NOP和日本FAS的有機認證。認證涉及的農產品眾多，認證項目分布30多個省市(區)，為推動中國農產品生產、加工和貿易的發展作出了貢獻。
農業高職院校，主動走出校園、面向社會和市場開放辦學，大力發展與推進校校合作和校企合作之路，依靠企業的支持和參與，為培養高素質技能型農業人才服務，為企業和地方區域經濟服務，同時也是做大做強湖南生物機電職業技術學院特色農業職業教育的必然要求。
論文關鍵詞：機電一體化；技術；現狀；產品；制造技術；發展趨勢
論文摘要：機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,本文簡述了機電一體化技術的基本概要和發展背景。綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。
現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
1 機電一體化概要
機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。
因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2 機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。
20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，不取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
3 機電一體化的發展趨勢
3.1 智能化
智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
3.2 模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規?；瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。
3.3 網絡化
20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
3.4 微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3.5 綠色化
工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3.6 系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。
結語
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。
摘要：三峽工程是“千年大計、國運所系”的跨世紀工程。工程的質量、壽命、運行可靠性和檢修維護費用，取決于多學科技術的發展水平。對表面工程技術在三峽工程機電設備和金屬結構工程上的應用進行了全面的討論和分析，對三峽工程機電設備、金屬結構表面預處理、表面涂覆技術和產品提出了技術要求。
關鍵詞：金屬結構 機電設備 表面技術
1 引言
表面工程，是經過表面預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態、化學成分和應力狀態，以獲得所需表面性能的系統工程。三峽工程通常被人們稱為“土木”工程，但是大壩全長2309.47m中，實際上起擋水作用的溢洪閘門、電廠進水口閘門、船閘人字門和輸泄水閘門占壩線全長的72%(1679m)，實際上就好似一個“鋼秩”工程。三峽工程作為一項水資源綜合利用的工程，其機電設備和金屬結構的總重量達50萬t，其費用占工程總概算的1/3。
表面工程以多個學科交叉、綜合、復合為特色，以應用多種表面技術及其復合表面技術為特點，是主導工業發展的關鍵技術之一。三峽工程是“千年大計”、“國運所系”的世紀性工程，一定要重視質量問題，把質量看成是三峽工程的生命。在國際招標的機電設備技術條件中，明確了應用表面加工技術、表面技術和復合表面技術的要求，以改善提高零部件材料表面性能，有效地提高設備運行可靠性，延長使用壽命和方便維護和修復。表面工程技術在三峽工程建設中得到廣泛應用。
2 三峽工程應用表面技術的對象
三峽水利樞紐由擋水和泄水建筑物、發電建筑物和通航建筑物組成，大壩軸線全長2309.47m。泄水建筑物位于河床中部，設有表孔、深孔和導流底孔；電站廠房位于泄水建筑物左、右兩側，為壩后式廠房，共裝設26臺700MW水輪發電機組。通航建筑物布置在樞紐左岸，包括雙線連續五級永久船閘、單線垂直升船機和施工期通航的臨時船閘。
2.1 水輪發電機組和其它機電設備
三峽電站水輪發電機組及輔助機電設備總重量約達26萬t。埋設在混凝土中的設備部件、常年受含沙水流沖刷的水輪機過流部件和常年暴露在空氣中的機電設備表面都需要應用表面工程的基礎理論，提出優質、高效、低耗的表面工藝技術，在設備和零部件的表面進行嚴格的處理以保證設備可靠運行。
2.2 水工閘門和金屬結構
三峽工程的水工閘門埋設件、閘門本體、輸水鋼管及啟閉機等金屬結構總量約26萬t。其中大壩及電站合計共有30種不同規格的閘門539扇，永久船閘有各類人字門、充泄水閥門等共89扇，兩者共約7.3萬t。其中工作環境最惡劣的是導流底孔和泄洪深孔的弧形工作門，最高工作水頭達85m，流速達35m/s，并有局部開啟的要求。
2.3 對外交通工程
三峽工區對外交通工程的金屬結構表面防護，包括橋梁表面涂覆、裝卸重件碼頭上的起重設備和金屬結構的表面處理以及集裝箱碼頭鋼管樁和粉煤灰鋼罐內表面的防腐等。
三峽工程對外交通金屬結構工程包括大中橋梁34座，其中聯系壩區兩岸的西陵長江大橋1118.66m。
3 三峽工程應用表面技術的試驗與實踐
3.1 三峽機電設備和金屬結構表面的工作環境
三峽機電設備和金屬結構表面，根據其功能要求，分別暴露在在室內外大氣和潮濕大氣中，干濕交替環境。在靜水工況、動水工況、高速含沙水流中和與混凝土結合的環境下工作運行。
(1)暴露在大氣中工作的有：大壩頂部門式起重機及軌道、自動抓梁、廠房頂敞開式高壓電氣設備、高壓出線塔、主廠房大門、電站尾水門式起重機及軌道以及部分閘門的局部外露部分。還有永久船閘、臨時船閘和垂直升船機的橋機、大梁及清污機等。這些暴露在大氣中的結構和裝備表面，常年經受日曬雨淋、風雪冰霜的襲擊。
(2)在室內大氣中工作的設備主要有：水輪發電機組、變壓器的外露表面、主付廠房內各種橋機、大梁、軌道、廠內高壓設備、大電流母線設備和其他機組輔助設備如水泵、空壓機、制冷機表面，電站廠房屋架、船閘人字門啟閉機及其附屬設備、中低壓配電盤、動力盤、保護盤柜表面等。
(3)在潮濕大氣中工作的結構和設備如：電站廠房進水口豎式液壓啟閉機、長期存放于門庫中的檢修門及埋件、閘門吊桿、尾水排水閥、水輪機頂蓋排水泵等。這些設備常年處在潮濕的空氣中，易銹蝕和腐蝕。
(4)在干濕交替環境中工作的結構極易發生表面破壞如：船閘人字門、所有閘門的門槽埋件、船閘浮式系船柱、泄水表孔閘門和檢修門等。有的干濕交替頻繁，有的交替頻度不大，對結構表面影響也有所不同。
(5)在靜水狀況下工作的裝備有：船閘人字門、檢修閘門和疊梁門，電站進水口檢修門，泄洪壩段深孔和表孔檢修門等。他們都是在閘門前后平壓后才開啟或下落的。
(6)動水工況下工作的電站進水口工作閘門、壓力鋼管、攔污柵事故檢修門、水輪機過流部件包括渦殼、導水機構、轉輪、基礎環和尾水管里肘等。
(7)在特別惡劣的環境中工作的排沙孔工作閘門及事故檢修門、底孔工作門、深孔工作門、船閘輸泄水廊道閥門、鋼襯護以及水輪機轉輪都是在高流速的含沙水流中工作和運轉的，泥沙磨蝕的破壞作用，對其材料和表面的處理都有特殊要求。
(8)一些與混凝土面結合的鋼結構，如壓力鋼管外壁，所有閘門和啟閉機構以及鋼結構的埋件、水輪機鋼里襯、蝸殼、座環以及發電機埋件、設備基礎埋件等。
3.2 三峽壩區的空氣和水環境特性
