在机电一体化教学中，教师和学生面临着一系列的制约因素，影响着教师的教学质量和学生的学习质量，要想提高机电一体化的教学水平首先要清楚的了解机电一体化教学的制约因素，只有清楚原因才能够对症下药，完美的解决问题。
1、教学方式的不成熟。现阶段机电一体化的教学方式的主体是教师，主要的模式是教师先对教学的教材进行充分的了解和研究，按照规定的教学计划进行对学生学习的内容进行备课，这样就造成了教师为了教学而进行教学，而学生是微课学习而学习，教师与学生都不能够真正的了解到机电一体化教学的内涵，他们主要是为了上级的各种检查做好工作，失去了教育的真谛，要让学生为了兴趣而学习，而不是为了学习而学习，这样的学习才会更加有效果。所以教师要在教育学生进行理论学习的同时也要做好实施研究工作，结合市场的需求对内容进行扩充，增加实训的项目，逐步改善教学方式。
2、应用教学的不普遍。在教学方法上说过教学内容要根据市场的需求进行扩充，所以在教学的过程中要逐步建立健全与市场需求相适应的教学体系，教师要按照市场的需求来培养社会所需要的工业技能型人才。教学中要根据机电一体化的发展趋势，结合实际情况展开教学任务。在机电一体化的教学中要加强计算机技术的教育，在现在社会中计算机的应用已经非常的普遍，人类社会也将复杂的工程都转化成了人机对话的形式，只有熟练地掌握计算机技术，才能在专业领域进行应用，以此让学生自身的专业化水平得到提高。
3、教学质量不高。机电一体化教育主要是为了培养专业的工业技能型人才，然而在现在的教学模式下，教师的教学质量并有达到预期的效果，在这种环境下学生只是一味的对课本的固定知识点进行学习，无法与实际社会生活相联系，理论知识只有真正的应用到社会实践中，才会充分发挥它的优势。中国传统的教学导致了教师教学质量的下降，这时候教师可以向国外的一些教师学习，学习他们先进的教学方法，提升自身的教学质量。机电一体化教学要注重理论与实际的相结合，将书面考试逐渐向理论实践进行转变，让学生在学习的过程中加强自身的参与感，和教师一起进行知识与实践相结合的学习。
二、机电一体化教学设施的改革
教学环境的好坏也影响着教师与学生的教学与学习，为了加强教师的教育和学生的学习，要对教学的设施进行不同程度上的改革，帮助学生更好的进行技能技术的学习，使他们能够更好的立足于将来的工作岗位。
1、对教学场所和学习基地的改革。教师的教学工具和学生的学习场所，都能够对教学效果产生很大的影响，为了保证学生更好的进行学习，学校要建立一个机电一体化进程的教学基地。机电一体化教学就要求学校本身应该具有先进的硬件条件，这样才能够让学生更好的进行学习。学校要加强多媒体教学设备的建设，多建立一些校内实习的基地，配备与专业课程相匹配的教学设备，可以根据用人单位的具体需求来进行针对性的学习，给学生营造一个类似于日后工作环境的教学环境，让他们将来能够更好的食用工作环境和工作岗位。
2、教学课程的改革。机电一体化的教学课程要与各阶段的目标任务相结合，可以通过在社会上进行工作的学生的经验，通过整理和分析，在教学中可以根据工作内容的不同，将工作中的任务作为教学中的任务，对学生进行有针对性的培养，当学生知道他们所学习的在将来的工作中可能会用到，这样就更能激发他们学习的欲望。教师要清楚地意识到，机电一体化是面向未来、面向世界的，要将教学的思路拓宽，明确教学的内容和方法，积极地对教学体系进行改革，促使学校的培养计划与社会发展的需求相适应。
【关键词】机电一体化；煤矿生产；监测监控；矿井运输；采煤机
1 机电一体化技术的概述
“机电一体化”（Mechatronics）是集机械、电子、计算机和信息技术等多种技术有机结合的一门交叉综合技术。机电一体化是在机械的主功能、动力功能和控制功能上引进计算机和电子技术，将机械装置和电子设备以及软件等紧密结合起来，相互渗透，相互融合而形成的一门新兴的综合技术。它的本质不仅是单纯地利用电子技术来简化或替代机械，更重要的是将机械系统、微电子和计算机技术、信息技术组成了最佳系统。
机电一体化技术具有下述优势：提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。机电一体化产品均具有自动监视、报警、诊断等功能，大大简化了操作步骤并且简单、方便；适用面广、生产能力强、工作质量高。机电一体化产品的各种自动功能适用于不同的场合和领域，应变能力强，很大程度提高了控制和检测的灵敏度和精度；具有复合功能、调整和维护方便。机电一体化产品具有复合技术和复合功能，它的它的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。
2 机电一体化技术的发展历程和趋势
