机电一体化概述十篇

机电一体化概述篇1

关键词：机电一体化；构成要素；技术

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：

机电一体化的发展总体上主要分为三个阶段：（1） 第一阶，也就是初级阶段主要是是上世纪 60 年代之前，人们不自觉地应用电子技术并且将其推广。（2）第二阶段主要是随着经济的发展，机电一体化技术与产品均取得较大的发展。（3）第三阶段主要是各个国家都开始加强对机电一体化的关注以及大力支持机电一体化技术和产品。

一、国内机电一体化的发展现状

机电一体化经过近几十年的发展，其技术本身已经实现了长足的进步。特别是在经过电子科技的完善、微型处理器的引入、通信技术和多媒体遥控技术以及自动化的纵深发展的支援。

1. 数控技术方面的发展现状。

我国的数控技术主要起步于 1958 年，在 1995 年末期,国产数控机床在国内市场的占有率已经达到 52%左右,配置的数控系统也高达 11%左右。据对我国数控技术发展历程分析，大体上已经取得了不错的成绩。不仅拥有千套的数控系统，同时其生产能力也得到提高。

2 .计算机集成制造系统方面的发展现状。

经过多年理论与技术的准备, 我国的 CIMS 已经取得相当不错的发展。早在上世纪初，我国已经有多个省市、多个行业以及多家具有不同规模和类型的企业开始采用或者已经采用过CIMS 示范工程,并且取得巨大的经济效益。此外，随着近年来经济的快速发展，CIMS 试点的进一步推广与应用已经广泛的扩展到机械、电子、航空、轻工、纺织、冶金以及石油化工等多个领域,同时也受到各个行业的关注，并投入较多的资金和精力的投入。

3 智能机器人技术得到广泛应用。现代机电一体化技术的发展也逐渐强调智能机器人的作用，从控制机器人进行机械操作到机器人自动化操作，有关机电一体化领域中的智能机器人技术日益完善。据不完全统计，我国目前拥有开发智能工业机器人的科研机构和厂家超过五十家，而在我国工业机器人市场，大约有一万台智能机器人参与市场流通。可以说将智能机器人技术引入机电一体化系统之中，将会有助于提高机械系统运作效率，在某些特殊情况下能够帮助工作人员减少人身伤害。

4 车床数控技术水平得到全面提升。

从二十世纪五十年代，我国的车床数控技术开始得到国家和专家的重视。当前我国的车床数控系统的生产能力有十分明显的提高，年产量达到3000 多套，与之相关的主轴和配给方面装置的年生产能力也早已突破了5000套。在车床数控技术提升的同时，数控机床业分为普通级和精密级等不同类别，但就普通级车床数控系统而言，目前其加工作业密度已经精确到5μm；而精密级车床数控系统的加工精密度已经可以达到1μm。相比较而言，十年前我国的车床加工精密度还只是在5μm 级别，不得不说当前在机电一体化技术中，车床数控技术的突飞猛进十分引人瞩目。

二、机电一体化技术体系的构成要素

1.机械技术

机械技术是机电一体化技术的基础。包括机架、工作机构、传动和动力装置等， 具体实现人们最终需要的各种功能。无论是设计、机械制造， 还是机械工艺， 潜力都很大。

2.微电子技术

微电子技术是体系内传递、过滤、吸收和处理各种信息、能量和思想的工具， 是整个体系赖以生存和发展的关键和先导。因此， 要大力开发功能多、性能高、保密性好、性能价格比较低的单元等， 以满足日趋完善的机电一体化体系的需要。

3.计算机及信息技术

计算机及信息技术是机器实现自动化和智能化的核心要素， 是代替人操纵机器的替身。包括计算机主体和可仿程序控制器及其配套的输入输出设备， 显示器和外部存储器，也包括有关的传感器等。为进一步发展机电一体化， 必须提高信息处理设备的可靠性， 包括模/ 数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性， 进而提高处理速度， 并解决抗干扰及标准问题。

4.系统工程和控制技术

体系的组成、优化、自动化、智能化、可靠性、可行性的经济性的综合反映都必须采用系统工程的方法来分析、决策并付诸实现。这是近年来最活跃的技术领域。特别是人工智能控制技术有了很快的发展， 对机电一体化产生了深远的影响。

5.接口技术

为了能够与计算机进行通信， 因此数据的传递格式必须是标准化、规格化。用同一标准规格的接口可以使给信息传递和维修带来方便，因此我们要着力于发展低成本、高速串行的接口的生产， 以解决信号电缆非触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。

三、机电一体化技术的功能

(1)提高机械系统的性能， 完成传统机械系统不能完成的功能。

(2)提高机械系统的智能化程度， 使人在更舒适的环境中工作。

(3)提高机械系统的可回收性。

(4)降低机械系统的原材料消耗。

(5)降低机械系统的能耗。

(6)降低机械系统对环境的污染。

四、现代机电一体化技术的特征

1.智能化特征

现代机电一体化产品应具有三方面的智能能力:

(1)自学习能力，即能对一个过程或其所处环境的信息和知识进行学习，并能将得到的知识用于进一步的估计、分析、决策和控制，从而使其处于最优状态;

(2)自适应能力，即当系统遇到未学习过的事例时，有能力给出合适的处理，甚至找出故障，分析和修复故障;

(3)自组织能力，即对复杂任务和分散信息有进行组织和协调和能力，具有不同程度的灵活性和主动性，能在任务要求的范围内自行决策，主动采取行动，当各种任务冲突时，可指挥各拉制器有组织地自行解决。

为实现智能化功能，常以计算机为基本工具，根据控制论和信息论的原理，辅之以软件系统框架。80年代末以来研究最多的是专家系统框架、模糊系统框架和神经元网络框架.专家系统提取人类成熟的操作经验和知识，以知识库为核心，配以特征知识处理，采用多种推理机制和匹配法则.构成完整的最优决策系统。模糊控制首先对对银的各Tl)卜比能指标建立单项满意度模糊子集的隶属函数，按其重要性的小同分配以不同的加权因子，然后按一定算法得出综合整体满意度隶属函数，再通过何优化策略寻优。神经元网络是一种用来模拟人类大脑神经系统结构和功能的系统，一般由多输入单输出非线性单元组成神经元，各神经元按一定模式连接，并构成各种连接模型。

2.拟人化特征

机电一体化产品最终是要为人类服务的，在那些人能直接进行干预或控制的场合，操作环境和控制方式越来越与人的行为方式一致，体现出高度的人一机一环境协调，这就要求在机电一体化产品的设计阶段应充分研究人的生理、心理特性和能力限度，人机功能的配合与互补等等，最大限度地使产品更适宜人。在那些人无法直接进行干预或不需要人直接进行控制的场合，机电一体化产品应加强与人或其他生命体保持相似的行为方式，即具有鲜明的仿生特征。

3.微型化特征

将机电一体化产品应用于人类无法施展的微观世界，是一项重要而又自然的要求，由此开拓了微机电一体化的研究和应用领域，并取得了辉煌的成果。目前，几何尺寸不超过1cm3的微机电一体化产品已由研究全面走向生产，更微小的如纳米级产品也开始在实验室中研制。

4.综合化特征

机电一体化技术已完全突破了机械与电子相结合的概念约束，成为综合机、电、光、磁、声、热、液、生物等多种学科的先进技术，按照控制论、信息论、系统论、决策论等多门理论进行集成而实现。另一方面，在机电一体化产品的设计和生产阶段，计算机集成制造系统(CIMs)的思想也得以贯彻。

结语

机电一体化技术的发展提高了机电产品的质量,赢得了较好的经济效益和社会效益。机电一体化技术并不是一个独立的学科,是许多科学技术发展的结晶机电一体化技术的发展也能带动着的众多科学技术的发展,代表着一个时代的前进。因此,随着科学技术的快速发展和各种技术的相互融合,机电一体化技术必将有着广阔的发展前景。

