机械电子工程

在我们的日常生活中广泛应用。如果没有

多项技术的面向未来的技术和知识交流，

那么就不会产生安全气囊、防滑刹车系统、复印机、CD机、行驶模拟装置和自动售票

机等一系列运用了机械电子技术的产品。

机械电子是工程科学中的一个跨学科专业，在机械制造、电子工程和计算机科学等学

科的基础上建立起来的。必须继续结合这

些传统学科的方法和工具，才能继续发展

机械电子的产品、系统和制造方式。只有

这样，才有可能将传感器、执行元件和信

息处理融和在一个机械设计中，从而使用

其产生的协同工作效果。电子工业、微电

子技术和计算机科学的迅猛发展扩大了机

械电子系统的运用。机械电子不仅仅局限

于机械制造某个固定的方向，它同时还受

到该领域所有分支学科的影响。

1993年，波鸿应用科学大学才把机械

电子作为一个专业独立出来。在此之前，

机械电子只是机械工程的一个专业方向和

重点课程，现在这种情况仍旧广泛存在，

甚至被划分在精密仪器技术专业中。迄今

为止，已经有几所综合性大学和约30所应

用科学大学将其列为独立的专业学科。

机械电子的工程师必须对专业有全面

和系统的认识，并且与机械制造、电子工

程和计算机科学领域的专家合作。与这些

专家不同的是，机械电子的工程师应该具

有通才的素质，对项目和问题有决策和协

调的能力。如前所述，该专业由三个学科

的内容交叉而成，课程的设置也是如此，

包括了上述三个传统专业的课程。机械电

子专业可细分为机械电子系统（传动和模

拟技术，机器和设备，机械人技术及其运

动系统，传感和执行元件技术，测量技术

和图像处理等），微型，超微型机械（微

系统技术，微型和精密仪器的功能组，微

系统的测量技术等）和生物机械（机器人

技术，生物系统，仿生执行技术，控制和

设计，控制系统等）。不同大学的专业设

置不一样，取决于专业的具体方向和培养

重点的不同。

机械电子工程专业培养具有机械电子

工程专业基础知识与专业技能，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

作的应用型高级专门人才；培养能在中、

高等职业教育领域从事机电一体化专业的

理论教学、专业实践指导和学生管理工作

的复合型职教师资。

3发展前景

机械电子工程相关学科点形成的历史、现状：1949年建校初便组建了机械制造系，1986年机械制造专业被评为国家级重点学科。在此基础上，组建机电控制及自动化

硕士点，1988年开始大量招生。又经过多

年建设，已完全具备了培养博士生的条件

和能力，2000年随着机械工程一级学科博

士点被批准，机械电子工程也开始正式招

收博士生。现在该学科已形成以王立鼎院

士为学科带头人的较强的学术队伍，承担

着国家973项目、863项目、国家自然科学重点基金与面上基金和航天部等多项纵向

课题。组建和扩建了以“微机电系统（MEMS）研究中心”为重点的多个实验室，现如今已成为该校科学研究和培养研究生

的重要基地。[1]

