序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇微電子技術論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞微電子技術集成系統微機電系統DNA芯片

1引言

綜觀人類社會發展的文明史，一切生產方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發現和新技術的產生而引發的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發展。從50多年前晶體管的發明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發展歷史充分證明了“科學技術是第一生產力”。信息是客觀事物狀態和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數字化和網絡化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數字化和網絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產業和行業，改變著人類的生產和生活方式，改變著經濟形態和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術。可以毫不夸張地說，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發展，微電子已經成為整個信息社會發展的基石。

50多年來微電子技術的發展歷史，實際上就是不斷創新的過程，這里指的創新包括原始創新、技術創新和應用創新等。晶體管的發明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發明點接觸型晶體管、1948年發明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發存儲器等微電子領域的重大發明也都是一系列創新成果的體現。同時，每一項重大發明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產、生活方式產生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續發展幾十年。自1968年開始，與硅技術有關的學術論文數量已經超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發展的本質是創新，沒有創新，社會就只能被囚禁在“超穩態”陷阱之中。雖然創新作為經濟發展的改革動力往往會給社會帶來“創造性的破壞”，但經過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創新循環，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發展。

在微電子技術發展的前50年，創新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發展仍將依賴于一系列創新性成果的出現。我們認為：目前微電子技術已經發展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發展趨勢和主要的創新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統芯片（SystemOnAChip，SOC）為發展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。

221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術發展的目標是不斷提高集成系統的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發明以來，為了提高電子系統的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發展基本上遵循了Intel公司創始人之一的GordonE．Moore1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發展趨勢將減緩，但是微電子產業三十多年來發展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術的這種發展趨勢還將在21世紀繼續一段時期，這是其它任何產業都無法與之比擬的。

現在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產業的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產品將投入批量生產。

21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據科學技術的發展規律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發明晶體管1958年發明集成電路,到60年代末發展成為大產業也經歷了20多年的時間。另外，全世界數以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產業能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產業能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內仍起重要作用，人們不會輕易放棄。

目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統結構等方面需要進一步的大力發展，這些技術的發展必將使微電子產業繼續高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產業將于2030年左右步入像汽車工業、航空工業這樣的比較成熟的朝陽工業領域。即使微電子產業步入汽車、航空等成熟工業領域，它仍將保持快速發展趨勢，就像汽車、航空工業已經發展了50多年仍極具發展潛力一樣。

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發展初期所形成的經典或半經典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創新和重點發展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結構，高k柵介質材料和新型柵結構，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域

在上節我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”。“bottomup”最重要的領域有二個方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極小（αF），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。

量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據電子占據量子點的狀態形成“0”和“1”狀態。它在本質上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現互連。其基本優勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發現以來，現在已有大量成果涌現，北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創出一個新的天地。

4系統芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發展的重點

在集成電路（IC）發展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產業的發展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統才能發揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現整機系統的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展，系統對電路的要求越來越高，傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規模越來越大，復雜程度越來越高，已經可以將整個系統集成為一個芯片。目前已經可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發展到3T時代（即存儲容量由G位發展到T位、集成電路器件的速度由GHz發展到燈THz、數據傳輸速率由Gbps發展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數據位數）。

正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現了將整個系統集成在一個微電子芯片上的系統芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。

系統芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發展起來的集成電路技術。

SOC是從整個系統的角度出發，把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來，在單個（或少數幾個）芯片上完成整個系統的功能，它的設計必須是從系統行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現更高性能的系統指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統芯片,在相同的系統復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現的同樣系統的性能；還有，與采用常規IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數目約可以降低l～2個數量級。

對于系統芯片（SOC）的發展，主要有三個關鍵的支持技術。

（1）軟、硬件的協同設計技術。面向不同系統的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統涉及諸多計算機系統、通訊系統、數據壓縮解壓縮和加密解密系統等等。

（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結構設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎，在速度與功耗上經過優化并有最大工藝容差的模塊最有價值。現在,美國硅谷在80年代出現無生產線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現技術等。

微電子技術從IC向SOC轉變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發展的里程碑。通過以上三個支持技術的創新,它必將導致又一次以系統芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發展的時期。

在新一代系統芯片領域，需要重點突破的創新點主要包括實現系統功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發展起到了非常重要的作用,目前神經網絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經不是傳統意義上的CMOS結構，因此需要發展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現膠聯邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發展,在這一方面也需要做系統深入的研究。

