時間：2023-03-27 16:48:57
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(一)發展歷程
在機械電子工程發展初期，主要體現為手工制作，生產力水平較低，資源技術等對其發展產生制約。為了提升生產效率，逐漸朝著機械工業方向發展。在生產線階段，機械工程己逐漸發展到流水線生產，實現標準化大批量生產，.這一生產模式使勞動力得到解放，生產力水平大大提升，同時生產效率也得到提高。但是仍然存在一些不足，比如，部分生產仍就以進口為主，生產成本較大，在市場方面缺少適應力舀靈活性較差，難以滿足不斷變化的市場需求。
在機械電子產業發展階段中，產品生產能夠適應市場的需求，對于不斷變化的產品需求產業化發展能夠滿足。
(二)機械電子工程主要特征
機械電子工程是復雜綜合性學科，同各類學科之間都有著密切的聯系。機械電子工程發展要以計算機、電子以及機械為基礎，結合其他學科做出合理、科學的設計。在設計的過程中，要求每一個模塊都能夠實現有機結合，進而使得各個模塊都能將其最大優勢發揮出來。機械電子產品內部結構簡單明了，并不復雜，無需復雜原件的投入，這樣能在一定程度上使產品性能得到提升，進而擴大消費市場，
二、人工智能簡述
人工智能是一門復雜，并且綜合性較強的學科，所涉及到的學科比較多。也可以說，21世紀人工智能是最偉大學科之一。人工智能實現了對人的智能模擬，并且能通過計算機使認得智能化得到進一步的延伸，人工智能這門學科有著較好的發展潛力。人工智能在發展的過程中主要經歷下列幾個階段。
初步階段。人工智能在17世紀開始發生萌芽，法國在這一階段成功誕生世界上的第一部計算機，這一計算器只是單純的能進行加法簡單運算，但是仍就轟動世界，進而在世界范圍內，對這項技術開始進一步研究。在最初階段，人工智能并沒有明顯的進展，主要是在實踐的過程中積累與總結知識，這為今后人工智能發展奠定堅實的基礎。
發展初始階段。美國人在二十世紀首次提出人工智能專業用語。在這個發展階段，人工智能主要以證明與闡釋為主要體現，在這一時期對于人工智能的研究就是首要任務。
發展起伏階段。隨著人們對于人工智能的不斷深入研究，人工智能也處于持續的發展階段，但是在實踐過程中發現，要想使人工智能模仿和人類思維同步是非常困難的。大部分對于人工智能的科學研究僅僅是停留于簡單映射層面，.對于邏輯思維的研究仍就沒有突破性進展。不論怎么說，在發展的起伏階段，人功能智能也在發展中得到了技術創新，特別是在系統方面、計算機機器人以及語言掌握方面取得了較大的成就.
起伏階段發展以后。在這一階段，人工智能的相關研究得到了發展，尤其是第五屆國際人工智能聯合會議的召開，人工智能逐漸朝著知識層面的方向發展，大部分的人工智能研都會結合相應的知識工程，在這個階段中，人工智能發展的高度是前所未有的，在一定程度上促進了人工智能應用于實際工程中。
穩步發展階段。隨著互聯網技術的快速發展，對于人工智能研究方向發生重大轉變，由原本的單一主體朝著集中統一主體的方向發展。關于人工智能在實際中的運用以及研究，受到了互聯網技術的影響。網絡的普及與快速發展，在一定程度上促進了信息化的發展，信息在傳送方面發生率重大性變革。在人們逐漸進入信息化社會后，在信息有效處理方面人工智能的發展起到了重要的作用，在模擬設計方面，機械電子工程的發展需要人工智能的大力支持。
三、機械電子工程與人工智能之間的關系
隨著我國社會經濟的持續發展，社會不斷的進步，對于信息人們越來越重視。在21世紀，互聯網技術得到快速發展，同時信息的傳遞也逐漸注入新鮮血液?；ヂ摼W應用的普及說明人們正朝著信息時代的方向邁進，在社會逐步信息化以后，更加需要有人工智能這一技術的支持，特別是機械電子工程發展中有著重要作用，機械電子系統本身缺少一定的穩定性，這樣在機械電子工程設計方面就有著較大阻礙存在。在現代社會中，信息的處理量持續增大，并且較為復雜，有些時候需要同時對不同類型的信息進行處理，所以需要采取人工智能的支持才能完成信息處理。人工智能主要包含模糊推理系統、神經網絡系統這種兩種方法。神經網絡系統傾向于對人腦結構的綜合分析，模糊推理系統更加重視對于語言信號的分析與理解。隨著現代社會的發展，僅僅采取單一的人工智能方法，明顯己經無法適應目前社會中不斷變化的市場需求，所以，對于人工智能相關問題的研究正逐漸朝著多方位、全面的人工智能方向轉變。多方位全面人工智能系統通過模糊推理系統和神經網絡系統相互統一的方式，揚長補短，將二者有效的結合起來，使得二者的優勢得到最大程度的發揮。
工程機械化是人類生產文明進步的重要表現，從生產力角度工程機械化是實現生產力提升的直接標志。從廣義角度上講工程機械化就是工程建設施工實現了機械設備替代人力勞動，其是對工程建設施工過程中所有應用機械設備的總稱。工程機械制造作為制作用于工程建設的機械設備施工環節，其所制作的機械設備種類眾多，例如運輸機械、起重機械、礦工冶金機械等等。在國家經濟發展過程中，機械制造水平在一定程度上顯示了該國家的科技發展水平，也就是說一個國家的機械制造水平很大程度上影響了國民經濟發展。目前，我國已經實現了工程機械化發展，但相比于發達國家還有一定的差距，這在一定程度上影響了機械制造業水平的發展與進步，同時也影響了我國國民經濟的進一步發展。相對來看，我國在機械制造發展方面還具有相對廣闊的發展空間和前景，為此我們應該充分發揮國內機械制造業的潛力，以實現對我國機械制造水平地提升。
1.2機電自動化
機電自動化是一門綜合性的機電技術類型，其是機電技術實現科技化發展的重要標志。從機電工程本質上講，其本身就屬于科技化發展產物，而機電自動化則是實現了機電工程全面科技化的發展。從當前的社會發展狀態與情況來看，機電自動化發展是現代化生產環節中不可或缺的一部分。在科學技術的發展背景下，各個專業之間相互滲透、交叉越來越頻繁，機電自動化就是專業交叉的重要產物，其引領了工程領域中的技術革命。在計算機技術發展迅速的科技背景下，電子技術對工程領域中的工業控制、生產方式革新、企業內部管理與成本控制均產生了重要影響，所以說機電自動化技術的發展是實現人類機械電子設備發展的重要里程碑。
2機電自動化在工程機械制造中的應用分析
機電自動化發展作為科學技術在制造業當中的重要發展標志，其所能夠為社會生活帶來的不僅是機械設備制造技術上的發展與進步，更是推動社會生產力水平向科技化、高效化發展的重要支持。隨著機電自動化在機械系統設計、調試等方面的應用，其對工程機械制造業的發展及效益提升帶來了重要推動。文章選擇機電自動化在工程機械制造中最常見的集中技術進行分析。
2.1集成自動化技術
集成自動化技術是指機械制造中對各類生產經營、技術功能的集成性發展。在傳統技術模式下，實現對機械制造技術的集成化發展是不切實際的，但隨著信息技術的逐步完善與應用，集成自動化技術不僅得以實現，還成為了機械制造過程中使用最普遍的技術內容。隨著市場經濟體制地到來，機械制造業地競爭越來越激烈，為了能夠在市場競爭中站穩腳跟，很多機械制造企業開展技術研究與發展，通過將電子計算機輔助設計技術、數控教工技術以及企業管理系統等多種技術與系統內容引入到企業的機械生產制造系統中，得到了非常顯著地發展，并成為了機械制造業當中企業的發展潮流，CIMS工程應用的有效保持，在提升機械制造企業的生產能力和市場競爭里的基礎上，也實現了集成自動化技術地有效發展。
2.2柔性自動化技術
所謂“柔性自動化技術”是以數控技術為核心，在融合其他先進技術的前提下而建立起的新興技術類型。從生產與操作過程方面來看，柔性自動化技術能夠實現機械制作與生產全自動化發展。在柔性自動化技術當中，包括機械設備的材料準備、制作、生產等一系列生產行為都由計算機來予以控制和操作。相比于傳統人力機械生產模式，柔性自動化技術不僅能夠在計算機技術的精確控制下，保證機械設備生產、制作過程中的各項生產行為、尺寸的準確性，同時還能大大減少對勞動力的應用，實現了對生產成本的有效控制，并在此基礎上實現生產效率地有效提升，在確保機械設備生產秩序的基礎上，提高生產效益。無論是從機械制造業未來發展角度考慮，還是制造企業的效益提升角度分析，柔性自動化技術都將成為機械設備自動化生產的主流模式。
2.3智能自動化技術
智能自動化技術即智能華機電自動化技術，其是在計算機技術發展支持下，通過利用計算機智能系統對人類行為地模擬，從而替代人類去進行機械設備的生產操作及相關行為。從表面上看智能自動化技術與柔性自動化技術有一定的共同性，但智能自動化技術要比柔性自動化技術更高級，相比于柔性自動化技術而言，智能自動化技術能夠通過對人類行為地模仿，來提高自身的工作能力，并對生產行為產生一定的判斷力，這是柔性自動化技術所不具備的優勢。智能自動化技術在機械設備制造中的應用，能夠更進一步提升機械制造行為的準確性，并保證這一行為能夠始終保持在一個高水平狀態之上。需要注意的是由于智能自動化技術需要人工操作來作為主觀工作支持，因此要經常對智能自動化技術進行維護，以確保智能自動化技術的良好工作狀態。