本学科有三个主要研究方向，其主要

特色：

1)微机电系统（MEMS）

2)传感与测控技术

压电式传感器及其测力仪的研究与开发属我国起步最早的学科之一。在压电基础理论

与应用方面取得多项具有开创性的理论研究成果，其中压电效应研究已构建成新的理论框

架和体系。开发出具有自主知识产权的传感器与测力仪的系列新产品，销往国内外。

3)数字化加工技术

本学科自50年代起从事数控技术研究，70年代后期研制成功用于航空工业的大型数控

壁板铣床，为国内首创并获1980年全国科学大会奖励。

本学科在国内同类学科所具有的优势：

（1）人才优势：以王立鼎院士为学术带头人的学术研究队伍，阵容强大，知识结构和

年龄结构合理，特别是年轻技术力量较强，现有研究人员50人，其中教授12人，博士生

导师9人，具有博士学位20人。

（2）学科研究领域优势：MEMS、传感与测控、数字化技术、CIPE、CAD/CAM/CAPP一体

化均属机械工程学科的前沿课题，总体研究水平居国内领先和国际先进水平。

（3）具有多学科相互支撑和多学科交叉研究的特点，科技成果产业化水平较高。

4专业相关

特色

强调机械动手能力与机电控制能力相结合，侧重于机电控制和数控维修。以数控所需

各种能力为主线，突出机电控制的专业核心地位，培养会设计、能编程、具有较强的数控

机床操作、调试、维修、维护等实际操作技能的技术工程师和职教师资/

能力

1．具有制图、机电信号采集转换与检测、机电系统微机与PLC控制、文献检索等基本

技能。

2．具有较强的数控机床操作、调试、维修、维护等实际操作技能。

3．具备运用现代技术手段测试机电参数、合理运用机电设备的能力。

4．具有机电产品的开发运用能力。

5. 具有机械、电子、数码等产品结构研发设计的能力。

6. 具有机械、电子相关生产企业及研发机构的管理能力。[3]

课程

电工与电子技术、机械制图、工程力学、机械设计基础、机械制造基础、液压与气动

技术、机械制造技术基础、电气控制与PLC、单片机原理与接口技术、数控原理与维修、机

电一体化系统设计、先进制造技术导论、C语言程序设计。

5就业相关

前景

机械电子的工程师可在机械和设备制造、电子工程和电子工业等重要领域担任职务，

就职于需要使用汽车和航空制造技术、自动化技术、机器人技术、微型和精密仪器技术、

印刷和媒体技术、音频视频技术、医疗技术的企业。机械电子广泛应用于例如感应机器人，自控机床设备，医疗微型器械以及现代化轿车的传动机构。

机械电子的工程师可承担创新、设计、装配、制造、生产和调试的工作，以及系统规划、方案设计、前期工作、质量控制、销售、客户服务、使用培训、咨询和售后服务的职责。

毕业生可到各类机械设计与制造企业、电子及电器企业及其它生产部门、公司、科研

与教学部门从事机电品的设计、制造、管理、教学、开发、销售及技术服务等工作，除了

就业前景好，一种被社会所需要的成就和自豪感油然而生。

解读机械电子工程专业就业前景

机械工业是为国民经济提供装备的基础工业，将随着科学技术的发展而产生变化。

机电一体化机电一体化技术和机电一体化产品的统称，是在机电产品中引入微电子元

器件和技术之后形成的。机电一体化技术又称机械微电子技术，是机械工程、微电子技术、信息处理技术等多种技术融合成的一种系统技术。机电一体化产品是运用机电一体化技术

设计、生产的一种带有软、硬件系统的多功能的单机或成套装置，通常由机械本体、微电

子装置、传感器和执行机构等组成。

机电一体化技术涉及的学科有机械工程（如机构学、机械加工和精密技术等）、电工

与电子技术（如电磁学、计算机技术和电子电路等）、共性技术（如系统技术、控制技术

和传感器技术等）。

机电一体化产品主要有商品生产用（如机器人、自动生产线和工厂等）、商品流通用（如数控包装机械及系统、微机控制交通运输机具和数控工程机械设备等）、商品贮存销

售用（如自动仓库、自动称量和销售及现金处理系统等）、社会服务性（如自动化办公机

械和医疗及环保等自动化设施等）和家庭、科研、农林牧渔、航空航天及国防等用的机电

一体化产品。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能和构成、生产方式和管

理体系等发生巨大变化。

机械工程与人类生存环境工程技术的发展在提高人类物质文明和生活水平的同时，也

对自然环境起破坏作用。20世纪中期以来，最突出的问题是资源，尤其是能源的大量消耗

和对环境的污染。未来，机械新产品的研制将以降低资源耗费，发展纯净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为重要任务。

