时间：2023-03-27 16:48:57
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(一)发展历程
在机械电子工程发展初期，主要体现为手工制作，生产力水平较低，资源技术等对其发展产生制约。为了提升生产效率，逐渐朝着机械工业方向发展。在生产线阶段，机械工程己逐渐发展到流水线生产，实现标准化大批量生产，.这一生产模式使劳动力得到解放，生产力水平大大提升，同时生产效率也得到提高。但是仍然存在一些不足，比如，部分生产仍就以进口为主，生产成本较大，在市场方面缺少适应力舀灵活性较差，难以满足不断变化的市场需求。
在机械电子产业发展阶段中，产品生产能够适应市场的需求，对于不断变化的产品需求产业化发展能够满足。
(二)机械电子工程主要特征
机械电子工程是复杂综合性学科，同各类学科之间都有着密切的联系。机械电子工程发展要以计算机、电子以及机械为基础，结合其他学科做出合理、科学的设计。在设计的过程中，要求每一个模块都能够实现有机结合，进而使得各个模块都能将其最大优势发挥出来。机械电子产品内部结构简单明了，并不复杂，无需复杂原件的投入，这样能在一定程度上使产品性能得到提升，进而扩大消费市场，
二、人工智能简述
人工智能是一门复杂，并且综合性较强的学科，所涉及到的学科比较多。也可以说，21世纪人工智能是最伟大学科之一。人工智能实现了对人的智能模拟，并且能通过计算机使认得智能化得到进一步的延伸，人工智能这门学科有着较好的发展潜力。人工智能在发展的过程中主要经历下列几个阶段。
初步阶段。人工智能在17世纪开始发生萌芽，法国在这一阶段成功诞生世界上的第一部计算机，这一计算器只是单纯的能进行加法简单运算，但是仍就轰动世界，进而在世界范围内，对这项技术开始进一步研究。在最初阶段，人工智能并没有明显的进展，主要是在实践的过程中积累与总结知识，这为今后人工智能发展奠定坚实的基础。
发展初始阶段。美国人在二十世纪首次提出人工智能专业用语。在这个发展阶段，人工智能主要以证明与阐释为主要体现，在这一时期对于人工智能的研究就是首要任务。
发展起伏阶段。随着人们对于人工智能的不断深入研究，人工智能也处于持续的发展阶段，但是在实践过程中发现，要想使人工智能模仿和人类思维同步是非常困难的。大部分对于人工智能的科学研究仅仅是停留于简单映射层面，.对于逻辑思维的研究仍就没有突破性进展。不论怎么说，在发展的起伏阶段，人功能智能也在发展中得到了技术创新，特别是在系统方面、计算机机器人以及语言掌握方面取得了较大的成就.
起伏阶段发展以后。在这一阶段，人工智能的相关研究得到了发展，尤其是第五届国际人工智能联合会议的召开，人工智能逐渐朝着知识层面的方向发展，大部分的人工智能研都会结合相应的知识工程，在这个阶段中，人工智能发展的高度是前所未有的，在一定程度上促进了人工智能应用于实际工程中。
稳步发展阶段。随着互联网技术的快速发展，对于人工智能研究方向发生重大转变，由原本的单一主体朝着集中统一主体的方向发展。关于人工智能在实际中的运用以及研究，受到了互联网技术的影响。网络的普及与快速发展，在一定程度上促进了信息化的发展，信息在传送方面发生率重大性变革。在人们逐渐进入信息化社会后，在信息有效处理方面人工智能的发展起到了重要的作用，在模拟设计方面，机械电子工程的发展需要人工智能的大力支持。
三、机械电子工程与人工智能之间的关系
随着我国社会经济的持续发展，社会不断的进步，对于信息人们越来越重视。在21世纪，互联网技术得到快速发展，同时信息的传递也逐渐注入新鲜血液。互联网应用的普及说明人们正朝着信息时代的方向迈进，在社会逐步信息化以后，更加需要有人工智能这一技术的支持，特别是机械电子工程发展中有着重要作用，机械电子系统本身缺少一定的稳定性，这样在机械电子工程设计方面就有着较大阻碍存在。在现代社会中，信息的处理量持续增大，并且较为复杂，有些时候需要同时对不同类型的信息进行处理，所以需要采取人工智能的支持才能完成信息处理。人工智能主要包含模糊推理系统、神经网络系统这种两种方法。神经网络系统倾向于对人脑结构的综合分析，模糊推理系统更加重视对于语言信号的分析与理解。随着现代社会的发展，仅仅采取单一的人工智能方法，明显己经无法适应目前社会中不断变化的市场需求，所以，对于人工智能相关问题的研究正逐渐朝着多方位、全面的人工智能方向转变。多方位全面人工智能系统通过模糊推理系统和神经网络系统相互统一的方式，扬长补短，将二者有效的结合起来，使得二者的优势得到最大程度的发挥。
工程机械化是人类生产文明进步的重要表现，从生产力角度工程机械化是实现生产力提升的直接标志。从广义角度上讲工程机械化就是工程建设施工实现了机械设备替代人力劳动，其是对工程建设施工过程中所有应用机械设备的总称。工程机械制造作为制作用于工程建设的机械设备施工环节，其所制作的机械设备种类众多，例如运输机械、起重机械、矿工冶金机械等等。在国家经济发展过程中，机械制造水平在一定程度上显示了该国家的科技发展水平，也就是说一个国家的机械制造水平很大程度上影响了国民经济发展。目前，我国已经实现了工程机械化发展，但相比于发达国家还有一定的差距，这在一定程度上影响了机械制造业水平的发展与进步，同时也影响了我国国民经济的进一步发展。相对来看，我国在机械制造发展方面还具有相对广阔的发展空间和前景，为此我们应该充分发挥国内机械制造业的潜力，以实现对我国机械制造水平地提升。
1.2机电自动化
机电自动化是一门综合性的机电技术类型，其是机电技术实现科技化发展的重要标志。从机电工程本质上讲，其本身就属于科技化发展产物，而机电自动化则是实现了机电工程全面科技化的发展。从当前的社会发展状态与情况来看，机电自动化发展是现代化生产环节中不可或缺的一部分。在科学技术的发展背景下，各个专业之间相互渗透、交叉越来越频繁，机电自动化就是专业交叉的重要产物，其引领了工程领域中的技术革命。在计算机技术发展迅速的科技背景下，电子技术对工程领域中的工业控制、生产方式革新、企业内部管理与成本控制均产生了重要影响，所以说机电自动化技术的发展是实现人类机械电子设备发展的重要里程碑。
2机电自动化在工程机械制造中的应用分析
机电自动化发展作为科学技术在制造业当中的重要发展标志，其所能够为社会生活带来的不仅是机械设备制造技术上的发展与进步，更是推动社会生产力水平向科技化、高效化发展的重要支持。随着机电自动化在机械系统设计、调试等方面的应用，其对工程机械制造业的发展及效益提升带来了重要推动。文章选择机电自动化在工程机械制造中最常见的集中技术进行分析。
2.1集成自动化技术