3注意事項
雖然機電自動化在機械制造中展現出了多方面的優勢，但針對當前的機電自動化水平來看，其仍存在諸多不足，因此在實際應用過程中，要做好以下幾方面的控制：（1）規范應用流程。機電自動化在為機械制造提供支持是建立起機電自動化設備、系統軟件的規范安裝與應用前提下的，為此企業必須要嚴格按照機電自動化要求進行工作，避免操作不當而為企業帶來不必要的損失；（2）做好質量控制。機電自動化在機械制造當中的應用，確實能夠為機械制造帶來重要幫助，但企業必須要保證其所制造出來的機械設備質量符合質檢與應用要求，否則機電自動化為工程機械制造帶來的進步意義都是空談。
現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。
一、機電一體化概述
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。
二、機械制造技術的發展
在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體。機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。
三、機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為三個階段：
(1).20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。
由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。
(2).20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。
(3).20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。 轉貼于 中國論文下載中心
四、機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：
1.智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。
2.模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情
3.網絡化
網絡化由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
4.微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。
現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。
1機電一體化概述
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2 機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。
3 機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：
3．1 智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。 轉貼于
3．2 模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。
3．3 網絡化
由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品?，F場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3．4 微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3．5 環保化
工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3．6 系統化
未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。
現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。
1機電一體化概述
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。
機電一體化發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
2機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為三個階段：（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。（2）20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。
我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。
3機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面：
3．1智能化
智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。3．2模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環境接口等的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。
3．3網絡化
由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品?，F場總線和局域網技術的應用使家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。
3．4微型化
微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。
3．5環保化
工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。
3．6系統化
未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。
綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展前景也將越來越光明。
論文
制造業是現代國民經濟和綜合國力的重要支柱，其生產總值一般占一個國家國內生產總值的20%~55%。在一個國家的企業生產力構成中，制造技術的功能一般占60%左右。專家認為，世界上各個國家經濟的競爭，主要是制造技術的競爭。其競爭能力最終體現在所生產的產品的市場占有率上。隨著經濟技術的高速發展以及顧客需求和市場環境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進制造技術的探究。
1當前制造科學要解決的新問題
當前制造科學要解決的新問題主要集中在以下幾方面摘要：
（1）制造系統是一個復雜的大系統，為滿足制造系統靈敏性、快速響應和快速重組的能力，必須借鑒信息科學、生命科學和社會科學等多學科的探究成果，探索制造系統新的體系結構、制造模式和制造系統有效的運行機制。制造系統優化的組織結構和良好的運行狀況是制造系統建模、仿真和優化的主要目標。制造系統新的體系結構不僅對制造企業的靈敏性和對需求的響應能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業底層生產設備的柔性和可動態重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統，以滿足制造系統新的要求。
