机械电子工程未来前景(6篇)
时间：2024-07-26
时间：2024-07-26
【关键词】机电一体化；工程机械；应用
机械一体化又被人们称之为机械电子学，它是一种综合技术，包括机械技术，电工电子技术，微电子技术，传感器技术等众多技术。当今世界，计算机技术发展迅速，并且得到广泛的应用，因此，在未来世界中，机电一体化将会有着更为广阔的发展空间。由于对机械性能的要求不断加强，因此机电控制装置将更加广泛的应用在工程机械中，同时，其结构也将越来越复杂。尤其是在我们国家，因为我国进口和国产的工程机械的使用量一年又一年的增加，那么怎样才能用好以及管理好价格昂贵的工程机械，怎样才能使其在工程机械部门发挥最大作用是我们面临的一个重要的问题。
1.工程机械中机电一体化的应用
1.1监视和控制系统
监控系统是否正常作业是机电一体化技术在工程机械中应用的一个良好的表现。当系统的运行出现问题的时候，电子监控就会发出警报，当然，甚至可以自动的排除故障，使系统恢复正常的运行，这样的自动化或者半自动化的控制给工作带来了很大方便。因此，通过充分的运用机电一体化技术，将会使得运行故障所造成的损失和影响降到最低。
1.2节约能源
与现如今的工程机械的运行相比较，传统的工程机械运行往往会对资源造成很大的浪费。究其原因，最重要的一点就是，机械运行效率一般情况下都没有达到额定功率，这样的不在满负荷下运行的机械将会产生许多的无用功，对能源就造成了浪费。但是如果运用机电一体化技术，就能够对其进行效率调节，以达到节能的目的。举例说明，采用卡特电子效率节能控制系统的日本日立公司，通过综合控制发动机和泵，使得功率的利用率达到了百分之九十八。
1.3精确的把握成品作业
机电一体化技术中的电子控制系统应用在工程机械设备上，就使得称量精确，这样的自动化称量也会将人工称量的弱点降到了最低，明显提高成品作业的精度。同时这样的自动测量还使得人力资源得到了节约，减轻了施工人员身上的负担，这样的自动化或者半自动化的控制给工作带来了很大方便，例如，沥青和水泥混凝土搅拌厂广泛的采用了微机控制的电子称量自动化系统，使得沥青混凝土摊铺机的施工质量得到了明显的提高，与高效，快捷的现代工程施工的要求不谋而合。
1.4控制柴油机
柴油机行业的一项重要的战略目标就是降低柴油机的外排所造成的污染，但是，要想解决发动机排放质量进而最低油耗间的矛盾却是非常的困难。因此，将这两种参变量调整到一个平衡点。在过去，人们只是考虑去提高燃油效率，这样的话，虽然，污染物的排放量有所减少，但是污染物的排放浓度却在显著提高，并没有什么实质性的改变。但是，当电子技术高速发展的时候，通过采用电子调速器，电子油门控制装置，自动停机装置等装置，不仅使柴油机能够满足经济指标，还能使够对最佳喷油进行定时。
1.5其他应用
在国外，其生产的推土机，装载机，铲运机等都采用了电子控制的自动变速器，这种变速器能够根据外负荷的而变化情况而改变自身的传动系的传动比，通过使用这种变速器，不仅使燃油的经济性得到了提高，而且大大降低了劳动强度。为了使作业的安全性得到提高，现代的起重机上都用上了电子控制的力矩限制器。国外有些工程机械上设置了无线遥控装置以代替人工操作，避免了工程机械所带来的危险。
现代工程机械的一项非常重要的指标就是电子系统的可靠性。在工程机械中，露天作业居多，因此避免不了要暴晒，雨雾，强风，尘埃等侵袭。面对如此恶劣的工作环境，电子控制系统应该满足一些条件，要可靠，能够稳定的工作，抗老化，还要有较长的寿命，密封性要好，能够防水，抗干扰能力要强，能够在种种干扰下可靠地工作。
2.机电一体化的发展情况
现在，工程机械的发展正处于一个非常关键的时候，工程机械的技术模式逐渐转变为以机械，液压，电子控制技术等综合在一起的模式，这种技术，不仅能够使工程机械的性能呢的到极大的提高和促进，而且具有更加经济性，安全性和可靠性的特点。在当前的工程机械的制造系统中，其核心的工作模式主要采用微电子处理器。当今国民经济和科学技术正在高速发展，工程机械在我国逐渐普及，这样，机电一体化就能够更加科学的发展。
3.机电一体化的发展前景
3.1智能化方向
智能化一词主要是针对机器行为的描述，它的基础是控制理论，然后融入人工智能，运筹学，计算机科学技术，模糊数学，心理学，生理学和混沌动力学等元素，将机器得到判断事物，逻辑思维，以及自主决策的能力，从而使得控制目标得到更高。
3.2网络化方向
当有机电一体化的新产品被研发出来的话，如果它有多特的功能，可靠地质量，那么很快，就会在全球火热畅销。再有，网络已经在全世界普及开来，那么运用网络的远程控制作用和监视技术去控制终端的机电一体化设备就更为方便。运用局域网和现场总线控制家用电器已经越来越普遍，这样能够使人们从高科技技术那里得到便利和快乐。因此，机电一体化技术将会朝着网络方向更快的发展。
3.3微型化方向
所谓的微型化，指的是机电一体化将进军微观领域。在国外，称之为微电子机械系统，指的是几何尺寸不超过1立方厘米的产品。微机电一体化产品有着众多的特点，它产品体积小，较少的耗能，灵活的运动能力，在医疗，军事等方面有着独特的优势。微机电产品的加工技术非常的精密，包括光刻技术和蚀刻技术两类。
4.总结
简而言之，在未来，机电一体化技术必将发挥着更加重要的作用，将会在更加广泛的领域内有所应用，也将会成为未来工程机械的发展方向。当然，为了能够早日将机电一体化技术的优势大放光彩，还需要在研究方面加大力度，使机电一体化水平得到提高，以得到长足发展。[科]
【参考文献】
[1]张彬.论机电一体化技术在现代工程机械中的应用与发展[J].现代商贸工业，2012，24（5）：180-180.
