时间：2023-03-16 16:26:37
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在1930年以前，工业的制造很多还以动手制作为主。普遍使用老式的仪表来操纵湿度、温度、压力、速度等，开始掌握了机械控制的根本原理。计算机控制系统的产生以及现代电子技术的快速进展，使数字技术完成了制造的参量把握以及过程操纵。目前普遍使用的机电一体化技术主要有：PID，模糊控制(FIC)以及变结构控制。PID是完美控制理论的标志，FIC是使用模糊数学理论，经过仿照人的综合判断以及很相似推断的过程，从而使算法的适应性、可控性和合理性得到了大大的提升。对于繁杂的系统，变化的量很多，模糊控制能够比较好的处理问题。变结构控制对于线性和非线性系统都适合，以及对于控制系统的调节、跟踪等系统都非常适用。
2机电一体化在工业上的应用
计算机和机械电子这两种技术的合并使用，不仅仅限制在工业制造方面上，通过对以下几个例子的分析，能够看出它已经融入到了我们的工作和生活的每一个细节中。
2.1工业机器人
工业机器人是一种有很多用处、能够反复编程的、多自由度的、有很多性能以及能实施自动操纵的操作机构。对于很多简单的、可重复做的工作可以用机器人去做，能够减少劳动强度，使劳动环境变得更好，使人身安全得以保障，加大了生产力度，使用的材料变得更少，还能让产品的质量更好。
2.2自动售货机
自动卖货的机器是由买家挑选货品的类别，外面投进去的货币是经过光传感器辨认货币的值的大小，并且通过PIC使数码管展示其大小，经过判别等一系列的操作完成项任务。CPU经过PLC限制物品的如何移动，经过传动装置把物品移动到出货口，高档的自动卖货的机器还可以有找零钱的功能。自动售货机的使用，使更多的人力和物力得以节省。
2.3农业方面的应用
从目前农业机械的检查测试可以看出，从单个变量到智能化终端的转变，人机交互界面越来越和谐。它能够在屏幕上显示，任意挑选不一样的机组，及其不一样地方的终端信息，能够任意使用数据库的信息，按照操作者的不同需求，可以在屏幕上展示语音、数据、图形等可用的信息；也能把操作的指令、决策按时的送给农机上的智能操作终端，完成自动化的农业制造。
2.4电脑横机
最开始的横机是用手来操纵的，仅仅可以实施很简单制作。但是产品颜色样数的加多，电脑横机便开始产生。设计人员能够使用电脑策画花的类型，使用特别的软件进行数字方面的完善，用计算机指令系统来操作机械的弯沙、脱圈、垫沙等步骤自动完成整个制作，制造成果显著提升。
3计算机技术与机械电子技术的融合发展应用
3.1计算机技术与机械电子技术融合的简介
机电一体化是计算机技术和机械电子技术协同产生的，把电子技术用到动力功能、控制功能、信息处理功能中去，而且联合着计算机软件系统、机械装置一起使用，把几种技术合并在一起，就生成了机电一体化系统。计算机技术、机械电子技术的联合，让他们有了更好的进展，这样不但能用在工业生产中，而且它的联合进展已经进入到了人们生活以及工作的每一个方面。
3.2机电一体化技术应用的领域
在柔性制造系统中，机电一体化技术有了很大程度上的使用。这个系统的主要构成成分包括计算机、数控机床、自动化仓库。能够按照总装线的条件，对工件实施随机地、按照数量地一批一批的加工，而且还能对不一样品种的零星的零件实施制造和加工。计算机技术、机械电子技术合并在一起之后，可编程控制器是使用它最多的。它对继电接触器故障多、消耗能量多的缺点实施了改造，而且能够完全顾及加工的需求，实施不一样的控制程序的制作。
4结语
机械电子自动化技术产生于20世纪20年代，当时被广泛应用到机械批量生产冷加工方面，直至20世纪60年代左右，为了适应市场的变化及需要，提高机械生产的灵活性与反应能力，逐步创建了可以改变的自动化生产体系，也就是以电子计算机为核心推广的柔性自动化。此种电子自动化是在生产体系不改变或者改变不大的前提下，在对生产及机械设备进行管理期间，可以利用信息处理、自行检测、判定分析等方法对结构进行预先判断，同时可以自行由生产一种零部件转变到生产另一种零部件。经过实践验证发现，传统的机械自动化生产技术同当前很多企业的真实生产不相符，所以，相关工作人员应对其进行改进与探究。对于机械自动化来讲，其技术水平不但同整体机械生产领域存在关联，同时也与社会经济存在密切联系。因此，怎样推动我国机械电子自动化技术的发展，成为当前制造领域需要深入探究的首要问题。