（2）為支持快速靈敏制造，幾何知識的共享已成為制約現代制造技術中產品開發和制造的關鍵新問題。例如在計算機輔助設計和制造(CAD／CAM)集成、坐標測量(CMM)和機器人學等方面，在三維現實空間(3-RealSpace)中，都存在大量的幾何算法設計和分析等新問題，非凡是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理新問題；在測量和機器人路徑規劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間
(配置空間ConfigurationSpace)的幾何計算和幾何推理新問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機器人多指抓取規劃、裝配運動規劃和操作規劃方面則需要在旋量空間(ScrewSpace)進行幾何推理。制造過程中物理和力學現象的幾何化探究形成了制造科學中幾何計算和幾何推理等多方面的探究課題，其理論有待進一步突破，當前一門新學科--計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的探究。
（3）在現代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產業的決定性因素，而且還是最活躍的驅動因素。提高制造系統的信息處理能力已成為現代制造科學發展的一個重點。由于制造系統信息組織和結構的多層次性，制造信息的獲取、集成和融合呈現出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結構模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數據的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。
（4）各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應用促進了制造智能的發展。一類基于生物進化算法的計算智能工具，在包括調度新問題在內的組合優化求解技術領域中，受到越來越普遍的關注，有望在制造中完成組合優化新問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破新問題規模的制約。制造智能還表現在摘要：智能調度、智能設計、智能加工、機器人學、智能控制、智能工藝規劃、智能診斷等多方面。
這些新問題是當前產品創新的關鍵理論新問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學的重要基礎性新問題。這些新問題的重點突破，可以形成產品創新的基礎探究體系。
2現代機械工程的前沿科學
不同科學之間的交叉融合將產生新的科學聚集，經濟的發展和社會的進步對科學技術產生了新的要求和期望，從而形成前沿科學。前沿科學也就是已解決的和未解決的科學新問題之間的界域。前沿科學具有明顯的時域、領域和動態特性。工程前沿科學區別于一般基礎科學的重要特征是它涵蓋了工程實際中出現的關鍵科學技術新問題。
超聲電機、超高速切削、綠色設計和制造等領域，國內外已經做了大量的探究工作，但創新的關鍵是機械科學新問題還不明朗。大型復雜機械系統的性能優化設計和產品創新設計、智能結構和系統、智能機器人及其動力學、納米摩擦學、制造過程的三維數值模擬和物理模擬、超精度和微細加工關鍵工藝基礎、大型和超大型精密儀器裝備的設計和制造基礎、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯軸機床、微型機電系統等領域國內外雖然已做了不少探究，但仍有許多關鍵科學技術新問題有待解決。
信息科學、納米科學、材料科學、生命科學、管理科學和制造科學將是改變21世紀的主流科學，由此產生的高新技術及其產業將改變世界的面貌。因此，和以上領域相交叉發展的制造系統和制造信息學、納米機械和納米制造科學、仿生氣械和仿生制造學、制造管理科學和可重構制造系統等會是21世紀機械工程科學的重要前沿科學。
2．1制造科學和信息科學的交叉--制造信息科學
機電產品是信息在原材料上的物化。許多現代產品的價值增值主要體現在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應用十分重要。信息化是制造科學技術走向全球化和現代化的重要標志。人們一方面對制造技術開始探索產品設計和制造過程中的信息本質，另一方面對制造技術本身加以改造，以使得其適應新的信息化制造環境。隨著對制造過程和制造系統熟悉的加深，探究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達，以進一步達到實現控制和優化的目的。
和制造有關的信息主要有產品信息、工藝信息和管理信息，這一領域有如下主要探究方向和內容摘要：
(1)制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應用，大量制造信息向知識和決策轉化。
(2)非符號信息的表達、制造信息的保真傳遞、制造信息的管理、非完整制造信息狀態下的生產決策、虛擬管理制造、基于網絡環境下的設計和制造、制造過程和制造系統中的控制科學新問題。
這些內容是制造科學和信息科學基礎融合的產物，構成了制造科學中的新分支--制造信息學。
2．2微機械及其制造技術探究
微型電子機械系統(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統。MEMS技術的目標是通過系統的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統。MEMS的發展將極大地促進各類產品的袖珍化、微型化，成數量級的提高器件和系統的功能密度、信息密度和互聯密度，大幅度地節能、節材。它不僅可以降低機電系統的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統無法完成的任務。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個紅細胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機等。MEMS技術的發展開辟了技術全新的領域和產業，具有許多傳統傳感器無法比擬的優點，因此在制造業、航空、航天、交通、通信、農業、生物醫學、環境監控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。
微機械是機械技術和電子技術在納米尺度上相融合的產物。早在1959年就有科學家提出微型機械的設想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學伯克利分校研制出轉子直徑為60~120μm的硅微型靜電電動機，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結構并和集成電路兼容制造微小系統的潛力。微機械技術有可能像20世紀的微電子技術那樣，在21世紀對世界科技、經濟發展和國防建設產生巨大的影響。近10年來，微機械的發展令人矚目。其特征如下摘要：相當數量的微型元器件(微型結構、微型傳感器和微型執行器等)和微系統探究成功，體現了其現實的和潛在的應用價值；多種微型制造技術的發展，非凡是半導體微細加工等技術已成為微系統的支撐技術；微型機電系統的探究需要多學科交叉的探究隊伍，微型機電系統技術是在微電子工藝的基礎上發展的多學科交叉的前沿探究領域，涉及電子工程、機械工程、材料工程、物理學、化學以及生物醫學等多種工程技術和科學。
目前對微觀條件下的機械系統的運動規律，微小構件的物理特性和載荷功能下的力學行為等尚缺乏充分的熟悉，還沒有形成基于一定理論基礎之上的微系統設計理論和方法，因此只能憑經驗和試探的方法進行探究。微型機械系統探究中存在的關鍵科學新問題有微系統的尺度效應、物理特性和生化特性等。微系統的探究正處于突破的前夜，是亟待深入探究的領域。
2．3材料制備／零件制造一體化和加工新技術基礎