集成自动化技术是指机械制造中对各类生产经营、技术功能的集成性发展。在传统技术模式下，实现对机械制造技术的集成化发展是不切实际的，但随着信息技术的逐步完善与应用，集成自动化技术不仅得以实现，还成为了机械制造过程中使用最普遍的技术内容。随着市场经济体制地到来，机械制造业地竞争越来越激烈，为了能够在市场竞争中站稳脚跟，很多机械制造企业开展技术研究与发展，通过将电子计算机辅助设计技术、数控教工技术以及企业管理系统等多种技术与系统内容引入到企业的机械生产制造系统中，得到了非常显著地发展，并成为了机械制造业当中企业的发展潮流，CIMS工程应用的有效保持，在提升机械制造企业的生产能力和市场竞争里的基础上，也实现了集成自动化技术地有效发展。
2.2柔性自动化技术
所谓“柔性自动化技术”是以数控技术为核心，在融合其他先进技术的前提下而建立起的新兴技术类型。从生产与操作过程方面来看，柔性自动化技术能够实现机械制作与生产全自动化发展。在柔性自动化技术当中，包括机械设备的材料准备、制作、生产等一系列生产行为都由计算机来予以控制和操作。相比于传统人力机械生产模式，柔性自动化技术不仅能够在计算机技术的精确控制下，保证机械设备生产、制作过程中的各项生产行为、尺寸的准确性，同时还能大大减少对劳动力的应用，实现了对生产成本的有效控制，并在此基础上实现生产效率地有效提升，在确保机械设备生产秩序的基础上，提高生产效益。无论是从机械制造业未来发展角度考虑，还是制造企业的效益提升角度分析，柔性自动化技术都将成为机械设备自动化生产的主流模式。
2.3智能自动化技术
智能自动化技术即智能华机电自动化技术，其是在计算机技术发展支持下，通过利用计算机智能系统对人类行为地模拟，从而替代人类去进行机械设备的生产操作及相关行为。从表面上看智能自动化技术与柔性自动化技术有一定的共同性，但智能自动化技术要比柔性自动化技术更高级，相比于柔性自动化技术而言，智能自动化技术能够通过对人类行为地模仿，来提高自身的工作能力，并对生产行为产生一定的判断力，这是柔性自动化技术所不具备的优势。智能自动化技术在机械设备制造中的应用，能够更进一步提升机械制造行为的准确性，并保证这一行为能够始终保持在一个高水平状态之上。需要注意的是由于智能自动化技术需要人工操作来作为主观工作支持，因此要经常对智能自动化技术进行维护，以确保智能自动化技术的良好工作状态。
3注意事项
虽然机电自动化在机械制造中展现出了多方面的优势，但针对当前的机电自动化水平来看，其仍存在诸多不足，因此在实际应用过程中，要做好以下几方面的控制：（1）规范应用流程。机电自动化在为机械制造提供支持是建立起机电自动化设备、系统软件的规范安装与应用前提下的，为此企业必须要严格按照机电自动化要求进行工作，避免操作不当而为企业带来不必要的损失；（2）做好质量控制。机电自动化在机械制造当中的应用，确实能够为机械制造带来重要帮助，但企业必须要保证其所制造出来的机械设备质量符合质检与应用要求，否则机电自动化为工程机械制造带来的进步意义都是空谈。
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
二、机械制造技术的发展
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体。机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
三、机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：
(1).20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。
由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
(2).20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。
(3).20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。 转贴于 中国论文下载中心
四、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
1.智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。
2.模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情
3.网络化
网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
4.微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
1机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2 机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：（1）20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。（2）20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。（3）20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。
3 机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
3．1 智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，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，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。 转贴于
3．2 模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。
3．3 网络化
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3．4 微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3．5 环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