2当前我国机械电子自动化的情况
对于机械电子自动化技术来讲，其开始于20世纪，到目前为止已经获取了极大的发展。尤其是最近几年计算机集成化水平越来越高，极大促进了我国机械自动化的发展。尽管我国近些年机械电子自动化取得了一定进步，然而仍处在初级阶段。现今，全球除了西方少数经济较发达的国家外，很多国家的电子自动化水平较低。我国的产业结构不够合理，发展较不平衡，自动化程度较低，与一些发达国家比较，在种类、质量、应用等方面存在较大差距。想要发展我国机械电子自动化技术，不可能一蹴而就，而是需要一个漫长的过程，需要坚持不懈的努力、勇于尝试、大胆创新，开拓进取，从而推动我国机械自动化更好发展。
3提高我国机械电子自动化水平的措施
随着经济发展速度的不断加快，市场竞争越来越激烈，机械生产企业想要保证自身在激烈的竞争中得以生存并不断发展，就需要提高机械电子自动化的能力及水平，具体可以从以下几方面入手。
3.1同实际生活相结合，大力发展机械电子自动化技术
对于机械制造技术来讲，其核心内容在于使用。想要促进机械电子自动化水平的不断提高，需要从企业生产技术发展的实际情况出发。唯有针对相应的商品生产选用配套的自动化生产形式，才能缩减成本投入，增加资金收益，提高企业市场竞争能力。所以，企业在发展机械电子自动化技术期间，应同实际相结合，关注应用，也就是生产的真实收益。相关工作人员应及时纠正盲目进行自动化的行为，如仅需1~2个月就可以完成的工作却要进行自动化，不仅不会增加资金收益，同时还会降低工作效率。企业应将注意力放在效益方面，而不是仅仅关注速度。
3.2大力推广见效快、成本低的机械自动化技术
大力推广成本低的机械自动化技术，具有较大的潜力，并且投入较少，前景十分广阔，同时具备较高的自动化水平，能够取得事半功倍的效果，同我国当前发展需求相吻合。美国著名的麻省理工大学曾提出了精益生产的LP形式，也就是通过最低的资金投入，获取最高的生产收益。同时，日本丰田公司提出了生产JIT、弹性作业、成组技术GT等生产形式，使很多自动化水平较低的企业收获了较高的资金收益。在芬兰，NOKOAData企业在生产车间创造了386、486等生产线，其不仅仅是由自动化的机械设备构成的，同时在其中也插入计算机指导及员工的参与，将原始工业生产形式同高新科技灵活、巧妙地结合起来，进而缩减生产过程中的资金使用，提高生产质量及效率。其实，精益生产自身就代表由企业及国家的真实状况出发，借助外国机械制造领域发展低成本自动化的经验。我国很多机械制造企业存有大量的通用型设备，在大力发展机械电子自动化技术的同时，在可以给予原始设备的前提下，对机床的布局进行科学调整，尽可能少地加入数控设备，并且引进CAD技术，就可以全面发挥人员的创造性优势及电子计算机的管理特点，形成以人为核心，以计算机为先导的生产体系，为我国的机械生产领域开创一条资金投入低、效果好、资金收益高、同我国国情相吻合的机械电子自动化技术发展途径。
3.3把握基础，关注发展机械电子自动化的配套技术
在促进机械电子自动化技术的应用与发展期间，还需要做好该技术应用的基础工作，并且基于实际情况进行推广，不但应发展主要设备，同时还需要加大开发自动化软件及相关配套控制系统的力度。电子计算机、微处理设备、新型刀具、传感设备、可编程控制设备等必将是未来机械电子自动化技术的前提与基础。配套设备的质量同日后机械设备自动化发展水平之间存在密切的关联。所以，相关工作人员应对其予以重视，不断更新机械自动化的配套技术，进而推动我国现代自动化的发展。在应用其进行自动化加工期间，体系的自行检测、控制、伺服等操作都不能缺少微电子技术；并且需要进行信息处理与交换，对数据进行计算，进而同计算机及信息处理技术又形成了密切关联。对于现代的自动化技术来讲，其涵盖微电子、自动控制、机械技术等内容。想要促进机械电子自动化水平的提高，就需要对电子学、计算机技术、机床装料技术等给予高度重视，大量选用数控程序机床进行生产，并且不断改进并完善生产线，保证其稳定性与安全性，同时加大对生产控制信息体系的重视程度。相关工作人员在应用并发展自动化技术期间，需要不断提高自身的专业技能及综合素养，牢牢把握自动化的基础，由真实情况出发，不仅发展主要设备，同时发展配套技术，为后续工作夯实基础，降低企业成本投入，增加企业资金收益，提高企业市场竞争能力。