材料是人類進步的里程碑，是制造業和高技術發展的基礎。每一種重要新材料的成功制備和應用，都會推進物質文明，促進國家經濟實力和軍事實力的增強。21世紀中，世界將由資源消耗型的工業經濟向知識經濟轉變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設計實現定量化、數字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實現二者一體化、集成化。材料和零件的數字化設計和擬實仿真優化是實現材料和零件的高效優質制備／制造及二者一體化、集成化制造的關鍵。一方面，通過計算機完成擬實仿真優化后可以減少材料制備和零件制造過程中的實驗性環節，獲得最佳的工藝方案，實現材料和零件的高效優質制備／制造；另一方面，根據不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數、電磁性能等，探究材料和零件的設計形式。進而結合傳統的去除材料式制造技術、增加材料式覆層技術等，探究多種材料組分的復合成形工藝技術。形成材料和零件的數字化制造理論、技術和方法，如快速成形技術采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統的去材法和變形法機械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復雜外形又具有一定功能的三維實體模型或零件。
2．4機械仿生制造
21世紀將是生命科學的世紀，機械科學和生命科學的深度融合將產生全新概念的產品(如智能仿生結構)，開發出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產業，并為解決產品設計、制造過程和系統中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創新和挑戰的前沿領域。
地球上的生物在漫長的進化中所積累的優良品性為解決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現象中學習組織和運行復雜系統的方法和技巧，是今后解決目前制造業所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模擬生物器官的自組織、自愈合、自增長和自進化等功能結構和運行模式的一種制造系統和制造過程。假如說制造過程的機械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，"仿生制造"則可以說延伸了人類自身的組織結構和進化過程。
仿生制造所涉及的科學新問題是生物的"自組織"機制及其在制造系統中的應用新問題。所謂"自組織"是指一個系統在其內在機制的驅動下，在組織結構和運行模式上不斷自我完善、從而提高對于環境適應能力的過程。仿生制造的"自組織"機制為自下而上的產品并行設計、制造工藝規程的自動生成、生產系統的動態重組以及產品和制造系統的自動趨優提供了理論基礎和實現條件。
仿生制造屬于制造科學和生命科學的"遠緣雜交"，它將對21世紀的制造業產生巨大的影響。
仿生制造的探究內容目前有兩個方面摘要：
2．4．1面向生命的仿生制造
探究生命現象的一般規律和模型，例如人工生命、細胞自動機、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結構和運行模式以及生物的進化和趨優機制等；
2．4．2面向制造的仿生制造
探究仿生制造系統的自組織機制和方法，例如摘要：基于充分信息共享的仿生設計原理，基于多自律單元協同的分布式控制和基于進化機制的尋優策略；探究仿生制造的概念體系及其基礎，例如摘要：仿生空間的形式化描述及其信息映射關系，仿生系統及其演化過程的復雜度計量方法。
機械仿生和仿生制造是機械科學和生命科學、信息科學、材料科學等學科的高度融合，其探究內容包括生長成形工藝、仿生設計和制造系統、智能仿生氣械和生物成形制造等。目前所做的探究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎探究的特征，假如抓住機遇探究下去，將可能產生革命性的突破。今后應關注的探究領域有生物加工技術、仿生制造系統、基于快速原型制造技術的組織工程學，以及和生物工程相關的關鍵技術基礎等。3現代制造技術的發展趨向
20世紀90年代以來，世界各國都把制造技術的探究和開發作為國家的關鍵技術進行優先發展，如美國的先進制造技術計劃AMTP、日本的智能制造技術（IMS）國際合作計劃、韓國的高級現代技術國家計劃(G--7)、德國的制造2000計劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計劃。
隨著電子、信息等高新技術的不斷發展，市場需求個性化和多樣化，未來現代制造技術發展的總趨向是向精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發展。
當前現代制造技術的發展趨向大致有以下九個方面摘要：
(1)信息技術、管理技術和工藝技術緊密結合，現代制造生產模式會獲得不斷發展。
(2)設計技術和手段更現代化。
(3)成型及制造技術精密化、制造過程實現低能耗。
(4)新型特種加工方法的形成。
(5)開發新一代超精密、超高速制造裝備。
(6)加工工藝由技藝發展為工程科學。
本文在安全跟車模型的基礎上，設計了系統構成，并給出了初步的設計方案。對車載測距技術進行了綜合比較，確定系統采用毫米波多普勒雷達傳感器、超聲波傳感器和紅外線傳感器分別對前、后和側向車間距離、兩車相對速度和角度進行測量；在結合各種防碰原理的基礎上，把系統分為主控單元子系統、測距子系統、信息采集單元子系統和顯示-聲光報警子系統四個部分，并確定了實現系統功能所需要的關鍵技術;在安全距離的基礎上，對主控單元子系統和測距子系統進行了軟、硬件設計，解決了系統功能所需要的關鍵技術。
車輛防撞技術作為智能運輸系統的一個子課題，將不斷成熟和完善，防撞系統的應用可以縮短車輛間的安全行車距離，還可以實現安全超車，保證高速運行車輛的安全性，提高公路運輸效率，促進經濟的快速發展。
關鍵詞：防撞預警；雷達；超聲波；紅外線；傳感器
英文摘要
Thetrafficsafetyconditionisbecomingmoreandmoreseriousinrecentyears,thestatisticshowsthatamongtheaccidentofhighwaytheRear-endCollisionandSideCollisionarefrequent.Ifthedriverscanbeinformedbeforetheaccidentstakeplace,thesafetylevelwillbeimprovedgreatly.Thehighwayvehicleanti-collisionwarningsystemissuchatechniquebasedontheinitiativesecurityofautomobilewhendriving
Basedonthemathematicmodelofautomobilesafefollowingdistance,thehardwareandsoftwareofthesystemarebuilt.Throughanintegratedcomparisonofdetectingtechniques,themillimeterwavefrequencymodulatedpulse-Dopplerradar、Ultrasonicsensorandinfraredsensorarechosen,whichcanmeasurethelengthwaysdistanceandtransversedistance,relativevelocityoftwovehiclesandazimuthatthesametime.Basedonreferencevarioustheoriesofanti-collisionwarningsystem,thesystemincludesfoursub-systems:themaincontrolunitofsub-system,measuringdistanceofsub-system,informationunitofsub-systemandmonitor,sound&lightalarmofsub-system.Basedonit,thekeytechnologiesinvolvedinthesystemaredetermined.Basedonthesafetydistancemodel,thesoftwareandhardwareofthemaincontrolunitofsub-systemandmeasuringdistanceofsub-systemaredesigned,thekeytechnologiesissolved.