3．6 系统化
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
1机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：（1）20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。（2）20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。（3）20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。
3机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
3．1智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，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，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。3．2模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。
3．3网络化
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3．4微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3．5环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
3．6系统化
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
论文
制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的功能一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的探究。
1当前制造科学要解决的新问题
当前制造科学要解决的新问题主要集中在以下几方面摘要：
（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统灵敏性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的探究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的灵敏性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。
（2）为支持快速灵敏制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键新问题。例如在计算机辅助设计和制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-RealSpace)中，都存在大量的几何算法设计和分析等新问题，非凡是其中的几何表示、几何计算和几何推理新问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间
(配置空间ConfigurationSpace)的几何计算和几何推理新问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(ScrewSpace)进行几何推理。制造过程中物理和力学现象的几何化探究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的探究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的探究。
（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成和融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。
（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度新问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化新问题时的求解速度和求解精度方面双双突破新问题规模的制约。制造智能还表现在摘要：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。
这些新问题是当前产品创新的关键理论新问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性新问题。这些新问题的重点突破，可以形成产品创新的基础探究体系。
2现代机械工程的前沿科学
不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学新问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术新问题。
超声电机、超高速切削、绿色设计和制造等领域，国内外已经做了大量的探究工作，但创新的关键是机械科学新问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少探究，但仍有许多关键科学技术新问题有待解决。
信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，和以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生气械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。
2．1制造科学和信息科学的交叉--制造信息科学
机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统熟悉的加深，探究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。
和制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要探究方向和内容摘要：
(1)制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。