参考文献：

机电一体化概述篇2

1．1元数据的基本概念

元数据英文为“Metadata”，从构词法上看，“meta”来自于希腊语，其词义为“在……旁边、与……在一起、在……之后、与……连接”等。在近现代拉丁语和英语中，“meta”表示有“超越”的含义，而“Data”就是用于推理、讨论和计算的事实信息，可以是数字、字词、句子和一条条记录。所以，元数据通常也就根据其字面解释，定义为“关于数据的数据”。

在此基础上，又衍生出许多有关元数据的定义，不下几十个。但是，对元数据最为权威的定义有两个：

（1）一个是国际标准组织制定的国际标准《ISO／IEC11179－1信息技术――元数据注册――第一部分：数据元素的说明及标准化框架》中所定义的：“元数据是定义和描述其他数据或过程的数据”。它是在“元数据是关于数据的数据”基础上，首先将“关于”具体化为“定义和描述”，其次将被关于的“数据”扩大为“数据或过程”，实际上这种扩大可以看做是“扩大的具体化”。

（2）一个是国际著名的元数据标准化机构――都柏林元数据机构制定的《都柏林核心元数据应用》中所定义的：“元数据是关于数据的结构化数据”，它是在“元数据是关于数据的数据”基础上，将元数据限定为“结构化数据”，从而提示了“元数据”与所关于的原生“数据”的区别。

根据形式逻辑概念的定义结构看，任何概念都是由“属加种差”构成，所以，“元数据”最为一般的“关于数据的数据”定义结构，也可以由这两部分构成。而其后衍生出来的元数据的概念都是在“种差”和“属概念”这两个部分上的具体化，见图1。

从图1可以看出，国际标准《ISO／IEC11179－1信息技术――元数据注册――第一部分：数据元素的说明及标准化框架》关于元数据的定义是在“种差”上进行了具体化，而都柏林元数据机构的定义则是在属概念上进行了具体化。由此我们可以看出一个趋势，元数据定义的衍生基本上都是在具体化上衍生，由此形成了适用于各个专业领域的具体的元数据概念。

当然，也有相对于具体化的“泛化”的元数据定义，如在2004年美国国家信息标准化组织出版的《理解元数据》中所定义的：“元数据是关于信息的信息”，其中“信息”就是对“数据”的泛化，但元数据这种定义在元数据领域中不占主导地位。

现在有关元数据的新的定义基本上都离不开“具体化”与“泛化”这两种形式，但不管元数据定义是具体化衍生，还是泛化衍生，其核心的性质都是不变的，这核心的性质就是元数据的“控制”性质。我们以元数据最一般的定义“关于数据的数据”为例，元数据的这种“控制”性质可以如图2所示。

从图2可以看出，首先，作为“数据2”，即元数据是对“被关于的原数据”，即“数据1”的超越，而不是“数据1”原样的拷贝与复制，这种超越直接表现为，元数据是一种结构化的数据，而相对于元数据而言的，“被关于的原数据”是一种非结构化数据，所以元数据是在有序度方面对“数据1”的超越，是一种有序度化的处理；其次，元数据的有序总是反映着“数据1”这种“被关于的原数据”的语义、结构或过程的有序，也就是说元数据的内容具有很强的“指向性”，这种指向性，总是针对着“数据1”的。由此，从以上分析，我们可以看出：

（1）元数据是一种结构上有序的数据；

（2）元数据是一种内容上有序的数据。

以此为基础，我们可以发现元数据本质上是一种对原数据进行处理的有序化数据，从系统论角度看有序化即意味着“控制”。所以，元数据控制性质的示意又可以如图3所示。

由于元数据对“数据1”具有控制作用，这就构成了元数据对“数据1”具有控制的机理，所以，美国国家标准化组织2004年出版的《理解元数据》一书的开篇醒目的大字，首先就指出了元数据的控制作用：“元数据是确保数据资源长久保存下去并在未来可继续利用的关键。”

1．2 电子文件管理元数据控制的机理

关于电子文件管理元数据的定义，在电子文件管理领域中现在已基本统一为2001年颁布的国际标准《ISO15489－1信息与文献――文件管理》中所定义的概念，即在文件管理领域，元数据是指“自始至终地描述文件的背景、内容、结构及其管理的数据”。该元数据概念在2003年颁布的国际标准《ISO23081－1信息与文件――文件管理过程――文件元数据》中也得到了确认，而且在2005年国际档案理事会颁布的《电子文件管理业务手册》中又再一次地得到了确认。

显然，这一电子文件管理元数据的概念是元数据一般概念在电子文件管理领域中的具体化，这种具体化表现在这样几个方面：

（1）对象的具体化，即由一般元数据概念中的“数据”对象具体化为“文件”和“管理”；

（2）方式的具体化，即由一般元数据概念中的“关于”方式具体化为“描述”方式；

（3）时间的具体化，即由一般元数据概念中无时间定义，具体化为“自始至终”的时间；

（4）内容空间的具体化，即由一般元数据概念中“对象内容”具体化为“对象的背景、内容、结构和管理”。

电子文件管理元数据概念的这种具体化，反映了元数据在各领域中应用的一般规律，同样，电子文件管理元数据的这种具体化也并没有改变元数据的“控制”机理，相反，由于通过其具体化，这种“控制”的机理反而得到了进一步的增强，如图4所示。

从图4可以看出，电子文件管理元数据控制着电子文件的“背景、内容、结构、管理”，也就是通过这种控制，元数据可以保证着电子文件所具有的最本质的特性：

（1）真实性，即具有背景、结构和内容的文件其原始特征自始至终地保持一致，文件就是文件的本身。

（2）可靠性：即文件作为可靠凭证的性质，文件作为证据的权威性和可信赖性。

（3）完整性：即文件是完全的，并且未经作任何改变。

（4）可使用性：即定位、检索、显示和说明文件的性质。

而电子文件只有具备了以上这些本质特征后，才能被称之为真正意义上的具有档案凭证价值的电子文件，否则，就不能算是电子文件，而只是“电子文献（Electronic Document）”。由此可知，电子文件管理元数据的“控制”机理，是使电子文件免于失去“真实性、可靠性、完整性和可使用性”的保证，也就是防范威胁这些本质特征的风险产生的关键措施。

2． 电子文件管理元数据的功能与结构

正是由于电子文件管理元数据的控制机理，电子文件管理元数据才具有了控制功能，其控制功能具体来说体现在以下十个方面：

（1）自始至终地保护作为凭证的文件，确保其可利用性和可使用性；

（2）便于对文件的理解；

（3）支持与确保文件的凭证价值；

（4）确保文件的真实性、可靠性和完整性；

（5）对文件的利用、文件的内容及文件利用的权限提供支持和管理；

（6）支持高效率的检索；

（7）在创建和管理电子文件的不同的技术和业务环境中，支持文件的捕获，从而支持互操作策略的实施，以及文件的长期可利用性；

（8）以结构化的、可靠的和有意义的方式提供文件与其创建、管理背景信息的逻辑关联；

（9）为识别和形成数字文件的技术环境提供支持，同时对维护文件的现行技术环境的管理提供支持，以便可以利用文件；

（10）为高效、成功地实现电子文件从一种计算机平台到另一种计算机平台的迁移提供支持。

上述十个方面的电子文件的具体功能可概括成四大宏观功能，即电子文件元数据在控制电子文件的背景，内容，结构，管理中所起到的：

（1）描述功能；

（2）发现功能；

（3）管理功能；

（4）长期保存功能。

这两种功能的对应关系具体示意如图5所示。

从图5可见，电子文件管理元数据的功能主要集中在管理功能这一块。对应于元数据上述这四种功能，电子文件管理元数据的构成也就可以划分成四种类型的元数据构成，即电子文件管理元数据结构中包括：描述类元数据，发现类元数据，管理类元数据，长期保存类元数据。

（1）描述类元数据：包括对电子文件本身和对电子文件背景信息进行描述的元数据，对电子文件本身进行描述的元数据，主要是针对电子文件的内容特征进行描述，如文件的题名，责任者等；对电子文件背景信息进行描述的元数据包括电子文件的业务处理规则，政策法规环境，相关机构等信息，例如文件的法律体系，行政管理沿革等元数据；