机械工程专业化和综合化 19世纪下半叶，机械工程成为一门独立学科。进入20

世纪，随着机械工程技术的发展和知识总

量的增长，机械工程开始分解，陆续出现

了专业化的分支学科。分解趋势在20世纪

中期（第二次世界大战结束前后）达到最

高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到

远非一个人所能全部掌握，一定的专业化

是必不可少的。但是过度的专业化造成知

识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹

稍大规模工程的全貌和全局，并且缩小技

术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术

整体的进步，对外界条件变化（如新技术、新材料和新产品的出现、材料与半成品的

供应及价格变化等）的适应能力很差。封

闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑

问题过专，在协同工作时配合协调困难，

也不利于继续自学提高。因此，从20世纪中、后期开始，机械工程又出现了综合的

趋势。人们更多地关注基础理论，拓宽专

业领域，合并分化过细的专业。

去向

毕业生可到各类机械设计与制造企业、电子及电器企业及其它生产部门、公司、

科研与教学部门从事机电品的设计、制造、管理、教学、开发、销售及技术服务等工作。

7学科成果

微机电系统

开展了从微工艺、微测试、微器件到

微系统广泛研究并取得多项填补国内空白、国内领先乃至国际领先的研究成果。先后

获得国家科技进步二等奖2项、三等奖 1项、全国科学大会奖 1项及省部委奖励10

余项。现如今正在承担国家973项目、国

家S863项目、国防“八五”攻关、航天部862项目、国家自然科学基金重大项目等研究工作。组建和扩建了以“微机电系统（MEMS）研究中心”为重点的多个实验室。

传感器

传感器、执行器与智能测控方向。开

发了具有自主知识产权的传感器与测力仪

的系列新产品，销往国内外。先后获省部

委科技进步奖12项。在智能测控方面，创

建了新的时—频分析方法，实现了时频信

号的自适应时频分解,其故障特征提取技术

处于国际先进水平。开发出的具有独立版

权的“PDM2000设备预知维修和故障诊断系统”，被誉为国内唯一能与进口仪器抗衡

的并可替代进口的故障诊断产品。

无人驾驶汽车

无人驾驶汽车（Driverless cars）

是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动

机器人，主要依靠车内以计算机系统为主

的智能驾驶仪来实现无人驾驶。无人驾驶

汽车已经在许多国家投入使用，包括日本、瑞典以及美国。[1]

1技术原理

无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车

辆到达预定目标的智能汽车。

它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位

置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。

集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的

产物，也是衡量一个国家科研实力和工业

水平的一个重要标志，在国防和国民经济

领域具有广阔的应用前景。

3主要特点

安全是拉动无人驾驶车需求增长的主要因素。每年，驾驶员们的疏忽大意都会

导致许多事故。既然驾驶员失误百出，汽

车制造商们当然要集中精力设计能确保汽车安全的系统。“无人”驾驶系统种类繁多，其中有些根本算不上“无人”，还有些活像

是科幻小说中的东西。

防抱死制动系统汽车紧急刹车时，轮胎会被锁死，导致汽车失控侧滑。驾驶没有防抱

死系统的汽车时，驾驶员要反复踩踏制动踏板来防止轮胎锁死。而防抱死系统可以代替驾

驶员完成这一操作——并且比手动操作效果更好。该系统可以监控轮胎情况，了解轮胎何

时会锁死，并及时做出反应。而且反应时机比驾驶员把握得更加准确。防抱死制动系统是

引领汽车工业朝无人驾驶方向发展的早期技术之一。

是牵引或稳定控制系统。这些系统不太引人注目，通常只有专业驾驶员才会意识到它

们发挥的作用。牵引和稳定控制系统比任何驾驶员的反应都灵敏。与防抱死制动系统不同

的是，这些系统非常复杂，各系统会协调工作防止车辆失控。

当汽车失控侧滑或翻车时，稳定和牵引控制系统可以探测到险情，并及时启动防止事

故发生。这些系统不断读取汽车的行驶方向、速度以及轮胎与地面的接触状态。当探测到

汽车要失控并有可能导致翻车时，稳定或牵引控制系统会进行干预。

中国自主研制的无人车——由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车，2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验，创造了中国自主研制的