(2)非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学新问题。
这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。
2．2微机械及其制造技术探究
微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件和系统的功能密度、信息密度和互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
微机械是机械技术和电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并和集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特征如下摘要：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统探究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，非凡是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的探究需要多学科交叉的探究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿探究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。
目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷功能下的力学行为等尚缺乏充分的熟悉，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论和方法，因此只能凭经验和试探的方法进行探究。微型机械系统探究中存在的关键科学新问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的探究正处于突破的前夜，是亟待深入探究的领域。
2．3材料制备／零件制造一体化和加工新技术基础
材料是人类进步的里程碑，是制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件的数字化设计和拟实仿真优化是实现材料和零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备和零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料和零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，探究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，探究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料和零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂外形又具有一定功能的三维实体模型或零件。
2．4机械仿生制造
21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品(如智能仿生结构)，开发出新工艺(如生长成形工艺)和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。
地球上的生物在漫长的进化中所积累的优良品性为解决人类制造活动中的各种难题提供了范例和指南。从生命现象中学习组织和运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模拟生物器官的自组织、自愈合、自增长和自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统和制造过程。假如说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力，智能化延伸了人类的智力，那么，"仿生制造"则可以说延伸了人类自身的组织结构和进化过程。
仿生制造所涉及的科学新问题是生物的"自组织"机制及其在制造系统中的应用新问题。所谓"自组织"是指一个系统在其内在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从而提高对于环境适应能力的过程。仿生制造的"自组织"机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。
仿生制造属于制造科学和生命科学的"远缘杂交"，它将对21世纪的制造业产生巨大的影响。
仿生制造的探究内容目前有两个方面摘要：
2．4．1面向生命的仿生制造
探究生命现象的一般规律和模型，例如人工生命、细胞自动机、生物的信息处理技巧、生物智能、生物型的组织结构和运行模式以及生物的进化和趋优机制等；
2．4．2面向制造的仿生制造
探究仿生制造系统的自组织机制和方法，例如摘要：基于充分信息共享的仿生设计原理，基于多自律单元协同的分布式控制和基于进化机制的寻优策略；探究仿生制造的概念体系及其基础，例如摘要：仿生空间的形式化描述及其信息映射关系，仿生系统及其演化过程的复杂度计量方法。
机械仿生和仿生制造是机械科学和生命科学、信息科学、材料科学等学科的高度融合，其探究内容包括生长成形工艺、仿生设计和制造系统、智能仿生气械和生物成形制造等。目前所做的探究工作大多属前沿探索性的工作，具有鲜明的基础探究的特征，假如抓住机遇探究下去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的探究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及和生物工程相关的关键技术基础等。3现代制造技术的发展趋向
20世纪90年代以来，世界各国都把制造技术的探究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术计划AMTP、日本的智能制造技术（IMS）国际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划(G--7)、德国的制造2000计划和欧共体的ESPRIT和BRITE-EURAM计划。