总体说来，机电一体化技术经历了四个发展阶段：准备阶段，计算机的出现标准着机电一体化技术的产生。上个世纪六十年代，日本首先提出这个名词，但是限于当时的技术水平，该技术无法得到广泛的推广和应用；起步阶段，信息技术，微电子技术的发展成熟和第四代电子产品的商品化是机电一体化这一设想变成了现实，在这一时期，机电一体化的影响不断扩大，并取得了较大发展；发展时期，进入八十年代，机电一体化技术已为全世界学者所嘱目，机电一体化技术和产品已像雨后春笋般出现；蓬勃发展时期，九十年代至今，各种新技术出现并取得突破性的发展，日新月异的变化使机电一体化技术和产品扩展到人们生活的各个领域。
我国制造的机电一体化产品都具有智能化、程序化、信息化的特点，以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点，机电一体化产品的广泛应用减轻了劳动强度，提高了生产力水平，创造了巨大的经济和社会效益。然而，我国的机电一体化技术与发达国家相比差距还很大，其未来的发展趋势是：开发有自主知识产权的核心技术，研究具有自主知识产权的核心装置；增加产品的通信功能，以适应综合自动化的需要；开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等；机器人仍然是机电一体化技术今后研究的重点之一。
3 机电一体化技术在煤矿生产中的应用状况
3.1 在煤矿带式输送机中的应用
带式输送机是我国煤矿井下输送系统主要运输设备，具有长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点。因此，近几年来带式输送机已成为机电一体化技术的研究重点。由于煤炭产量的不断提高，长距离、大运量、高带速的带式输送机成为井下煤炭运输的主要设备，且多为大功率、多电机驱动，通常需要中压供电，因此对电机的驱动控制提出更高要求，主要有以下几点：
（1）启动电流要小，减少对电网的无功冲击，减少对机械设备的强烈冲击；
（2）电机的启动力矩要大，可重载启动；
（3）多电机驱动时的功率平衡及各电机的速度同步精度要高；
（4）起、制动过程要平稳，避免胶带和滚筒之间的打滑；
（5）驱动控制方式有利于节能降耗；
（6）使用方便、维护成本低，系统的运营效益高。
采用调压式软启动器、液力祸合器、CST可控软启动器中的任意一种启动皮带机，虽能解决或部分解决胶带机软启、软停问题，但实际使用中存在诸多问题，如调压式软启动器受其控制原理的限制，重载时往往不能启动、不具备调速功能；采用液力祸合器，电动机必须空载启动，启动电流大，对机械设备有冲击、多驱动电机的功率平衡不好解决、传动效率较低，调速范围窄，低速时能量损耗大；CST通过调节油膜间距实现软启动，但没有调速功能，不能实现过程控制，且油价昂贵，维护费用高等缺点。
可见，带式输送机运输中还存在诸多问题，有关机电一体化在带式输送机中的应用问题，尚需进一步研究。
3.2 在矿井安全生产监测监控系统中的应用
矿井安全生产监控系统是最能体现煤矿机电一体化的技术之一。我国监测监控技术应用较晚，，20世纪80年代初，原国家煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作，此举大大促进了国内监控技术的发展。先后从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200），在部分煤矿中应用；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，研制出KJ2，KJ4等系统并通过了鉴定。20世纪90年代以来，紧跟世界监测监控系统的发展潮流，我国自行研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统，如煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的KJ95系统等，它们的主要特点是：测控分站的智能化水平进一步提高；具有网络连接功能；系统软件采用了Windows操作系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”12字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。自此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，不仅为各煤矿提供了更多的选择机会，且促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。经过多年的实践表明，安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。
对我国现有煤矿监测监控系统及配套传感器等设备的现场应用效果进行综合评价，煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90、天地科技股份公司常州自动化分公司的KJ95、煤炭科学研究总院抚顺分院的KJF2000 和北京瑞赛公司的KJ4， KJ2000 等系统无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。