三峽壩址位于湖北宜昌市二斗坪鎮，此區域屬南溫帶和亞熱帶過渡地帶，其氣候特征是高溫、高濕、霧多風小，秋雨多溫差小。壩區大氣年平均相對濕度75.8%，平均溫度21～22C，最高溫度43.9C，最低9.8C。年平均降雨量達1251mm，以7、8月份較高。大氣中S02濃度較高，酸雨比較嚴重，降雨pH值為5.44，大氣環境腐蝕性大。
三峽壩址處多年平均水量達4500億m3，多年平均流量為14400m3/s，水中含有泥沙，多年平均含沙量1.2kg/m3。實測最大含沙量10.5kg/m3。泥沙中推移質相對較小，懸移質居多，平均粒徑小于0.1mm。水中有生物作用，如海蜊子等。江水的PH值為7.95，水中溶解O2為6.4mg/L。在動水下工作的裝備和結構，承受的動水速度多不相同，攔污柵的過柵流速約lm/s，壓力鋼管內約8m/s，船閘輸水廊道內約20m/s，深孔、底孔閘門處30～35m/s，排沙底孔內18～28m/s，水輪機轉輪葉片約30～40m/s。這些結構和裝備特別是在高速含沙水流中工作的結構和裝備，面臨空化和泥沙磨損的聯合破壞。
3.3 三峽工程設備和鋼結構的表面技術應用試驗
為了使表面科學與工程相結合，為了結合三峽工程的空氣環境、水環境和工作環境特點，通過試驗研究提出有效的工程措施，達到改善材料的表面性能、有效延長使用壽命、節約資源、提高生產力和減少環境污染的目的。
為此，中國長江三峽工程開發總公司委托武漢材料保護研究所進行了不同涂覆材料和多種表面技術復合處理的實驗。
(1)大氣暴露實驗 從1995年1月開始，在三峽壩區、宜昌市區和秭歸縣城，對30多個國內外廠家的120多種防腐體系的試件作掛片試驗，其中有機涂裝體系42種，熱噴涂金屬體系7種。現在試驗仍在進行中。
(2)水環境暴露實驗分別對全暴露在水環境中(全浸)和干濕交替的環境進行了試驗。實驗安排在三峽壩址下游40km處的葛洲壩水利樞紐進行，全浸試件浸沒在葛洲壩二號船閘上閘首的人字門上，干濕交替試件裝設在葛洲壩二號船閘下閘首的人字門上。試驗涂裝材料有，有機涂裝體系35種，熱噴涂金屬體系7種，電化學保護1種。
(3)室內加速腐蝕實驗分別對13個廠家的34種防腐體系，即4種水溶性無機富鋅類、3種醇溶性無機富鋅類、4種環氧富鋅類、13種富鋅底漆/中間漆/面漆、5種金屬噴涂層、8種金屬噴涂層/封閉底漆進行試驗，分別應用常規試樣和劃叉破壞性試樣在中性鹽霧條件下進行加速腐蝕試驗、在5%鹽水溶液中浸漬試驗、紫外線加速腐蝕老化氣候試驗、在自來水和鹽水中的電化學對比試驗、涂層電氣學保護性能試驗以及涂層與基體(或其他涂層)界面粘結力試驗。
上述各項現場掛片試驗的初步成果，已在機電設備和金屬結構招標文件的技術規范中得到應用，供貨廠商將根據合同的要求進行表面涂覆和表面改性處理。
3.4 三峽工程應用表面技術的實踐
三峽工程自1994年12月正式宣布開工以來，表面技術在橋涵、碼頭、施工變電所和儲運設備等方面得到比較廣泛的應用。
(1)橋梁 三峽對外交通工程橋梁中特大橋4座，大橋7座，中橋23座，合計34座，累計長3793m其中較具特色的有蓮沱大橋、黃柏河大橋、下牢溪大橋和橫跨長江南北兩岸的西陵長江大橋。
蓮沱大橋全長340.87m，主橋為中承式三孔鋼管混凝土連續拱橋。拱上橋面總寬20m。鋼管的壽命直接影響大橋的安全。鋼管拱表面防護，采用三道漆，分別為底漆、中間漆和面漆，干膜總厚度達305μm。在涂裝前表面經除銹處理達Sa2.5級，粗糙度Ra30。
下牢溪大橋全長286.06m，為六孔三柱墩結構，最大跨徑160m為鋼管拱結構。鋼管拱表面防護采用熱噴鋁。
黃柏河大橋全長284.76m，為七孔樁臺式雙柱墩結構，最大跨徑160m為鋼管拱結構。鋼管拱表面采用熱噴鋅。
上述鋼管拱的涂裝壽命要求達到20年。
西陵長江大橋是橫跨長江的壩區南北重要通道，和其他大橋一樣，都是永久性的公路大橋。大橋全長1118.66m，主孔跨度900m為單跨雙鉸式鋼箱加勁梁懸索結構。兩座主塔高120m，為鋼筋混凝土三層門式柜架結構。主塔基礎為12根中Φ2.2m挖孔灌注樁。兩根主纜各由10010根φ5.1mm鍍鋅平行高強鋼絲組成，直徑為φ570mm，每根主纜長約1478m，重約2300t。兩岸各有一重力式錨錠。在大橋施工過程中，為了解決懸索鞍座的推移以調整力的平衡，全軍裝備維修表面工程研究中心提出了復合減摩涂層設計及相應的現場施工方案，替代國外采用的在鞍座磨擦副中安裝數千枚滾針的方案，使鞍座順利推移到位。采用這種復合減摩技術使磨擦系數降低1倍以上，大大節省了施工費用。此外，主塔表面和鋼纜都采用了表面涂裝防護，主塔表面總漆膜厚度達280μm。涂裝壽命為5年，修復不需鏟除只需在原涂裝上再次涂覆。
(2)公路 專用公路采用封閉管理，為保證晝夜行車安全，設有公路防眩網及護欄，網和護欄波形梁表面采用熱浸鍍鋅防護，鋅層厚度在61～85μm。
(3)碼頭在三峽壩區設有一座楊家灣港口集裝箱、雜貨碼頭和一座重型設備裝卸的重件碼頭。碼頭是三峽壩區水上的貨物吞吐口，保證安全運作十分重要。
楊家灣碼頭的水下φ800/1000的鋼管樁是碼頭的基礎，鋼管樁采用16mm的3號鎮靜甲類鋼，其表面用氯化橡膠鋁粉和氯化橡膠防腐漆進行處理。
2×300/50t重件碼頭的起吊設備為2臺300t小車的橋式起重機，橋架結構總重300t。橋機及吊梁金屬結構的所有內、外表面，機械零部件非接觸表面，都進行了表面涂裝處理。表面先經噴丸、機械手或手工除銹處理，然后涂以底漆、中間漆和面漆，分別采用環氧鐵紅車間底漆、環氧云鐵防銹漆和可涂覆聚氨酯面漆。
(4)粉煤灰儲運罐罐體為鋼結構，全部儲運罐總重約1830t，對其罐體、中轉倉進行涂裝處理，用鐵紅為底漆，合成樹脂調和漆用作中間漆和面漆，輸送粉煤灰的地下管道用環氧煤焦油瀝青涂料。
表面工程在三峽工程的應用實踐，不但起到了對金屬和非金屬表面的防護作用，還增添了建筑物的美感。據不全面的檢查，涂復材料和工藝的應用是成功的，其使用壽命還有待進一步跟蹤調查和考驗。
4 機電設備、金屬結構表面技術應用展望
迄今為止，三峽工程機電設備和金屬結構的招標工作還在進行中。已完成招標的項目有左岸電站14臺700MW水輪發電機組，合同金額7.4億美元。二期工程廠(房)壩(溢洪壩段和永久船閘閘門及金屬結構)采用國內公開招標，合同金額10.7億元?，F在在正進行500kV高壓電氣設備(15臺840MVA變壓器和全封閉組合電器)國際招標，電站主廠房1200t橋式起重機國內招標、500kV電抗器，20kV大電流封閉線的招標。還有大壩頂部和電站尾水平臺的門式起重機等還未招標。這些機電設備和金屬結構是2003年發電、通航的關鍵設備，這些設備和構件的表面處理，影響到設備的壽命、大壩整體建筑藝術處理甚至設備的安全可靠運行。
4.1 水輪發電機組和輔助電氣設備的應用展望
在機組招標文件技術規范和合同文件中，對工廠涂裝和保護涂層都有明確的規定，明確規定按SSPC—PAl、ASTMB456、ASTMB633和ASTMA164進行表面涂層處理。明確規定涂層必須在合適的氣候條件(環境溫度低于7C或金屬表面溫度小于外界空氣露點以上3C時不能進行)。
同時明確了設備表面的清掃要求。選用溶劑清洗，進行噴丸發亮處理。使金屬表面發亮呈均勻的灰白色。
對在運輸過程中暴露在大氣中的重要機械加工的黑色金屬表面，先用溶劑清洗干凈，并涂一層厚的防銹化合物。
所有暴露在大氣中黑色金屬非機械加工表面，如水泵、空壓機外表面需噴砂發亮處理。再涂2層防銹漆，并明確涂層厚度要求。
所有與混凝土接觸的非配合黑色金屬埋件表面，如水輪機蝸殼外表面需進行機械清掃。并涂一層保護層，便于運輸、堆放。在安裝時必須先清理保護層，以利埋件表面與混凝土有效結合。
所有與水接觸的非配合黑色金屬表面，如活動導葉表面，蝸殼內表面，需用噴砂發亮處理，流道內的焊縫需用砂輪打磨光滑，在工廠涂兩層環氧樹脂富鋅漆，安裝后再涂一層保護漆。水輪機轉輪是在含沙水流中運轉的部件，其不銹鋼表面未要求特殊處理。
所有盤、柜、壓力油罐、泵組和管道外表面，在機械清掃后深4層裝飾顏色涂料。盤柜的非工作內表面，進行機械清掃后，再涂兩層防護漆。
對油罐鐵質金屬全部內表面需進行噴砂處理，直至露出金屬光澤為止，再按要求涂保護層。
其他小型輔助設備，如電動機、接觸器、開關和其他設備的表面，需按相應標準進行涂覆。
4.2 水工閘門和金屆結構的應用展望