Vehicleanti-collisiontechniqueassub-itemofIntelligentTransportSystemwillgrowupandbeperfectinfuture.Itwillshortenthesafespacebetweencarheads,actualizethesafeovertakingandguaranteevehiclesafety,soitwillhelptoincreasetransportefficiencyandkeepeconomicfastgrowth.
Keyword:anti-collisionwarningsystem;radar;ultrasonic;infrared;sensor
1.1選題意義和背景
汽車業與電子業是世界工業的兩大金字塔，隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，在現代汽車上，電子技術的應用越來越來廣泛，汽車電子化的程度越來越高。汽車電子技術是汽車技術與電子技術想結合的產物。汽車上的電器與電子控制系統在汽車技術進入機電一體化階段的今天，地位極為重要，正在汽車技術領域發展成為一門獨立的分支學科，其性能的優劣直接影響到汽車的動力性、經濟性、可靠性、安全性、排放干凈、及舒適性等。電子控制技術在汽車上，首先應用于發動機燃油消耗控制與排放進化與排放控制，接著被應用于底盤部分的控制，以提高行駛的穩定性、安全性、與舒適性等。隨著交通運輸向高密度發展，電子控制技術又進一步應用于汽車的乘坐安全性和導航等方面。
電子技術在汽車安全控制系統的應用主要是為了增強汽車的安全、舒適和方便。應用的電子技術主要有：電子控制安全氣囊，智能記錄儀，雷達式距離報警器，中央控制門鎖，自動空調，自動車窗、車門、座椅、刮水器，車燈控制，電源控制以及充電器等。近年來汽車的自動調速系統，主動式汽車防撞系統，汽車監測和自診斷系統以及汽車導航系統也得到了廣泛的應用。
在過去20~30年中，人們主要把精力集中于汽車的被動安全性方面，例如，在汽車的前部或后部安裝保險杠、在汽車外殼四周安裝某種彈性材料、在車內相關部位安裝各種形式的安全帶及安全氣囊等等，以減輕汽車碰撞帶來的危害。安裝防撞保險杠固然能在某種程度上減輕碰撞給本車造成損壞，卻無法消除對被撞物體的傷害；此外，車上安裝的安全氣囊系統，在發生車禍時不一定能有效地保護車內乘務員的安全。所有這些被動安全措施都不能從根本上解決汽車在行駛中發生碰撞造成的問題。如果從預防撞車事故的發生的角度著眼，在提高汽車主動安全性方面下功夫，則可在汽車安全性領域有較大的突破。
汽車發生碰撞的主要原因是由于汽車距其前方物體（如汽車、行人或其他障礙物）的距離與汽車本身的車速不相稱造成的，即距離近而相對速度又太高。為了防止汽車與前方物體發生碰撞，汽車的車速就要根據與前方物體的距離變化由執行機構進行控制，使汽車始終在安全車速下行駛。這樣就會大大提高汽車行駛的安全性，減少車禍的發生。
發展汽車防撞技術，對提高汽車智能化水平有重要意義。據統計，危險境況時，如果能給駕駛員半秒鐘的預處理時間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關事故的50%，迎面撞車事故的60%;1秒鐘的預警時間可防止90%的追尾碰撞和60%的迎頭碰撞。理論上，汽車防撞裝置可在任何天氣、任何車速狀態下探測出將要發生的危險情況并及時提醒司機及早采取措施或自動緊急制動，避免嚴重事故發生。汽車防撞裝置是借助于遙測技術監視汽車前方和后方的車輛、障礙物，并根據當時的車速自動判斷是否達到危險距離，及時向司機發出警告，必要時還可進行自動關車、自動緊急剎車。
汽車要避撞就必須憑借一定的裝備測量前方障礙物的距離，并迅速反饋給汽車，以在危急的情況下，通過報警或自動進行某項預設定操作如緊急制動等，來避免由于駕駛員疲勞、疏忽、錯誤判斷所造成的交通事故。目前，大家都將防撞技術的關鍵點著眼于車輛測距技術。
1.2國內外研究的現狀
鑒于交通事故的不可預測性和不可絕對避免性，為了減少交通故，優化交通秩序，利用計算機及信息技術來提高道路交通安全和效率已成為國內外研究的熱點。二十世紀八十年代以后展開的關于智能交通系統的研究，被認為是解決各種交通問題的一個很好的途徑。智能交通系統是將先進的信息技術、通訊數據傳輸系統、電子控制系統以及計算機處理系統有效地應用于整個運輸管理體系，使人、車、路環境協調統一，從而建立一個全方位發揮作用的實時、準確、高效的運輸綜合管理系統。其中智能車輛系統涉及到計算機測量與控制、計算機視覺、傳感器數據融合、車輛工程等諸多領域。視覺系統在智能車輛中起到環境探測和辨識作用。與其他傳感器相比，機器視覺具有檢測信息量大，單純以當前的現實條件出發解決，容易導致系統實時性差。在實際應用中可使用多個攝像機，或者利用高速攝像機的多幅連續圖像序列來計算目標的距離和速度。還可根據一個攝像機的連續畫面來計算車輛與目標的相對位移，并用自適應濾波對測量數據進行處理，以減少環境的不穩定性造成的測量誤差。在智能車輛領域，除視覺傳感外，常用的還有雷達、激光、GPS等傳感器。