5微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點

微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的，后者則是與生物工程技術結合的產物。

微電子機械系統不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現了微電子與機械融為一體的系統。MEMS將電子系統和外部世界聯系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉換成電子系統可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統控制這些信號，發出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統以及電源于一體的微型機電系統。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫學、材料科學、能源科學等〖3〗。

MEMS的發展開辟了一個全新的技術領域和產業。它們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所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優異及功能強大等傳統傳感器無法比擬的優點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事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。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統（ABS）、穩定控制和玩具；微流量系統和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息MEMS系統將在射頻系統、全光通訊系統和高密度存儲器和顯示等方面發揮重大作用；同時MEMS系統還可以用于醫療、光譜分析、信息采集等等。現在已經成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。

MEMS技術及其產品的增長速度非常之高，目前正處在技術發展時期，再過若干年將會迎來MEMS產業化高速發展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。

目前，MEMS系統與集成電路發展的初期情況極為相似。集成電路發展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新換代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發展。集成電路和計算機在發展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命。現階段的微機電系統專用性很強，單個系統的應用范圍非常有限,還沒有出現類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產業，從而對人們的社會生產和生活方式產生重大影響。

當前MEMS系統能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統產業的發展。在MEMS發展中需要繼續解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結構構造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結構與集成技術等。

微電子與生物技術緊密結合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結合進行加工生產，它是生命科學與技術科學相結合的產物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內檢測或發現遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學中最重要的一種物質，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因學研究、生物醫學等，而且隨著DNA芯片的發展還將形成微電子生物信息系統，這樣該技術將廣泛應用到農業、工業、醫學和環境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構建的微分析單元和系統，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。

6結語

在微電子學發展歷程的前50年中，創新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現、新一代SOC的發展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創新成果的誕生。

回顧20世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創新，去勇敢地迎接這個挑戰，則有可能使我國微電子技術實現騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產權，促進我國微電子產業的發展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻

[1]S.M.SZE:LecturenoteatPekingUniversity,FourDecadesofDevelopmentsinMicroelectronics:Achievementsandchallenges.

[2]BobSchaller.TheOrigin,Natureandlmplicationof“Moore’sLaw”,.1996.

[3]張興、郝一龍、李志宏、王陽元。跨世紀的新技術－微電子機械系統。電子科技導報，1999，4：2

[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997

篇(2)

關鍵詞：可編程控制器,船用泵,自動控制

引言

可編程序控制器（Programmable Controller，簡稱PLC）是近十幾年來發展起來的一種新型工業用控制裝置。由于它具有很多優點，它可取代傳統的繼電器控制系統，實現邏輯控制、順序控制、定時、計數等種各種功能。有些高檔大型PLC還能象微型計算機那樣進行數字運算、數據處理、模擬量調節以及聯網通信等。它具有通用性強、可靠性高、指令系統簡單、編程簡便易學等一系列優點。隨著微電子技術和大規模集成電路的發展，微處理器問世并被用到PLC中，使其功能更加完善，體積大大縮小，成為當今社會生產、實現自動控制的主要手段之一。

隨著造船業的蓬勃發展，我們把PLC產品在船舶組泵的控制系統進行了應用,達到了預期的控制目的。

一、任務與構想

船用泵組合控制系統對12組泵進行了切換控制，每組泵兩臺，每臺泵需要一個輸入信號確定泵組是自動或手動；每組泵需要測量出口壓力是否正常；每臺泵之間需要一個互連信號表明哪一臺泵是主泵；輸出要控制每臺泵的啟動，指示出每臺泵的運行狀態，并給出故障或低壓報警信號。論文參考網。

針對提出的問題，提出了如下的設計思想：

1、 手動啟動各泵

在PLC投入使用后，將組合啟動屏上的各泵轉換開關切至自動位置即可手動啟動各泵。互為備用的兩臺泵，首先投入的為主用泵，后投入的為備用泵。

2、 自動啟動各泵

如果各泵轉換開關在PLC通電前已在自動位置，且開機、關機都嚴格按照程序進行，則PLC通電后按預訂程序自動啟動各泵。論文參考網。論文參考網。這種情況常用于上次停機時只關閉PLC電源，停機時哪臺泵運行，再次啟動時仍然是該泵運行。

3、 手動切換各泵

用備用泵替換運行泵，在兩泵都處于自動位置時，將運行泵開關切至手動，即可自動停止運行泵，啟動備用泵，然后再將開關切回自動，按報警按鈕，撤消報警。

4、 各泵自動換

運行中如果一臺泵熱繼電器動作，則自動啟動備用泵，同時發出該泵切換報警，故障泵的運行指示燈閃爍，撤消報警按鈕，撤消報警。如果一臺泵出口壓力開關閉合，則備用泵自動并車，并發出該泵切換報警。壓力恢復后，停止故障泵，故障泵運行燈閃爍，撤消報警按鈕切除報警及燈光閃爍。

二、各泵啟動順序圖

三、PLC的選用

CPU是PLC的核心單元，其性能決定了PLC的整體性能，必須根據控制系統的要求來選擇，這里我們根據實際需要，選用CPU102型，即可滿足控制要求..

