北京信息科技大学机电工程学院的重点学科

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本学科为一级学科硕士学位授权点，是北京市重点建设学科，涵盖机械电子工程（1994年授权）、机械设计及理论（1998年授权）、机械制造及自动化（2000年授权）、车辆工程（2006年授权）四个二级学科，其中机械电子工程学科于2002年评为北京市重点学科，所属机电系统测控实验室于2001年评定为北京市重点实验室；本学科为机械工程领域工程硕士专业学位授权点。已形成了稳定的、具有特色的四个研究方向:

1. 机电系统检测、分析与控制

利用现代信号分析理论及智能诊断方法,研究面向光机电一体化的现代测控技术，主要包括机电系统状态监测、故障诊断与趋势预测、现代测控系统的柔性集成与远程监控技术等，提高机电系统的数字化、自动化、智能化、集成化和网络化水平；实现对机电系统的状态监测与优化控制、故障诊断与趋势预测及其实时综合保护，保障机电设备安全、高效、可靠地运行, 预防和避免事故的发生,提高机电产品的质量,节约能源、改善工作条件。

2. 机电系统现代设计方法及应用

将现代设计理论及方法应用于机电一体化产品研发，涉及特种机器人的应用开发、航天器姿态规划、数控机床新型铣头研发、大型工业设备的优化设计等，提高机电装备的可靠性和动态特性，满足现代机电产品性能优、投入产出比高、研制周期短、高可靠性和安全性的要求。

3. 数控技术与装备

应用数字化、自动化、智能化控制、创新设计、信息化、网络化等技术，研究先进数控装备的理论和应用技术。运用虚拟新产品开发技术、数字化建模与仿真技术、虚拟测试分析及性能试验等提高新产品的开发效率和质量，节约资金，缩短开发周期。

4. 车辆工程及汽车制造装备

研究领域为现代汽车制造装备的智能化控制、车辆系统关键部件的设计与开发、汽车动力学的虚拟试验等。将智能化信息处理技术应用到汽车制造装备中，实现对加工参数、切削条件以及加工过程的优化控制和智能化控制；将虚拟现实技术、建模仿真技术应用于汽车新产品开发，建立汽车虚拟试验场；开发车辆全动力液压制动系统，应用于车辆设计与生产。

本学科研究涉及机械、铁路、汽车、航空、石油、化工、国防、医疗、环保等行业，整体研究水平处于国内同类学科先进水平,取得一批有代表性的高水平研究成果，多项产品实现产业化，取得显著效益；近五年本学科获得国家科技进步二等奖等多项科技奖励，承担一批国家级、省部级科研课题以及重要企业合作项目；有在本学科领域有一定影响的学术带头人以及结构合理的学术梯队；有先进的研究基地和实验仪器设备；有多年培养研究生的历史和经验，为首都科技发展和人才培养做出较大贡献。 1994年学科获得授权，于2002年被评为北京市重点学科，其建设目标为：努力将本学科建设成为在北京地区具有光机电一体化技术专长和特色的、在市属市管高校中有较高学术水平的北京市重点学科；在北京市经济发展和科技进步中有所作为，研究本领域创新技术，开发出高技术含量产品，争取创造较大的经济效益和社会效益。 主要研究方向：

1．光机电测控技术与仪器研究

针对仪器制造具有高技术、多品种和小批量的特点，提出面向现代仪器制造的柔性研发系统理念IFDS（Instrumentation Flexible Developing System），创建一种可兼容、可扩展、可升级的开放式柔性研发平台体系，完成对仪器系统的快速集成、实验研究和性能测试，显著提升仪器产品研发的技术水平、缩短开发周期、降低开发成本、提高仪器制造企业适应市场的快速动态响应能力。 基于柔性研发平台研制具有自主知识产权的系列化光电分析仪器装备及产品，开发成套工程应用软件，并逐步实现产业化，2006年本学科与企业合作研究和开发了多项创新技术，为北京市企业开发出多项高技术含量产品，有的已实现产业化，创造了较大的经济效益和社会效益。