3.3 在采煤机上的应用
1970 年，我国自主设计制造装配了第一套综合机械化采煤工作面，并在大同矿务局进行试验使用，一直试验使用到80 年代后期，这项技术的使用标志着我国的煤矿综合机械化采煤有了重大的突破性发展，推动了煤矿自动化的发展进程，同样，采煤机也由液压牵引开始转向电牵引；液压支架的控制系统也逐渐向计算机化发展，以计算机为核心，采用电液控制，移架自动化得以实现。另外，对工作面刮板运输机也进行了微机监控装置的配置， 实现计算机自动化控制。机电一体化技术在综合机械化采煤中的应用，使设备动作趋于协调，且安全性、可靠性大为提高，操作性能更加完善，为煤炭企业带来了更高的经济效益。
4 煤矿机械中机电一体化技术应用的意义
4.1 提高劳动效率
机电一体化产品的应用使过去落后的生产方式得到极大的改变，大量新型自动化电子设备的使用彻底转变了煤矿的作业模式，明显降低了工人的劳动强度，大幅提升了劳动生产率，极大地提高了劳动效率。
4.2 提高了矿山开采的经济效益
机电一体化不仅是机械设备上的一次全新的进步，同时也给煤矿带来了前所未有的进步，一方面采煤量有了很大程度的提高，其次，煤矿工人的劳动强度适当得到了减轻；再次，机电一体化在煤矿中的应用，降低了矿山的开采费用，使煤矿的经济效益得到了增加，同时还带动了相关产业的发展，在很大程度上推进了地方经济的进步。
4.3 提高了安全的煤矿开采工作环境
煤矿工作本身就是一个高危险性的工种，每年煤矿的事故都会有所发生，煤矿的工作安全性时刻危及着人们的生命财产的安全，机电一体化技术在煤矿中的应用，在很大程度上降低了事故的发生率，不仅在一定程度上提高了工作效率，还在安全方面有了很大的保障。
参考文献：
由于旋盖的螺纹长度较长和螺纹成型后脱模力较大，与常规的脱模机构不同，图4模具采用电机驱动链轮使螺纹型芯旋转的方法来实现自动脱模。
模具结构特点：（1）常规的三板模结构，1模2腔，侧浇口进料。（2）无拉料杆和推杆装置，在弹簧力的作用下通过浇口推板将主流道凝料从定模板上推出，模具结构简单。（3）模具工作可靠，操作方便，自动化程度高。（4）脱螺纹机构的主要零件有：电机、链轮、链条、推力轴承、深沟球轴承、接近开关、中间继电器、时间继电器等。模具的工作过程为：模具合模、注射、保压、冷却过程结束后，模具开模，动模开始向后运动，浇口推板18在弹簧17的作用下，将主流道凝料和塑件从动模上推出。动、定模开模到一定距离，注塑机顶杆通过动模座板16的顶出孔进入模具，使接近开关22受到感应，并发信号给中间继电器19，启动电机26。
电机通过主动链轮24、链条14带动从动链轮8旋转，螺纹型芯7在推力轴承5和深沟球轴承6的配合下作旋转运动。塑件与型芯在相对旋转运动的作用下实现自动脱模。当时间继电器20到时后自动断电，电机停止运转，型芯同时停止旋转，模具的一个工作循环过程结束。
模具中采用的机电一体化控制系统包括电器控制、机械传动和动力元件三大部分。电器控制部分功能上包括：信号采集、信号传递和信号控制；机械传动的类型有：齿轮传动、链传动、蜗杆传动、螺旋传动以及常用机构等。动力元件有：电机、液压泵和气压泵。下面主要对电器控制元件的功能和作用进行介绍。
信号采集元件信号采集元件可分为：接近开关（见图5）、光电开关（见图6）、信号传感器等。图4模具中使用接近开关作为信号采集元件。接近开关是一种无需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而触发交流或直流电器工作或给计算机装置提供控制指令。光电开关是利用被检测物对光束的遮挡、吸收或反射，检测物体有或无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号发出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
信号传递元件图模具中采用中间继电器（见图7）作为信号传递元件。中间继电器是用来传递信号或同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电机或其他电气执行元件。继电器的工作原理是：当某一输入信号（如电压、电流、温度、速度、压力等）达到预定数值时，使它动作，以改变控制电路的工作状态，从而实现既定的控制或保护的目的。在此过程中，继电器主要起传递信号的作用。
模具结构特点:(1)常规的三板模结构,1模2腔,侧浇口进料。(2)无拉料杆和推杆装置,在弹簧力的作用下通过浇口推板将主流道凝料从定模板上推出,模具结构简单。(3)模具工作可靠,操作方便,自动化程度高。(4)脱螺纹机构的主要零件有:电机、链轮、链条、推力轴承、深沟球轴承、接近开关、中间继电器、时间继电器等。模具的工作过程为:模具合模、注射、保压、冷却过程结束后,模具开模,动模开始向后运动,浇口推板18在弹簧17的作用下,将主流道凝料和塑件从动模上推出。动、定模开模到一定距离,注塑机顶杆通过动模座板16的顶出孔进入模具,使接近开关22受到感应,并发信号给中间继电器19,启动电机26。