四、梯形圖

五、結束語

該船用泵組合啟動控制系統是根據某造船廠的實際情況，對某輪船上的12組泵的控制系統進行的初步設計，采用西門子的S5-100PLC，達到了預期的控制目的。

參考文獻：

[1]汪曉光，孫曉瑛等，可編程控制器原理及應用 北京 機械工業出版社

[2]夏辛明 可編程控制器技術及應用 北京 北京理工大學出版

篇(3)

關鍵詞：機電一體化 機械制造 應用現狀發展趨勢

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。

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。

5.環保化

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【關鍵詞】電子工程設計 EDA技術 研究分析

隨著電子技術的發展革新，應用系統逐步朝向大容量、小型化、快速化的方向發展。數字化的設計系統也逐步由組合芯片向單片系統發展。EDA技術不僅帶來了電子產品領域和系統開發的革命性變革，這也是科技發展與提高的必然產物。對于EDA技術的了解和對其在電子工程設計中的關鍵性分析都是十分有意義的。

1 EDA技術概述

所謂EDA技術，就是電子設計自動化，由CAE、CAD、CAM等計算機概念發展出現。EDA技術以計算機為主要工具，集合了圖形學、數據庫、拓撲邏輯、優化理論、計算數學、圖論等學科，形成最新的理論體系，是微電子技術、計算機信息技術、電路理論、信號處理和信號分析的結晶。現代化的EDA技術具備很多特點，普遍采用了“自頂向下”的程序進行設計，保證了設計方案的整體優化，EDA技術的自動化程度更高，在設計過程中能夠進行各類級別的調試、糾錯和仿真，設計者能夠及時發現結構設計的錯誤，避免了設計上的工作浪費，設計人員也能拋開細枝末節的問題，將更多精力集中于系統開發，保證了設計的低成本、高效率、循環快、周期短。EDA技術還能實現并行操作，建立起并行工程框架的結構環境，支持更多人同時并行電子工程的技術開發和設計。

2 EDA技術發展

電子工程設計的EDA技術自出現以來，大致可以分為三個歷史時期：

2.1 初級階段

大約在二十世紀的七十年代，早期的EDA技術處于CAD階段，出現了小規模的集成電路，由于傳統手工在制圖設計中的集成電路和集成電路板的花費大、效率低、周期長，借助于計算機技術的設計印刷，采取了CAD工具實現布圖布線的二維平面編輯和分析，取代了高重復性的傳統工藝。

2.2 發展階段

到了二十世紀八十年代，EDA技術進入了發展完善的階段。集成電路的規模逐漸擴大，電子系統日益復雜化，人們深入研究軟件開發，將CAD集成為系統，加強了電路的機構設計和功能設計，這一時期的EDA技術已經開始延伸到半導體芯片設計的領域。

2.3 成熟階段

經過了長期的發展，直至二十世紀九十年代，微電子技術的發展突飛猛進，單個芯片的集成就能夠達到幾百萬或是幾千萬甚至上億的晶體管，這種科技現狀對EDA技術提出更高的要求，推動了EDA技術的發展。各類技術公司陸續開發出大規模EDA軟件系統，出現了系統級仿真、高級語言描述和綜合技術的EDA技術。

3 EDA技術軟件

3.1 EWB軟件

所謂EWB是一種基于PC的電子設計軟件，具備了集成化工具、仿真器、原理圖輸入、分析、設計文件夾、接口等六大特點。

3.2 PROTEL軟件

該技術軟件廣泛應用了Prote199，主要由電路原理圖的設計系統和印刷電路板的設計系統兩大部分組成。高層次的設計技術在近年的國際EDA技術領域開發、研究、應用中成為熱門課題，并且迅速發展，成果顯著。該領域主要包括了硬件語言描述、高層次模擬、高層次的綜合技術等，伴隨著科技水平的提升，EDA技術也必然會朝向更高層次的自動化設計技術不斷發展。