（2）发现类元数据：主要是指电子文件的发现，即检索功能类元数据。例如电子文件的检索词，主题词等元数据；

（3）管理类元数据：主要是对电子文件进行管理过程形成的元数据。例如电子文件的签发，承办，传阅，鉴定，销毁，审查等元数据；

（4）长期保存类元数据：主要是指支持电子文件的长期保存类元数据。例如电子文件的迁移软件，硬件环境等元数据。

当然，电子文件管理元数据的构成还可以从其他角度加以划分，如在国际电子文件管理领域除了上述按照功能划分元数据构成外，还有从电子文件生命周期理论角度进行划分的，如分为现行电子文件管理元数据和电子档案管理元数据；从文件连续体理论角度进行划分的，如分为登录、分类元数据，内容、结构、背景信息元数据，文件管理流程元数据，等等。但无论从何种角度进行划分，电子文件管理元数据构成所要达到的功能――控制功能，这一目标都是共同的，即要控制电子文件的内容、背景、结构和管理，从而确保电子文件的真实性，完整性，可靠性和可使用性。

3．电子文件管理元数据标准化研究

电子文件管理元数据是一种内容和结构上有序的元数据，这种有序集中体现在电子文件管理元数据标准中。因而在制定电子文件管理元数据标准时，要注意宏观上的标准化，同时也要注意每一个电子文件管理元数据语义内容和语法结构的标准化，即微观的标准化。

从宏观上来说，电子文件管理元数据标准要达到标准化，应当保持三个一致：“与国际通用标准相一致”，“与现有国家标准相一致”和“与专业领域标准相一致”。因为国际的、国家的以及专业领域内已有的元数据标准大都已得到了广泛应用，积累了大量的元数据资源，因而为避免重复建设资源，保证格式一致进行互操作，保障信息组织的一致性，在设计元数据标准时应当遵循宏观上一致性的原则。

从微观来说，每一个电子文件管理元数据的语义结构和语法结构的描述要达到标准化，即：电子文件管理元数据标准化＝语义结构标准化＋语法结构标准化

元数据语义结构的标准化是对元数据元素语义具体描述方法的规定，例如对元数据的每一个元素名称、标识、定义等的描述规定。元数据语义结构的标准化主要是对描述元数据置标的语法作出规定。在元数据领域中，对元数据语义结构和语法结构进行标准化的这一做法，在国际上被称之为最佳实践而被广泛采纳，其优点如下。

（1）通过语义结构的标准化可以统一对元数据的理解，保证对元数据表达的一致性，防止歧义；

（2）通过语法结构的标准化可以统一对元数据的使用，保证对元数据置标的一致性，防止误操作。

一般而言，对电子文件管理元数据语义结构和语法结构的标准化，是由“语义结构标准”和“语法结构标准”构成。前者如：元数据元素名称、元数据元素标识、元数据元素定义、元数据元素必备性、元数据元素的可重复性、元数据元素属性、元数据元素子元素、元数据元素数据类型、元数据元素注释；后者如：元数据元素的语法。

元数据的语义结构，是由各个属性所构成的，如“题名”元素，其语义的构成，就是由“名称，标识、定义、用途、可重性、子元素、数据类型、注释”等这些属性所构成，而其语法结构却是由“HTML、XML、TXT”等这三种置标语言所构成。通过制定电子文件管理元数据标准来控制元数据的语义结构和语法结构，进而控制电子文件管理原数据，确保电子文件凭证性，这就是电子文件管理元数据的标准化的核心，其控制链示意如图6所示

机电一体化概述篇3

关键字：离散数学；概念教学

中图分类号：C642 文献标识码：A 文章编码：1674-3520（2014）-01-0096-02

就教学理论而言，概念是事物本质属性在人们头脑中的反映。教学时，教师不仅要使学生正确、清晰、完整地理解数学概念，而且要在概念的引入、形成、深化过程中，重视对学生进行思维训练. 概念教学的基本目标是帮助学生形成概念，而学生形成概念的关键是发现事物或形的本质属性或规律。通常概念的引入是概念教学的关键一步，它是形成概念的基础。引入这个环节中要重视概念的实际背景与学生的知识经验，设计、组织好引入环节，后面的教学活动就能顺利展开，学生就会对教师所提供的感性材料进行分析、比较，继而顺利地形成概念。实例引入，由旧知识引入，由计算引入，联想引入等都是很好的教学方法。但是，要注意引入概念不能局限于某一种方法，要依据教材的内容特点和学生的认知规律，选择适当的引入方法。在学生理解和形成概念之后，要引导他们对学过的有关概念进行比较、归类。既要注意概念间的相同点和内在联系，把有关概念沟通起来，使其系统化，又要注意概念之间的不同点，把有关概念区分开来。从而使学生逐步加深对概念内涵和外延的认识，深入理解概念，构建概念体系。

在具体的实践教学过程中，基于离散数学这门课，概念繁多且抽象不易理解的特点，严格按照教材概念体系进行讲解，在有限的面授课时内把概念讲清很难做到。在离散数学中习题是内容联系的最好纽带，与各种基础数学一样，解题是巩固理论知识，深化理解基本概念的一个必要途径，通过解题方法的练习，培养学生综合分析问题和理论联系实际的能力。在几年的教学中我认为把习题和概念教学相结合，用例子串联离散的概念是一个很好的教学方法，并且收到了不错的效果。学生对概念的理解加深了，而且提高了解决实际问题的能力，还能举一反三。例如：关系这个概念是《关系与映射》这一章中的重要概念之一，历来学生对关系概念的理解都是个难点。实际授课中，可以先给出关系概念：设A和B是两个集合，A×B的子集R称为A，B上的二元关系，不对概念做任何深入讲解，接下来给出关系有四种表示方法：描述法、列举法、关系图法和关系矩阵法。然后，以一至两个典型的二元关系实例加以讲解。

一、设集合是上的整除关系，求。

解：（1）描述法：

（2）列举法：

二、设集合，为集合上的“模3同余”关系，求。

解：（1）描述法：

（2）列举法：

最后可以跟学生一起总结出关系实质是序偶的第一元素与第二元素之间的关系，至于关系图中的元素为什么样排列，说明学习了哈斯图后自然就会明白。

有了这两个例子，学员对“关系”的概念的理解就变得清晰了，虽然关系的概念和表示方法用的时间太多，但是这四种关系理解透彻了，对后面的许多概念学生就能容易地掌握了，后面讲授关系的性质（自反性、对称性和反对称性、传递性），都可以用上面的例子展开论述，讲授关系的闭包，讲等价关系、半序关系，从图上就可知道为什么具有自反性、对称性和传递性的关系称为等价关系，前面的关系图中元素的位置为什么这样排列的问题都迎刃而解，等价类的概念在图中也可以一目了然，从图中也可知道为什么具有自反性、反对称性和传递性的关系称为半序关系，并从关系图特点上引出哈斯图，由此得出哈斯图的画法，后面在哈斯图上讲解最大元、最小元、、极小元、上界、下界、上、下确界的概念，这样，这一章的概念讲解便会一气呵成，学生也能轻松掌握。

再例如，命题逻辑一章中，命题的概念是：能表达判断的语句，并具有真值的陈述句，看似这个概念并不难理解，但是在学生习题过程中，遇到一类符号化命题的问题，学生感到不易把握。其实，给定一个命题进行符号化，就是要把这个命题表达成合乎规定的命题表达式。在具体表达时，首先要列出原子命题，然后根据给定命题的含义，把所设的原子命题用适当的联结词连接起来，在这个过程中，确定原子命题和选用联结词，主要应根据命题的实际含义，而不拘泥于原句形式。比如：将命题“除非天气好，否则我是不会去公园的”符号化。这个句子的实际含义是，我去公园必定天气好，至于天气好是否去公园，在命题中不曾涉及，所以天气好是去公园的必要条件。另外，在这个命题中，没有提出天气好和去公园的具体时间，因此仅按字面意义去列出原子命题，将出现不完整的陈述句，事实上，在叙述这个命题时是有着特定的时间，可以设 ：今天天气好，而不是设：天气好。这个命题符号化后的结果为：设：今天天气好。：我去公园。

此外，在命题符号化的过程中，必须注意消除自然语言中的歧义性，比如：将命题“如果晚上做完作业且没有其他的事，我就回去看电视或看电影”符号化，看电视或看电影，可以兼而有之，也可以是或此或彼。所以在进行符号翻译时，必须明确含义，以便确定是选择联结词还是选择联结词。总之，命题符号化以前，明确含义删除歧义，这是命题翻译的关键所在。这个命题符号化后的结果为：设：我晚上做完了作业。：我晚上没有其他事情。 ：我看电视。：我看电影。.