3.4与我国的国情相结合，大力发展机械电子自动化技术
发展机械电子自动化技术，其是一个由低至高，由简单至复杂，由存在缺陷到不断改进及完善的过程。在通过自动控制设备操控机械生产期间，其生产的形式也由机械化水平逐步向机械控制自动化水平过渡，实现了计算机、数字化控制的自动化。唯有建设自动化厂房后，才能保证生产整体过程实施自动化，进而提高生产质量及效率，增加企业资金收益。当前，我国的机械自动化水平相对较低，不可急于求成，需要逐步开展。对于我国这一处在发展期间的国家来讲，对生产技术进行探究的前提是保证技术的适用性。例如：我国想要学习借鉴国外柔性制造系统，则需要在柔性生产的基础上，对人机工作界面进行优化，创建比较全面的信息体系，提高人机管理的质量及效率。在体系中，先进的自动化设备需要同普通装置并存，在体系中各个环节都可以进行人工干预。这种方法密切结合的我国的国情，选用科学、先进的技术进行创新，以适用性为基础，获取经验，进行应用与推广，从而增加企业资金收益，提高企业市场竞争能力。
4总结
1.1硬件系统
硬件系统是该控制系统中的一个重要组成部分，且其也能够对整个控制系统的运行过程产生直接性的影响。因此，技术人员在对该控制系统的硬件系统进行构建的过程当中，就必须要严格依照国家的有关规定去进行。另外，为了提高硬件系统的运行效率，技术人员还必须要充分考虑到以下三个方面：（1）估算硬件的内存时要保证估计值的科学性与可靠性由于技术人员对硬件内存容量的需求会随着各种原因而不断改变，比如：技术人员自身的编程水平、技术人员对内存进行利用的效率以及模拟量的点数等。因此，技术人员在对硬件内存的容量进行估算时，就要站在整个系统的角度上，对系统的方方面面都进行一番全面的考量，然后再依据内存计算公式，对当前系统所需的硬件内存进行合理的估算，以确保估算值的科学性与可靠性。式中：C代表的是硬件内存的估算值；P1和P2分别代表的是开关量输入/输出时的点数；M代表模拟量的点数。（2）响应时间的计算要符合规范一般来说，因可编程控制器具有一种特殊的运行方式，所以它不会在连续很长的一段时间之内，都接受某种小于其自身运行周期的输入信号。另外，由于响应时间的计算公式为：式中：T代表的是响应时间；T输入滤波代表的是滤波输入的时间；T输出滤波代表的是滤波输出的时间；T运行周期代表的是可编程控制器的运行周期。因此，结合上述两个方面，并在对可编程控制器进行一番仔细的考量之后，得出最适用于该控制系统的可编程控制器的型号为：西门子系列的CPU226，该型号的可编程控制器的组成结构包括：电源、CPU以及输入/输出点。电源：为整个可编程控制器提供可安全、稳定的电力；CPU：执行控制系统发出的要求，并对控制系统中的所有数据信息进行有效的储存；输入/输出点：输入点可以从系统中的各种设备中采集可用信号，而输出点则负责对系统中的电机或者是其他设备进行有效的控制。（3）输入/输出点数的估算要符合系统要求输入/输出点数的估算值，对于整个控制系统来说，是非常重要的。其次，技术人员也可以通过输入/输出点数的估算值，来选择最有利于该控制系统的可编程控制器。所以，技术人员就必须要对输入/输出点数进行合理并符合规范的估算，并在获取到估算值之后，按照估算值的大小，选择一种适用于当前控制系统的可编程控制器。这样一来，也就可以在很大程度上提高可编程控制器的运行效率。依据估算值选择可编程控制器时，要预留出15%左右的输入/输出点数。结合钻探设备的应用特性来看，输入/输出点数的估算数据如表1所示。
1.2数据通信系统
该控制系统中的“数据通信”指的是：数据在同级或不同级之间实现传输或者是接收的一个过程，而该控制系统中的数据通信，也主要是依靠可编程控制器和上位计算机来实现的。其中，可编程控制器和上位计算机进行数据通信时所使用的端口号是RS485和RS232，且它们进行数据交互的模式是字符串模式。另外，它们实现数据交互的原理是：由可编程控制器把控制系统中的所有数据信息以及运行状态传输到上位计算机中，上位计算机一旦接收到这些数据信息和运行状态之时，就会立即对它们进行合理并有效的分析和处理。