随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化和多样化，未来现代制造技术发展的总趋向是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。
当前现代制造技术的发展趋向大致有以下九个方面摘要：
(1)信息技术、管理技术和工艺技术紧密结合，现代制造生产模式会获得不断发展。
(2)设计技术和手段更现代化。
(3)成型及制造技术精密化、制造过程实现低能耗。
(4)新型特种加工方法的形成。
(5)开发新一代超精密、超高速制造装备。
(6)加工工艺由技艺发展为工程科学。
本文在安全跟车模型的基础上，设计了系统构成，并给出了初步的设计方案。对车载测距技术进行了综合比较，确定系统采用毫米波多普勒雷达传感器、超声波传感器和红外线传感器分别对前、后和侧向车间距离、两车相对速度和角度进行测量；在结合各种防碰原理的基础上，把系统分为主控单元子系统、测距子系统、信息采集单元子系统和显示-声光报警子系统四个部分，并确定了实现系统功能所需要的关键技术;在安全距离的基础上，对主控单元子系统和测距子系统进行了软、硬件设计，解决了系统功能所需要的关键技术。
车辆防撞技术作为智能运输系统的一个子课题，将不断成熟和完善，防撞系统的应用可以缩短车辆间的安全行车距离，还可以实现安全超车，保证高速运行车辆的安全性，提高公路运输效率，促进经济的快速发展。
关键词：防撞预警；雷达；超声波；红外线；传感器
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选题意义和背景
汽车业与电子业是世界工业的两大金字塔，随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越来广泛，汽车电子化的程度越来越高。汽车电子技术是汽车技术与电子技术想结合的产物。汽车上的电器与电子控制系统在汽车技术进入机电一体化阶段的今天，地位极为重要，正在汽车技术领域发展成为一门独立的分支学科，其性能的优劣直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排放干净、及舒适性等。电子控制技术在汽车上，首先应用于发动机燃油消耗控制与排放进化与排放控制，接着被应用于底盘部分的控制，以提高行驶的稳定性、安全性、与舒适性等。随着交通运输向高密度发展，电子控制技术又进一步应用于汽车的乘坐安全性和导航等方面。
电子技术在汽车安全控制系统的应用主要是为了增强汽车的安全、舒适和方便。应用的电子技术主要有：电子控制安全气囊，智能记录仪，雷达式距离报警器，中央控制门锁，自动空调，自动车窗、车门、座椅、刮水器，车灯控制，电源控制以及充电器等。近年来汽车的自动调速系统，主动式汽车防撞系统，汽车监测和自诊断系统以及汽车导航系统也得到了广泛的应用。
在过去20~30年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，例如，在汽车的前部或后部安装保险杠、在汽车外壳四周安装某种弹性材料、在车内相关部位安装各种形式的安全带及安全气囊等等，以减轻汽车碰撞带来的危害。安装防撞保险杠固然能在某种程度上减轻碰撞给本车造成损坏，却无法消除对被撞物体的伤害；此外，车上安装的安全气囊系统，在发生车祸时不一定能有效地保护车内乘务员的安全。所有这些被动安全措施都不能从根本上解决汽车在行驶中发生碰撞造成的问题。如果从预防撞车事故的发生的角度着眼，在提高汽车主动安全性方面下功夫，则可在汽车安全性领域有较大的突破。
汽车发生碰撞的主要原因是由于汽车距其前方物体（如汽车、行人或其他障碍物）的距离与汽车本身的车速不相称造成的，即距离近而相对速度又太高。为了防止汽车与前方物体发生碰撞，汽车的车速就要根据与前方物体的距离变化由执行机构进行控制，使汽车始终在安全车速下行驶。这样就会大大提高汽车行驶的安全性，减少车祸的发生。
发展汽车防撞技术，对提高汽车智能化水平有重要意义。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30%，路面相关事故的50%，迎面撞车事故的60%;1秒钟的预警时间可防止90%的追尾碰撞和60%的迎头碰撞。理论上，汽车防撞装置可在任何天气、任何车速状态下探测出将要发生的危险情况并及时提醒司机及早采取措施或自动紧急制动，避免严重事故发生。汽车防撞装置是借助于遥测技术监视汽车前方和后方的车辆、障碍物，并根据当时的车速自动判断是否达到危险距离，及时向司机发出警告，必要时还可进行自动关车、自动紧急刹车。
汽车要避撞就必须凭借一定的装备测量前方障碍物的距离，并迅速反馈给汽车，以在危急的情况下，通过报警或自动进行某项预设定操作如紧急制动等，来避免由于驾驶员疲劳、疏忽、错误判断所造成的交通事故。目前，大家都将防撞技术的关键点着眼于车辆测距技术。
1.2国内外研究的现状
鉴于交通事故的不可预测性和不可绝对避免性，为了减少交通故，优化交通秩序，利用计算机及信息技术来提高道路交通安全和效率已成为国内外研究的热点。二十世纪八十年代以后展开的关于智能交通系统的研究，被认为是解决各种交通问题的一个很好的途径。智能交通系统是将先进的信息技术、通讯数据传输系统、电子控制系统以及计算机处理系统有效地应用于整个运输管理体系，使人、车、路环境协调统一，从而建立一个全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。其中智能车辆系统涉及到计算机测量与控制、计算机视觉、传感器数据融合、车辆工程等诸多领域。视觉系统在智能车辆中起到环境探测和辨识作用。与其他传感器相比，机器视觉具有检测信息量大，单纯以当前的现实条件出发解决，容易导致系统实时性差。在实际应用中可使用多个摄像机，或者利用高速摄像机的多幅连续图像序列来计算目标的距离和速度。还可根据一个摄像机的连续画面来计算车辆与目标的相对位移，并用自适应滤波对测量数据进行处理，以减少环境的不稳定性造成的测量误差。在智能车辆领域，除视觉传感外，常用的还有雷达、激光、GPS等传感器。