在水工閘門和金屬結構的招標文件中，參考了三峽地區掛片試驗的成果，按國家和行業規定的標準，對不同工作環境下工作的設備和構件，提出了不同的要求。
對經常處于水下或干濕交替環境，不易檢修，或檢修對航運、發電及泄洪有重要影響的設備或結構。要求采用具有高機械強度的防腐體系，有較好的抗沖刷能力，附著力極強，抗微生物和附著生物的性能優異，其保護年限長達20年。
對經常處于水下或干濕交替的環境，但易檢修且對發電、航運、泄洪影響不大的鋼結構和設備。要求采用粘附力強、耐水性的、抗微生物和附著生物性能優異的防腐體系，其保護年限可達10年。
對在大氣環境中，包括室內與室外的鋼結構和設備，要求采用具有較強的耐氣候變化性能的裝飾性能好的防腐體系，表面涂料要求不易變色，不粉化，其保護年限應達15～20年。
對這些設備和構件的表面處理，要求按國標GB6484-6487規定，要求基體清潔度達到GB8923規定的Sa2.5級。
對防腐材料亦作明確的規定，要求采用國家或行業標準產品系列，底、中、面漆最好選用同一廠家產品。
對各類水工閘門和金屬結構的具體表面涂覆要求，合同中都有具體規定，例如：
永久船閘人字工作門和第一閘首事故檢修門及其埋件，總重約23865.2t。門體和底層采用熱噴鋅，最小局部厚度不小于160μm，封閉層為磷化底漆一道，面漆為氯化橡膠兩道，干膜厚度100μm，涂層總厚不小于260μm。
電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬余t，對鋼管的明管內外壁和鋼管內壁，底漆采用無機富鋅漆，面漆為厚漿型環氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。
電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬余t，對鋼管的明管內外壁和鋼管內壁，底漆采用無機富鋅漆，面漆為厚漿型環氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。
電站進水口快速工作閘門、排沙孔工作門約4911t，表面涂覆采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐。熱噴鋅厚度為120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯樹脂一道，干膜厚30μm，中間漆環氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為改性耐磨壞氧兩道，干膜厚100μm。涂層總厚300～340μm。
泄洪深孔弧形工作閘門23扇、排漂孔弧形工作閘門2扇及其埋件，息重約10306t。門體采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐休系。要求熱噴鋅厚120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯材脂一道，于膜厚30μm，中同漆壞氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為環氧金剛沙二道，干膜厚100μm。涂層總厚300～400μm。
5 結語
表面工程技術在三峽工程的應用，一直受到國家有關部門、單位的重視，通過上述的討論，我們可以看到表面技術與三峽工程成功建設、運行可靠和市省維護費用息息相關。
(1)三峽工程在中國國家科技攻關項目，如“六五”、“七五”、“八五”和“九五”攻關項目的安排，在三峽工程重新論證和投計審查中，始終是一項研究和討論的重要課題之一。從材料表面加工工藝選擇、涂覆材料及噴涂工藝研究以及表面電化保護等在“九五”三峽工程重大裝備研制項目中占有重要地位。在三峽工程開工后，為有效的使用有關表面處理材料和適應三峽壩區的環境，迸行了多廠商多種材料的涂裝掛片試驗，以便有針對性的選擇合適的涂裝材料和工藝，以使表面材料應用達到壽命長、裝飾美的效果。
(2)如前所述，所有機械設備、金屬結構、水工閘門都在不同程度上離不開表面技術，他們運行的可靠性、經濟性都在不同程度上仰仗表面技術的應用，這牽涉到多專業、多學科的應用，不但是簡單的現場的涂裝技術，還有許多是在設計中要求應用的在工廠實施的技術、工芝，從目前的應用范圍看，它是一項在工程中無所不在、應用廣泛的技術。歡迎國內外表面工程學界積極參與三峽工程表面技術應用研究。
(3)隨著國內外表面技術的研究和發展，將使三峽工程通過表面技術的應用廣泛受益。采用長效且與壞境相宜的表面涂裝材料和工藝，對延長設備的使用壽命，延長維護性涂裝的周期，有著重要的經濟效益。與整個建筑和周邊環境協調的裝飾涂裝，將會給人們美的享受。針對三峽工程具體的環境、目標進行研究和開發的成果和產品，將會給三峽工程帶來更大的經濟效益。
(4) 對三峽工程表面技術應用的跟綜研究將水電工程或類似工程的應用提供有價值的參考。三峽工程表面技術應用廣泛，應用材料品種之多，應用對象工作壞境的千差萬別，按照目前技術和工藝水平應用的表面工程技術能否獲得預期效果，還有待長期跟綜研究和改迸。毋容置疑，隨著科學技術的進步，表面工程技術作為現代科學的一門新興的綜合學科，必將得到迅速的發展，三峽工程必將從中獲益。
[論文摘要]文章從湖南生物機電職業技術學院組建職教集團、加強校校合作和校企合作、創新人才培養模式、實施農民扶貧培訓工程、推行產學研推相結合和致力振興農村經濟等方面闡述了學院圍繞服務區域經濟來培養高素質農業人才的辦學實踐，提出“服務區域經濟，培養高素質農業人才”是做大做強特色農業職業教育的必然要求。
[論文關鍵詞】農業職業教育；區域經濟；產學結合；高素質農業人才
進入21世紀以來，隨著我國農村改革的不斷深入，農業產業結構調整和農村經濟的發展對農業職業教育提出了新的要求。湖南生物機電職業技術學院作為一所具有百年辦學歷史的農業職業技術學院，在長期的辦學過程中，秉承“為時養器，器為時用”的辦學宗旨，積極探索校企合作、工學結合的辦學途徑，創新農業職業教育辦學模式，采取多種形式，主動為農業、農村和農民服務，逐步走上了健康發展的快車道。
一、牽頭組建職教集團，探索農業職業教育辦學新模式
2008年初，經省農業廳、教育廳批準，同意由湖南生物機電職業技術學院牽頭組建“湖南現代農業職業教育集團”。歷時半年，學院承擔了大量籌建工作，起草了籌建方案、集團章程和系列校企合作協議等文字材料；為了建立戰略合作伙伴關系，學院先后與湖南省十大農業產業龍頭企業進行洽談；并舉辦了“湖南省農業廳敬聘袁隆平院士為湖南生物機電職業技術學院名譽院長暨學院專業對接農業產業校企合作簽約儀式”；舉辦了集團成立大會；組織召開了集團理事會第一次會議，以“資源共享、優勢互補、互惠互利、共同發展”為集團宗旨，明確了集團初步運行機制；設立了集團理事會、常務理事會、秘書處和種植業、養殖業、加工業、農機業四個專業委員會等機構，理事長由湖南生物機電職業技術學院院長擔任，秘書處設于湖南生物機電職業技術學院。
集團成立后，完成了兩項非常重要的工作：
一是組織了湖南農技人才現狀及農業職業院校辦學困境調研。為全面了解和掌握湖南農技人才及農業職業院校辦學現狀，2008年10月，集團組織三個調研小組，分別對湖南省農業職業技術人才現狀、人才培養等方面的問題進行了為期兩個月的專題調研。通過調研，我們認為，湖南省農業職業教育雖然發展迅速，在推進新農村建設和現代農業發展中發揮著不可替代的作用，但現狀卻不容樂觀。存在著整體功能發揮不充分，社會地位不高，招生困難，農業人才流失嚴重，發展條件相對落后等問題。必須進一步加強政府的主導作用，努力優化農業職業教育結構體系，提高人才培養質量。在形成《湖南農技人才現狀及農業職業院校辦學困境的調研報告》，并對調研數據進行認真分析的基礎上，集團向省委、省政府、省人大、省政協有關領導、省教育廳、省農業廳有關領導及部分湖南“兩會”代表遞交了《建議免費培養高等農業職業技術人才的報告》?！秷蟾妗诽岢隽巳龡l建議：(1)實行免費培養高等農業職業技術人才政策，建議省政府借鑒教育部直屬師范院校學生學費全免，中央將逐步對中等職業教育實行免費教育的政策，由省財政出錢，每年安排高等職業院校純農業專業免費培養計劃5000人。(2)加大對農業職業教育的扶持力度，對高職院校純農專業實行單獨招生，以改變湖南省農業職業院校農業類專業招生困難，辦學規模小，與農業產業發展需求極不相適應的現狀。建議省財政設立農業職業教育專項基金，用于加強農業職業院校的基礎設施、實訓基地和教師隊伍建設，提高人才培養質量。(3)發揮政府統籌作用，整合農業職業教育資源，建議由省政府相關部門牽頭，對全省農業職業教育情況進行一次全面調研，在此基礎上，對農業職業教育資源進行科學合理的整合，充分發揮職業院校在農業技術人才培養、培訓方面的主渠道作用，推動湖南省農業職業教育事業的持續、健康發展。