总之，在离散数学这门课的教学中，概念的教学是非常重要和关键的一个环节，抓好这一环节，定会收到较好的教学效果。

参考文献：

[1]刘叙华，虞恩蔚，姜云飞.离散数学.中央广播电视大学出版社

[2]左孝凌等编著.离散数学.上海科学技术文献出版社.1982.9

[3]屈婉玲，耿素云，张立昂编著.清华大学出版社.2005.6

[4]（美）罗森著.机械工业出版社.2007.6

[5]（美）格里马迪著. 清华大学出版社.2007.5

机电一体化概述篇4

关键词:物理概念;规律;教学探讨

物理基础知识中最重要最基本的内容是物理概念和规律。在物理教学中，物理概念和规律的教学是一个关键的环节，讲清、讲透物理概念和规律，并使学生的认知能力在形成概念、掌握规律中得到充分发展，是物理教学的重要任务。形成概念、掌握规律是一个十分复杂的教学过程，但一般都要经历概念、规律的引入、形成、深化和应用等四个环节。根据教学实践，针对以上四个环节做了一些初步的探讨。

一、物理概念和规律的引入

物理概念是从感性世界中来的。概念和规律的基础是感性认识，只有对具体的物理现象及其特性进行分析、概括，才能形成物理概念，对物理现象的运动变化及概念间的本质联系进行归纳、总结，就形成了物理规律。为此，教师必须从有关概念和规律所包含的大量感性事例中，精选包括主要类型的、本质联系明显的典型事例来教学，从而加强学生的感性认识。如何加强学生的感性认识呢？教师要充分利用板书、板画、挂图、演示试验等手段，充分发挥电化教学的优势，充分结合多媒体技术，使物理课堂教学形象生动，让学生在一个形象化的物理世界里来探究物理概念和规律。

物理概念和规律是比较抽象的。在进行物理概念和规律的教学时，常常采用“抽象概念形象化”的方法或建立“物理模型”的方法，来描述物理情景。通过形象化的物理情景，利用逻辑推理、逻辑思维对其进行分析、概括、归纳、抽象出物理概念和规律。例如，在电场和磁场的教学中，用“电场线模型”来描绘电场，用“磁感线模型”来描绘磁场；在楞次定律的教学中，利用蓄水池中出水量和入水量对水池中水量变化的影响来体现感应电流的磁场对引起感应电流的原磁通量变化的“阻碍”作用。

二、物理概念和规律的形成

物理概念和规律是人脑对物理现象和过程等感性材料进行科学抽象的产物。在获得感性认识的基础上，提出问题，引导学生进行分析、综合、抽象、概括、推理等一系列的思维活动，忽略影响问题的次要因素，抓住主要因素，找出一系列所观察到的现象的共性和本质属性，才能使学生形成正确的物理概念和规律。

例如在动量的教学中，就是通过创设物理情境进行探究来逐步建立概念的。首先通过演示“静的粉笔”与“动的粉笔”和“静的锤子”与“动的锤子”的运动情况，比较发现静止物体和运动物体所产生的机械效果不同；再通过“慢慢行走的你”、“快速跑动的你”与墙相撞和篮球、铅球以同样的速度落地比较可知影响运动物体所能产生的机械效果的因素是物体的质量和速度；又通过质量不同、速度不同的两辆小车运动的有关分析与计算引导学生发现质量不同、速度不同的运动物体也可以产生相同的机械效果，但其前提是物体质量和速度的乘积必须相同。显然运动物体所能产生的机械效果是由质量和速度的乘积决定的，至此，引入动量来反映运动物体所能产生的机械效果便是水到渠成、顺理成章的事了。

三、物理概念和规律的深化

教学实践表明，只有被学生理解了的知识，学生才能牢固地掌握它，也只有理解了所学的知识后，才能进一步灵活地运用它。因此，在物理概念和规律形成之后，还必须引导学生对概念和规律进行讨论，以深化知识，巩固知识。

3.1物理概念和规律的物理意义的理解是关键。例如，加速度反映了物体速度改变的快慢，而速度则反映了物置改变的快慢，弄清了它们的物理意义，就可以避免“速度为零，加速度也为零；速度越大，加速度越大或速度越小，加速度越小”等错误的认识。

3.2物理概念和规律的适用范围和条件的把握是前提。例如，讨论地球公转问题时，它可以被视为“质点”，但在讨论地球自转问题时，它又不能被视为“质点”；电场强度E=kQ/r2仅适用于点电荷所形成的非匀强电场；牛顿第二定律F=ma只适用于惯性系中宏观物体低速运动的问题等。因此，只有明确了物理概念和规律的适用范围和条件，在解决实际问题的过程中才能不至于生搬硬套，做“拿来主义”的奴隶。

3.3物理概念间、规律间的比较也是非常重要的。比较是确定概念间、规律间在不同条件下的异同的一种思维过程。物理学中，概念间、规律间在空间上、时间上都存在着差异性和统一性，因此，在教学中应引导学生作空间上、时间上的比较以辨别概念间、规律间的异同和了解它们的发展过程，才能做到正确运用。以动量和动能为例，它们相同的是，都是物体的状态量；不同的是，动能的增量表示能量的转化，而动量的增量则表示机械运动的转移。既然已有动能来描述物体的运动状态，为何还要引入动量呢？原因就是动能的变化是力在空间上的累积效应，而动量的变化却是力在时间上的累积效应，二者从不同侧面来表现同一物理现象的本质特征，显然，非如此不能满足全面描述物体状态的客观需要。:

另外，既要重视概念、规律的纵向联系，又要加强它们的横向联系，以活化学生的思维。如以加速度为中心，与速度相联系，可使学生理解加速度是速度变化率的含义；抓住加速度产生的原因，可以联系到力、质量、惯性以及牛顿第二定律；根据加速度是描述物体运动状态变化的基本物理量这一点，可以联系到常见机械运动的分类；根据加速度是描述物体速度变化快慢的量，可以联系到物体做功的快慢、磁通量变化的快慢等。

四、物理概念和规律的应用

学习知识的目的在于应用。在学生牢固掌握和深刻理解物理概念和规律的基础上，还要让学生在运用它们来说明和解释现象、解决实际问题的过程中不断加深。在运用概念和规律的这一环节中，一方面要精心选用一些典型的问题，通过教师的示范和师生的共同讨论，深化、活化对所学物理概念和规律的理解，使学生逐步领会分析、处理和解决物理问题的思路和方法；另一方面，要组织学生进行运用概念和规律的练习，在练习的基础上，要帮助和引导学生逐步总结出解决实际问题的一些带有规律性的思路和方法。

总之，物理概念和物理规律的教学是一个十分复杂的过程，不可能一蹴而就、一劳永逸，在教学过程中，应当从教材实际和学生实际出发，深入钻研教材，不断改进教学方法和教学手段，注意教学的阶段性，把握概念、规律的四个教学环节，逐步加深对物理概念和规律的理解和应用，从而达到提高物理教育教学的目的。

参考文献：

[1]姜水根.《理念的世界》.《中学物理教学参考》[J].2004.9.56-58

机电一体化概述篇5

【关键词】物理概念 教学方法 思维能力

高中物理新课程的实施，倡导以学生发展为本的教育理念。物理概念的学习，是高中物理教学的重要组成部分。因此，引导学生理解物理概念，加强对学生物理概念学习策略的培养成为高中物理教师提高学生物理学习效率，减轻学习负担，增强物理解题能力的有效途径。