利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容.世界各大汽车公司、大学在政府的支持下，都在开展这方面的研究与开发工作。日本各大汽车制造企业如丰田、日产、马、本田、三菱等公司，为实现其运输省提出的发展"先进的安全汽车(ASV)计划"致力于新型安全汽车技术研究开发，并取得了重要的进展。丰田汽车公司使用毫米波雷达和CCD摄像机对本车的距离进行动态监测，当两车距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。日产汽车公司使用紧急制动劝告系统，利用先进的车距监测系统对跟车距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。本田公司使用具有扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。三菱和日立公司在毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择60~61GHz或76~77GHz,探测距离为120米，尼桑公司为41LV-Z配备了自适应巡航控制系统，该系统利用毫米波雷达作为探测器，为巡航驾驶提供了判断依据。
德国和法国等欧洲国家也对毫米波雷达技术进行了研究，特别是奔驰、宝马等著名汽车生产厂商，其采用的雷达为调频毫米波雷达（FrequencyModulationContinuousWave）,频段选择76~77GHz。如奔驰汽车公司和英国劳伦斯电子公司联合研制的汽车防撞报警系统，探测距离为150米，当测得的实际车间距离小于安全车间距离时，发出声光报警信号。该系统已经得到应用。
美国的汽车防碰撞技术已经相当先进，福特汽车公司开发的汽车防碰撞系统的工作频率为24.725GHz,探测距离约106米。据说该系统理论上能根据转弯的角度信息自动适应路面的转弯情况，仅探测本车道内车辆的信息，从而可避免旁车道上目标物的影响。戴姆勒-克莱斯勒公司的防撞结构主要是两个测距仪和一个影像系统，她能够测出安全距离，发现前方有障碍物，计算机能够自动引发制动装置。戴姆勒-克莱斯勒公司的实验结果显示，车速以每小时32.18公里/小时的速度行驶，在距离障碍物2.54cm的地方停下来。
我国汽车防碰撞系统的研究开发同国外发达国家相比，存在较大差距，近几年相继有一些科研院所、大专院校和公司厂家进行此方面的研究。近距离报警如倒车雷达现已蓬勃地车辆上安装使用，但国内目前生产的中远距离测量普遍达不到要求，表现在最远测距距离近，测距误差大，远远不满足高速公路的安全车距离要求，需进一步研究。
本课题，不是直接测量距离，而是从测量车与车之间相对速度的角度出发，研究利用雷达激光测距、超声波测速及其它相关技术来预测高速行驶车辆的后碰及侧碰问题，实现报警，从而避免事故发生。
本次研究主要针对汽车防撞系统，对前面开发的系统性能进行了改进。主要研究内容包括以下几个方面:
1.汽车纵向防撞系统的总体设计
完成汽车防撞系统的总体设计，把整个系统划分成四个分工不同的子系统，并确定实现总体方案所需要解决的关键技术。
2.汽车防撞安全距离模型的确定
结合系统的技术要求和车辆的行驶情况，对课题组以前提出的安全距离跟车模型进行了改进，使其具有更好的可靠性和实用性，对模型中的个别参数进行重新选取，使模型及模型的参数选取更加合理。
3.进行汽车防撞系统硬件的总体设计并解决关键技术
在以前研究的基础上，重新对汽车防撞系统进行总体设计，提高了系统的实时性，并且电路中硬件器件全部采用贴片封闭形式，提高硬件系统的抗干扰性和可靠性。本论文中着重论述了主控单元子系统和雷达工作数据发送单元的硬件设计，解决了汽车防撞系统中的雷达测距系统这一关键技术，使该课题的研究从模拟实验阶段过渡到实车实验阶段。
4.按照系统的功能需求，制定了各子系统之间通讯的通讯规约，并用MCS-51汇编语言设计了系统的主控单元子系统软件和雷达测距子系统中雷达通讯数据发送单元软件。
5.在模拟实验的基础上，通过装车实验，验证了系统所要求的各种性能。
1.3本文的主要工作和内容安排
本文在第一章绪论中阐述了汽车防撞技术产生的背景及现实意义，主要研究内容并对现有的防撞技术进行了归纳和总结，进而提出本课题的研究思路和新颖所在;第二章主要阐述了测距传感器的选择，并且确定了三种测距方法；第三章进行了报警系统防撞模型的建立;第四章进行了硬件设计和实验验证;第五章为系统的软件设计，第六章为结论与展望。
目录
第一章绪论1
1.1选题意义和背景1
1.2国内外研究的现状2
1.3本文的主要工作和内容安排5
第二章几种测距方式的比较和选择6
2.1激光方式7
2.2超声波方式8
2.3红外线方式9
第三章系统模型的建立10
3.1追尾防撞模型的建立10
3.1.1模型建立的理论依据10
3.1.2模型的建立12
3.1.3模型的讨论17
3.1.4模型参数的讨论18
3.2超车侧向防撞模型的建立19
3.2.1模型的建立19
3.2.2模型参数的选择26
3.2.3模型的最小转角与最大转角数据分析28
第四章系统硬件设计30
4.1单片机的性能特点30
4.1.1单片机的选择30
4.1.2MCS-51单片机的主要性能31
4.1.3单片机系统的设计要求31
4.2追尾碰撞报警系统硬件设计32
4.2.1测量距离通道的设计32
4.2.2测速通道的设计33
4.2.3开关量输入通道的设计34
4.2.4转向、油门、制动信号的采集35
4.2.5声光报警的设计36
4.2.6显示装置的设计39
4.2.7电源设计43
4.2.8电路板的电源保护装置和电源的抗干扰的设计44
4.2.9"看门狗"电路的设计44
4.3系统主要传感器47
4.3.1毫米波雷达传感器48
4.3.2超声波传感器53
4.3.3红外线传感器55
4.3.4霍尔车速传感器55
4.3.5转向角度传感器59
4.3.6制动踏板传感器60
4.3.7油门传感器61
4.3.8路面状况选择开关61
4.4系统总体电路图64
第五章报警系统软件程序的实现65
5.1系统报警方式65
5.2程序设计思想65
5.3程序的实现66
第六章结论与展望71
6.1结论71
6.2展望71
参考文献73
附录76
本论文中虽然对安全距离模型进行了改进，但仍需进一步改进和细化，采用一定的控制理论和算法，使模型更具有科学性、可靠性和可操作性。本系统现阶段只是就危险情况实现了向驾驶员报警，事实上由于驾驶员的反应性有差异及注意力不集中、疲劳驾驶等因素的存在，有时未必能及时采取减速、刹车等措施，因此系统下一步的目标是实现自动刹车的功能，使驾驶员的安全更有保障。
（1)本系统只是在理论上讨论了汽车防碰撞的问题，由于实验设备和时间问题还没有进行实验。
(2)本系统还应该进一步在复杂天气(雨、雪、大雾)，潮湿、冰雪路面上进一步测试，验证系统的设计功能。
(3)在本系统基础上，进一步开发车辆自适应巡航控制系统，使车辆的舒适性和主动安全性得到提高.