1.3软件系统
搭建该控制系统软件系统的依据是控制系统流程图以及控制系统功能预设图；采用的编程软件V3.1STEPMicro/WIN；编程平台为计算机平台；辅助技术为计算机技术与通信技术。另外，技术人员在为该控制系统搭建软件系统的前一阶段，还应当对带式传送机的实际运行情况进行更深入的了解，然后再依据了解到的情况，对该控制系统的各个控制进程进行合理的设计。其中，该控制系统中所必备的控制进程包括以下几个：（1）把定时器作为控制系统软启动以及软停车操作的主要控制器，让操作人员通过对定时器进行时间预设的操作，使控制系统依照预定的速度规则，自动的实现软启动和软停车过程。（2）如果有停车要求时，控制系统可自动进行顺序断电操作。若遇突况导致的停车，控制系统也可直接切断系统中的所有电源，保证系统不会因此受到任何影响。其中，顺序断电需要借助定时器，其实现原理是：依据操作人员预先设置好的时间，进行断电操作。（3）利用“系统自检”功能，对整个控制系统的运行状态进行实时的监测与控制。倘若在监测与控制的过程当中，发现了系统中存在着的错误，那么该功能就会自动触发系统警报器，提示操作人员系统出现了问题。如果，控制系统中不存在任何错误，那么该功能就会执行下一个任务，从而让其继续对系统的运行状态进行检测与控制。（4）把定时器合理的运用到软件系统中，可以让可编程控制器在定时器的作用之下，实现自动起动或者是停止的操作。其具体表现在：当达到操作人员对定时器预置的时间之时，控制系统中的电机会在可编程控制器的作用下，开始实现运行，并在预置的某一时间段之内，达到相应的预置转速。另外，可编程控制器也可以依据其自身的输出频率，对控制系统中调速电机的运行速度进行合理的控制。
2机械电子式软启动装置控制系统研发的作用
机械电子式软启动装置控制系统的研发，不仅可以提高系统中负载的运行效率，还可以让整个控制系统实现无极调速的这一运行过程。由此可见，机械电子式软启动装置控制系统的研发，对我国各行各业来说，都有着一定的实质性应用价值。现对机械电子式软启动装置控制系统研发的作用进行简单的分析，并将其概括为以下几点：（1）有利于提高施工钻进的生产效率；（2）有利于企业对现场施工进行实施监测与控制，以防止错误操作给整个生产线造成的影响；（3）有利于降低钻井过程的生产成本；（4）有利于促进我国钻探行业的进一步发展；（5）有利于我国机械电子式软启动装置控制系统的创新；（6）有利于提升我国钻井施工行业的整体水平。
3结语
1）职技高师院校输出人才特点研究。
一是面向社会上的企事业单位，因此要具有理论与实践相结合的高素质技术人才；同时又面向各个中、高职院校，因此还应是“双师型”人才。
2）机械电子工程专业人才培养特点。
职业教育培养人才是提倡理论与实践相结合，加大技能培训力度，培养的是社会需要的实用型、应用型、操作技术人才和管理人才。随着技术的发展，现在的设备都是将机械技术、电气技术高度集合而成的，因此，企业需要大量的能在现场处理设备故障的，既懂机械、又懂电气的机械电子工程专业的应用人才。
3）“理实一体化”教学特点研究。
一是将技能训练、知识传授和能力培养三者融为一体并且实现了有机组合；二是克服了理论与实践相脱节的弊端，加强了学生动手能力的培养；三是理实一体化教学方式体现了职业教育“理论必须、够用为度”的特点，同时符合高校教育高素质高技能人才培养目标。
4）机械电子工程专业“理实一体化”教学的实验室建设研究。
a.建立机械电子工作专业实验室信息管理系统。
要想让实验室利用率、设备使用率到达最佳，我们就必须对实验室进行科学的信息化管理。实验室信息管理系统一般能够实现网上排课、网上选课，网上布置、批改作业，以及一些相关的资料下载，实验室上课、教师上课情况。这样可以更好的制订实验室的建设计划，有利于实验室的资源共享和综合利用。
b.合理人事管理制度的建立。