一、弄清概念引入的问题情境

物理概念是在大量观察和实验的基础上，运用逻辑思维的方法，把物理现象、物理过程的本质属性加以抽象、概括形成的。物理概念大体可分两种：一种定性的反映了客观事物的本质属性，如机械运动、简谐运动、匀速圆周运动、运动的合成与分解等；另一种则定量的反映了客观事物的本质属性，如速度、加速度等，这种概念就是我们常说的物理量。所以物理概念的学习绝不能满足于背定义、记公式，应真正弄明白概念所反映的事物的本质。例如：为什么要引入“速度”这个概念？物体的位置变化可用位移表示，但不同物体在相同的时间内位移可能不同，即有的物置变化快（如汽车），有的物置变化慢（如自行车），为了区分不同物体的位置变化的快慢，就要引入“速度”这个概念。

引入任何一个概念，都是为了描述一类事物的共同的本质特征，搞清了这个概念描述了什么，就搞清了概念的内涵，应用概念辨析问题时就不会出错。同时明确引入概念的目的，就搞清了前后知识的联系，具有承前启后的作用。也会激发学生学习的兴趣，强化学习动机。

二、突破重难点

课本中的物理概念，文字叙述严谨、简洁，多数同学能够读懂字面意义，但不能把握准确深刻的含义，运用概念解决问题时就容易出现错误。比如讲解磁通量这一概念，教材中的定义是这样叙述的：设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁感应强度为B，平面的面积为S，我们定义磁感应强度B与面积S的乘积叫穿过这个面积的磁通量，简称磁通。粗看这段话就是磁通量等于磁感应强度与面积的乘积，即Φ=BS，深入分析概念，应强调计算磁通量的两个重要条件：一是B与S垂直，不垂直要用投影面积；二是面积S必须是在磁场中的有效面积；三是若平面内有两个或多个磁场且方向不同，则必须用合磁感应强度；四是磁通量的物理意义直观形象地说是指穿过某面积的磁感线条数，故对于穿过线圈截面的磁通量，B越大，截面积S越大，穿过这个线圈截面的磁感线条数就越多，磁通量就越大，与缠绕线圈的匝数无关；五是磁通量是标量，但磁感线穿入同一面积时，却有不同的穿入方向，尤其在讨论磁场不变，平面反转时磁通量变化这一问题，必须弄清磁感线的穿入的方向，有的学生容易把磁通量当成矢量，这时可以用水流、电流的概念去类比。因此只有搞清物理概念的定义，才能有效建立不同量之间的联系。

三、正确理解概念的各种定义方式

1.语言表述。对用物理语言表述的概念，要能准确的复述，体会规范语言的应用，体会物理概念表述时必须具备科学性、准确性及简洁性的特征。对于用数学表达式（公式）表述的概念，必须弄清每个字母所代表的物理意义。

2.定义方法。有一类概念是用相同的方法定义的。例如：速度、加速度、电场强度、电势、电容等都是用比值定义的，用比值定义概念时都有一个共同点。为什么这些概念可用比值定义，值得好好想想。

3.定义式和推导式。注意定义公式与推导公式的区别，适用范围。例如：平均速度的定义公式为v==s∕t 。这个公式适用于任何运动。平均速度还有常用的公式v=（Vt+Vo）/2 ，但这个公式不能叫定义式，它只是在特殊情况下（匀变速直线运动）推导出来的，要注意定义式和推导式的区别。

四、辨析概念的易混点

物理中有许多相近的概念，它们既相互联系又有区别，学生学习时容易理不清其关系。因此在进行物理概念教学时，要从不同的角度进行比较、辨析，突出概念的差异，明确概念的内涵和外延，加深理解，避免混淆。如电阻和电阻率、自感和自感系数、冲量与动量、动能与动量及热学中热量与温度、分子力随分子间距离变化的图像与分子势能随距离变化的图象等都容易分不清。电学中表征交流电的几个物理量电流、电压、电动势，它们的最大值、瞬时值、有效值、平均值，只有弄清其定义、决定因素及表达式，才能理解为什么计算电热、热功率、电功、电功率及电表示数时用有效值，计算某段时间内流过导体的电量时用平均值。学习时要深入比较这些相近物理量的异同点及联系，避免死记硬背公式，做题时乱套公式，不能快速有效选择公式，解题效率低下。

机电一体化概述篇6

关键词：双馈风力发电机组；安全系统；功能安全

中图分类号：TM315

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12023703

1风电机组安全系统典型失效特征

风电机组发生安全事故往往会导致整台机组倒塔、起火，造成巨大的经济损失，甚至威胁人员的安全。风电机组事故发生过程中的安全系统的失效特征分析如下。

风机突然甩负荷、风速突变、联轴器损坏等故障可能导致传动链严重超速；叶片、联轴器、齿轮箱等部件发生断裂、损坏等故障可能造成机组强烈冲击；风电机组内部电气回路发生短路可能引起电弧放电。在上述故障发生时，如果安全系统对应的转速、振动、电流等测量功能失效、变桨控制系统制动功能失效、高速轴刹车制动功能失效或高低压侧断路器保护功能失效，使安全系统未能起到保护作用，则将最终导致风电机组事故的发生。上述安全系统失效属于安全相关部件随机失效。

安全系统设计不当也有可能导致事故的发生，如高速轴刹车动作不当造成摩擦起火星，火星点燃附近可燃物可能导致火灾；安全系统复位逻辑设计不当导致危险未解除情况下制动系统被复位再次引发危险；保护相关参数设置不当导致不能起到保护作用。上述安全系统设计不当导致的失效属于安全系统的系统性失效。

2功能安全相关理念

安全是指一个系统中不存在不可接受的风U。而功能安全是整体安全的组成部分，其研究对象是机器设备装置及其控制系统，功能安全取决于安全相关控制系统、采用其他技术的安全相关系统（如液压、气动系统）和外部风险降低措施的正确行使[5]。功能安全是通过系统或设备对输入的正确执行来保证的，是安全系统执行安全功能能力的体现。

3安全系统设计过程中引入功能安全

在风电机组设计开发过程中，需要采取一些措施降低安全系统的硬件随机失效概率；避免引入的系统性失效以提高风电机组安全性能，保障风电机组的安全运行、保障人身和财产安全。通过将功能安全设计理念引入风电机组安全系统设计过程可以实现上述需求。基于功能安全的安全系统设计思路如下：通过约束安全相关部件可靠性指标和冗余数量，约束系统的回路结构、安全系统监测回路设计等使风电机组安全系统更有效规避硬件随机故障、系统单一失效、降低因失效和单一故障引起危险发生的概率。完成上述设计后估算每个安全功能的危险失效概率，并考虑采用措施避免系统性失效。

电机组安全系统设计方案优化

4.1识别安全功能

本文以某双馈式风电机组安全系统设计方案为例，分析“当机组转速超过其极限转速时激活安全相关停止”安全功能的安全性能，并制定优化设计方案。

4.2原安全系统设计方案失效概率

原设计方案中，实现“当机组转速超过其极限转速时激活安全相关停止”安全功能的系统结构见图1。本方案子系统3安全系统电路连接方采用单回路结构，当子系统3中的1个安全相关部件失效将引起该安全功能的失效。根据ISO 1389-1，安全系统的子系统3结构类别被划分为Cat.B，整体性能等级最高只能实现PL=b。根据表1[1]该安全功能每小时平均危险失效概率最低为PFHD=3×10-6。

4.3原安全系统存在的问题分析

（1）子系统3的安全系统电路采用单回路设计，结构类别被划分为Cat.B，进而成为该风电机组安全系统整体性能等级的短板。

（2）未采取足够措施避免单一失效。例如当Q1出现触点粘连故障时，当安全系统被触发后Q1不能断开其触点，会进而导致变桨系统不能收到紧急收桨指令，造成安全功能失效。

（3）未采取足够措施避免共模故障。例如未避免低速轴转速测量结果不准确的情况。

4.4优化安全系统设计方案

4.4.1安全功能设计和技术实现

根据图2优化系统结构类别，由图可知当系统MTTFd=中，DCavg=低，选择安全系统结构类别为Cat.3时可实现性能等级PL=c，本方案采用系统结构类别Cat.3进行设计。