二是啟動了農業國際化實用人才培養項目。2009年8月，學院與袁隆平農業高科技股份有限公司多次洽談后，決定聯合實施“農業國際化實用人才培養”項目。2009年9月，雙方各派一名專職人員和若干兼職人員，正式成立“農業國際化實用人才培養”項目部，項目部設于湖南現代農業職業教育集團秘書處，由秘書處負責運作。該項目擬在3年內培養1000名農業領域人才，打造國家援外農業技術人員和高端農業國際化實用人才培養培訓基地，為國家l4個援非中心及相關農業企業儲備和輸送高素質農業按術人才。目前，項目部已經完成了簽訂合作協議、管理制度制定、課程體系設置等系列工作。并從集團內部的湘西職業技術學院、永州職業技術學院、岳陽職業技術學院、懷化職業技術學院大三學生和相關企業員工中選拔學員，擬挑選30—40人進行培訓。
二、加強校企合作，創新人才培養模式
(一)校企合作一體化
企業主動向學校投資和提供技術設備，在校園里建設生產性實訓實習基地。2008年9月3日，都市花鄉有限公司與湖南生物機電職業技術學院進一步合作，正式成立“都市花鄉湖南生物機電職業技術學院生產性實訓基地”，將花卉生產基地搬進學校。企業、教師、學生共同參與花卉生產。湖南生物機電職業技術院抓住契機，從園林技術、園藝技術兩個專業著手，啟動項目承包教學方案，教師帶領學生生產水仙花1．5萬盆。這一舉措，不僅幫助都市花鄉有限公司完成生產任務，及時把花卉產品投放春節市場，同時又鍛煉了教師，提高了學生實際操作能力。2008年11月3—6日，由湖南生物機電職業技術學院幫助策劃都市花鄉有限公司承辦的“中國一長沙花藝國際交流會”在長沙成功舉辦，來自日本、韓國、荷蘭、臺灣等十多個國家和地區的花藝大師出席了會議。在大會組織的插花大賽中，湖南生物機電職業技術學院園林技術、園藝技術專業學生向竹君、王鑒、朱嬌榮獲一、二、三等獎。2009年學院再次與深圳百通通訊設備有限公司達成初步協議，該公司擬投資400萬元，在湖南生物機電職業技術學院建設生產實習工廠，作為校企合作培養人才的生產性實訓實習基地。同時學院還把自辦產業實體基本都剝離出來與專業系捆綁，建立系企一體化運行機制，每個專業系至少負責一個產業實體的經營管理，實現經濟效益和教學效益雙重目標。
(二)專業創造性地對接產業
各專業系與合作企業創造性地建立了一系列各具特色的校企合作人才培養模式。歸納起來主要有以下三種模式：一是“專業+產業+職業”的三業聯動人才培養模式。在湖南生物機電職業技術學院開辦的十幾個訂單培養班級的教學中，企業參與人才培養的全過程，融入了行業的新技術、新工藝、新材料和企業文化，學生前兩年半在校內完成專業基礎階段學習，最后一個學期在校企合作企業頂崗實習，形成了“專業+產業+職業”的三業聯動人才培養模式。二是“231”工學結合人才培養模式。植科系廣泛開展校企合作，加大人才培養的力度，以“專業+公司(基地)+師生員工”的專業建設模式為平臺，創立了“231”工學結合人才培養模式，特色突出。即以長沙小康園藝園林有限公司(基地)、產學研示范場和校外園藝企業為依托，將學生在校三年的學習全過程劃分為三個時段，2個學期在校內進行專業基本素質培養，3個學期在系辦公司、實訓基地和學院示范場進行職業技能訓練，1個學期在校外園藝企業進行頂崗實習。打破了常規的教學實訓方法，采取“師傅帶徒弟”、“項目經理帶員工”的實訓方法，使學生完全融人生產實踐中去，提高了學生的實踐動手能力，了解了企業的生產管理方式，為實現“零距離”上崗打下了堅實的基礎。三是“5+3+2”任務驅動式的人才培養模式。動科系按照畜牧獸醫工作任務領域，課程教學計劃按模塊安排，專業課程分專門技術和專業方向兩大模塊，其中專門技術叉分為種畜、營養、畜牧管理、動物疾病防治、獸藥和畜牧環境與畜場規劃六個小模塊，專業方向分繁育、養殖、獸醫、檢疫、營銷5個方向，創立了“5+3+2”任務驅動式的人才培養模式，即五天課堂教學，早中晚三個時間段在校內企業和生產性實訓基地實訓，周末兩天集中進行生產性實踐。目的在于培養具備“強技能、能管理、會服務、懂經營”的高素質技能型應用性畜牧獸醫人才。
三、建設農民扶貧培訓工程。幫助農民脫貧致富
根據國務院“關于進一步加強農村教育工作的決定”精神，2003年l0月，學院主動與省扶貧辦等有關部門聯系并簽訂了協議，從2004年開始，每年舉辦3期農民科技骨干培訓班，每期培訓學員150—200人，培訓時間兩個月，為全省每個貧困村培訓2—3名有一定種養規模和經驗的科技骨干。學院黨委和行政非常重視農民培訓班工作，成立了以院長為組長的農民科技培訓工作領導小組，選派了教學經驗和專業實踐經驗豐富，業務水平高、工作責任心強的教師擔任教學任務，教師們經過廣泛調查，周密制訂了教學計劃，并根據培訓班的要求和農民學員的具體情況，精心組織編寫了種植技術和養殖技術兩套培訓教材，共計80多萬字。目前培訓班已成功地舉辦了15期，培訓學員3000余人。2006年以來，學院舉辦為貧困地區搭建科技平臺，“養殖業”“食品加工”“種植業”科技興村項目創業培訓班10余期，培訓學員600余人，舉辦草食動物品改員培訓班14期，培訓草食動物品改員1000人。學員們通過培訓，將所學知識帶回家鄉，致富一家帶動一方，發揮了科技帶頭人的作用。
四、產、學、研、推相結合．致力振興農村經濟
(一)積極推廣科研成果
近幾年來，湖南生物機電職業技術學院先后有10個科研項目和成果廣泛應用于農業生產，進入直接服務農村經濟的主戰場。動科系歐陽敘向教授自2002年開始研究推廣湘東黑山羊生產技術，該技術先后在瀏陽、醴陵等四縣推廣，初步估算可創造經濟效益2000余萬元。植科系肖君澤教授主持的“外源DNA導入水稻育種研究”科研課題，成功地選育了高產優質水稻新品種“長晚秈1號”和高蛋白水稻新品種“長早秈9號”兩個水稻新品種，兩年來通過學院“長沙小康園林園藝有限公司”這個橋梁，在湖南省長沙、益陽、株洲、湘潭、岳陽等10多個縣市推廣，推廣面積達150多萬畝，為廣大農民帶來了極大實惠。
(二)送科技下鄉，幫農民致富
為了貫徹落實湖南省“科教興村富民工程計劃”和“扶貧支教工程計劃”，幫助農民脫貧增收，湖南生物機電職業技術學院先后派出30余名中青年骨干教師下鄉扶貧支教。2001—2005年，作為技術依托單位，湖南生物機電職業技術學院對口支持長沙縣黃興鎮新沖子村。學院派出了9位教師組成的專家智囊團，指導該村制訂村級發展規劃，舉辦種養技術培訓班，培訓農戶科技骨干，指導調整該村產業結構，一年半時間，該村村民人均年收入增至4260元，比專家組進村前人均年增純收入1500多元。2008年湖南生物機電職業技術學院應長沙市科技局和市委組織部要求，向望城縣靖港漁業合作社派遣科技特派員董益生老師。兩年來，董益生老師與漁業合作社農民打成一片，重點幫助漁業社解決了淡水魚深加工問題，使該漁業合作社共獲得了100多萬元的收益增值。2001年以來，按省委、省政府的統一部署，湖南生物機電職業技術學院先后選派了13位青年骨干教師到湘西自治州9個市縣的鄉鎮開展扶貧支教工作，深受當地村民歡迎。
(三)拓寬社會服務領域，提升服務能力
動物科技系承辦學院的“獸醫院”，獸醫院老師為了解決附近地區農民家禽家畜診治問題，每年出診達1000余次。何德肆副教授有12年的獸醫服務經歷，成為遠近聞名的獸醫專家。他為湖南省數百家養殖專業戶提供獸醫技術服務，診治疾病，近幾年為這些養殖專業戶挽回經濟損失達數百萬之巨。他還擔任長沙偉嘉集團、湖南五指峰生化有限公司等企業的技術顧問，與合作企業研發新產品。湖南生物機電職業技術學院中德長沙現代食品技術研究所，早已成為德國BCS有機保證有限公司在中國唯一授權的有機農產品認證機構，根據歐盟、美國、日本的授權，可分別開展歐盟EU2092／91、美國NOP和日本FAS的有機認證。認證涉及的農產品眾多，認證項目分布30多個省市(區)，為推動中國農產品生產、加工和貿易的發展作出了貢獻。