无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录，标志着中国无人车在复杂环境识别、智能行

为决策和控制等方面实现了新的技术突破，达到世界先进水平。

谷歌

Google 的无人驾驶汽车还处于原型阶段，不过即便如此，它依旧展示出了与众不同

的创新特性。和传统汽车不同，Google 无人驾驶汽车行驶时不需要人来操控，这意味着方

向盘、油门、刹车等传统汽车必不可少的配件，在 Google 无人驾驶汽车上通通看不到，

软件和传感器取代了它们。

6自动泊车

车辆损坏的原因，多半不是重大交通事故，而是在泊车时发生的小磕小碰。泊车可能

是危险性最低的驾驶操作了，但仍然会把事情搞得一团糟。虽然有些汽车制造商给车辆加

装了后视摄像头和可以测定周围物体距离远近的传感器——甚至还有可以显示汽车四周情

况的车载电脑——有的人仍然会一路磕磕碰碰地进入停车位。

英国版：像外星飞船

德国版：像普通轿车

可以在错综复杂的城市公路系统中无人驾驶。这归功于车内安装的无人驾驶设备，包

括激光摄像机、全球定位仪和智能计算机。

激光扫描器能够探测路标并提醒是否有车离开车道。在激光扫描器的帮助下，无人汽

车便可以实现自行驾驶：如果前方突然出现汽车，它会自动刹车：如果路面畅通无阻，它

会选择加速；如果有行人进入车道，它也能紧急刹车。此外，它也会自行绕过停靠的其他

车辆。

谷歌版：无人驾驶汽车

谷歌无人驾驶汽车通过摄像机、雷达传感器和激光测距仪来“看到”其他车辆，并使

用详细的地图来进行导航。手动驾驶车辆收集来的信息是如此巨大，人们必须把这些信息

进行处理转换，谷歌数据中心把这一切变成了可能，它的数据处理能力是如些强大。所面

临的难题是自动驾驶汽车和人驾驶的汽车如何共处而不引起交通事故的问题。

工业机器人

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动

执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受

人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术

制定的原则纲领行动。工业机器人的典型应用包括焊接、刷漆、组装、采集和放置（例如

包装、码垛和SMT）、产品检测和测试等；所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速

度和准确性。[1][2]

2组成结构

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行

机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，

并进行控制。

工业机器人工业机器人按臂部的运动形式分为四种：

直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩

动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型：

点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般

搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装

等作业。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类：

编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信

方式传送到机器人控制柜。

示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令

信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作

者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作

程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出

相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的

工业机器人称为示教再现型工业机器人。

具有触觉、力觉或简单的视觉的工业

机器人，能在较为复杂的环境下工作；如

具有识别功能或更进一步增加自适应、自

学习功能，即成为智能型工业机器人。它

能按照人给的“宏指令”自选或自编程序

去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。3主要特点

戴沃尔提出的工业机器人有以下特点：将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆

机构联接在一起，预先设定的机械手动作

经编程输入后，系统就可以离开人的辅助

而独立运行。这种机器人还可以接受示教

而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，

这些位置序列全部记录在存储器内，任务

的执行过程中，机器人的各个关节在伺服

驱动下依次再现上述位置，故这种机器人

的主要技术功能被称为“可编程”和“示

教再现”。

1962年美国推出的一些工业机器人

的控制方式与数控机床大致相似，但外形

主要由类似人的手和臂组成。后来，出现

了具有视觉传感器的、能识别与定位的工

业机器人系统。

工业机器技术涉及的学科相当广泛，

归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电

一体化技术。第三代智能机器人不仅具有

获取外部环境信息的各种传感器，而且还

具有记忆能力、语言理解能力、图像识别

能力、推理判断能力等人工智能，这些都

是微电子技术的应用，特别是计算机技术

的应用密切相关。

技术综合性强工业机器人与自动化成

套技术，集中并融合了多项学科，涉及多

项技术领域，包括工业机器人控制技术、

机器人动力学及仿真、机器人构建有限元

分析、激光加工技术、模块化程序设计、

智能测量、建模加工一体化、工厂自动化

以及精细物流等先进制造技术，技术综合

性强。

4技术原理

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。工业

机器人控制技术的主要任务就是控制工业

机器人在工作空间中的运动位置、姿态和

轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编

程简单、软件菜单操作、友好的人机交互

界面、在线操作提示和使用方便等特点。

关键技术包括：(1)开放性模块化的

控制系统体系结构：

(2)模块化层次化的控制器软件系统：作共同实现该层次所提供的功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术：