朱宁：一种基于功能安全的风电机组安全系统设计优化方案

机电与工程

Cat.3需满足以下具体要求：SPRR/CS根据基础安全原则ISO113849-2设计、构建、选择、组装并整合，以使其能够承受预期的影响；采用试验效果良好的安全原则；安全相关部件设计成：系统发生任何单一故障时，系统/子系统安全功能不能失效；应能检测到单一故障。且满足DC≥60% 、CCF≥65；安全系统需要具备单一故障容错功能，实现这个要求最常用的方法是应用双通道系统结构。根据上述要求安全系统设计方案进行以下优化设计。

（1）诊断覆盖率DC相关优化设计。提高诊断覆盖率，新增安全系统检测回路用于检测系统单一故障，包括设备故障和供电回路故障监测。

①新增安全模块故障监测：通过PLC检测安全模块的输入、输出信号，判断其动作逻辑是否正确，错误时触发风电机组停机；

②新增供电回路故障检测：应用安全模块上的脉冲输出检测功能实现供电回路故障检测，当检测到传感器返回的信号不是特定的输出脉冲时触发风电机组停机。

（2）防止共模故障优化设计。①为避免低速轴转速测量结果不准确，将两个超速传感器分别安装于风电机组高速轴侧和低速轴侧；

②冗余信号的连续触点电路有序的切换，避免了两个接触器的触点同时因为发生短路等故障引起熔焊导致共模故障，通过控制实现触点不同时进行切断以及闭合，使得一个触点总是在没有电流的情况下进行切换。

（3）化后安全系统设计方案。优化方案由超速测量装置执行超速触发安全系统功能，共有两个相互独立的超速模块P1、P2分别测量风电机组低速轴转速并分析转速情况，当超速模块判断转速达到临界速度时，超速模块立即断开其继电器触点。两个超速模块的触点信号分别连接至安全模块的两个独立输入。

优化方案由安全模块执行安全系统逻辑控制功能，安全模块硬件和控制逻辑均独立于控制系统。安全模块通过安全控制逻辑判断传感器反馈的触点信号，当信号断开时安全系统风电机组级别被触发，安全模块触发变桨系统紧急收桨。即当安全模块接入的超速测量信号中任意一个信号变为0V，则安全模块晶体管输出信号由24V变成0V触发变桨系统紧急收桨；安全模块晶体管输出信号为双回路信号，由两个安全模块输出分别连接至接触器Q1、Q2，安全模块输出至Q2信号增加1s延时，使得Q2触点总是在没有电流的情况下进行切换。

优化方案由接触器Q1、Q2执行驱动变桨系统急收桨功能，当接触器Q1、Q2接收到安全模块的触发信号后，触发变桨系统安全链，即安全模块晶体管输出信号由24V变成0V后，Q1、Q2常开触点打开，触发变桨系统紧急收桨。Q1、Q2将3个主回路触点分别串入变桨系统3个叶片的安全回路。

优化方案由变桨系统执行安全系统的制动功能。安全系统要求每个安全功能要求应至少接入两套相互独立的的制动系统，并独立于控制系统功能。所以变桨系统进行如下设计：每个叶片的变桨电机采用一个独立的电动执行机构，且每个电机的后备电源和安全电路互相独立。风力发电机组中如单个变桨系统发生故障，转子将由另外两个叶片顺桨带动机组降速，变桨系统可在单个叶片发生故障的情况下完成安全功能。Q1、Q2的3个触点分别控制上述3个变桨系统紧急收桨，优化方案的系统结构见图2。

4.4.2应用软件SISTEMA 估算安全功能失效概率

优化方案模块图见图3。模块图将1个安全功能（SF）拆分成输入装置子系统（SB）、逻辑单元子系统（SB）和输出设备子系统（SB）。其中，传感器单元子系统承担超速保护功能，由两个超速传感器组成；逻辑单元子系统承担安全逻辑实现功能，由安全模块构成；输出设备子系统由接触器和变桨系统组成。

在软件SISTEMA中搭建上述模块图，并将安全相关参数定值分别输入到软件界面中的各功能块（BL）或元件（EL）中，主要包括：MTTFd、B10d、nop、DC。通过软件计算，优化后安全系统性能等级提升为PL=c，每小时危险失效概率PFHD2=1.42×10-6。

4.5设计方案安全性能对比

在原有风电机组安全系统设计方案中，该安全功能系统类别为Cat.B，且方案中未采取足够措施避免单一失效和共模故障；在安全系统优化设计方案中，将系统类别优化为Cat.3，并进行了诊断覆盖率和防止共模故障的相关设计优化。两个安全系统设计方案的安全性能对比如下。

（1） 原方案的安全功能性能等级PL=b，每小时危险失效概率最低为PFHD1=3×10-6。

（2） 应用安全系统设计方法进行方案优化后性能等级提升为PL=c，每小时危险失效概率PFHD2=1.42×10-6。

（3）安全系统设计方案优化后，每小时危险失效概率至少下降了50%，降低了系统安全失效概率，提升了风电机组的安全性能。

5结语

从风电机组安全系统设计角度出发，总结了降低风电机组事故风险的设计思路， 通过研究功能安全的设计理念和安全系统典型失效特征，提出了基于功能安全的风电机组安全系统设计优化方案。该方案通过约束安全相关部件可靠性指标和冗余数量，约束系统的回路结构、安全系统监测回路设计等使风电机组安全系统更有效规避硬件随机故障、系统单一失效、降低公因失效和单一故障引起危险发生的概率。利用该方案能够有效控制和降低安全运行事故风险，提高风电机组的安全性能。

参考文献：

[1]

International Drganization for Stundardization. ISO13849-1：2008，safetyof machinery-Safety-related parts of control systems[S].International Drganization for Stundardization，2006.

[2]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.IEC61508-1，电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全第1 部分[S].北京：中国标准出版社，2013.

[3]德国劳埃德船级社.GL 2012德国劳埃德船级社离岸风机认证导则[R].柏林：德国劳埃德船级社，2012.

[4]陈开泰，朱春标，黄松杰.机械安全标准体系及其安全实现[J].中国仪器仪表及自动化，2007（6）.

[5]谢亚莲，尹宝娟.第1讲安全相关产品的实现[J].自动化仪表，2013（6）：92～94.

[6]熊文泽.第三十一讲：机械应用安全相关系统标准的简介[J].仪器仪表标准化与计量，2012（6）：19～22.

A Design Scheme of Wind Turbine Safety System Based on Functional Safety

Zhu Ning

（Guodian United Power Technology Ltd. Company， Beijing 100039， China）

机电一体化概述篇7

一、信息碎片的含义

信息是指人类社会传播的一切内容。人通过获得、识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物，得以认识和改造世界。美国数学家、控制论的奠基人诺伯特?维纳认为：信息是我们在适应外部世界和控制外部世界的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称。[1]

“碎片化”一词是描述当前中国社会传播语境的一种形象性的说法。所谓“碎片化”，英文为Fragmentation，原意为完整的东西破成诸多零块。我们也可将“碎片化”理解为一种“多元化”，而碎片化是在传播本质上的整个社会碎片化、多元化的体现。[2]

信息碎片就是快餐式的、条目式的、海量的信息。我们每天浮光掠影的捕获大量、琐碎、随机的信息，由于没有及时对信息进行深刻的认识、加工和储备，信息碎片只会游离在我们的记忆中。这些离散的信息没有经过深思熟虑，因而不可能帮助我们构建具体的、庞大的、完整的知识体系。

二、现阶段高职学生处理信息的特性

1、泛滥性。一般来说，获取信息的途径有：报纸、广播、电视、互联网平台、手机网络、日常交流等。高职生通过上述途径获取了大量信息，而这些有用或无用、真实或虚假的信息充斥学生的眼球，难以集中精力甄别、提取的信息。