首先，一个合理的人事管理制度可以促进实验室教师队伍水平的提高，教师可以将自己的理论知识应用到实践当中去，同时了解企业的发展动态和需求。教师通过实践学习技能水平得到了提高，优化了人才结构，加快了一支理论知识强、动手能力过硬的教师队伍建设。其次，创造能够使实验室队伍安心工作的环境；再次，实验室建设要和实验室队伍建设结合起来，保证实验室有专家型队伍从事高水平科研工作。最后，合理地配备实验室的人员，拥有一个高、中、低档次分明，知识结构合理，工作职责明确的实验室队伍是建设和管理好实验室的根本保证。
c.根据“理实一体化”教学改革进度逐渐配置实验室资源。
首先，要有合理的硬件资源做保障，因为理实一体化教学是在一个场所，也就是实验室即要完成理论教学又要完成实践教学，这就要求有与专业和规模相适应的硬件教学环境。其次，根据机械电子工程专业特点以及现有实验室的配备情况选择一门或几门具体代表性的课程进行理实一体化教学改革试点，改建工作循序渐进、以点带面，保证实验室资源的合理配备。最后，改建或新建的实验室要避免单一性，即能满足理实一体化课程的要求又能满足其他理论课程实验的要求，使实验室具有多样性，避免资源浪费。
d.结合“双师型”人才培养的教学需要建立实验室。
一为培养学生不同的师能，根据课程性质将实验室分为理论师能和实践师能实验室两大类，理论师能实验室主要以机械零件、原理及制造和液压等基础实验室组成，实验室的主要项目以演示螺纹联接受力、齿轮、蜗轮传动、减速器拆装、机构运动和机械制造工艺等。实践师能实验室主要以单片机、PLC、检测、电工、数控等实验室组成，主要完成各门课程的理论教学和实验教学活动。教师可以通过不同的实验室来培养学生不同的师能技巧，使其达到一个合格的双师型人才。二为适应社会，验室设备的组建要尽量与企业接轨，同时采取以班级为单位建立“理实一体化实验室”，设计并配置理实一体化实验项目模块和多媒体教学设备。上课期间教师通过多媒体设施授课或网络授课，实现了“讲与演示”、“听与练习”的结合。教师可以随时将理论教学与实践操作训练穿行，实现了将知识与技能紧密联系，增强了学生的直观体验，激发了学生的学习兴趣，达到培养双师型人才目的。
二、总结
机械工程学科的研究生，大多数来自机械工程及自动化本科专业，一般具有较扎实的机械专业的基础，在“机械设计、机械制造”领域具备一定的专业知识，但是电子方面的基础知识却比较薄弱，许多研究生连常识性的电子知识都不具备，甚至对“测量”、“控制”领域一无所知。因此需对其在电子技术、计算机技术、机电系统集成技术等方面进行专业培养。由机械电子系统的构成要素可见，机械电子工程技术一般包括六大共性关键技术：机械技术、传感检测技术、计算机与信息技术、自动控制技术、伺服传动技术、系统集成技术。如图1所示。因此，机械电子工程的教学将以机械电子工程的原理与系统设计为主线，在上述各关键技术为主要模块深入展开，而在每一关键技术中，又分别设置三个层次的教学内容：基础要求模块、较高要求模块、高要求模块，形成“一纵三横”的模块化结构。模块化教学设计很好地实现了引导学生根据自身条件及科研需要有针对性地选择要学习的内容，做到因需施教，因材施教。
2“一纵三横”的模块化教学
“一纵”是指按机械电子工程原理与系统设计为主线的纵向结构，具体包括：传感检测技术模块、计算机与信息技术模块、自动控制技术模块、伺服传动技术模块、系统集成技术模块。“三横”是指在每个技术模块中又细分为三个层次的教学内容：基础要求模块、较高要求模块、高要求模块。具体内容如下：传感检测技术模块：基础要求模块包括传感与测试技术基础知识（传感器的基本构成、传感器的静态数学模型及其静态特性指标、传感器的选用），机电系统最常用的位移检测（光栅传感器、绝对码编码器、增量码编码器），力学量检测（应变式多维测力弹性体、扭矩传感器等），视觉检测（线阵CCD和面阵CCD的基本原理）。较高要求模块包括双目视觉检测的基本原理及标定，触觉传感器（指端应变式触觉传感器、多功能触觉传感器）。高要求模块包括机电测试新技术，现场总线系统，虚拟仪器技术，多传感器数据融合等。计算机与信息技术模块：基础要求模块包括计算机控制技术基础，计算机控制系统的组成、分类，及常用控制器（工控机、PLC、单片机），软件方面要求测量数据的预处理，数字滤波，线性化处理，标度变换。