关键词：信息技术；机械设计制造；发展趋势
信息技术的发展不仅改变着人们的生活方式，对于各行各业的运转模式都带来翻天覆地的变化，尤其是机械设计制造领域，本文通过着重阐述信息技术背景下机械设计制造行业的发展前景，对该领域的研究具有重要的社会现实意义，也希望能够帮助更多的企业、行业精英促进该领域更快更好地发展，加快领域内技术突破的脚步，实现行业的快速进步，进而促进我国该领域整体竞争实力的大幅增强。
1机械设计制造的概念理解
区别于传统的生产方式和运作理念，机械设计制造是一种融合多项技术的应用技术，涉及到多个学科和门类，并已逐渐形成体系，其最终的发展目标是实现“自动化“，减少在设计生产过程中的人力资源投入，不断提高生产率和产品质量，符合现代工业高速发展的需求。
2信息技术背景下机械设计制造发展的必要性
2.1极大促进产能提升
信息技术在机械设计制造领域的运用有利于提高企业的生产效率，极大促进产能的提升，尤其是信息技术带来行业的自动化发展，改变并突破传统的作业模式，不仅提高企业整体的生产效率，也能够有效降低企业的生产成本，进而为企业制造更多的利润空间，提高企业在市场竞争中的综合竞争力。2.2保障作业过程的安全性在机械设计制造的过程中运用信息技术，能够让整体作业过程更加安全，减少人力资源的投入和使用，进而保障操作人员的人身安全，并且计算机技术能够更好地应对各种突发情况，减少运作过程中的事故发生频率，相比传统的操作模式而言，信息技术的加入让机械设计制造的各个环节更加安全、稳定。
2.3实现高效操作、异地操作
在机械设计制造的过程中，信息技术可以让工作人员实现更加高效的操作，极大缩短日常的调整优化时间，进一步提高效率，并且凭借信息技术还可以实现异地操作，能够让企业更好地满足客户需求，避免由于时间、空间问题而造成资源的浪费，让机械设计制造的整个过程更加灵活和智能。
3信息技术背景下机械设计制造的发展趋势研究
3.1体现“智能化“属性
信息技术的发展带动机械设计制造领域更加突显智能化属性。在未来的发展过程中，随着信息技术研究的更加深入、成熟，将促进机械设计制造出现大跨步的变革，突破现有的工作模式，改变传统的资源配置方式。具体来说，比如更加智能的制图方式将全面代替传统的绘图手段，利用高效灵活的计算机绘图，让设计过程更加灵敏和科学，让图纸的修改、完善过程更加便捷和简单，促进工作产出效用的提升，避免不必要的时间消耗，目前“CAD绘图”技术已经得到一定的普及和使用，并且随着更多用户的反馈以及现实的使用需求变化，该项技术也在不断进行优化完善，未来还将在该方向上进行深耕和发展；再比如说“人工智能”的使用，未来可能在一定程度上可以代替人工设计制图，利用科学的算法，让人工智能根据不同的需求进行自动制图，让基本的创造、创新过程也更加智能化，进一步解放人力劳动资源的投入，合理调整资源的分配，让人们能够从事更具创新性的工作，进而提高整体的运作效率。总而言之，对于机械设计制造领域来说，信息技术的融入将为行业发展带来巨大变化，并且不断凸显“智能化”属性，企业在技术研发、运作发展的过程中也需要具有足够的前瞻性，在智能化的领域不断加大投入，进而提高自身的综合竞争实力和发展效率。
3.2体现“生态化”属性
近年，“绿色、生态”成为各行各业在发展过程中的行为标杆，生态化发展是全行业、全社会需要尊崇的标准，也符合我国大力倡导的“可持续发展”理念。从机械设计制造领域来说，传统粗放的作业模式必然存在资源浪费，不仅影响产出率，也造成成本增加，并且在产出的过程中对周边环境造成负面影响，不利于环境的长久保护，该种工作模式本身也不具备长久的生命力。信息技术的加入能够有效改善机械设计制造领域的“浪费”问题，一方面来说，信息技术与机械设计制造行业的融合，能够有效提高生产过程中对资源的利用效率，降低资源浪费，实现物尽其用，也能够有效降低企业的生产成本；另外一方面来说，信息技术的投入使用，可以有效降低生产过程中对周边环境带来的负面影响，降低污染率，实现生产过程的生态化，打造科学绿色的生产模式，真正实现生产与环境的和谐统一。总而言之，生态化属性也将成为未来机械设计制造领域的发展趋势之一，利用信息技术促进行业的全面变革，打造出更加科学、健康、绿色的生产体系，符合社会长久发展的理念及需求，让行业发展更具生命力。
3.3体现“机电一体化”属性
在传统的作业模式中，机械设计制造的过程中需要人力资源的持续投入，整体的运作效率较低，且产品质量也不尽如人意，已经无法满足现代社会的运转需求。随着科技的发展和进步，可以通过利用信息技术将电子技术与机械制造进行全方位融合，实现“机电一体化”的发展模式，逐渐代替传统人为设计、人为制造的低效过程，进而实现机械设计制造过程的自动化发展，不断提高企业的运作效率和产品输出质量。需要注意的是，机电一体化的过程并不是一蹴而就的，需要企业在具体的操作过程中不断进行研究、试验，并且随着信息技术的不断发展进行更新和代替，前期的投入成本不可避免，但更要看到未来的发展前景以及趋势，不断强化自身的核心强化竞争力，且还需要基于自身的发展目标，寻求适合自身使用的电子技术，让技术的运用更加恰当，避免盲目追求技术更新而造成不必要的资源浪费。