利用信息感知、動態辨識、控制技術與方法提高的主動安全性，是先進汽車控制與安全系統（AVCSS）的主要研究內容.世界各大汽車公司、大學在政府的支持下，都在開展這方面的研究與開發工作。日本各大汽車制造企業如豐田、日產、馬、本田、三菱等公司，為實現其運輸省提出的發展"先進的安全汽車(ASV)計劃"致力于新型安全汽車技術研究開發，并取得了重要的進展。豐田汽車公司使用毫米波雷達和CCD攝像機對本車的距離進行動態監測，當兩車距離小于規定值時，系統將發出直觀報警信號提醒本車駕駛員。日產汽車公司使用緊急制動勸告系統，利用先進的車距監測系統對跟車距離進行動態監測，當需要減速或制動時，用制動燈亮來提醒駕駛員，并及時監測駕駛員操縱駕駛踏板的踏踩狀態，必要時使汽車的自動制動系統前起作用降低車速，在最危險時刻自動制動。本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達傳感器，即使車輛在彎道行使也能檢測到本車與前方汽車或障礙物的距離降到規定值時，駕駛員仍未及時采取相應措施，便發出警告信號。三菱和日立公司在毫米波雷達防撞方面也做了大量的研究，其雷達中心頻率主要選擇60~61GHz或76~77GHz,探測距離為120米，尼桑公司為41LV-Z配備了自適應巡航控制系統，該系統利用毫米波雷達作為探測器，為巡航駕駛提供了判斷依據。
德國和法國等歐洲國家也對毫米波雷達技術進行了研究，特別是奔馳、寶馬等著名汽車生產廠商，其采用的雷達為調頻毫米波雷達（FrequencyModulationContinuousWave）,頻段選擇76~77GHz。如奔馳汽車公司和英國勞倫斯電子公司聯合研制的汽車防撞報警系統，探測距離為150米，當測得的實際車間距離小于安全車間距離時，發出聲光報警信號。該系統已經得到應用。
美國的汽車防碰撞技術已經相當先進，福特汽車公司開發的汽車防碰撞系統的工作頻率為24.725GHz,探測距離約106米。據說該系統理論上能根據轉彎的角度信息自動適應路面的轉彎情況，僅探測本車道內車輛的信息，從而可避免旁車道上目標物的影響。戴姆勒-克萊斯勒公司的防撞結構主要是兩個測距儀和一個影像系統，她能夠測出安全距離，發現前方有障礙物，計算機能夠自動引發制動裝置。戴姆勒-克萊斯勒公司的實驗結果顯示，車速以每小時32.18公里/小時的速度行駛，在距離障礙物2.54cm的地方停下來。
我國汽車防碰撞系統的研究開發同國外發達國家相比，存在較大差距，近幾年相繼有一些科研院所、大專院校和公司廠家進行此方面的研究。近距離報警如倒車雷達現已蓬勃地車輛上安裝使用，但國內目前生產的中遠距離測量普遍達不到要求，表現在最遠測距距離近，測距誤差大，遠遠不滿足高速公路的安全車距離要求，需進一步研究。
本課題，不是直接測量距離，而是從測量車與車之間相對速度的角度出發，研究利用雷達激光測距、超聲波測速及其它相關技術來預測高速行駛車輛的后碰及側碰問題，實現報警，從而避免事故發生。
本次研究主要針對汽車防撞系統，對前面開發的系統性能進行了改進。主要研究內容包括以下幾個方面:
1.汽車縱向防撞系統的總體設計
完成汽車防撞系統的總體設計，把整個系統劃分成四個分工不同的子系統，并確定實現總體方案所需要解決的關鍵技術。
2.汽車防撞安全距離模型的確定
結合系統的技術要求和車輛的行駛情況，對課題組以前提出的安全距離跟車模型進行了改進，使其具有更好的可靠性和實用性，對模型中的個別參數進行重新選取，使模型及模型的參數選取更加合理。
3.進行汽車防撞系統硬件的總體設計并解決關鍵技術
在以前研究的基礎上，重新對汽車防撞系統進行總體設計，提高了系統的實時性，并且電路中硬件器件全部采用貼片封閉形式，提高硬件系統的抗干擾性和可靠性。本論文中著重論述了主控單元子系統和雷達工作數據發送單元的硬件設計，解決了汽車防撞系統中的雷達測距系統這一關鍵技術，使該課題的研究從模擬實驗階段過渡到實車實驗階段。
4.按照系統的功能需求，制定了各子系統之間通訊的通訊規約，并用MCS-51匯編語言設計了系統的主控單元子系統軟件和雷達測距子系統中雷達通訊數據發送單元軟件。
5.在模擬實驗的基礎上，通過裝車實驗，驗證了系統所要求的各種性能。
1.3本文的主要工作和內容安排
本文在第一章緒論中闡述了汽車防撞技術產生的背景及現實意義，主要研究內容并對現有的防撞技術進行了歸納和總結，進而提出本課題的研究思路和新穎所在;第二章主要闡述了測距傳感器的選擇，并且確定了三種測距方法；第三章進行了報警系統防撞模型的建立;第四章進行了硬件設計和實驗驗證;第五章為系統的軟件設計，第六章為結論與展望。
目錄
第一章緒論1
1.1選題意義和背景1
1.2國內外研究的現狀2
1.3本文的主要工作和內容安排5
第二章幾種測距方式的比較和選擇6
2.1激光方式7
2.2超聲波方式8
2.3紅外線方式9
第三章系統模型的建立10