2、局限性。客观上，大量的信息进入视野，获取信息显得如此简单、容易。可主观上，对于文化基础较薄弱的高职生来说，超过10页文档的文字，就没有耐心看完，即使看完，也没有时间梳理信息。

3、间隙性。通常，我们在各个生活的间隙获取信息，在吃饭时看一眼电视，在坐公交车时用手机上微博，加之90后高职学生对事物充满好奇，注意力难以集中，因信息获取的不连续，导致无法及时对收集信息进行回忆、梳理。

4、片面性。有时，仅仅道听途说，学生将错误信息残留在脑海中。但由于信息来源不可靠、信息传递的失真、信息表述能力或理解能力的差异，致使信息最终获取不完整或不真实。

可见，由于收集、处理信息存在局限性，学生自我知识结构建立不完善，面对就业竞争的巨大压力，对高职生的职业素养培养，提出了更高的要求。

三、信息碎片整理的方法

信息碎片化趋势愈演愈烈，我们无法阻碍信息时代的巨大变迁，恰恰可以借助传统手段和信息技术手段，对各种信息及其属性进行归纳、总结。一般来说，传统信息碎片整理分成三个步骤：信息收集、信息分析、信息总结。就高职教学来说，可把上述三个步骤具体化，培养学生信息碎片整理的能力。以学习《计算机概论》章节为例，培养高职学生信息碎片整理职业素养。

收集信息：计算机领域博大精深，对应的二级学科的各种概念和原理种类繁多，即便是同一知识点、同一名词，各学科描述也不一样。例如开始讲述“计算机的概论”课程前，学生对电脑的概念比较模糊，仅会简单开关机、使用QQ聊天、听说电脑可以编程。这些来源于生活支离破碎的信息有具体的、也有抽象的，有真实的、也有虚假的。总之，计算机世界里一切都是那么陌生、迷幻。这时，我们可引导学生通过浏览教材、搜索互联网、咨询专业人士等方式，尽可能多的收集有关“计算机概论”的知识，如“计算机诞生”、“计算机的发展历史”、“计算机的体系结构”等信息碎片。

分析信息：从使用价值来看，信息分为有效信息和无效信息。从重要程度来看，信息分为主要信息和次要信息。对有效的、主要的信息，我们应该重点摘录。面对收集的“计算机诞生”中的“计算机定义”千奇百怪的描述，我们无所适从。到底“计算机是什么？”就需要从五花八门的信息碎片合并与提炼。例如，同学将计算机描述为“编写程序的工具”；工程系老师将计算机描述为“实现工业自动化的调度机器”；图书馆计算机教材将计算机描述为“实现信息数据共享的电子设备”；互联网百科将计算机描述为“根据一系列指令来对数据进行处理的机器”。由此看来，不同知识背景的描述是有差异的，抓住计算机的本质特性，可定义为“计算机是处理信息的电子设备”。因此，在“计算机诞生”这个大的信息碎片块中，存在“计算机是处理信息的电子设备”、“计算机的雏形是算盘”、“第一台电子计算机是1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生的”等小块信息碎片。

总结信息：总结分为两个阶段。第一阶段，对每一个知识点分别进行信息碎片合并，去粗求真，浓缩成短小精悍的理论，便于记忆，为第二阶段做准备。例如：在“计算机诞生”知识点，对信息分析时的“计算机是处理信息的电子设备”、“计算机的雏形是算盘”、“第一台电子计算机是1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生的”等小块信息碎片进行整理，即为“1946年在美国诞生了第一台处理信息的电子计算设备”。第二阶段，将各个知识点进行串联、梳理。例如：将“计算机诞生”、“计算机的发展历史”、“计算机的体系结构”等大块信息碎片进行整理，形成完善、系统的“计算机概论”的知识框架。

四、信息碎片整理的意义

在高职教育中，引导学生建立信息的收集、分析、总结的模型意义深远。古往今来，我们对“信息碎片整理”并不陌生。远古社会，人类钻木取火。根据摩擦生热的原理，寻找木材和石头，挑选易燃的木材和易摩擦生热的石头，通过两块石头摩擦时，最终产生的热量点燃木材。其中，寻找木材和石头是信息收集、选择合适的引火材料是信息分析，而摩擦生热是源于信息总结后的实践。由此而知，“信息碎片整理”对人类认识事物、完善自我是非常有必要的。社会的进步，与历史经验的总结是分不开的。

机电一体化概述篇8

关键词：初中物理；选择题；解题方法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）02-0103

一、概念辨析

所谓的概念辨析法是指用物理概念作为标准去分析题目所给的条件和提出的问题，辨别正误，从而判断获取正确结果的解题方法。解答这类题主要对物理概念要准确记忆和正确理解，对相关的不同概念的区分及对某些重要概念的内涵要分析到位。

例：下列说法中正确的是（ ）

A. 机械效率越高的机械做功越快

B. 机械效率越高的机械做功越多

C. 功率越大的机械做功越快

D. 功率越大的机械做功越多

正确辨别功率与机械效率这两个易混概念 。

二、规律理解

主要考查对物理过程中物理规律的辨别能力。解答的关键是对题干中描述的物理过程做出正确的判断与分析，然后找准其对应的物理规律，再利用物理规律对选项的内容逐一进行分析，最后做出选择。

例：关于运动和力，说法中正确的是（ ）

A. 物体只有做匀速直线运动或静止时，才有惯性

B. 物体受平衡力作用时，运动状态一定不变

C. 物体受非平衡力作用时，运动方向一定改变

D. 物体不受力作用时，一定保持静止状态

正确辨别力与运动的关系。

三、联系实际

这类题主要考查物理规律、原理在生产、生活中的应用。解答的关键是对生产、生活或事例的分析，要能透过现象看本质，在剖析事例或现象的过程中，找到与物理原理的联系，进而做出解答。

例：如图所示，下面四幅图中，分别表示近视眼成像情况和矫正做法的是（ ）

A. ②、① B. ③、① C. ②、④ D. ③、④

理解近视眼看不清远处物体的原因，利用凹透镜对光的发散作用矫正

四、求比值类（比例法、数据代入法）

1. 比例法：利用数学的比例式来解决物理问题的方法称之为比例法。用比例法解题可以省略反复套用公式而带来计算的烦琐，对物理量的单位也没有统一的要求，只要相比的同一物理量的单位相同就可以了。运用这种方法既能通过计算定量得出结果，也能经过分析定性比较大小。

2. 特殊值代入法：根据题目给定的数据，给未知的某个物理量假定一个恰当的值代入题中，然后进行计算。

例：甲、乙两物体的质量之比是2∶1，比热容之比是3∶4，若它们吸收相同的热量，则升高的温度之比是（ ）

A. 2∶3 B. 3∶2 C. 3∶8 D. 8∶3

理解求比值类问题的一般方法：（1）了解题意，选择相应的物理公式。（2）依据题目描述的物理现象找出保持不变或者相等的物理量。（3）用“不变的（或相等）的量”为纽带，将公式联立成比例式。

五、图像分析

在物理学中，常采用数学中的函数图像，将物理量之间的关系表示出来。因此，图像实际上反映了物理过程（如熔化图线等）和物理量的关系（如电阻的伏安特性曲线等）。运用图像知识来解物理试题的方法，叫“图像法”。

例：某同学在探究“电流跟电压、电阻的关系”时，根据收集到的数据画出了如图所示的一个图像，下列结论与图像相符的是（ ）

A. 电阻一定时，电流随着电压的增大而增大

B. 电阻一定时，电压随着电流的增大而增大

C. 电压一定时，电流随着电阻的增大而减小

D. 电压一定时，电阻随着电流的增大而减小

理解求图象类问题的一般方法：1.识别或认定图像横坐标和纵坐标所表示的物理量，弄清情景所描述的物理过程及其有关的因素和控制条件；2.分析图像的变化趋势或规律，弄清图像所表达的物理意义；3.根据图像的变化情况确定两个物理量之间的关系，并给以正确描述或做出正确判断。