3.4体现“模块化”属性
在机械设计制造发展的过程中，需要多个系统模式进行配合运作，并不是单一模式就可以满足，这一需求特征导致该领域“模块化”发展趋势越来越明显，随着未来技术的更加成熟，将实现机械设计制造的多模块灵活配合，不仅有利于降低企业的生产成本，减少运作风险，还有利于后期产品维护的便捷，尤其是现代社会中，产品售后维护已经成为产品输出的重要组成部分，直接关系到企业的综合竞争实力和信誉，需要得到企业的广泛重视。总而言之，在信息技术的背景之下，“模块化”是机械设计制造领域发展的重要趋势之一，相关企业在战略调整的过程中也需要切实关心这一因素，进而真正提高自身的技术水平和产出效用。
3.5体现“虚拟化”属性
在传统的运作模式中，企业首先需进行产品设计，通过图纸进行产品的表述，随后由技术人员根据图纸进行样品制作，并且通过一系列的检测、试验来验证样品的属性，只有达到标准的样品才可以继续进行量化生产，在这一模式中，样品的检测、试验往往需要花费大量的时间，且针对部分要求较高、复杂的产品，该环节可能还需要多次进行，对企业而言不仅是一种时间的浪费，也是资金、资源的极大浪费，已经无法满足现代行业的高速运转需求。基于此种情况，未来若采用成熟的信息技术，根据电子图纸将产品的性能、属性进行虚拟化展示，大大降低样品检测试验的时间消耗，也方便进行产品的修改和完善，进而提高整个环节的产出效率。总而言之，随着信息技术的成熟，未来机械设计制造过程将呈现出更多的“虚拟化”特征，不断降低成本，提高企业生产效率。
【关键词】设计制造；产品样式；发展方向；智能调控；细化分析
机械设计以及自动化发展作为整体电子产业技术规范的必要结果，其主张联系学科的交叉化影响，利用逐渐完善的边缘新兴学科以及特定功能实现创新生产模式的开发目标。为了有效贯彻机械电气化特定发展阶段指标，设计人员应该主动联合计算机信息应用理念进行多方视角审定，争取全面制定多类型软件程序和系统组织优化方案，稳固低耗能的生产格局优势。
一、机械设计制造以及自动化发展原则研究
（一）机械功能需求的全力供应。任何类型的产品都需要结合人员固定需求进行长远开发、设计，为了灌输某种特定延展功能效益和物质调理要领，就要适当结合智能化信息进行规模整改。当然，机械自动化管控体系能够将不同能量进行科学转换，并将固定产物数量与信息匹配要求制定完全。按照这种模式论述，整体机械自动化设计其实属于某种综合概念的产物类型，其将机电一体化与人员交互式影响前景全面开创，准备带动各类生产、生活领域的活流效应，这是内部分散元素布局规律与整合动机共同决定的现实结果。
（二）技术模型的不断创新改造。按照实际规范体系与产品构建的功能格局观察，具体将整体创新方向规划为物料加工、能量转换与信息处理等。其中，物料加工就是将不同能量物质进行特殊工序调理，实现机械位置与形态的改变，其间规范媒介多以交通运输设备、起重机械与机床为主；按照能量识别技巧断定，在协调元素队列的重装基础之上，有关电动机、内燃机等动力传输资源开始大面积活跃起来；而承接上部能量转化举动之下，信息处理技术主张将不同图像、文字等信息机理进行同步匹配，形成富有智能管控能力的创新机械布置格局。整个机械自动化系统在广泛整合上述主体功能之后，根据实际检测与控制功能标准进行补充，同时为必要机械自动化产品制造积淀疏通实力，稳定阶段产业经济优势和动力基础的扩展水平。
二、机械自动化调试系统的发展优势论述
按照机械自动化技术长远发展趋势以及现场工业场景布置条件进行综合对比、验证，有关高水平的管控条件已经逐渐放大，为了构建富有经济效益特征与社会响应的场景，整体自动化控制技术可说是使出浑身解数，准备全力迎接未来多元发展前景的挑战。
（一）工作质量的提升。这类产品主要依靠综合信息自动化处理功能进行规模开发，有关细致工序下的机械灵敏度、精度要求已经足够优越，透过执行机构与规范动作的匹配，有关机械操作者的主观思想束缚条件已经完全摒弃。因而在现实生产空间中的最佳绩效结果便是理所当然的，保证后期产品的检验合格通过率。
（二）安全管制地位提升。机械自动化产业布置空间广泛吸纳现场活动监视与自动保护体系，按照实际生产过程观察，有关布局环境下的过压电流、短路等故障问题能够引起机械的自动响应；之后管理人员及时采取应急方案来维护现场安全生产条件，避免既定规模事故引发带来的经济损失结果。机械自动化产品将生产环境内部器件磨损效应长期克制，进而维系设备整体最佳的灵敏性和可靠工作质量。
三、机械自动化发展方向研究