3.1追尾防撞模型的建立10
3.1.1模型建立的理論依據10
3.1.2模型的建立12
3.1.3模型的討論17
3.1.4模型參數的討論18
3.2超車側向防撞模型的建立19
3.2.1模型的建立19
3.2.2模型參數的選擇26
3.2.3模型的最小轉角與最大轉角數據分析28
第四章系統硬件設計30
4.1單片機的性能特點30
4.1.1單片機的選擇30
4.1.2MCS-51單片機的主要性能31
4.1.3單片機系統的設計要求31
4.2追尾碰撞報警系統硬件設計32
4.2.1測量距離通道的設計32
4.2.2測速通道的設計33
4.2.3開關量輸入通道的設計34
4.2.4轉向、油門、制動信號的采集35
4.2.5聲光報警的設計36
4.2.6顯示裝置的設計39
4.2.7電源設計43
4.2.8電路板的電源保護裝置和電源的抗干擾的設計44
4.2.9"看門狗"電路的設計44
4.3系統主要傳感器47
4.3.1毫米波雷達傳感器48
4.3.2超聲波傳感器53
4.3.3紅外線傳感器55
4.3.4霍爾車速傳感器55
4.3.5轉向角度傳感器59
4.3.6制動踏板傳感器60
4.3.7油門傳感器61
4.3.8路面狀況選擇開關61
4.4系統總體電路圖64
第五章報警系統軟件程序的實現65
5.1系統報警方式65
5.2程序設計思想65
5.3程序的實現66
第六章結論與展望71
6.1結論71
6.2展望71
參考文獻73
附錄76
本論文中雖然對安全距離模型進行了改進，但仍需進一步改進和細化，采用一定的控制理論和算法，使模型更具有科學性、可靠性和可操作性。本系統現階段只是就危險情況實現了向駕駛員報警，事實上由于駕駛員的反應性有差異及注意力不集中、疲勞駕駛等因素的存在，有時未必能及時采取減速、剎車等措施，因此系統下一步的目標是實現自動剎車的功能，使駕駛員的安全更有保障。
（1)本系統只是在理論上討論了汽車防碰撞的問題，由于實驗設備和時間問題還沒有進行實驗。
(2)本系統還應該進一步在復雜天氣(雨、雪、大霧)，潮濕、冰雪路面上進一步測試，驗證系統的設計功能。
(3)在本系統基礎上，進一步開發車輛自適應巡航控制系統，使車輛的舒適性和主動安全性得到提高.
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自從航空業誕生以來，由飛機中的FOD所造成的事故或者技術故障的事件屢屢發生。從飛機制造商的角度來講，FOD在生產制造過程中的發生的可能性非常高。飛機上的FOD是危及其飛行安全的嚴重隱患，飛機的組件、部件及整機內不允許有任何FOD的存在。
1 定義
外來物（Foreign Object Debris），是指不屬于最終產品但卻遺留在其中的外來物質或物件，這些外來物品都有可能損害或降低產品的性能[1]。外來物損傷（Foreign Object Damage），任何由外來物引起的損傷，可以是物理上的損傷也可以是經濟上的損失。外來物包括：工具，裝配零件，加工鐵屑和裝配過程中的外來物（例如在裝配，運輸和包裝時使用的任何消耗品）。其他潛在的FOD包括個人物品，如食品和飲料、硬幣、珠寶首飾、鈕扣、鉛筆、回形針、手機、打火機等。
2 FOD溝通和意識[2]
導致FOD的原因有兩種：一是FOD培訓不到位，對FOD的危害認識不足，工作人員缺乏防范意識；二是激勵約束機制不健全，認為移除FOD不是自己工作，不愿主動承擔。所以，有關FOD的培訓和管理制度是必不可少的。
2.1 培訓
裝配人員應經過有關FOD預防和管理培訓，才能進行工作。FOD培訓的主要目標是增加員工對FOD的發生的原因和影響的了解，提高FOD預防意識。
培訓內容包括兩個部分：（1）基礎培訓：FOD預防的基礎知識；（2）周期培訓：定期檢討及更新，以吸取的經驗教訓。培訓人員包括：運營和質量工作人員，包括管理人員，支持（即制造部門，物流，供應商），其他人員（如采購，客戶服務）。
2.2 FOD意識
（1）管理層參與：管理層必須支持和負責FOD預防計劃并參與其實施，并提醒員工，FOD將最終影響飛機的安全。保證新員工在參加完FOD預防培訓課程之后，才能允許他們開始工作。參觀者或與裝配不相關的人員禁止進入工作區域。如圖1，在工作區域周圍設置警戒圍欄。
管理層應該支持和鼓勵員工報告發現的FOD或缺失的工具（即使是員工自己的過失）。解釋“錯誤”和“違反”區別。員工丟失工具是一個錯誤；但不報告這個錯誤是違反規定的行為，則將被認為是一個事故。
（2）員工意識：提高員工關于FOD產生的前因后果的意識，提醒預防避免FOD要求，促進所有員工通過指定的標準和良好的做法的實施積極參與。在工作區域里，應該有可視化的警示，如FOD標識、地面標記、警戒圍欄、海報等[4]。
人的因素方面，管理的附著力和員工的意識是防止FOD的關鍵因素。
2.3 整理整潔