農業高職院校，主動走出校園、面向社會和市場開放辦學，大力發展與推進校校合作和校企合作之路，依靠企業的支持和參與，為培養高素質技能型農業人才服務，為企業和地方區域經濟服務，同時也是做大做強湖南生物機電職業技術學院特色農業職業教育的必然要求。
摘 要 討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業中的應用以及發展趨勢。
關鍵詞 機電一體化 技術 應用
1 機電一體化技術發展
機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
1.1 數字化
微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。
1.2 智能化
即要求機電產品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。
1.3 模塊化
由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。
1.4 網絡化
由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。
1.5 人性化
機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。
1.6 微型化
微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。
1.7 集成化
集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。
1.8 帶源化
是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。
1.9 綠色化
科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。
2 機電一體化技術在鋼鐵企業中應用
在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：
2.1 智能化控制技術(IC)
由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。
2.2 分布式控制系統(DCS)
分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統的主要潮流。
2.3 開放式控制系統(OCS)
開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。
2.4 計算機集成制造系統(CIMS)
鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。
2.5 現場總線技術(FBT)
現場總線技術(Fied Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線?，F場總線的引入導致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發展。
2.6 交流傳動技術
傳動技術在鋼鐵工業中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。
【摘 要】煤礦機械正處在一個向機電一體化方向發展的時代,近來,隨著國家對煤礦安全生產的重視,煤礦設備投入的不斷增加,煤礦機械也處在一個更新換代的時期。數控技術是實現機械制造自動化的關鍵，以數控技術為核心的機械設備廣泛采用數控技術應用于制造業。
【關鍵詞】 煤炭機械 機械制造 機電一體化 數控技術
煤礦機電一體化技術在這一時期顯得尤為重要,它使機械、電子技術和液壓控制技術有機的結合,極大地提高了煤礦機械的各種性能,如安全性、經濟性、可靠性、操作舒適性以及作業精度、作業效率、使用壽命、方便安裝拆除、便于維護等。中國論文聯盟
煤礦生產中,煤礦機械的性能自動化程度及其經濟性等可以說直接影響到生產;也直接影響到煤礦供電、排水、通風、提升等的安全運行。而煤礦機械電氣與電子控制系統部分質量的好壞與性能的優劣又直接影響到機械的動力性、經濟性、可靠性,從而影響施工質量、生產效率及使用壽命等。電子(微電腦)控制系統已成為煤礦現代機械不可缺少的組成部分,同時也是評價煤礦現代機械技術水平的一個重要依據。隨著科學技術的不斷發展,以及對煤礦機電產品性能要求不斷提高,電子(微電腦)控制系統在煤礦機械中所占的比重越來越大,其功能將會越來越強,應用范圍也將越來越廣,而其復雜程度也隨之提高,這樣就對使用與維修維護這些設備的煤礦工作人員提出了更高的要求,對煤礦職工的培訓工作和對煤礦設備的管理工作也顯得尤為重要。
煤礦生產施工要求煤礦機械具有以下性能:皮實耐用且維修簡單、生產效率高且節能降耗,自動化程度高且操作簡單,施工質量好,精度高;性能穩定,工作可靠,安全性高,使用壽命長;具有較好的經濟性,即高的技術價格比和低的制造與使用成本;工人勞動強度低,操作員的工作條件好;具有在線運行狀態監視,故障自診及自動故障報警功能,能及時準確地指出故障部位,減少停機維修時間。
一、機電一體化是一項新興的技術,將其引入到煤礦機械中,必將會給煤礦機械帶來了新的技術變革,使其各種性能有了質的飛躍。
機電一體化又稱機械電子工程學,是一門跨學科的綜合性高技術,是由微電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、機械技術、液壓技術以及其他技術相互融合而成的一門獨立的交叉學科。目前機械的電子(微機)控制系統主要用以實現如下功能:
（1）在線監控、自動報警及故障自診,即對煤礦機械的電動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的在線運行狀態監控,出現故障能動報警并準確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,提高機器的工作效率,簡化設備維護檢查工作,降低使用維修費用,縮短停機維修時間,延長設備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用plc控制,可實現多種在線監控和故障自診,還有煤礦用各種電器設備也越來越智能化。
（2）節能降耗,提高生產效率。例如井下使用的膠帶輸送機、通風機、提升機等,使用變頻起動、plc控制系統,節電量就為30%左右,同時生產效率也大大提高。
（3）自動化或半自動化程度的提高
煤礦機械實現自動化或半自動化控制,可以減輕操作者的勞動強度,提高生產效率,并減少因操作者的經驗不足,對作業精度的影響。例如,冀中能源黃沙礦2009年投入使用的一整套薄煤綜采設備,由我國北京天地瑪坷電液控制系統有限公司與德國marco公司合作生產的pm31型液壓支架電液控制系統,就是微電腦控制,只要在支架操作控制器上輸入程序,支架使會自動連續動作,也可實現遠程控制和工作面無人操作。
二、機械制造中數控技術的應用
1、煤礦機械
現代采煤機開發速度快、品種多，都是小批量的生產，各種機殼的毛坯制造越來越多地采用焊件，傳統機械加工難以實現單件的下料問題，而使用數控氣割，代替了過去流行的仿型法，使用龍骨板程序對采煤機葉片、滾筒等下料，從而優化套料的選用方案。使其發揮了切割速度快、質量可靠的優勢，一些零件的焊接坡口可直接割出，這樣大大提高了生產效率。同時，數控氣割機裝有自動可調的切縫補償裝置。它允許對構件的實際輪廓進行程序控制，好比數控機床上對銑刀的半徑補償一樣。這樣可以通過調節切縫的補償值來精確的控制毛坯件的加工余量。中國論文聯盟