(4)网络化机器人控制器技术：

1.通用性工业机器人可编程，支持多自由度运动，因此应用较灵活。虽然不及

人类，但相对于很多工业自动化常见的专

机(专为一类工业应用或一家客户定制的机

电集成方案)，工业机器人还是灵活多了。

工业应用改动不太大时，是可以通过机器

人重新编程来满足新的需求，而无需在硬

件上再做大量投资。但相应的，它的相对

不足会是效率。毕竟专机是为一个应用定

制的，因此虽牺牲通用性但实现了效率优化，在产量这个客户非常关心的指标上能

完成地很好。

2.机电性能工业机器人普遍能达到低于0.1毫米的运动精度(指重复运动到点精度)，抓取重达一吨的物体，伸展也可达三

四米。这样的性能虽不一定能轻易完成苹

果手机上一些“疯狂”的加工要求，但对

绝大部分的工业应用来说，是足以圆满完

成任务。随着机器人的性能逐渐提升，以

前一些不可能的任务也变得可行起来(如激

光焊接或切割，曾需要专门的高精度设备

来指导激光的走向，但随着机器人精度的

提升，现在也变得可依赖机器人本身的准

确运动来代替了)。但相比传统高端设备，

如高精度数控机床，激光校准设备，或特殊环境(高温或特低温)设备等，工业机器人尚力不能及。

德国工业4.0与中国制造2025比较

德国工业4.0在全球产生重大影响，标志着全球加快全面进入以智能制造为核心的智

能经济时代。德国工业4.0与美国比较流行的第三次工业革命提法和一些学者说的第五次

工业革命等，都是以信息技术革命性突破为基础，反映了工业经济数字化、信息化、智能化、网络化的发展趋势。本文着重分析德国工业4.0战略的主要特点，比较中国制造2025，得出一些重要启示。

德国工业4.0主要特点

德国工业4.0可以概括为：一个核心，两个重点，三大集成，四个特征和六项措施。

一个核心：互联网+制造业，将信息物理融合系统（CPS）广泛深入地应用于制造业，构建

智能工厂、实现智能制造。两个重点：领先的供应商策略，成为“智能生产”设备的主要

供应者；主导的市场策略，设计并实施一套全面的知识和技术转化方案，引领市场发展。

三大集成：企业内部灵活且可重新组合的纵向集成，企业之间价值链的横向集成，全社会

价值链的端到端工程数字化集成。四个特征：生产可调节，可自我调节以应对不同形势；

产品可识别，可以在任何时候把产品分辨出来；需求可变通，可以根据临时的需求变化而

改变设计、构造、计划、生产和运作，并且仍有获利空间；四是过程可监测，可以实时针

对商业模式全过程进行监测。六项措施：实现技术标准化和开放标准的参考体系；建立复

杂模型管理系统；建立一套综合的工业宽带基础设施；建立安全保障机制和规章制度；创

新工作组织和设计方式；加强培训和持续职业教育。

把德国工业4.0放在全球范围和历史背景中比较发现，可以看出德国工业4.0有以下

5个重要特点。

3.创新性。与工业发展历史相关，把累积、继承、创新有机结合起来，形成高水平的

创新。一方面，充分考虑了从工业化早期阶段吸取经验，继承和发扬现有工业的核心价值。在德国，一般意义的信息和通信技术（ICT）至今仍然支持90%的工业制造过程。因此，工

业4.0很重视借助传统工业和研究领域的传统优势。另一方面，德国工业4.0将制造领域

的所有因素和资源通过CBS系统构成全新的社会服务和实时保障平台，体现了深度的创新性。德国“工业4.0”就是一种“再工业化”战略。但是与美日的“再工业化”不同，德国

的“工业4.0”核心在于利用互联网、物联网以及模块化技术，实现工业生产方式的变革，

从根本上改变传统工业中由于地理位置导致的生产、研发脱节现象，使工业生产技术的研

发和升级不再依赖物理上的互相接触，使德国在既保持自己科技研发技术优势的同时，也

可以继续享受全球化生产的优势。德国通过新理念、新战略、新技术，把信息化推向质的

变化阶段，推动以智能制造、互联网、新能源、新材料、现代生物为特征的新的工业革命。这一点是很高明的。

2025与4.0的比较

2015年，中国在分析国内外市场的基础上，遵循产业升级与转型的客观规律，编制中

长期十年规划，颁布了中国制造2025，明确了十个重点行业，包含战略性新兴产业、先进

制造业、其他关系到国计民生的传统行业，以及相应的供应链和销售网。其主线是两化深

度融合，主攻方向是推进智能制造，主要形式是互联网+。“中国制造２０２５”与德国

“工业４．０”都是在新一轮科技革命和产业变革背景下针对制造业发展提出的一个重要

战略举措。比较两个战略可以看出各有特点，除了技术基础和产业基础不同之外，还存在

战略思想等方面的明显差异。德国工业4.0为德国工业发展描绘了细致的发展蓝图，反映

了德意志民族特有的认真与严谨，在战略思想、基础研究、技术教育、政策机构和措施方

面有很多值得我们学习和参考。比较德国工业4.0与中国制造2025，一个重要的区别在于，德国工业4.0战略是一个革命性的基础性的科技战略。其立足点并不是单纯提升某几个工