整理整潔和“隨手清潔”，這些工作旨在保持工作區域干凈整潔[3]，提高產品質量，創建一個安全的和更令人滿意的工作環境，把多余物從工作場所移除。要求工作完成后立即清掃工作區域，每次轉移位置或當工作停止時，清掃工作區域，當工作碎片有轉移到看不見或難以到達的區域時，立即清掃。如果員工在工作前需要對工作區域進行保護，他應該在完成工作后去除防護材料。
3 預防和控制方法
3.1 區域分類
FOD預防和控制適用于每個工作區域，FOD潛在的風險取決于兩個因素：
（1）飛機制造過程各個階段：工裝設備、部件組裝、飛機總裝、試飛、交付等；（2）飛機內部空間特性：低可達性、低能見度、多種干預措施。
每個區域必須被理解為一個組合：部件裝配、飛機總裝、飛機內部區域（例如航電灣，機翼油箱、貨艙等）。
FOD潛在區域根據工作狀況進行區分，如表1。
區域劃分，讓員工在不同的區域，對FOD給予不同的關注度，避免了不必要的人力、物力的浪費。
3.2 工具管理
飛機裝配制造企業里面的工具不同于汽車裝配，不但工具數量多，而且存在很多特殊的工具。所以工具管理是預防FOD的一部分，同時工具管理同時也是適航檢查的要求。
（1）工具負責制：工具分配到站位，由站位單獨管理，責任到人。每個工具柜都有其特定位置，并貼有用特定的地面標識。工具柜有專門人員負責，做好每日的清查。每個工具應標有一個永久的，可讀和可追溯的識別號碼[4]。公用工具上應該有站位號和工具號，個人工具應該有個人號和工具號。
（2）工具檢查：每個工具箱里面放置影子板[3]，每件工具都有其特定的標記和形狀的位置。員工在工作開始前和工作結束后檢查工具時候就一目了然，假如丟失了工具很容易被發現，降低了FOD發生的可能性。
同時每個工具箱都附有一個工具清單，內容包括工具的圖片、工具號、數量、負責人。工具丟失時，可以根據工具清單查找丟失工具的詳細信息。工具箱負責人每天都要對工具進行檢查，并確認簽字。
（3）工具設計：工具設計和規范通過改進檢測和他們的儲存條件減少工具零件在飛機里風險。工具規格，完善的檢測和存儲，可以降低風險的異物。工具規格，無異物必須要考慮。設計工具時，應加強在低能見度和低可使用這些考慮因素。應考慮到檢測工具及零件的可見性/保護材料。
3.3 硬件管理
（1）保護裝置：在飛機的整個總裝過程中，包括大部件運輸、部件組裝、涂裝、試飛、交付，每個階段都要注意防護，以防止FOD的發生。如圖4（a）是為了預防大部件在運輸時FOD的進入，（b）為前后機身對接時的防護，防止在對接時，鉆孔的鐵屑和使用的消耗品進入或破壞已經裝配好的部分，如保溫棉、線纜和油管等。
防護設備（邊緣保護、帽、封面、過濾器）應進行清潔和保護以防止意外損壞。一旦安裝完畢，未經授權禁止去除防護設備。
（2）零件和消耗品：零件包括螺釘、螺帽、開口銷、鉚釘、墊圈等，將他們放到離站位比較近的零件儲存柜里統一管理，按需領取，既方便員工領取，又能降低FOD的發生。如圖5。
消耗品包括抹布、刷子、毛筆、手套、口罩等，工作前統一領取，使用過的消耗品集中放入垃圾箱里。
（3）個人物品：個人物品，是指員工隨身的物品，如首飾、香煙、打火機、硬幣、食物等。[6]個人儲物柜應該安放在工作區域附近，這樣有利于員工取放。員工在工作前應該掏空口袋和將他們放到個人物品的儲物柜中。
3.4 區域關閉和最終檢查
區域關閉被認為是防止FOD最后的機會。區域封閉前，應進行FOD檢查，并采取擦拭、吸除等檢查FOD的措施[7]；裝配的間歇和裝配完成后，應對飛機上特殊開口進行密封保護。
任何結構在封閉前，都應該設置FOD檢查工序，并提交檢驗檢查，確認封閉區域內無FOD后方可封閉工作區域。如果有任何疑問（不能直接看到的東西），要去和區域的負責人討論關于你的疑問。
4 FOD報告及持續改善
4.1 FOD報告
所有已經發生或潛在FOD事故都應該報告和調查。當一個FOD事故發生時，員工應立即停止操作，開始調查，判斷原因。同時，根據FOD發生的原因和糾正方法，提供一個合理的工作方式來避免類似事件的發生。
FOD事件報告應包括以下內容：日期、 部件名稱、類型、零件序列號、零件的位置、發現時間、發現人員、怎么樣發現，FOD的描述（包括分析發生時間、分析者、怎樣分析），根本原因、糾正措施、報告人等。應該把報告的重點放在誰來負責FOD的跟蹤和趨勢分析。同時也應該確保所有受影響的人員都意識到所在區域可能發生的FOD。
4.2 持續改善
每一次FOD的發現，都應該作為一個積極的例子，進行持續改善[8]。FOD預防和管理的目標是避免FOD發生，設置為管理層和員工提供檢查結果，問題區域和發展趨勢，事件/事故報告，并反饋進展。員工需要獲得特定的信息，工作之前知道哪些是錯誤，他們可以預期改善流程。讓員工知道他們哪些做的是對的或哪些是不對的，反饋對工藝改進至關重要。
5 結語
FOD的預防和控制直接關系到飛機的質量安全，是飛機制造企業十分重視的事情。FOD的控制是需要全體員工參與并不斷發展和完善的工作。隨著員工FOD意識的提高，檢測技術的不斷更新，FOD發生的幾率將會大大降低。
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