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自从航空业诞生以来，由飞机中的FOD所造成的事故或者技术故障的事件屡屡发生。从飞机制造商的角度来讲，FOD在生产制造过程中的发生的可能性非常高。飞机上的FOD是危及其飞行安全的严重隐患，飞机的组件、部件及整机内不允许有任何FOD的存在。
1 定义
外来物（Foreign Object Debris），是指不属于最终产品但却遗留在其中的外来物质或物件，这些外来物品都有可能损害或降低产品的性能[1]。外来物损伤（Foreign Object Damage），任何由外来物引起的损伤，可以是物理上的损伤也可以是经济上的损失。外来物包括：工具，装配零件，加工铁屑和装配过程中的外来物（例如在装配，运输和包装时使用的任何消耗品）。其他潜在的FOD包括个人物品，如食品和饮料、硬币、珠宝首饰、钮扣、铅笔、回形针、手机、打火机等。
2 FOD沟通和意识[2]
导致FOD的原因有两种：一是FOD培训不到位，对FOD的危害认识不足，工作人员缺乏防范意识；二是激励约束机制不健全，认为移除FOD不是自己工作，不愿主动承担。所以，有关FOD的培训和管理制度是必不可少的。
2.1 培训
装配人员应经过有关FOD预防和管理培训，才能进行工作。FOD培训的主要目标是增加员工对FOD的发生的原因和影响的了解，提高FOD预防意识。
培训内容包括两个部分：（1）基础培训：FOD预防的基础知识；（2）周期培训：定期检讨及更新，以吸取的经验教训。培训人员包括：运营和质量工作人员，包括管理人员，支持（即制造部门，物流，供应商），其他人员（如采购，客户服务）。
2.2 FOD意识
（1）管理层参与：管理层必须支持和负责FOD预防计划并参与其实施，并提醒员工，FOD将最终影响飞机的安全。保证新员工在参加完FOD预防培训课程之后，才能允许他们开始工作。参观者或与装配不相关的人员禁止进入工作区域。如图1，在工作区域周围设置警戒围栏。
管理层应该支持和鼓励员工报告发现的FOD或缺失的工具（即使是员工自己的过失）。解释“错误”和“违反”区别。员工丢失工具是一个错误；但不报告这个错误是违反规定的行为，则将被认为是一个事故。
（2）员工意识：提高员工关于FOD产生的前因后果的意识，提醒预防避免FOD要求，促进所有员工通过指定的标准和良好的做法的实施积极参与。在工作区域里，应该有可视化的警示，如FOD标识、地面标记、警戒围栏、海报等[4]。
人的因素方面，管理的附着力和员工的意识是防止FOD的关键因素。
2.3 整理整洁
整理整洁和“随手清洁”，这些工作旨在保持工作区域干净整洁[3]，提高产品质量，创建一个安全的和更令人满意的工作环境，把多余物从工作场所移除。要求工作完成后立即清扫工作区域，每次转移位置或当工作停止时，清扫工作区域，当工作碎片有转移到看不见或难以到达的区域时，立即清扫。如果员工在工作前需要对工作区域进行保护，他应该在完成工作后去除防护材料。
3 预防和控制方法
3.1 区域分类
FOD预防和控制适用于每个工作区域，FOD潜在的风险取决于两个因素：
（1）飞机制造过程各个阶段：工装设备、部件组装、飞机总装、试飞、交付等；（2）飞机内部空间特性：低可达性、低能见度、多种干预措施。
每个区域必须被理解为一个组合：部件装配、飞机总装、飞机内部区域（例如航电湾，机翼油箱、货舱等）。
FOD潜在区域根据工作状况进行区分，如表1。
区域划分，让员工在不同的区域，对FOD给予不同的关注度，避免了不必要的人力、物力的浪费。
3.2 工具管理
飞机装配制造企业里面的工具不同于汽车装配，不但工具数量多，而且存在很多特殊的工具。所以工具管理是预防FOD的一部分，同时工具管理同时也是适航检查的要求。
（1）工具负责制：工具分配到站位，由站位单独管理，责任到人。每个工具柜都有其特定位置，并贴有用特定的地面标识。工具柜有专门人员负责，做好每日的清查。每个工具应标有一个永久的，可读和可追溯的识别号码[4]。公用工具上应该有站位号和工具号，个人工具应该有个人号和工具号。