2、機床設備
機械設備是機械制造中的重中之重，面對現代機械制造業的需求，具備了控制能力的機床設備是現代機電一體化產品的重要組成部分。計算機數控技術為機械制造業提供了良好的機床控制能力，即把計算機控制裝置運用到機床上，也就是用數控技術對機床的加工實施控制，這樣的機床就是數控機床。它是以代碼實現機床控制的機電一體化產品，它把刀具和工件之間的相對位置、主軸變速、刀具的選擇、冷卻泵的起停等各種操作和順序動作數字碼記錄在控制介質上，從而發出控制指令來控制機床的伺服系統或其他執行元件，使機床自動加工出所需零件。
在機械制造業中，數控加工技術已經越來越受到重視。隨著計算機技術為主流的現代科技技術發展和市場產品競爭的加劇，傳統的機械制造技術很難滿足現代產品多樣化的發展和日新月異的換代速度。面對多品種小批量生產比重的加大，產品交貨質量和成本要求的提高，要求現代的制造技術具有很高的柔性。如何能增強機械制造業對外界因素的適應能力以及產品適應市場的變化能力，就需要我們能利用現代數控技術的靈活性，最大限度的應用于機械制造行業。
摘要:文章概述傳感器研究現狀與發展,探討傳感器在機電一體化系統中的應用,并分析我國傳感器技術發展的若干問題及發展方向。
關鍵詞:傳感器技術;機電一體化;應用
在機電一體化系統中,傳感器處系統之首,其作用相當于系統感受器官,能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境考驗,是機電一體化系統達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統狀態和對信息精確而可靠的自動檢測,系統的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現。
一、傳感器的研究現狀與發展
傳感器是能感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置,主要用于檢測機電一體化系統自身與操作對象、作業環境狀態,為有效控制機電一體化系統的運作提供必須的相關信息。隨著人類探知領域和空間的拓展,電子信息種類日益繁多,信息傳遞速度日益加快,信息處理能力日益增強,相應的信息采集——傳感技術也將日益發展,傳感器也將無所不在。
從20世紀80年代起,逐步在世界范圍內掀起一股“傳感器熱”,各先進工業國都極為重視傳感技術和傳感器研究、開發和生產。傳感技術已成為重要的現代科技領域,傳感器及其系統生產已成為重要的新興行業。
二、傳感器在機電一體化系統中的應用
傳感器是左右機電一體化系統(或產品)發展的重要技術之一,廣泛應用于各種自動化產品之中:
1.機器人用傳感器。工業機器人之所以能夠準確操作,是因為它能夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業環境的狀態,包括:其自身狀態信息的獲取通過內部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來完成,操作對象與外部環境的感知通過外部傳感器來實現,這個過程非常重要,足以為機器人控制提供反饋信息。
2.機械加工過程的傳感檢測技術。
(1)切削過程和機床運行過程的傳感技術。切削過程傳感檢測的目的在于優化切削過程的生產率、制造成本或(金屬)材料的切除率等。切削過程傳感檢測的目標有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態及切削過程辨識等,而最重要的傳感參數有切削力、切削過程振動、切削過程聲發射、切削過程電機的功率等。對于機床的運行來講,主要的傳感檢測目標有驅動系統、軸承與回轉系統、溫度的監測與控制及安全性等,其傳感參數有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態與冷卻潤滑液的流量等。
(2)工件的過程傳感。與刀具和機床的過程監視技術相比,工件的過程監視是研究和應用最早、最多的。它們多數以工件加工質量控制為目標。20世紀80年代以來,工件識別和工件安裝位姿監視要求也提到日程上來。粗略地講,工序識別是為辨識所執行的加工工序是否是工(零)件加工要求的工序;工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯,同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規程要求的位姿。此外,還可以利用工件識別和工件安裝監視傳感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成這些識別與監視將采用或開發許多傳感器,如基于tv或ccd的機器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統等。
(3)刀具(砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度(按磨鈍標準判定)或出現破損(破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱),使它們失去切(磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時,稱為刀具/砂輪失效。工業統計證明,刀具失效是引起機床故障停機的首要因素,由其引起的停機時間占nc類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外,它還可能引發設備或人身安全事故,甚至是重大事故。
3.汽車自動控制系統中的傳感技術。隨著傳感器技術和其它新技術的應用,現代化汽車工業進入了全新時期。汽車的機電一體化要求用自動控制系統取代純機械式控制部件,這不僅體現在發動機上,為更全面地改善汽車性能,增加人性化服務功能,降低油耗,減少排氣污染,提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性,先進的檢測和控制技術已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統中,必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。
三、我國傳感器技術發展的若干問題及發展方向
傳感器技術是實現自動控制、自動調節的關鍵環節,也是機電一體化系統不可缺少的關鍵技術之一,其水平高低在很大程度上影響和決定著系統的功能;其水平越高,系統的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統中,如果不能利用傳感檢測技術對被控對象的各項參數進行及時準確地檢測出并轉換成易于傳送和處理的信號,我們所需要的用于系
統控制的信息就無法獲得,進而使整個系統就無法正常有效的工作。
我國傳感器的研究主要集中在專業研究所和大學,始于20世紀80年代,與國外先進技術相比,我們還有較大差距,主要表現在:
(1)先進的計算、模擬和設計方法;
(2)先進的微機械加工技術與設備;
(3)先進的封裝技術與設備;
(4)可靠性技術研究等方面。因此,必須加強技術研究和引進先進設備,以提高整體水平。傳感器技術今后的發展方向可有幾方面:
1.加速開發新型敏感材料:通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科,各種新技術的互相滲透和綜合利用,可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。
2.向高精度發展:研制出靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。
3.向微型化發展:通過發展新的材料及加工技術實現傳感器微型化將是近十年研究的熱點。
4.向微功耗及無源化發展:傳感器一般都是非電量向電量的轉化,工作時離不開電源,開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。