业制造技术，而是从制造方式最基础层面上进行变革，从而实现整个工业发展的质的飞跃。因此，德国工业4.0战略的核心内容并不拘泥于工业产值数据这个层面上“量的变化”，

而更加关注工业生产方式的“质的变化”。相对于德国工业4.0，《中国制造2025》，则

强调的是在现有的工业制造水平和技术上，通过“互联网+”这种工具的应用，实现结构的

变化和产量的增加。这种区别就好比《中国制造2025》是在工业现阶段水平和思维模式上

寻求阶段内的改进和发展，德国则是寻求从工业3.0阶段跨越到工业4.0阶段，实现“质

的变化”。这种战略思想上的差别应该说是客观条件的反映，符合现实基础，但也说明中

国制造2025缺少战略上的理论深度和技术高度，也缺少市场上的感召力和影响力。

3.正确认识发达国家再工业化中的中国制造业

4.高度重视互联网+企业组织变革

“互联网+”是科技与经济的有机结合，在实施“互联网+”战略中，互联网+企业组织变革具有特别重要的意义，企业作为市场的重要主体和经济的细胞，除了利用互联网加强

与市场的互联和联系、推动网络化协同制造和服务之外，还要下大功夫增强内生动力，焕

发内部活力。如何利用信息技术改善重构生产要素，深化企业组织变革，创新生产方式，

提升资产质量和服务功能，适应市场需求和变化，是一个影响中国制造2025战略全局性的

问题。解答这个问题首先需要正确理解技术与组织的关系。技术结构与企业组织结构的关

系是相互促进和相互构建的过程，特别是互联网技术将企业的消费者、供应商、合作者和

企业员工等各种关系全部组织在电脑网络里，使信息的获取、处理、传递和应用变得高速

便捷，必然要求企业的生产方式、管理模式和组织机构做相应的调整和变革。在这种情况下，只有深化企业组织变革，将互联网技术和企业生产方式紧密联合起来，形成有效的信

息沟通反馈机制，才能实现技术与组织的良性互动，才能使互联网技术的发展为企业所需要，企业才能成为推动企业技术进步的主要力量。

3D打印

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属

或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技

术材料打印机来实现的。常在模具制造、

工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐

用于一些产品的直接制造，已经有使用这

种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪

支以及其他领域都有所应用。[1]

电控单元ECU

电控单元，又称为ECU

（Electrical Control Unit）。一般是

汽车内部系统控制模块的代名词。ECU的主要部分是微机，而核心件是CPU。ECU将输

入信号转化为数字形式，根据存储的参考

数据进行对比加工，计算出输出值，输出

信号再经功率放大去控制若干个调节伺服

元件，例如继电器和开关等。因此，ECU实际上是一个“电子控制单元”