电机通过主动链轮24、链条14带动从动链轮8旋转,螺纹型芯7在推力轴承5和深沟球轴承6的配合下作旋转运动。塑件与型芯在相对旋转运动的作用下实现自动脱模。当时间继电器20到时后自动断电,电机停止运转,型芯同时停止旋转,模具的一个工作循环过程结束。
模具中采用的机电一体化控制系统包括电器控制、机械传动和动力元件三大部分。电器控制部分功能上包括:信号采集、信号传递和信号控制;机械传动的类型有:齿轮传动、链传动、蜗杆传动、螺旋传动以及常用机构等。动力元件有:电机、液压泵和气压泵。下面主要对电器控制元件的功能和作用进行介绍。
信号采集元件信号采集元件可分为:接近开关(见图5)、光电开关(见图6)、信号传感器等。图4模具中使用接近开关作为信号采集元件。接近开关是一种无需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关,当物体接近开关的感应面到动作距离时,不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作,从而触发交流或直流电器工作或给计算机装置提供控制指令。光电开关是利用被检测物对光束的遮挡、吸收或反射,检测物体有或无。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号发出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
信号传递元件图模具中采用中间继电器(见图7)作为信号传递元件。中间继电器是用来传递信号或同时控制多个电路,也可直接用它来控制小容量电机或其他电气执行元件。继电器的工作原理是:当某一输入信号(如电压、电流、温度、速度、压力等)达到预定数值时,使它动作,以改变控制电路的工作状态,从而实现既定的控制或保护的目的。在此过程中,继电器主要起传递信号的作用。
关键字：机电一体化；技术；发展
1 机电一体化的基本概念
机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科；其次，机电一体化是一个发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术：Computer、Communication和 Control Technology）“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的简单叠加。
2 机电一体化的核心内容
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，要了解机电一体化，必须从以下几方面着手：
（一） 机械技术
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，利用其它高、新技术来，来提高其各项性能，满足更广的需求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。
（二） 计算机与信息技术
凡是能扩展人的信息功能的技术，都是信息技术。可以说，这就是信息技术的基本定义。它主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。
（三） 系统技术
系统技术即以整体的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，它是实现系统各部分有机连接的保证。
（四） 自动控制技术
自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。
（五） 传感检测技术
传感技术是把各种量转变成可物理识别的信号进行输出，检测就是指人员对可是别的信号进行处理的过程。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。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。
3 机电一体化的发展趋势
（一）绿色化
在人们越来越追求生活质量和生活品质的今天，绿色环保成为了人们生活关注的焦点，随着社会进步和近年来人们对生态保护意识的重视和加强，绿色产品概念也将成为时展的必然！绿色理念倡导消费者在与自然协调发展的基础上,从事科学合理的生活消费,提倡健康适度的消费心理,弘扬高尚的消费道德及行为规范,并通过改变消费方式来引导生产模式发生重大变革,进而调整产业经济结构,促进生态产业发展的消费理念。机电一体化技术也顺应了绿色理念，机电一体化产品在人们的生活使用时不会对环境造成污染或者污染远远小于传统的产品，而且在产品报废后，其零件还能被再利用和再加工，资源利用率得到了大幅度的提高，达到节约资源的目的。