（一）模块化布局。模块化管理属于某种细化工程项目，因为机械自动化产品与生产厂商之间存在严格的规范协议，尤其在产品开发环节中存在必要的机械节点、电气转交媒介与环境接口协调标准，根据复杂产品与单元匹配的必要规范体系分析，有关视觉和识别控制单元下的机械装置必须稳定规范样式。只有长期坚持此类标准，各式创新产品与连带生产规模才有机会放大。电气产品的标准化、规模化生产的确是既定流程下的细化要求，可以说模块单元的智能分划为后期自动化机械产业发展前程奠定雄厚适应基础。
（二）微型化特征。机械自动化发展方向显然已经与微型工业规划指标相互贴合，根据先进国家微电子调试系统进行观察，涉及单位体积范围不足1立方厘米的机械产品样本绝不是极限状态，后期纳米制备结果才是王道。因为这类机械部件本身能耗数量小、运动灵活，对于军事、医疗事业有着广泛的适应能力，后期推广趋势已经再明显不过。但其发展流程中不免遭遇瓶颈限制，有关细致加工技术等内容尚且需要广泛挖掘。
（三）生态化调整。工业化的发达样式赋予周边人民特殊的生活规则，在相对丰富的物质基础条件下，有关资源减少与生态系统失衡效应的矛盾状况一直是环境保护部门高度重视的现实性问题。因此，技术人员开始极力呼吁生态资源的保护思想，争取开发一系列绿色产品，将高能耗问题与环境污染隐患全部清除，争取迎合人类健康生活标准，稳固资源现实利用效率。机械自动化产品的绿色改造标准具有长远的发展优势，对于后期报废产品仍然能够满足改造要求，并借此稳固我国经济与环境的协调管理水准。
四、结语
机械自动化设计与系统性发展能够全面支撑高可靠性和低能耗规范标准，结合共性传感与信息综合调控理念进行长远研究，涉及细化的接口调整与系统总体管控标准都应该借助机电一体化设计理念进行广泛扩张，这是目前机械产业布局的主体技术标准。因此，大部分技术管理人员必须沿着机械智能化设计与开发模式进行细致工序衔接，主动吸引各类经济主体进行阶段发展活力元素灌输，稳定创新技术的长远发展优势。相信经过长远的技术节点挖掘与发展之后，有关机电一体化的延展前景将会更加优越，进而全面满足整体社会人群正常的生活需求与生产管制愿望。
参考文献
[1]陈韦兵.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].煤炭工程，2008，13（06）.
1.1单机一体化操作和智能控制技术
在实现工程机械智能化的过程中应用最广泛的就是自动换挡技术，自动换挡技术的出现有效地提高了机械的使用效率和整体的工作效率和质量。自动换挡技术又是由液压式和电液式组成的，电液式就是在汽车行驶状态参数转变为电信号后，电子换挡控制器装置接收到电信号后由控制换挡阀来实现的自动换挡的；液压式就是把汽车的行驶状态的相关参数转化为油压信号传送到换挡阀，这时自动换挡就实现了。其中，电液式自动换挡技术更能满足工程机械智能化的需求，所以在工程机械智能化中的应用更加广泛，自动换挡技术是一种实现机电液一体化操作和智能化控制的技术，可以获得更长久的发展。无人驾驶技术也是工程机械智能化的一个重要方面，它是在高智能集成化工程机械上的基础上发展起来的，要采用自动遥控装置。无人驾驶是在自动化机械操作、通讯网络和监控反馈处理系统的基础上，利用定向导航技术对汽车行驶的过程和路线进行远程控制和计算，它的发展是在自动控制、通信网络和自动控制的基础上发展起来的。
1.2智能监控和对故障诊断技术
在工程机械运行过程中应用智能监控和故障诊断，可以对机械运行过程进行远程监测以及诊断，对于工程机械中出现的问题和故障可以及时发现，做出最及时的处理，达到故障诊断的自动智能化的目的。在检测和诊断过程中起关键作用的是传感器，所以对传感器制作的科学技术的进步就是故障诊断智能化技术的进步。传感器的市场发展已经越来越成熟，这对于工程机械的智能化发展是非常有利的，而多传感器又是其中最先进的一项技术。多传感器如何技术就是把很多个信息源的数据都进行收集以获得最多最有用的信息，可以测出工程机械部件的周围环境温度、受到的外力作用和由于自身震动所产生的断裂、变形以及磨损等损坏。
1.3工程机械智能化的发展趋势
在未来的发展当中，工程机械智能化必定会以计算机、自动控制和微电子等技术作为发展的核心，对于工程机械的故障诊断系统是未来的研究反向，所以对于诊断技术方面的开发和研究也使未来的工作重点。对于一些在工程机械运行中遇到的常见的故障，要重点研究对故障的诊断方法，建立对应的故障诊断库，让以后再面对故障时可以快速有效地进行维修，对机械的保养也是研究的一个重点，维修及时不如保养的好，治疗不如预防。
2结语
［关键词］科幻电影；未来城市；超尺度；立体化交通；机械化
一、科幻电影的特征
（一）科幻电影的定义
科幻电影（sciencefictionfilm）是好莱坞类型片的一种。和其他类型片一样，它伴随着电影的工业化生产进程而出现。“当科学观念、艺术想象和电影手段三者结合时，科幻电影随之产生。”［1］