六、电路故障（排除法）

排除法就是根据题中给出的条件，利用有关物理概念、物理原理、物理单位、各种仪器的作用和用法等，对各备选的答案进行分析，将和题意相违背的，或和已知条件无关的答案逐一排除，缩小选择范围，最后选择正确的答案。例：如图所示，将两只额定电压相同的灯泡L1、L2串联在电路中，闭合开关S后，发现L1亮，L2不亮。对此有下列几种猜想，其中可能的是（ ）

① L2灯丝断了，灯座未短路

② 灯泡L2的电阻太小

③ 灯泡L2两端电压较大

④ 通过灯泡L1、L2电流不等

⑤ 灯泡L2的灯座被短路

⑥ 灯泡L1、L2的额定功率不同

A. ① B. ①③⑥ C. ③④ D. ②⑤⑥

尽管是单项选择题，但此题属于单项配对题，有②、⑤、⑥多个答案符合题意。

七、物理学中常见的研究方法

对比法；控制变量法；等效替代法；实验推理法（理想化实验）；转换法（转化替代、转化放大）；类比法；建立模型法。

例：磁场是一种看不见的特殊物质，我们可以通过磁场对小磁针作用的效果来认识它，这是科学研究的一种常用方法.下列研究实例中不是采用这种研究方法的是（ ）

A. 比较温度的高低，我们可以通过液体受热后体积的变化来认识它；

B. 了解电磁铁磁性的强弱，我们可以通过观察它吸引大头针的多少来认识；

C. 学习电压，我们可以通过对比水压来认识它；

D. 敲鼓时鼓面是否振动，我们可以通过在鼓面上撒一些纸屑观察纸屑是否振动来认识正确辨别实验中的研究方法。

八、做选择的一般步骤

1. 认真审题，看清题意

物理过程较复杂，涉及知识点较多的题目能否顺利解决，关键要仔细思考，明确研究对象的过程、特点，从而达到条理分明，正确解题的目的。

2. 深入分析，辨清关系

根据题设条件，并运用物理规律、公式、原理，计算或导出题目要求的结果，然后与备选答案对照，作出正确的选择。

3. 掌握规律，揭示本质

在解题过程中，不能要求学生机械的记忆经过“科学抽象”得到的物理概念和规律的文字表述；必须要求他们重视理解概念及物理意义，从而掌握规律.

4. 仔细思考，排除干扰

如果不能完全肯定某一选项正确，也可以肯定哪些选项一定不正确，先把它们排除掉，在余下的选项中做认真的分析与比较，最后确定一个选项。单项选项题一定不要缺答。即对题中列出的几个答案逐一辩析，排除错误答案，选出正确答案。

总之，物理选择题的特点是概念性强、针对性强，具有一定的多样性、迷惑性。选择题能考查学生在学习活动中的记忆与理解、判断与推理、分析与比较、鉴别与评估等多种能力，所以它是考查学生学习掌握知识和运用知识能力的常用方法。只要能够分清题目类型，掌握正确方法一定能够得到高分。

参考文献：

[1] 毕田增.新课程教学设计概论[M].北京：首都师范大学出版社，2004.

机电一体化概述篇9

一、教师要整体把握知识系统，通过分步推进，不断培养学生的类化和概括能力

学科教学内容具有系统性、结构性的特征，而学生年级越低，大脑中原有知识的结构性越差，系统性不强，所以随着知识的增长，要求他们加快提高对知识的分类、概括能力，这就需要一个培养过程。

例如：高中物理中几种基本的运动形式（匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、机械振动等），每种运动都是用位置、位移、时刻、时间、速度、加速度这些基本物理量来描述，这样的认识就是一个概括化的过程，从机械运动的描述开始，不断地从匀速直线运动到机械振动的学习，进行运动分类，再寻找它们的共性，类化、概括成机械运动的概念。学生通过学习培养分类和概括的水平，提高类化和概括的能力。

在对机械运动进行研究的过程中，我们常常通过实验，用表格、图像、公式（解析式）以及文字来进行描述、研究，以培养学生的分析、概括能力。如：研究物体做匀变速直线运动中，学生通过对实际运动（实验）的数据采集，得到一系列数据，经过分析，把这些数据放在自己设计的表格中，根据表格，通过描点，把数据转化成图像，再进一步分析图像中各要素的物理意义（坐标轴、线、斜率、面积各自代表的物理意义）。并通过提炼，概括出图像的这种运动的解析式（物理公式），之后再进一步研究这种运动形式，得到一些规律。这就是新课标所提倡的科学探究过程。而验证性实验则是通过分析物理公式的实际意义和变量之间的关系作为实验原理，进一步设计实验，通过实验数据的采集、列表、图象描述来验证规律。通过对不同机械运动形式的研究，不断概括出表格、图像、公式（解析式）、文字等描述机械运动的方法，培养学生的概括水平，为电学的学习提供迁移的基础。

二、通过环境创设等激励手段调动学生学习动机

学生的学习是被动还是主动，求知欲多强，极大地影响其学习效率。我们要通过各种激励手段，激发学生的学习动机，使其主动且努力地学习。如何激励学生，使学生产生强烈的学习动机，不仅考验教师的教育能力，更能体现教师的教育艺术。物理学是一门实验学科，要充分发挥实验学科的特点和功能，为学习者创设实践的环境，在教师的指导下主动、积极、创造性地去学习、研究、探索，培养他们的创新精神。

教学中恰当发挥真实、模拟、言语等媒体手段的优点，适时地使用“体验”“探究”“合作”“整合”“讲授”等教学方式，通过价值体现、目标制定和达成、赏封称号、奖惩、民主参与、榜样示范、情感投入等激励策略，来激励和帮助学生学习，使学生形成积极、主动的学习态度，学会科学的学习方法，养成良好的学习习惯。或通过媒体冲击和问题冲突使学生产生好奇和求知欲，通过学生亲身实践体验、同学合作、科学探究、教师、媒体帮助和自己的分析、综合、抽象、概括思维活动过程建立学科概念、掌握学科知识，这些都是可取的教学手段。

如在单摆模型的研究中，在仿真物理实验室中，可以将单摆拉离平衡位置一定角度进行研究，也可以在平衡位置处给摆球一个水平速度进行研究。可以通过仿真实验显示矢量的方法定性研究运动过程中的速度变化；也可定量（输出数值）或定性研究位移、回复力、加速度这些物理量的变化，或者对每一个物理量的变化进行图像直观。还可以通过测量周期与摆长和重力加速度的实验数据，应用计算机的实验数据处理软件得到周期随摆长和重力加速度的变化规律。如果使摆球带电，并置于重力场和电场（或磁场）中，就可以研究单摆在复合场中的运动规律等等。通过这些变异使简谐运动模型与物理学的不同内容，从不同角度、不同的层面上得到沟通、交叉、迁移和整合。

此外，我们可让学生用计算机相关软件处理大量物理实验数据、发现物理规律，从而激发学生的求知欲。

三、遵循学生技能形成规律培训学生的技能

学生的技能形成也有规律，需要教师按照技能形成规律逐步培养，这个过程需要学生的分析、概括、联想、类化等能力。

机电一体化概述篇10

关键词：机电一体化 概要 趋势

随着科学技术日新月异的发展，不同学科的知识相互渗透交融，促进了工程领域内的技术的革新，特别是机电一体化技术的发展，确立了机械工业未来的发展方向。本文主要对机电一体化技术进行了基本的概述，同时简述了国内外机电一体化技术的发展概况，进一步分析了机电一体化技术的发展趋势。

一、机电一体化概要

机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

二、机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下:

1 智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设的研究日益获得重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

2 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

3 网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育、日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

4 微型精密化

随着纳米技术的不断深入发展，机电一体化技术也将面向微型精密化的方向发展。一般来说，机电一体化产品的微型精密化可以使机电一体化产品的应用范围更加的广泛，微机电一体化产品具有体积小，耗能低，应用广泛等诸多优点，因此微机电一体化技术具有比较广阔的发展前景。但是微机电一体化技术的发展需要精密的加工工艺以及先进的设备作为其强大的后盾。

5 环保绿色化