（二）智能化
智能化是21世纪机电一体化发展的一个显著特点，它由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能集合,随着信息技术的不断发展，其技术含量及复杂程度也越来越高，智能化的感念开始逐渐渗透到各行各业以及我们生活中的方方面面，同样，机电一体化的智能化研究也在各个国家普遍开展。这里所提到的 “智能化”是指机器本身所具有的特性，它是在运用控制理论的基础上，结合计算机技术、精细化制造、运筹学等新学科、新技术和新方法，通过使机器模仿人类所具有的一些能力，如思维、推理、决策等，可以在一个比较复杂的工作和困难的环境中代替人类去工作。
（三）网络化
网络技术的发展是计算机技术发展的里程碑，网络技术的发展不仅推动了人类的科学技术的发展,同时给人们的学习,工作和生活带来重大的改变，同时，也深刻的影响着机电一体化技术的发展。其中最重要的影响就是对机电一体化设备的网络控制，控制的终端设备就是机电一体化产品。
（四）微型化
微型化也是机电一体化未来发展的趋势之一，尤其是近10年来，由于包括纳米级的精密机械研究成果、分子层次的现代化学研究成果、基因层次的生物学研究成果，以及高精密超性能特种功能材料研究成果和全球网络技术推广应用成果等在内的一大批当代最新技术成果的竞相问世，使得机电一体化领域朝着微型化有了质的发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,可进入一般机械无法进入的空间，并易于进行精细操作，因此在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。因此在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。
关键词：IHK考证导向；机电综合应用技术；教材开发
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）05-0150-02
德国的“双元制”是一种成功的职业教育模式。近年来，国内一些职业院校在“双元制”的本土化改革方面进行了较为成功的探索和实践，提升了职业教育的质量水平。
目前，实施“双元制”教育的院校大都将德国工商联合会（IHK）的“双元制”职业资格考试纳入教学培训体系中，采用培训一体化“双元制”课程模式。在这种课程模式下，专业综合课程的教学内容和教学过程如何与IHK考证相衔接是一个亟须解决的问题。
《机电综合应用技术》教材是对应于机电一体化技术专业综合课程《机电一体化技术及应用》编写的。如图1所示，这门课程涉及机械、电子、自动控制以及计算机相关理论知识和实践能力的综合运用，通常要在IHK考证之前完成教学。教材作为教学内容的载体，是教学过程实施的基础，对于课程教学目标的实现起到关键作用。有必要以IHK考证为导向，确定合适的教材内容及合理的教材内容组织形式，以提高机电一体化专业综合课程的教学过程与IHK考证的衔接程度，最终实现本门课程的教学目标。
以IHK “机电一体化工”考证为例，深入分析IHK考证的过程和内容，确定以IHK考证为导向的《机电综合应用技术》教材的具体内容及其组织形式。
IHK“机电一体化工”考证分析
考试包括中期、毕业两次，由笔试、操作、口试三部分组成，以现实的工作任务、工作情境和工作过程为基础，考核学生的基本职业能力，根据实际工作任务解决企业实际问题的专业能力及应变能力，关注经济、社会、生态、法律等方面问题的社会能力和沟通能力等。
下面是某次“机电一体化工”中期考试的试题内容的简要描述。
概述 中期考试中您有7个小时的时间，要完成以下任务：完成理论部分答卷、完成并运行机电一体化系统、完成对机电一体化系统的测量、和考官进行面谈交流。为此，您得到以下材料：工作任务描述；理论部分“基础知识和工作计划”；弯曲装置的图纸；零件图；机电一体化系统的总装图；连接图；电气控制（电路图、气动接线图）；电气控制图（运行图）；控制程序；工作页――运行和测量技术1与运行和测量技术2。
理论部分 完成理论部分试卷，答完后交给监考官。
实施阶段 您的任务是：完成一个功能完全的机电一体化系统；根据提供的材料完成工作，并认真计划工作流程。任务描述如下：（1）机械部分：按照图纸加工组装一个钢珠分拣装置；零件的标记。（2）电子技术/电工技术：部分提前组装的电子元件的布线和连接；元件的标记。（3）控制技术（气动）：气动和电动元件的组装；提前和最终组装的元件的接管、布线和连接；元器件的标记。
系统的运行和测量 在完成机电系统组装后，独立完成工作页“运行和测量技术1”和“运行和测量技术2”。运行和测量只允许在有监督的情况下进行。
考试中的面谈交流 在考试期间，考试委员会的考官会与你进行一次面谈。回答他们的问题，言简意赅地回答即可，并要向考官显示：你能够准确描述实情和进行符合场景的谈话。