自1902年法国人梅里埃推出《月球旅行记》宣告了科幻电影的诞生之后，时至今日，科幻电影更加强调科学的前瞻性在影片中的体现，更多地通过哲学思考和人文关怀来塑造人物，设计场景，讲述故事，因而产生了一大批具有重要现实意义的作品。
（二）科幻电影的基本类型
科幻电影中的人物形象、叙事结构和价值观都具有一定的模式。它依据现有的科学原理和科学成果，采用推理和预言的方式对未来世界进行幻想式的描述。有7种类型：
a.科幻冒险片，如《地心游记》《侏罗纪公园》；
b.科幻动作片，如《终结者》系列、《蝙蝠侠》《蜘蛛侠》系列；
c.科幻史诗片，如《星球大战》系列、《星际迷航》系列、《黑客帝国》系列；
d.科幻灾难片，如《独立日》《后天》《2012》；
e.科幻惊悚片，如《异形》系列;
f.科幻社会片，如《ET薄贰妒惫獾沽髌呤年》；
g.科幻喜剧片，如《火星人玩转地球》。
它们的背景多样但内部逻辑严格，塑造出来的虚幻世界其内部是真实统一的，情节连贯而不矛盾。
科幻电影通过具有前瞻性的假想，将科学技术、社会伦理、进化论等要素共同作用，然后将这种作用进行视觉化与空间化的创造，最终形成影片。它与其他电影的一个重大差别在于科幻电影中人物塑造比较简单，主要的关注对象是场景的设计营造。
科幻电影极大地激发人们将幻想未来变为实现未来的决心。它在推动电影视觉化发展的进程中，起到了相当重要的作用，尤其是近几十年来，以科幻为题材的电影正在做着最大量、最具创造力的工作。科幻电影吸收了最新的视觉表现手法，引领整个电影产业发生翻天覆地的变化。在当代，基于尖端电脑科技而产生的科幻影片，在更大的范围内和更广阔的维度上激发人们对于未来城市设计和自身生存环境的思考。因此“存在于科幻电影中的场景、城市、建筑从某种程度上来说是理性而现实的，是我们都要面对而即将面对的社会现实”［2］。通过故事情节、电影技术等，将艺术与技术完美结合来展现未来城市的面貌，一直是科幻电影所热衷表现的内容之一。
（三）科幻电影对于未来城市的表现方式
科幻电影的故事发生地不能脱离城市与建筑的背景；而城市与建筑又需要通过时间才能体验。于是,一方面电影以它独特的视觉表达方式与传播手段来诠释城市与建筑的存在状态，通过电影的视觉性和公共性来试验新的建筑与城市设计理论；另一方面，未来城市与建筑作为最主要的场景元素被用于电影叙事和表达的探索。在新的技术支持下，科幻电影主要通过以下两种方式表现未来城市。
方式一：基于现实中的城市和科技手段，从空间与视觉的角度展现城市与未来建筑的关系，通过电影来表现新型城市设计理念，以起到推广与宣传的作用。
方式二：通过电影表现现实生活中无法实现的城市与建筑。随着高科技的发展，电影结合电脑特技的科幻片越来越多，以其场景的奇特和恢宏将观众从现实世界带到另一个无法想象的世界。
科幻电影通过预言的方式表述出对于未来城市的理想，存在于科幻电影中的未来城市从某种程度上来说是理性而现实的，是我们都要面对或即将面对的社会现实。
二、未来城市的构成
（一）城市的定义
美国现代哲学家路易斯•芒福德认为：“城市是一种特殊的构造，它致密而紧凑，专门用来流传人类文明的成果。”在西方很多国家的语言中“文明”一词，都源于拉丁文“Civitas”(意指“城市”)，这充分说明城市是人类文明的结晶。
（二）未来城市的面貌
未来的城市是什么样的？联合国人居组织在1996年的《伊斯坦布尔宣言》中强调：“我们的城市必须成为人类能够过上有尊严的、健康的、安全的、幸福的和充满希望的美满生活的地方。”
现在，几乎所有的国家都在为塑造未来的理想城市而努力，从某种程度上来说，这甚至已经成为国与国之间实力的竞争。它们的最终目的是要改变现有的城市形态与生活模式所引发的空间冲突、文化摩擦、资源短缺和环境污染等问题。伴随着这些思考与实际的行动，科学家和设计师们构想出众多未来城市的蓝图，如：超级城市、高塔城市、拱形城市、海洋城市、数字城市、生态城市、太阳城市、紧凑城市、田园城市、宇宙城市、立体城市、地下城市、垂直城市等。在未来，城市依然是人类聚居生活、繁衍后代、延续文明的中心，是人类生存空间类型中最具活力和包容性的空间。
科幻电影中的未来城市，一方面通过电影人、艺术家、建筑师、设计师们的构想来体现，一方面通过视觉媒体的传播去引导大众对于未来城市的想象。影片中的未来城市与建筑充满了天马行空的想象，其光怪陆离的视觉效果不停冲击着大众想象和视觉的极限。科幻电影虽然是虚构的，但其大部分情节是基于科学（包括现有的科学和假设的科学）假想出来的，它们在今天的世界中是不可能发生的，但其幻想出来的因素必定有一个科学理性的支持。很多经典科幻电影中所描绘的设想，正逐步在现实生活中得到实现。
三、科幻电影中的未来城市类型
（一）超尺度的巨型城市