5.向智能化數字化發展:隨著現代化的發展,傳感器的功能已突破傳統的功能,其輸出不再是一個單一的模擬信號(如0-10mv),而是經過微電腦處理好后的數字信號,有點甚至帶有控制功能,即智能傳感器。
摘 要:機電一體化是現代科學技術發展的必然結果。此簡述機電一體化技術的基本情況和發展背景,綜述國內外機電一體化技術的現狀,分析機電一體化技術的發展趨勢。
關鍵詞:機電一體化 技術 現狀 發展趨
現代科學技術的不斷發展,極大地推動了不同學科的交叉與滲透,工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。
1 機電一體化概述
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不斷發展,還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術,根據系統功能目標要求,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值,并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統,則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化,仍屬傳統機械,其主要功能依然是代替和放大的體系。但是,發展到機電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外,還被賦予許多新的功能,如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說,機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸,還是人的感官與頭腦的延伸,智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2 機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為三個階段:(1)20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時,研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。(2)20世紀70—80年代為第二階段,可稱為蓬勃發展階段。這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的發展,為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現,為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認;機電一體化技術和產品得到了極大發展;各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。(3)20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。一方面,光學、通信技術等進入機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳,出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面,對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的
學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,使機電一體化進一步建立了堅實的基礎,并且逐漸形成完整的學科體系。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組,并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,取得了一定成果。但與日本等先進國家相比,仍有相當差距。
3 機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面:
3.1 智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。誠然,使機電一體化產品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能,則是完全可能而且必要的。
3.2 模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元,具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品,同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的,還需要制定各項標準,以便于各部件、單元的匹配。由于利益沖突,近期很難制定出國際或國內這方面的標準,但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然,從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產標準機電一體化單元的企業,還是對生產機電一體化產品的企業,模塊化將給機電一體化企業帶來美好的前程。
3.3 網絡化
20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片,企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到、質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system,cias),能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此,機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3.4 微型化
微型化興起于20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(mems),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小,耗能少,運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術,即超精密技術,它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3.5 環保化
工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面,物質豐富,生活舒適;另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其
設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品,具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指,使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。
3.6 系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強。一般除rs232外,還有rs485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,機電一體化的人格化有兩層含義:一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等,顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化;另一層是模仿生物機理,研制出各種機電一體化產品。事實上,許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。