机电系统的功能描述 本机电系统能够分拣钢珠，具体功能是：工作压力降到5巴以下，每一个工作步骤结束，设备停止处于这一状态；重新达到5巴，继续下一步工作。（1）主开关S0控制开和关。压力开关1B4达到5巴的压力，保护罩放下处于闭合状态，此时显示装置处于准备状态，P1灯亮。（2）开关S1可以在手动和自动间切换。当开关S1在“0”位置上，装置处于手动运行状态，P2灯亮；当开关S1在“1”位置上，装置处于自动运行状态，P2灯灭。（3）手动运行的过程。选择开关S1不开动（位置“0”），控制处于准备状态。活塞杆位于前部重点的基本位置。按下S2按钮，活塞杆可以驶进或驶出。（4）自动运行的过程。选择开关S1开动（位置“1”），控制处于准备状态。活塞杆位于前部重点的基本位置。按下S3按钮，活塞杆分别进行向前和向后运动（两次循环）。自动运行可以通过按S1按钮倒回到手动运行来停止。
对上述试题内容进行分析可以看出，IHK考证包含考生要完成的机电系统的功能描述、考生的工作任务描述、工作任务实施及工作的检查与评估这些内容，IHK考证过程与学生未来职业岗位的工作过程是高度一致的。要想在专业综合课程的教学过程中能够与IHK考证要求高度协调，学生在参加IHK考证前就得到相关内容和形式的训练，作为教学内容载体的教材必须反映出IHK考证的内容要求及其过程形式。
《机电综合应用技术》教材的内容及其组织形式
对目前机电综合应用技术类教材的分析 本门课程涉及的内容是学生专业学习的关键，涉及的专业内容复杂，教与学的难度都很大。确定合适的教材内容及其合理的组织形式对于编著者来说是一个很大的挑战。一些编著者进行有益的探索和实践，出版了相应的教材，在一定程度上满足了教学之需。但在达到高职人才培养的目标要求及凸显高职教材特色等方面仍存在一些较为明显的不足之处：（1）在教材内容选取方面过于强调知识的系统性，基础理论的分量过重而实践技能所占比例偏低。主要原因在于编著者缺少对应用机电一体化技术进行研发、设计和生产过程的深入了解和把握，缺乏对“机电一体化工”工作岗位所需要的知识、技能和技术素养的综合分析和高度凝练。另外，教材内容较少反映信息技术在机电系统中的应用。（2）在教材内容的组织形式方面，多是以传统的学科中心课程方式来组织教材内容，注重学科知识的全面化、系统化，力图使学生掌握该课程涉及的全部知识。这样的内容组织形式，使学生难以建立起所学知识与所从事的职业之间的联系，难以将学科知识转化为工作岗位的职业行动能力。同时，编著者对教材内容雕琢得不够细致，使得教材只承担专业知识的表述功能，而缺乏与“机电一体化工”工作岗位的职业关键能力相关的工作任务的组织与表述。总之，以现有的教材为教学内容和教学组织的载体，不便于实施行动导向教学设计，较难完成课程的任务要求。
《机电综合应用技术》教材内容的组织形式 如图2所示，尽管IHK考证过程与学生未来职业岗位的工作过程具有高度的一致性，但是IHK考证并不能实现囊括学生未来职业岗位所需的全部知识、能力和素质要求，使学生获取IHK资格证书不能作为教学的最终目标。因此，《机电综合应用技术》教材的内容要以IHK考证要求为导向来确定，而又不能囿于IHK考证的内容；教材内容的组织形式应尽量贴合IHK考证的过程形式，以方便实施行动导向教学设计和实现课程教学目标为最终的目标来构建。
开发出的《机电综合应用技术》教材内容组织形式的体例如下所述。
* 知识与能力目标描述
* 机电系统的功能描述
* 系统的结构与组成描述（文字、图片、图纸等）
* 系统的功能描述
* 工作任务描述
* 理论知识引导
* 引导问题1
* 引导问题2
……
* 引导问题n
* 工作任务实施
* 步骤1
* 引导文
* 步骤2
* 引导文
……
* 步骤n
* 引导文
* 工作的检查与评估
* 知识与能力扩展
* 思考与练习
教材内容的组织形式以任务为驱动来展开，为教与学提供基本的素材，便于教师进行行动导向教学设计与实施。在理论知识引导部分，考虑到高职学生的特点，以设置引导问题的方式来展开描述完成工作任务所需的理论知识基础。设置工作的检查与评估部分，是为了使学生预先明确知晓完成工作任务要遵照的标准和要求，在工作任务实施阶段就能够按照标准和要求进行工作。
《机电综合应用技术》教材的内容 从研发、设计、生产过程及IHK考证中提炼出机电综合技术应用的典型工作项目，作为教材的内容。
* 模块一：认识机电一体化系统
* 任务一：CNC雕刻机的构建
* 模块二：机电一体化系统应用初级训练
* 任务一：普通电机自动控制系统的制作
* 任务二：巡迹机器人的操纵
* 模块三：机电一体化系统应用中级训练
* 任务一：自动折弯机的制作
* 任务二：钢珠自动分拣机的制作
* 任务三：自动送螺母系统的制作
* 模块四：机电一体化系统应用高级训练
* 模块化自动生产线的调试与运行
* 遥控操纵移动机器人系统的设计
* 基于传送带的自动输送装置的制作。