2010年3月，在联合国的一份报告中指出，未来可能出现一种“巨型城市区”，它们是由多个大城市“合并”而形成的，其地域可以延伸数百公里，生活在其中的人口可能超过一亿。联合国人居署称，“无限扩张的城市”可能是目前人类社会最重大的发展之一。在未来的50年中，人类也许要在其中生活，经济也赖此得以发展。
科幻电影中所展现出来的巨型城市，常常具有一种乌托邦式的巨型空间体系。未来城市的“整个系统形象是一种高密度，致密编织的城市形态，形成一种连续的容纳万物的结构”［3］。
华纳兄弟公司1982年拍摄的科幻电影《银翼杀手》以未来洛杉矶城为主体，整座城市被设计成由多个巨构建筑组成，这些巨型构筑物可以反复变换着它的外表。其设计者是建筑学出身的未来派视觉艺术家米德（MeadSyd）。与所有同时代的建筑师一样，米德经历了从20世纪60年代开始的巨构概念的发展过程。对科技进步和无限能源的向往激发了建筑师们的想象力，《银翼杀手》营造出可以承载成千上万居民的单片集成城是未来城市规划的理想蓝图。
好莱坞经典系列电影《星球大战》通过强大的电脑技术向我们展现了未来的巨型城市形象――可以悬浮于太空中的一座又一座自给自足的城市。这些城市有完整的自我运作系统，保证了人们能在深邃的太空中维持生命的繁衍与生活的正常延续，这些巨型城市拥有强劲且持续不断的动力系统。《星球大战》将对于未来的想象与当时科技发展的未来推理相结合，创造出未来极为美丽的社会，到处是高科技的体现，处处都是繁华的不可能的机械体。导演乔治•卢卡斯所创造的未来世界也许就是人类明天的模型。但从这些机器的身上我们可以看到当今世界那些诸如航空母舰、核潜艇、超音速飞机的影子，现实技术的发展，影响了科幻电影中对机器造型、运动、能源使用的构想。从本质上来说，电影中的机器无非就是有了更多样的外形、更高效的能源、更智能的电子系统，它们的制造思路完全是延续了现在人们对于机械的理解与要求，这样比较容易找到技术上的理由，也能让观众更快速地接受和认同。
（二）交通立体化的城市
法国导演吕克•贝松执导的科幻影片《第五元素》就向我们揭示了这样一个一个全然立体的未来纽约城。影片中的未来纽约通过立体化交通的分割，拥有界限分明的垂直空间，在垂直空间的底层则是被重度污染的陆地。
影片中的城市遍布层层叠叠、高度惊人、直耸云端的摩天大楼，交通空间被分流在无数个水平面和垂直面上，地面的概念被彻底消解。主人公驾驶着出租车、汽车飞来飞去、交错穿插；列车在建筑的外立面上飞驰而过，各式各样的飞行器忙碌地穿梭在云端。新的交通工具重组了城市空间的层次，形成立体化的城市交通网络。城市由竖直方向上切入的无数个横切面构成，这也就使得影片中那个高悬于空中的麦当劳餐厅的存在，变得合乎情理。
《第五元素》最特别的地方体现在交通空间的多维复合结构以及对运动速度、方向和节奏的调控上。它提供了未来城市设计和规划领域中城市交通组织方式的新的可能性。影片中的城市是对真实世界的复制和转化，透露出一种源自于现实世界的亲切感以及高于现实世界的新鲜感，一种既熟悉又陌生的后现代视觉效应。
（三）高度机械化的城市
随着人类社会迈入21世纪，“机械”的定义也逐渐变得宽泛起来。它不仅仅是人为制造的用于更高效地生产产品、提高行走效率和生活质量的机器设备，人们对于机械的种类、形式、功能等各方面都进行了丰富的描述，使得“机械”的概念获得了空前的突破，“机械化”逐渐成为了人类文明赖以存在与延续的一种方式，机械以特别的方式展现着它强大的力量。科幻电影将机械在未来生活中的形式与功能进行了合理化的想象，往往将未来城市整体描绘成一座拥有复杂系统的机械。科幻电影对“机械化”的关注体现了人们对其发展趋向的极大关注。
《黑客帝国》的导演从以机器为主角的工业文明和以计算机为主角的后工业文明中提取出机械美学作为未来城市的美学标准。创造出一个令人匪夷所思的城市――机械城Zero。机械城Zero如同一台复杂的巨型机器，放眼望去城市全部以机械的齿轮零件、电子元件所构成。城市系统使用的能源均为电能，电能的来源就是机器城大规模的太阳能电池板；另一方面是在机械美学指导下，机械城Zero整体呈现出一种充满科技质感的黑色，空间氛围充满冷峻的金属质感，机械章鱼在空中高速穿行，城市各个部分均由机器操纵控制着。
四、结语
科幻电影展现出的新奇建构和对未来城市的大胆设想，极大地启发和激励了人们对未来的预想。那些科幻电影中的建筑和城市形态魔法般地连接着未来，有些因为走得太远，过于超前而不被人们所接受，只能成为影像中的设计。
科幻电影传播的价值观暗示了未来城市设计过程的变革。科幻电影从构想到剧本再回到形象的不断推敲和修正的过程也为城市建设者们的创作与实践提供经验和启迪。
［参考文献］
［1］王志敏.现代电影美学基础［M］.北京：中国电影出版社,1996:309.
［2］周诗岩.建筑物与像――远程在场的影像逻辑［M］.南京：东南大学出版社，2007:13.