（2）工具检查：每个工具箱里面放置影子板[3]，每件工具都有其特定的标记和形状的位置。员工在工作开始前和工作结束后检查工具时候就一目了然，假如丢失了工具很容易被发现，降低了FOD发生的可能性。
同时每个工具箱都附有一个工具清单，内容包括工具的图片、工具号、数量、负责人。工具丢失时，可以根据工具清单查找丢失工具的详细信息。工具箱负责人每天都要对工具进行检查，并确认签字。
（3）工具设计：工具设计和规范通过改进检测和他们的储存条件减少工具零件在飞机里风险。工具规格，完善的检测和存储，可以降低风险的异物。工具规格，无异物必须要考虑。设计工具时，应加强在低能见度和低可使用这些考虑因素。应考虑到检测工具及零件的可见性/保护材料。
3.3 硬件管理
（1）保护装置：在飞机的整个总装过程中，包括大部件运输、部件组装、涂装、试飞、交付，每个阶段都要注意防护，以防止FOD的发生。如图4（a）是为了预防大部件在运输时FOD的进入，（b）为前后机身对接时的防护，防止在对接时，钻孔的铁屑和使用的消耗品进入或破坏已经装配好的部分，如保温棉、线缆和油管等。
防护设备（边缘保护、帽、封面、过滤器）应进行清洁和保护以防止意外损坏。一旦安装完毕，未经授权禁止去除防护设备。
（2）零件和消耗品：零件包括螺钉、螺帽、开口销、铆钉、垫圈等，将他们放到离站位比较近的零件储存柜里统一管理，按需领取，既方便员工领取，又能降低FOD的发生。如图5。
消耗品包括抹布、刷子、毛笔、手套、口罩等，工作前统一领取，使用过的消耗品集中放入垃圾箱里。
（3）个人物品：个人物品，是指员工随身的物品，如首饰、香烟、打火机、硬币、食物等。[6]个人储物柜应该安放在工作区域附近，这样有利于员工取放。员工在工作前应该掏空口袋和将他们放到个人物品的储物柜中。
3.4 区域关闭和最终检查
区域关闭被认为是防止FOD最后的机会。区域封闭前，应进行FOD检查，并采取擦拭、吸除等检查FOD的措施[7]；装配的间歇和装配完成后，应对飞机上特殊开口进行密封保护。
任何结构在封闭前，都应该设置FOD检查工序，并提交检验检查，确认封闭区域内无FOD后方可封闭工作区域。如果有任何疑问（不能直接看到的东西），要去和区域的负责人讨论关于你的疑问。
4 FOD报告及持续改善
4.1 FOD报告
所有已经发生或潜在FOD事故都应该报告和调查。当一个FOD事故发生时，员工应立即停止操作，开始调查，判断原因。同时，根据FOD发生的原因和纠正方法，提供一个合理的工作方式来避免类似事件的发生。
FOD事件报告应包括以下内容：日期、 部件名称、类型、零件序列号、零件的位置、发现时间、发现人员、怎么样发现，FOD的描述（包括分析发生时间、分析者、怎样分析），根本原因、纠正措施、报告人等。应该把报告的重点放在谁来负责FOD的跟踪和趋势分析。同时也应该确保所有受影响的人员都意识到所在区域可能发生的FOD。
4.2 持续改善
每一次FOD的发现，都应该作为一个积极的例子，进行持续改善[8]。FOD预防和管理的目标是避免FOD发生，设置为管理层和员工提供检查结果，问题区域和发展趋势，事件/事故报告，并反馈进展。员工需要获得特定的信息，工作之前知道哪些是错误，他们可以预期改善流程。让员工知道他们哪些做的是对的或哪些是不对的，反馈对工艺改进至关重要。
5 结语
FOD的预防和控制直接关系到飞机的质量安全，是飞机制造企业十分重视的事情。FOD的控制是需要全体员工参与并不断发展和完善的工作。随着员工FOD意识的提高，检测技术的不断更新，FOD发生的几率将会大大降低。
参考文献：
[1]王辉，李护林.发动机总装多余物控制方法[J].航天制造技术，2003.
[2]熊涛.航天器总装多余物控制方法探讨[J].航天器环境工程[J]，2006.
[3]李大南.航天型号产品多余物及其预防和控制标准的实施检查[J].航天标准化，2006.
[4]府大兴，崔春梅，徐正.星载天线总装集成多余物控制[J].电子机械工程，2010.
[5]航空制造工程手册（第2版）飞机装配[M].航空工业出版社，2010.