可以看出，教材内容的设计是面向发展学生的职业行动能力，根据难度分级递进，而不再是简单的知识表述。在设计具体内容时，教材内容融进最新的机电一体化技术的应用。
结语
IHK考证为教材内容及其组织形式的设计提供很好的导引，但是，职业教育的教学目标最终面向的是学生未来工作岗位的要求。因此，仍然需要围绕学生未来工作岗位的知识、能力和素质要求进一步完善教材的内容及其组织形式。
参考文献：
[1]姜大源．职业教育立法的跨界思考―基于德国经验的反思[J]．教育发展研究，2009，（19）：32-35．
[2]魏晓锋，张敏珠，顾月琴．德国“双元制”职业教育模式的特点及启示[J]．国家教育行政学院学报，2010，（1）：92-95．
[3]孙兴伟，孙雁．让“双元制”接轨中国职业教育[J]．职业，2010，（4）：7-8．
[4]逯长春．德国“双元制”高职教育课程模式探析[J]．天津职业大学学报，2010，（6）：21-24．
[5]梁景凯，盖玉先．机电一体化技术与系统[M]．北京：机械工业出版社，2007．
[6]隋秀凛．机电控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2007．
［关键词］ EDA技术 电子系统 仿真
二十世纪后半期，随着集成电路和计算机的不断发展，电子技术面临着严峻的挑战。由于电子技术发展周期不断缩短，专用集成电路(ASIC)的设计面临着难度不断提高与设计周期不断缩短的矛盾。为了解决这个问题，要求我们必须采用新的设计方法和使用高层次的设计工具。在此情况下，EDA(Electronic Design Automation即电子设计自动化)技术应运而生。随着电子技术的发展及缩短电子系统设计周期的要求，EDA技术得到了迅猛发展。
一、EDA技术的定义及构成
所谓EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统。它是以计算机为工作平台，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以EDA工具软件为开发环境，以大规模可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)为设计载体，以专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、单片电子系统SOC(System On a Chip)芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程 [J]。在此过程中，设计者只需利用硬件描述语言HDL(Hardware Description language)，在EDA工具软件中完成对系统硬件功能的描述，EDA工具便会自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。尽管目标系统是硬件，但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。
现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。EDA技术研究的对象是电子设计的全过程，有系统级、电路级和物理级各个层次的设计。EDA技术研究的范畴相当广泛，从ASIC开发与应用角度看，包含以下子模块：设计输入子模块、设计数据库子模块、分析验证子模块、综合仿真子模块和布局布线子模块等。EDA主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，然后从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，在方框图一级进行仿真、纠错，并用VHDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。
二、EDA技术的发展
EDA 技术的发展至今经历了三个阶段：电子线路的CAD是EDA发展的初级阶段，是高级EDA系统的重要组成部分。它利用计算机的图形编辑、分析和存储等能力，协助工程师设计电子系统的电路图、印制电路板和集成电路板图。它可以减少设计人员的繁琐重复劳动，但自动化程度低，需要人工干预整个设计过程。
EDA技术中级阶段已具备了设计自动化的功能。其主要特征是具备了自动布局布线和电路的计算机仿真、分析和验证功能。其作用已不仅仅是辅助设计，而且可以代替人进行某种思维。
高级EDA阶段，又称为ESDA (电子系统设计自动化)系统。过去传统的电子系统电子产品的设计方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式，设计者先对系统结构分块，直接进行电路级的设计。EDA技术高级阶段采用一种新的设计概念：自顶而下(TOP-Down)的设计程式和并行工程(Concurrent Engineering)的设计方法，设计者的精力主要集中在所设计电子产品的准确定义上，EDA系统去完成电子产品的系统级至物理级的设计。此阶段EDA技术的主要特征是支持高级语言对系统进行描述。可进行系统级的仿真和综合。