较高要求模块包括PLC、单片机的应用高级技巧。高要求模块包括PMAC原理及应用，基于DSP的运动控制及DSP运动控制卡。自动控制技术模块：基础要求模块包括PID控制算法的基本原理，标准PID算法的改进，数字PID参数的选择。较高要求模块包括模糊控制，模糊控制的定义及特点，模糊控制系统的组成，模糊控制系统的基本原理，应用模糊控制算法解决实际问题。高要求模块包括其它先进控制方法，如智能控制、自适应控制、模型预测控制、神经控制等。伺服传动技术模块：主要讲解直流电动机、交流电动机、步进电机及其控制。基础要求模块讲解三种电机的基本原理、机械特性及最常用的控制方法。较高要求模块讲解更深一层次的原理，如直流电机的电枢电动势、电磁转矩，交流电机的旋转磁场和定转子的电路分析，变频控制的原理及实现方法，步进电机的磁阻最小原理等。高要求模块讲解三种电机的先进控制技术，如直流电机的双闭环控制、交流电机的矢量控制等。系统集成技术模块：基础要求模块主讲机电系统各模块之间的级联设计，重点讲解模块之间的电气性能的相互匹配、信号耦合、时序配合、电平转换接口。较高要求模块主讲机电系统的电磁兼容技术，重点讲解接地技术、屏蔽技术、共模干扰的抑制、差模干扰的抑制、供电系统抗干扰、印刷电路板的抗干扰等。高要求模块重点讲解软件抗干扰技术，如软件冗余技术、软件陷阱技术、“看门狗”技术等。
3以案例为载体，推进模块化教学设计
针对上述的模块化教学内容，设计了针对不同教学内容相应的数字化资源，建设了课程网站，开发了多媒体课件，设计了多个教学案例。在典型的机电一体化的应用领域，将“加工中心”、“工业机器人”、“自动导引车”、“汽车防抱死刹车系统”制作了教学案例，并对一些复杂系统进行了分解设计。采用单片机进行直流电机控制、采用PLC对交流电机进行变频控制，基于MATLAB的模糊控制仿真等案例模块在教学中起到了很好的效果。通过这些案例，是将机械电子工程领域的科研成果及前沿技术引入教学，最大程度地吸引了学生的学习兴趣，激发了研究生的学习动力。
4结语
1.1广义节能的定义
作业效率的定义是工程机械在单位时间内的作业量。提高作业效率往往会降低节能性。因此要比较节能性要在相同的作业效率下比较，这样的结果才是可信的。由以上分析可知，节能不只是取决于功率传递的效率和功率供求两方的动态匹配，还决定于不同功率流之间的有效配合，作业效率高低也会影响节能效果。
1.2以柴油机为例的工程机械功率流控制现状
从能量转换的定义上分析，工程机械的工作过程是不同能量形式相互转换、传递和对外输出功率的过程。想要分析工程机械的节能效果就要分析其功率流。对于使用柴油机当做动力源的工程机械，输出的动力最终来自储存在柴油中的化学能。柴油机将柴油的化学能转换为机械能，以转速和转矩的形式表达出来。这是柴油机的基本能量转换过程。目前采用的柴油机节能方法是全程调速或电控喷油等控制技术，这些技术能够有效地改善柴油机工作性能，降低油耗。采用液压泵吸取柴油机的机械能并将其转变为液压能，以流量和压力的形式表现出来，一般采用恒定功率控制、压力切断、正流量控制等控制策略改善泵的工作性能。柴油机是能量的供方，而液压泵是能量的需方，实际工作中对柴油机和液压泵使用转速感应控制或功率极限载荷控制等方法，以改变二者联合工作时的高能耗现状。而液压泵与液压阀是流量的供求双方，其中液压泵供给流量而液压阀需求流量。具体工作过程是液压阀吸取液压泵输出的液压能，然后液压系统的压力和流量等被调节至合理值进而输送给相应的执行机构。这个过程中大多使用变化流量控制方法以协调运转多执行机构，有些情况也会使用LUDV技术从而减少并联回路中负载变化对流量分配的影响。在这个系统中，液压阀直接由操作者控制。因此，液压泵和液压阀是流量的供方和需方的关系。为了协调这种供需关系，大多使用负流量控制策略或负荷传感控制策略。液压阀输出液压进而被油缸或发动机吸收，并向外输出机械能，机械能以力和位移或转速和转矩的形式表现。这些机械能中的一部分或全部对外界载荷做功，执行机构对外载荷的有效做功组成了有效功率。这就是柴油机工作过程中的功率流过程分析。由此可见，现在的元件效率控制技术、子系统功率控制技术和部件功率控制技术不能协调整机进行节能分析，只能在自己工作范围内达到局部最优值。