关键词：机械设计制造；机电一体化；应用
近年来，随着机械电子工程的蓬勃发展，机电一体化概念被提出，在机械设计制造领域中展露出广泛应用前景，被业界一致视为创新旧有机械设计制造模式、实现智慧制造目标的关键。与此同时，机电一体化概念与相应技术的问世时间较晚，虽然得到大规模应用推广，但机电一体化技术价值仍旧存在深度挖掘的空间，本文就此开展研究。
1机电一体化在机械设计制造领域中的应用价值
1.1提高机械制造精度
机电一体化系统的应用，逐渐取代了旧有的人工生产与控制方式，由系统自动执行预先导入的控制方案，随着时间推移来逐项下达预控指令，或是在满足触发条件后执行对应控制指令，操纵机械手按特定轨迹、姿态进行运动，极大程度提高了机械制造精度。同时，机电一体化系统还具备修正功能，由传感器跟踪检测机械臂的运动轨迹、位置与姿态等参数，对比输出值与输出值，根据二者偏差值来下达纠偏指令，始终维持较高的制造精度，避免参数误差持续积累[1]。
1.2减轻生产成本
在机械设计制造领域中，对机电一体化系统的应用，要求制造企业投入一定的前期成本，用于配置PLC控制器、工业摄像头、传感器等硬件设备，以及开发软件程序与操作系统。然而，从长远发展角度来看，机电一体化系统将逐渐取代原有的人工生产方式，显著减小劳动力成本占比，将机械制造成本控制在合理范围内。同时，依托机电一体化系统，机械产品制造质量、总体生产能力将得到明显提升，降低产品坏品率，加强产品的市场竞争力。
1.3保证生产安全
在传统机械制造模式中，由于现场环境复杂、生产条件恶劣，如果出现设备运行故障，或是工作人员采取错误操作行为，都有可能引发机械伤害、物体打击等安全事故的出现，造成不必要的人员伤亡。而对机电一体化系统的应用，彻底改变了机械制造方式，在生产线上配备大量工业机器人，工作人员仅需提前编写程序、导入控制方案与设定参数，持续监督机械制造情况，系统将通过自动控制执行机构开展动作的方式，彻底取代人工生产方式，尽管出现机械设备故障、失控问题，也不会造成人员伤亡。
1.4适应不同作业要求
在传统机械制造模式中，如果作业条件、要求和制造产品种类发生变化，需要重复开展人员调整、机具设备切换调试等准备工作，方可继续开展生产作业，对生产效率造成明显影响，生产线在一段时间内处于闲置状态。与此同时，对机电一体化技术的应用，凭借集成制造、伺服控制等技术手段，具备了实现柔性生产目标的前提条件。例如，提前编写控制程序，配备具有较多运动自由度的工业机器人，在现场准备多种工具设备，在生产条件与产品种类发生改变时，自动调整工业机器人手爪运动轨迹与姿态，必要时换取对应种类工具，即可满足实际作业需要，无须停止生产线[2]。
2机电一体化概述
2.1涵义
机电一体化由传感检测、交流传动、伺服控制等组成，是具备环境感知、信息处理、远程控制与决策分析等多项使用功能的控制系统。在系统运行期间，基于程序运行准则与环境感知结果，在无人工干预条件下采取步进、时序等方式来执行控制方案中设定的控制指令，操纵工业机器人、数控机床等终端设备开展动作。
2.2组成要素
机电一体化系统主要由结构、动力、感知、运动和职能五项核心要素组成。第一，结构要素是实现系统功能与搭建系统结构的硬件设施，包括机械本体、控制器、机械轴等。第二，动力要素由动力驱动机构组成，保证系统稳定运行。第三，感知要素由多种类传感器和摄像头组成，帮助系统感知现场环境、检测产品质量。第四，运动要素由机械臂等执行机构组成，负责执行系统下达的控制指令，在限定时间内开展规定动作。第五，职能要素由控制器与信息处理模块组成，负责对所采集监测信号进行分析处理，根据分析结果来输出对应控制指令，发挥自动控制、状态监测等使用功能。
3机电一体化在机械设计制造领域中的主要应用场景
3.1数控机床
早期数控机床设备普遍存在功能单一、自动化程度低下、操作繁琐的问题，要求工作人员手动完成排屑、更换刀具、主轴转速参数调节等操作，数控机床使用效率低下，生产能力存在进一步提升的空间。对此，需要在数控机床场景中应用机电一体化系统，从技术层面上满足数控机床自动化生产的前提条件，并在数控机床上加装相应执行机构，由系统直接向各处执行机构下达控制指令，替代人工完成操作，把普通级数控机床加工精度提升至5μm水准，超精密级数控机床的加工精度更是提升至0.01μm水准。例如，某制造企业在推行机电一体化系统的前提下，对老旧型号数控机床进行升级改造，加装自动排屑装置、变频电动机、自动回转刀架、伺服电机、编程控制器等硬件设备，由工作人员在编程控制器中设定加工信息，信息提交至逻辑电路中进行整合处理，转换为控制信号。随后，再将信号发送至自动回转刀架、自动排屑装置等执行机构，自动控制数控机床执行排屑、回转刀架、更换刀具等操作，确保数控机床在无人工直接干预条件下可以连续完成工件的多道加工任务，这对提升机床数控化率、核心零部件加工效率乃至机械制造精度都有着十分重要的现实意义[3]。
3.2运动控制
在运动控制场景中，机电一体化系统结构中加装PLC可编程逻辑控制器与传感器，由传感器上传实时监测信号，对信号进行扫描读取并存入I/O映象区，获取逻辑运算结果，准确描述机械设备执行机构的实时位置，再由PLC控制器下达对应的控制指令，控制信号经由锁存电路驱动执行机构，完成点对点运动、补间运动、多轴联动或是螺线型运动的控制过程，控制执行机构以平稳状态运行到指定位置。例如，由PLC控制器同时向多个机械轴下达运动控制指令，控制一定数量的机械臂按预定轨迹移动至特定位置，保持各机械臂的协作状态，避免机械臂相互碰撞、卡位，还可以通过调整运动速度等参数，确保各机械臂在同一时间抵达预定位置。此外，机电一体化还可用于机械设计领域的运动控制场景中，在机械产品上加装PLC装置，控制器在接收电信号后，再进入用户程序执行和输出刷新阶段。例如，在研制某款垃圾压缩车产品中，在车辆刮板部位加装感应开关，在车辆控制系统加装PLC控制器，在刮板部位安装压力传感器。在垃圾压缩车使用期间，如果开关感应刮板到位，自动向控制器发送电信号，由控制器输出刷新，经由锁存电路控制滑板开展下行运动，并在滑板下行就位后反馈电信号，控制滑板正转。同时，由压力传感器持续检测刮板压力，在刮板承受压力未达到额定值时不采取控制动作，继续保持刮板正转状态，而在刮板压力值达到额定值后，再输出电信号，由PLC装置输出指令，控制滑板上行装填垃圾[4]。