三、基于EDA技术的电子系统设计方法
1.电子系统电路级设计
首先确定设计方案，同时要选择能实现该方案的合适元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图。接着进行第一次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析和瞬态分析。系统在进行仿真时，必须要有元件模型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后，根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线。在制作PCB板之前还可以进行后分析，包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析和可靠性分析等，并且可以将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，也称为后仿真，这一次仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。
可见，电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生之前，就可以全面了解系统的功能特性和物理特性，从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段，不仅缩短了开发时间，也降低了开发成本。
2. 系统级设计
系统级设计是一种“概念驱动式”设计，设计人员无须通过门级原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能描述。由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中于创造性概念构思与方案上，一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。
系统级设计的步骤如下：
第一步：按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。
第二步：输入VHDL代码，这是系统级设计中最为普遍的输入方式。此外，还可以采用图形输入方式(框图、状态图等)，这种输入方式具有直观、容易理解的优点。
第三步：将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。对于大型设计，还要进行代码级的功能仿真，主要是检验系统功能设计的正确性，因为对于大型设计，综合、适配要花费数小时，在综合前对源代码仿真，就可以大大减少设计重复的次数和时间，一般情况下，可略去这一仿真步骤。
第四步：利用综合器对VHDL源代码进行综合优化处理，生成门级描述的网表文件，这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对ASIC芯片供应商的某一产品系列进行的，所以综合的过程要在相应的厂家综合库支持下才能完成。综合后，可利用产生的网表文件进行适配前的时序仿真，仿真过程不涉及具体器件的硬件特性，较为粗略。一般设计，这一仿真步骤也可略去。
第五步：利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。
第六步：将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片FPGA或CPLD中。如果是大批量产品开发，通过更换相应的厂家综合库，可以很容易转由ASIC形式实现。
四、前景展望
21世纪将是EDA技术的高速发展时期，EDA 技术是现代电子设计技术的发展方向，并着眼于数字逻辑向模拟电路和数模混合电路的方向发展。EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域随着集成电路技术的高速发展，数字系统正朝着更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系统级芯片(SoC，System on Chip)方向发展，借助于硬件描述语言的国际标准VHDL和强大的EDA工具，可减少设计风险并缩短周期，随着VHDL语言使用范围的日益扩大，必将给硬件设计领域带来巨大的变革。
参考文献：
[1]谭会生，张昌凡.EDA技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.
[2]李经智.EDA技术及其应用[J].齐齐哈尔大学学报，2006.