2．机电系统状态监测与智能诊断技术研究

研究开发面向机电系统的状态监测与智能诊断技术，主要包括：机电系统状态监测、故障诊断与趋势预测技术、测控系统的集成及远程网络监控技术、智能监测仪器与虚拟仪器技术等；将现代测控技术及故障诊断技术应用于工业生产，提高当代工业生产的数字化、信息化、自动化、智能化、集成化和网络化的水平，为现代制造业和传统产业提供先进的测控系统及装备。 近5年来，本研究方向取得了一批具有创新性、先进性和实用性的科研成果。目前承担包括国家自然科学基金。北京市自然科学基金相关科研项目10余项，科研经费500多万元。

3.智能机器人技术的开发与应用

研究涉及机械电子学、多传感器信息融合、嵌入式控制技术、通讯技术、计算机视觉、人工智能、纳米技术等，在水下机器人、工业机器人研究等方面打下了良好的基础。 为了进一步深化我校的机器人研究，缩短与国内先进水平的差距，走出一条具有我校特色的机器人研究道路，我们提出“先搭建技术平台，后深耕行业应用”的研究思路。 1998年学科获得授权，是北京市重点建设学科。近年来，学科在多个研究领域开展研究，取得一批具有一定学术水平的研究成果，在机电系统性能分析和可靠性、机器人机械臂动力学与控制研究、数控机床的结构设计、数字化设计与制造技术、计算机辅助工程、齿轮传动理论研究、机器人应用工程与技术等诸方面的研究取得进展，获得多项省部级、司局级奖励。 主要研究方向：

1．机电系统现代设计方法及应用

将现代设计理论及方法应用于机电产品的开发研制，对产品进行数字化动态设计、优化设计、有限元分析、可靠性分析、虚拟设计与仿真等，实现机电产品性能优、投入产出比高、研制周期短、高可靠性和安全性的要求。

本研究方向参加完成了国家科技攻关课题，对工业中广泛应用的大型振动磨机进行性能测试和系统分析，解决了关键易损件的问题；用现代设计理论和技术手段研发了具国内先进水平的超细粉碎设备；用虚拟设计方法对数控机床、进行设计和性能试验，达到国内先进水平；用PLC系统对铁路局原有法国进口机车的继电器控制系统进行改造，用可靠性系统故障评价方法，确定了控制系统搭建及元件的合理布局方案，得到最佳性价比，研制开发的控制柜已在现场应用推广，社会经济效益显著，获北京市铁路局科技进步奖和技术创新奖4项。

近期在特种机器人的应用开发、机器人机构学、机器人工程应用技术等方面开展研究，在液下搅拌机器人关键技术的研究、管道机器人技术等方面取得进展。

2．现代传动技术与理论

针对现代机械传动系统的高速、重载和高精度等特点，研究新型机械传动的啮合理论与设计制造技术。主要研究内容包括高承载能力齿轮传动理论与设计、变速比非圆行星齿轮机构、渐开线锥形齿轮传动啮合理论及制造系统、汽车新型限滑差速原理与设计等。 近年来，与杭州前进齿轮箱有限公司、北京非圆齿轮传动公司、湖北车桥公司、胜利油田等进行了广泛技术合作。目前承担北京市教委、北京市科委等多项科研课题。在研的项目有非圆齿轮低速大扭矩液压马达产业化研究、非圆传动节能抽油机、新型限滑差速器等。

3．机械系统动力学与控制

该研究方向主要进行复杂机械系统动力学和控制技术的研究。研究领域涉及多体系统动力学与控制、机器人运动规划与控制、航天器姿态动力学与控制、复杂缆索非线性动力学与控制等。以复杂机械系统为对象，分别对机器人、航天器和车辆等进行了系统建模、非完整运动的力学分析与计算、最优运动规划和智能控制等方面的研究。目前完成和承担进行国家自然科学基金、北京市自然科学基金多项课题。 2000年学科获得授权，是北京市重点建设学科。学科主要围绕制造装备和工艺技术、生产自动化技术、制造信息化技术等方面开展科学研究和培养研究生。其中，制造装备以机床技术为主的研究历史最长，成果最多。一些特色项目获奖和成果转化在国内有一定影响力。“十一五”期间，本学科将继续开展在上述方面的深入研究，加强和国内行业的联系，在北京市科委、国家“十一五”研究指南的大方向指导下，争取省部级和国家级科研项目。发展特色，在特色机床项目研究中，完成和深化鉴定几个已经比较成熟的成果项目，并且进行成果转化。目前承担科研项目10余项，科研经费600余万元，包括2007、2008北京市重大科技专项。主要研究方向：