3.3机械节能
在传统机械制造模式中，采取人工控制方式，由工作人员根据自身工作经验来主观判断现场环境、机械设备运行需要，对压力、电流、电机转速等运行参数进行调节，或是对机械设备运行模式进行切换。根据实际制造情况来看，受人为因素影响，部分运行参数没有被调节至最佳数值，机械设备长时间处于满载、超载运行状态，设备实际运行能耗远超过标准能耗，造成不必要的电力浪费，也在间接上增加了机械制造成本。对此，需要应用到机电一体化技术，系统凭借传感检测、逻辑分析控制等功能，持续感知外部环境与设备运行状态，自动下达控制指令来调节运行模式及参数量，实现能量调配、功率调节等目的，在不影响机械制造活动正常开展的前提下，将机械设备运行能耗控制在合理范围内。与此同时，在机械设计期间，也可依托机电一体化系统来改善所研制机械产品的节能效果。例如，韩国大宇公司在所研制大宇工程机械上普遍搭载EPOS电子动力优化系统，安装微处理器，由处理器采集、处理实时监测信号，自动切换至恰当的动力模式，极大减少了工程机械油耗。
3.4质量检测
在机电一体化系统中搭载传感器、工业摄像机、图像采集卡等装置，依托机器视觉与传感检测技术来实现自动检测功能。在机械加工制造过程中，此类装置持续对加工件与机械产品成品的几何参数、外观质量、色泽亮度进行全面检测，对比拍摄图像和标准图像中的特征参数，根据对比结果，判断产品质量是否达标，生成质量检测报告，在报告中配合图像来描述具体存在的质量问题，如工件表面疵点、工件几何参数偏差等。相比之下，传统机械产品检测方法以电子检测仪检测、游标卡尺检测为主，由工作人员使用此类工具，逐项对加工件和机械产品进行测量读数，判断质量是否达标，有着检测效率低下、检测精度受人为主观影响、肉眼难以发现全部工件疵点的局限性。
4机电一体化在机械设计制造中的未来应用趋势
4.1智能化
推动机电一体化技术向智能化方向发展，应用到人工智能技术，以及BP神经网络、模糊逻辑推理、专家智库等算法，把传感器所采集监测信号上传至数据分析模型当中，根据模型输出结果，描述变量因素对系统运行状态、控制效果和机械制造情况造成的具体影响，从专家智库中调取同类型案例进行分析，在其基础上由系统对原有机械制造方案内容进行调整，下达相应控制指令[5]。例如，在机电一体化系统中，列装新型的PLC可编程逻辑控制器来取代微处理器，PLC装置具备强大的逻辑运算功能，既可以采取顺序控制、步进控制等方式执行预先导入控制方案，还可以根据逻辑运算结果进行判断推理、自主决策。
4.2模块化
制造企业应推动机电一体化技术向模块化方向发展，统一各企业所开发机电一体化系统的规格标准，优先使用标准化与通用型号的机械本体、电子元件、零部件，企业可根据机械设计制造需要，选择相应的机械本体、电子元件和现有软件程序，将三者进行拼接组装，即可搭建一套功能完善、运行稳定、具备良好扩展性能的机电一体化系统。同时，在所制造机械产品种类型号发生改变时，仅需对软件程序和系统功能结构进行一定程度的调整，或是在系统中更换其他款式的电子元件、软件程序，即可重新组装成一套满足实际制造需要的机电一体化系统。
4.3电机综合保护化
电机是机电一体化系统中的重要组成部分，电机运行状况稳定与否，决定着系统使用功能能否得以正常发挥。根据系统实际运行情况来看，受到复杂作业条件和现场环境等多方面因素影响，偶尔出现短路、电源过载、失压、欠压等故障问题，干扰到机电一体化系统的整体运行状况。对此，为保障系统安全、稳定运行，避免电机故障问题频繁出现，需要推动技术朝向电机综合保护化方向发展，同时采取短路保护、欠压/失压保护、过电流保护、过载保护等多项保护措施。1）短路保护是加装熔断器装置，在流通短路电流时，因工作温度升高而触发熔断器，快速熔断熔体来切断电流。2）欠压保护是搭载电压继电器，在电压检测值超标时，装置切断动合/闭合触点，即可切断电源。3）失压保护是加装继电器以及接触器，在出现市电停电、主电源故障等突况时，装置在短时间内执行切断电源、锁定起重机、电动机停转等操作，避免电机严重受损。4）过电流保护是串接电流继电器，预设安全电流值，对比实时电流值和额定值，在电流超标时执行保护动作，快速切断电流。5）过载保护是加装热继电器，根据工作温度来判断电机是否过载，在温度超标时切断电源[6]。
5结语
机电一体化技术的问世，推动我国从制造大国迈向制造强国，也为制造业产业结构升级转型提供了新的契机。制造企业务必对机电一体化技术予以高度重视，深入了解机电一体化基础技术及应用价值等各个地方的技术，对机电一体化技术有着全面、直观且清晰的认识，在数控机床、运动控制、机械节能、质量检测等场景中做到对技术的落地应用，依托技术打造一套全新的机械设计制造体系。
参考文献
[1]刘伟强.浅析机械设计制造中机电一体化的应用[J].内燃机与配件，2019（24）：215-216.
[2]李智杰，赵中华.机械设计制造中机电一体化的应用研究[J].科技创新导报，2019，16（14）：85-86.
[3]陈耀华.机械设计制造中机电一体化的应用研究[J].南方农机，2019，50（21）：246.
[4]程尤亚，王明月.机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究[J].南方农机，2022，51（20）：141-142.
[5]员园园.机械设计制造中机电一体化的应用分析[J].内燃机与配件，2022（14）：198-199.
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