2工程机械全局节能控制系统
2.1全局节能控制系统
全局节能对于加强机械工作性能，降低能耗具有重要意义。为了建立广义节能定义下的全局节能控制系统，要将整机和外界负载作为研究对象，并将节能目标设定为传统节能控制技术、多执行机构的协同控制以及作业效率，达到最优节能效果。为了方便对节能效果进行定量分析，可以定义全局节能指标如下:全局节能指标=对外有效功/(油耗×作业时间)=有效功率/油耗从以上定义式可以看出，全局节能指标指的是单位时间单位油耗的工况下机械对外输出的有效功。这个定义考虑了传统节能控制技术、多执行机构的协同控制以及作业效率三个方面的内容，能够全面地评价工程机械能耗特性。全局节能目标的实现可以划分为三个小目标，即协同作业目标，作业效率目标以及传统节能目标。每个小目标还可以再往下细化为系统目标，部件目标和元件目标，对工程机械里面每个部件的协同作业情况，作业效率情况和能耗情况进行实时的控制，从而达到实现全局节能的效果。
2.2全电控系统电子节能控制技术
传统的节能控制已经能够达到局部最优，因此要想取得更大的节能成果只能突破传统节能控制技术，可以从以下三个方面实现:①改变固定参数功率匹配方法，实现不同工况下的动态功率匹配;②使用作业模式识别技术，即在不同作业模式的动态功率分配系统;③以操控人员的操作意图为出发点，建立不同操作模式的作业效率管理系统。以上目标的实现可以通过全电控节能控制技术和分布式节能控制技术来改善传统节能控制效果。
2.2.1全电控节能控制技术
全电控节能控制技术的实现使用电控喷油柴油机和电比例液压泵、电比例控制阀、电比例液压发动机。在全电控的能量传递条件下能够达到硬件功能的最小化的效果，增加硬件的通用化程度，达到更深入的感知和更全面的智能控制效果。因为电控系统中的控制功能和专用功能是由系统软件实现的，所以在机械工作过程中根据实时工况和操作意图在线调节控制参数，实现参数匹配柔性化，以获取更好的、全面的、广泛的节能效果。
2.2.2分布式节能控制技术
全电控节能控制技术虽然能够实现对整机节能的控制，但是控制程序需要处理液压系统的实时压力信号，要求控制系统有很高的响应速度，目前技术水平仍然难以满足对压力信号实时处理的要求。为加快对机器运转数据处理速度，可以开发基于总线的液压泵控制器、液压阀控制器和发动机控制器，也就是说每个控制器都连接了高速总线，加快处理速度。发动机控制器根据发动机的实时工况数据和用户操作意图改变发动机喷油多少，并将处理数据输送到总线，同时从总线上收取其他控制器的控制命令;液压泵控制器和液压阀控制器也执行类似的操作。基于总线的分布式控制系统可以有效地增加控制信息的运算和传送速度，满足全电控节能控制系统对数据处理速度的要求。
3结论
由于CDIO的教育理念能够让学生获得更宽更深知识的同时,还能够逐步具备足够的人际交流能力、专业知识应用能力、产品和系统的构建能力，适应行业对人才的需求，所以并联机器人与机电系统实验室(以下简称“机电实验室”)作为机械电子工程专业教学、科研和人才培养的重要基地，于2009年开始积极引入CDIO教育理念，从培养目标、课程结构、实验内容、教学方法及实验教学评价体系等方面做了重大改革。
2基于CDIO的机电专业实验教学改革与实践
2.1培养目标的确定
CDIO的12条标准之一即为以CDIO工程教育为基本环境，强调技术知识和能力的教学实践要以产品、过程或系统的构思、设计、实施和运行作为工程教育的框架，使学生的基本个人能力、人际交往能力和对产品、过程和系统的构建能力达到专业设定的目标，并且满足企业对人才的需求。机械电子工程专业培养的是具有机械电子工程专业基础知识与专业技能，且能在生产一线从事机械电子工程专业产品的设计制造、控制开发、应用研究和生产管理等工作的应用型专门人才。结合CDIO教育理念及机械电子工程专业的培养目标，机电实验室将以应用型工程师的人才培养目标为主线、以企业对应用型工程师的能力需求为导向、以企业生产一线创新意识和能力的培养为提升来定位实验教学的能力培养目标。
2.2实验教学内容