（Electronic Control Unit），它是由输

入电路、微机和输出电路等三部分组成。

电控单元(ECU)是电控系统的核心，安装在

轿车右前轮罩后板处。

输入电路接受传感器和其它装置输入

的信号，对信号进行过滤处理和放大，然

后转换成一定伏特的输入电平。从传感器

送到ECU输入电路的信号既有模拟信号也

有数字信号，输入电路中的模／数转换器

可以将模拟信号转换为数字信号，然后传

递给微机。微机将上述已经预处理过的信

号进行运算处理，并将处理数据送至输出

电路。输出电路将数字信息的功率放大，

有些还要还原为模拟信号，使其驱动被控

的调节伺服元件工作。

目前在一些中高级轿车上，不但发动

机上应用ECU，在其它许多地方都可发现ECU的踪影。例如防抱死制动系统、4轮驱

动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都配

置有各自的ECU。随着轿车电子化自动化的提高，ECU将会日益增多，线路会日益复杂。为了简化电路和降低成本，汽车上多个ECU 之间的信息传递就要采用一种称为多路复

用通信网络技术，将整车的ECU形成一个

网络系统，也就是CAN数据总线。

2具体功能

电控单元，是电控汽油喷射系统的核

心控制元件。它实际上是一个微处理器。

它的作用是接受各种传感器送来的信号，

完成对这些信息的处理，并向各执行元件

发出相应的指令，使发动机的性能、燃油

消耗和废气排放都处于最佳的状态。

电控单元的具体功能有：

①喷油控制根据发动机进气量和转速，计算基本供油量，并根据压力和温度等信

息进行修正，向喷油器发出喷油指令。

②排气净化控制根据排气管中氧传感

器的信号，自动调整供油量，精确控制空

燃比。

③点火控制根据发动机温度和负荷，

计算最佳点火提前角。

④怠速控制根据水温、气温及各种附

件的负荷，控制怠速转速。

⑤其他控制增压、冷起动、爆震、废

气再循环、变缸工作转换、车速限制、自

动变速控制、自动诊断等。

3作用

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电控单元(ECU)是电控系统的核心,安

装在轿车右前轮罩后板处,主要由微处理器,程序存储器,供电电源电路及各种接口电路

组成。

当整车供电后,ECU开始不断地定时检

测备传感器及开关信号,并以此为依据,计

算出发动机各工况下的最佳供油量、最佳

点火正时、最理想的怠速等。经输出驱动

电路完戚对喷油器、点火组件、怠速直流

电动机和空调系统的控制。

ECU还不断地对电控系统中各零部件的功能进行随时检测。一旦发现故障,立即将

故障源以代码

的形式存储在ECU的指定单元中,并且

根据故障的类型决定系统是否进入“跛行”状态。与此同时,令“发动机故障警报灯”点亮,告诫驾驶员应尽快维修。

机器人控制系统

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

关键技术包括：

(1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。

(2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。

(4)网络化机器人控制器技术：当前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。

控制工程

控制工程普遍使用频域法（采用系统外部输入输出关系的频率域描述传递函数作为分析和设计的基础）和状态空间法（建立在状态变量描述基础上的对控制系统分析和综合的方法）。其理论和处理方法涉及许多方面，从线性控制到非线性控制，从单变量控制到多变量控制，从连续控制到采样控制，从定常控制到随机控制，从一般的反馈控制到自适应控制等。通常，电子计算机是实现大型控制工程的核心。控制工程的应用范围早期主要是工业生产过程（如化工、冶金、电气、纺织等）和武器系统（如枪炮等常规兵器，以及火箭、导弹等），后来扩展到企业管理、城市规划、交通管制、生物控制、社会经济的计划和控制等领域。

2概述

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控制工程是应用控制理论及技术,满足和实现现代工业、农业以及其他社会经济等领域日益增长的自动化、智能化需求的重要的工程领域。在工程和科学技术发展过程中，起着非常重要的作用。18世纪，近代工业采用了蒸汽机调速器，是自动控制领域的第一项重大成果。20世纪20年代，以频域法为主的经典控制技术在工业中获得了成功的应用。50年代，由于军事、空间技术以及现代设备日益增加的复杂性的要求，以状态空间法为主的现代控制理论应运而生。70年代，随着计算机技术的发展，为满足向可靠性和灵活性的要求，出现了集计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示等技术于一体的各类工业控制技术，如分布式控制系统(DCS)等。随着控制理论与其它学科相互交叉，并向社会经济系统渗透，以及现代制造业提出的以优质、快捷、低消耗为目标的控制要求，发展了具有大系统协调控制、最优控制以及决策管理的新模式和人工智能、模式识别相结合的智能控制系统。近年来又出现了集设计、制造、管理于一体的CIMS系统和以市场为核心广泛采用了各类先进控制技术的敏捷控制与制造系统。

控制工程是以控制论、信息论、系统论为基础，以工程应用为主要目的工程领域。其应用已遍及工业、农业、交通、环境、军事、生物、医学、经济、金融和社会各个领域。与机械工程、计算机技术、仪器仪表工程、电气工程、电子与信息工程等领域密切相关。

专业课分类（机、电、控）