綜上所述,機電一體化的出現不是孤立的,它是許多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然,與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。
摘要:接口技術是在機電一體化技術的基礎上發展起來的,隨著機電一體化技術的發展而變得越來越重要。文章以機電一體化控制系統(微電子系統)為例,將接口分為人機接口與機電接口兩大類進行探討。
關鍵詞:機電一體化;接口技術;人機接口;機電接口
機電一體化系統可分為機械和微電子系統兩大部分,各部分連接須具備一定條件,這個聯系條件通常稱為接口。各分系統又由各要素(子系統)組成。本文以機電一體化控制系統(微電子系統)為例,將接口分為人機與機電接口兩大類。
一、機電接口
由于機械系統與微電子系統在性質上有很大差別,兩者間的聯系須通過機電接口進行調整、匹配、緩沖,因此機電接口起著非常重要的作用:
(1)行電平轉換和功率放大。一般微機的i/o芯片都是ttl電平,而控制設備則不一定,因此必須進行電平轉換;另外,在大負載時還需要進行功率放大;
(2)抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入,可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機系統和控制設備在電器上加以隔離;
(3)進行a/d或d/a轉換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時,必須在微機系統和被控對象之間設置a/d和d/a轉換電路,以保證微機所處理的數字量與被控的模擬量之間的匹配。
1、模擬信號輸入接口。在機電一體化系統中,反映被控對象運行狀態信號是傳感器或變送器的輸出信號,通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號(如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉速檢測用的測速發電機等)計算機要對被控對象進行控制,必須獲得反映系統運行的狀態信號,而計算機只能接受數字信號,要達到獲取信息的目的,就應將模擬電信號轉換為數字信號的接口——模擬信號輸入接口。
2、模擬信號輸出接口。在機電一體化系統中,控制生產過程執行器的信號通常是模擬電壓或電流信號,如交流電動機變頻調速、直流電動機調速器、滑差電動機調速器等。而計算機只能輸出數字信號,并通過運算產生控制信號,達到控制生產過程的目的,應有將數字信號轉換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務是把計算機輸出的數字信號轉換為模擬電壓或電流信號,以便驅動相應的執行器,達到控制對象的目的。模擬信號輸出接口一般由控制接口、數字模擬信號轉換器、多路模擬開關和功率放大器幾部分構成。
3、開關信號通道接口。機電一體化系統的控制系統中,需要經常處理一類最基本的輸入/輸出信號,即數字量(開關量)信號包括:開關的閉合與斷開;指示燈的亮與滅;繼電器或接觸器的吸合與釋放;電動機的啟動與停止;閥門的打開與關閉等。這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和“0”出現的。在機電一體化控制系統中,對應二進制數碼的每一位都可以代表生產過程中的一個狀態,此狀態作為控制依據。
(1)輸入通道接口。開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統設置開關信號傳送給計算機。這些信號實質是一種電平各異的數字信號,所以開關信號輸入通道又稱為數字輸入通道(di)。由于開關信號只有兩種邏輯狀態“on”和“off”或數字信號“1”和“0”,但是其電平一般與計算機的數字電平不相同,與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題,它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉換電路和地址譯碼電路等組成。
(2)輸出通道接口。開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執行器(如繼電器或報警指示器)。它實質是邏輯數字的輸出通道,又稱為數字輸出通道(do)。do通道接口設計主要考慮的是內部與外部公共地隔離和驅動開關執行器的功率。開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅動器和輸出口地址譯碼電路等組成。
二、人機接口
人機接口是操作者與機電系統(主要是控制微機)之間進行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向,可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統通過輸出接口向操作者顯示系統的各種狀態、運行參數及結果等信息;另一方面,操作者通過輸入接口向機電系統輸入各種控制命令,干預系統的運行狀態,以實現所要求的功能。
1、輸入接口。
(1)撥盤輸入接口。撥盤是機電一體化系統中常見的一種輸入設備,若系統需要輸入少量的參數,如修正系數、控制目標等,采用撥盤較為方便,這種方式具有保持性。撥盤的種類很多,作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、bcd碼輸出的bcd碼撥盤。bcd碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連,以bcd碼形式輸入信息。
(2)鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合,向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有:
1)編碼鍵盤,自動提供被按鍵的編碼(如ascii碼或二進制碼);
2)非編碼鍵盤,僅僅簡單地提供按鍵的通或斷(“0”或“1”電位),而按鍵的掃描和識別,則由設計的鍵盤程序來實現。前者使用方便,但結構復雜,成本高;后者電路簡單,便于設計。
2、輸出接口。在機電一體化系統中,發光二極管顯示器(led)是典型的輸出設備,由于led顯示器結構簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜,因此使用廣泛。常用的led顯示器有7段發光二極管和點陣式led顯示器。7段led顯示器原理很簡單,是同名管腳上所加電平高低來控制發光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式led顯示器一般用來顯示復雜符號、字母及表格等,在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。
結語:
接口技術是研究機電一體化系統中的接口問題,使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢,使系統各部分有機地結合在一起,形成完整的系統。接口技術是在機電一體化技術的基礎上發展起來的,隨著機電一體化技術的發展而變得越來越重要;同時接口技術的研究也必然促進機電一體化的發展。從某種意義上講,機電一體化系統的設計,就是根據功能要求選擇了各部分后所進行的接口設計。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統的控制性能,以及系統運行的穩定性和可靠性,因此接口技術是機電一體化系統的關鍵環節。