CDIO教学理念注重一体化教学，强调能力培养，同时要求培养计划的设计做到各学科之间相互支撑。随着科学技术的发展，机械电子工程专业越来越多的与电气、控制、通信、材料及系统学等学科进行交叉。因此，实验教学特别重视基础训练、拓宽专业，重视综合实践性以及系统设计开发能力和创新能力的培养，合理构建实验教学内容。
1）加强原有的专业基础类实验，开设课程三级项目。
机械电子工程专业方向的课程设置主要包括三大知识模块：机械设计及制造知识模块、强电知识模块、弱电知识模块，所涉及专业课程繁多，倘若侧重理论教学而忽视学生的实际动手操作，则容易出现理论知识与实际应用脱离、学生感到学习枯燥的现象。所以，需要加强原有的专业基础类实验教学的同时，针对一门或两门课程设计三级项目，将实验融入到三级项目中，学生可以根据项目需要自行设计实验方案，这种基于项目的学习，改革了枯燥无味的呆板实验，给学生创造了更多动手动脑的机会，加深了对课堂理论知识的理解应用。
2）结合工程实际设计实验内容。
随着现代化工业的发展，产品设计技术趋于数字化、信息化和网络化，生产自动化和智能化程度相当高，机、电、控已成为一个不可分割的有机整体，企业对机电类专业人才的工程能力和创新能力培养提出了更高的要求，培养适应性强且符合市场需求的创新型人才迫在眉睫。因此，机电实验教学对机电专业工程应用型创新人才的业界需求进行分析，从市场需求出发来培养学生。打破各门课程的界限，拓宽实验内容范围，按照对学生综合创新能力培养的基本要求设计实验内容，为学生提供一种全新的工程应用教学环境。如结合工程实际，增设机、电、控综合实验，使学生学会综合应用流体传动、电气控制、PLC、机械工程测试、传感技术、嵌入式技术等多门课程的知识，并会使用各种实验设备仪器。
3）完善机械工程研究实验平台，加强理论研究能力的培养。
引入CDIO教育理念后，机电实验室不断完善机械工程研究实验平台，为学生提供充足的实验设备和计算机，制定具有综合性、设计性、应用性及研究性的实验教学内容，使学生在实验过程中能够结合相关技术进行系列理论研究，开发学生创新思维，激发学生探索新的理论知识，锻炼学生的自学能力、增强学生综合运用知识的能力，从而培养出具有机械电子工程领域较强实践操作能力及扎实的理论分析能力的综合性人才。
2.3实验教学方法及考核方式
CDIO教育理念提倡基于项目教育和学习的新型教学模式，注重培养学生的工程能力、职业道德、学术知识、运用知识解决问题的能力、终生学习能力、团队协作能力、交流能力和大系统掌控能力，从而培养既有过硬的专业技能，又有良好的职业道德的国际化工程师。为此，机电实验室采取以学生为主体，以教师为主导，知识、能力、素质协调发展的教学方法，发动学生参与实验教学和管理，培养学生的主人翁精神和意识；采用多方面、多样化的综合考核方式，不仅对学生进行考核，还要对实验教学人员进行考核，各个环节的考核结果相互融合，不仅能够实现对学生的技术能力、工程素质、交流与沟通能力、团队协作能力和创新能力的全面考核，也能够提升教师的技术应用能力，提高技能操作水平，积累工程应用经验。
2.4实验教学案例
实验教学是高校培养人才战略方案中不可或缺的教学环节,也是培养学生综合能力的重要环节，以上从培养目标、实验教学内容、实验教学方法及考核方式等方面论述了机电实验室引入CDIO教育理念后所采取的改革措施，下面以机电一体化专业核心项目体系的实施为例，谈谈机电实验室引入CDIO教学模式后的教学实践。该项目以《机电一体化系统设计》、《单片机原理及应用》和《机器人》三门课程为核心设立，包括两个实施阶段，其中在三级项目阶段，学生以团队的方式自主完成以嵌入式计算机（单片机）控制系统为核心的机电一体化产品—智能小车的构思－设计－制作－调试运行；在二级项目阶段，学生运用四周时间，进行自主创新研发，自主设计集成一个取料手爪或运料的自动翻转车厢，将智能小车升级成为移动式的抓取机器人和移动式搬运机器人，通过进行机器人运动控制规划，控制机器人完成一系列复杂的动作，如手爪张合、车体回转、智能循迹和避障、协同作业等任务，最终由两个机器人协作配合完成一次物料的抓取和运送任务。学生自主完成从方案设计、详细设计、加工制作到集成调试的全过程，最后以分组比赛的方式验收。
3教学实施体会