1．机床技术与智能控制研究

铣头式机床创新设计开发、机床性能分析计算、特殊制造装备创新设计开发。机床智能控制研究，凸轮轴磨床智能化控制系统开发、凸轮轴磨床设计开发。本研究方向拥有一支在本学科领域有一定影响的、以中青年为主的学科梯队；为北京数控装备创新技术联盟和中国汽车制造装备创新联盟发起理事单位，依托数字化设计制造研究所为研究基地，与国内比较有影响的近10家数控企业建立了稳定的合作研究关系，已成为在本研究领域有一定影响的科研和人才培养基地。今后5年将在制造技术及装备、制造信息化技术领域继续深入研究，承担国家及北京市重大攻关项目，形成有特色的稳定研究发展方向。

2．生产线规划设计研究

在生产线规划设计过程中,通过计算机仿真,在规划、设计阶段就对生产线系统的静、动态性能进行充分的预测，尽早发现系统布局、配置及调度控制策略方面的问题,从而更快、更好地改善系统设计。

3．制造信息化技术研究及应用

本方向主要研究CAD/CAM/CAE的集成，包括计算机制造系统中的信息建摸技术、计算机制造系统单元技术（计算机辅助设计、计算机辅助工程分析、计算机辅助工艺设计、计算机辅助生产管理、计算机辅助制造、计算机控制等）及集成策略、FMS、敏捷制造及现代制造系统的研究。特别在高速加工方面具有独特的研究与应用。已经完成和正在研究多项北京市的纵横向课题。 2006年学科获得授权，是北京市重点建设学科。车辆工程学科建设的指导思想是充分利用北京市对车辆工程品牌专业建设和特色专业建设的支持条件，紧密结合北京市汽车制造、服务行业的技术需求，努力将本学科建设成为在北京市属市管高校中有一定学术水平的车辆工程学科，为北京市汽车制造行业和汽车服务行业提升竞争力做出成绩。目前本学科主要开展以下几个方面的的研究：

1．车辆系统动力学与虚拟试验技术

研究车辆系统的非线性动力学建模，进行整车系统动力学可视化仿真分析，车辆系统性能分析及系统关键元件的分析研究；以现代电子技术、测试技术、虚拟样机技术为手段，研究车辆及各总成系统的控制技术、车辆综合性能的测试与虚拟试验技术。

2．车辆自动驾驶技术

研究基于机器视觉的车辆道路环境感知技术和车辆控制技术，特种车辆无人驾驶技术，开发辅助驾驶系统；研究线控制动、线控转向技术及关键零部件，为智能车辆的开发研究提供基础。

3．汽车车身现代设计方法与制造技术

研究逆向工程理论及技术，并与快速成型技术相结合的汽车零部件及车身覆盖件CAD/CAM/CAE一体化技术、壳体类零件的液压成形技术；基于CAE的结构轻量化设计理论与方法研究（主要包括结构拓扑优化设计技术、材料选择与结构形状匹配优化技术等），轻量化材料（包括高强度钢、铝合金、镁合金、复合材料、塑料和多孔泡沫材料等）在汽车结构中的应用研究以及轻量化汽车先进制造技术研究。

浅谈机电一体化的发展及趋势

　摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。文章概述机电一体化的核心技术，分析机电一体化发展进程，提出机电一体化向智能化迈进的趋势。

关键词：机电一体化；核心技术；发展进程；发展趋势

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异。

一、机电一体化的核心技术

1.机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。

2.计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

3.系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。

4.自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

5.传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。

6.伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

二、机电一体化的发展进程

1.数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在1999年后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。

2.微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。

3.可编程序控制器（PLC）的应用于工业：上世纪60年代后期，美国汽车制造业开发一种Modular DigitalController（MODICON）取代继电控制盘。MODICON是世界上第一种投入商业生产的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了PLC的第三个发展时期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统，正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展，趋向于建立同一硬件平台，运用同一个操作系统、同一个编程系统，执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。

4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。

三、机电一体化向智能化迈进

20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有：

1.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，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。

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