4 EDA在電子工程設計中的應用技術流程

近年來的EDA技術深入到了各個領域，包括了通信、醫藥、化工、生物、航空航天等等，但是在電子工程設計的領域中應用的最為突出，主要利用了EDA技術為虛擬儀器的測試產品提供了技術支持。EDA技術在電子工程設計的領域中，主要應用于了電路設計仿真分析、電路特性優化設計等方面。主要的技術流程如下：

4.1 源程序

通常情況下，電子工程設計首要的步驟就是通過EDA技術領域中的器件軟件，利用了文本或者是圖形編輯器的方式來進行展示。不管是圖形編輯器或者是文本編輯器的使用，都需要應用EDA工具進行排錯和編譯的工作，文件能夠實現格式的轉化，為邏輯綜合分析提供了準備工作。只要輸入了源程序，就能夠實現仿真器的仿真。

4.2 邏輯綜合

在源程序中應用了實現了VHDL的格式轉化之后，就進入了邏輯綜合分析的環節。運用綜合器就能夠將電路設計過程中使用的高級指令轉換成層次較低的設計語言，這就是邏輯綜合。通過邏輯綜合的過程，這可以看作是電子設計的目標優化過程，將文件輸入仿真器，實施仿真操作，保持功效和結果的一致性。

4.3 時序仿真

在實現了邏輯綜合透配之后，就可以進行時序仿真的環節了，所謂的時序仿真指的就是將基于布線器和適配器出現的VHDL文件運用適當的手段傳達到仿真器中，開始部分仿真。VHDL仿真器考慮到了器件特性，所以適配后的時序仿真結果較為精確。

4.4 仿真分析

在確定了電子工程設計方案之后，利用系統仿真或者是結構模擬的方法進行方案的合理性和可行性研究分析。利用EDA技術實現系統環節的函數傳遞，選取相關的數學模型進行仿真分析。這一系統的仿真技術同樣可以運用到其他非電子工程專業設計的工作中，能夠應用到方案構思和理論驗證等方面。

5 結束語

伴隨著科學的發展，技術的革新，EDA技術的領域也在向高層次的技術推廣和開發，成效十分顯著。本篇論文我們對EDA技術的相關信息進行了詳細的分析很研究，研究表明，EDA技術對于我國的電子工程設計改革具有巨大的推動力，基于EDA技術領域的電子產品在專業化程度和使用性能上都要比傳統的設計方案制造的產品更加優化。將EDA技術應用到電子工程設計的領域當中，對于電子產品的優化和工作效率的提高以及產品附加值的拓展都有很大的作用。

參考文獻

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[3]徐冠宇.淺談電子工程設計的EDA技術[J].中國科技縱橫,2011(9):328.

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關鍵詞：電子科學與技術；本科培養方案；課程設置；辦學特色

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0070-02

21世紀被稱為信息時代，電子科學與技術在信息、能源、材料、航天、生命、環境、軍事和民用等科技領域將獲得更廣泛的應用，必然導致電子科學與技術產業的迅猛發展。這種產業化趨勢反過來對本專業的鞏固、深化、提高和發展起到積極的促進作用，也對人才的培養提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會需求出發，結合我校實際情況，進行了本科專業培養方案的改革探索，并詳細介紹了培養方案的制定情況。

一、人才的社會需求情況

目前，我校電子科學與技術專業的本科畢業生主要面向長三角地區龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業，市場對專業人才的需求基本上是供不應求的。但是也應該注意到電子科學與技術產業的分布不均，分類較細，且發展變化較快。另外，電子科學與技術產業結構具有多樣性，既有勞動密集型的大型企業、大公司，更多的是小公司和小企業；既有國有企業和私營企業，更有合資、獨資的外企。因此，社會需求與本專業畢業生的供需矛盾還會繼續存在。

二、專業的培養目標和定位

本專業培養具備微電子、光電子領域的寬厚專業基礎知識，熟練實驗技能，能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統的新工藝、新技術研究開發和設計技能，有較強的工程實踐能力，能夠在該領域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究、開發和管理工作工程技術人才。并且結合我校“大工程觀”人才培養特色，依據“卓越工程師”教育理念下工程技術型人才培養的原則，培養適應微電子和新興光電行業乃至區域社會經濟建設需求的工程技術型人才。

三、本科培養方案制定的思路

電子科學與技術專業培養方案參照工程教育認證的要求，以及專業下設微電子、光電子材料與器件兩個本科培養方向的思路制定。注重培養學生的專業基礎知識和實踐工程能力，使畢業生能滿足長三角地區微電子、光電子和新能源行業發展的需求。微電子方向的課程設置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統設計方面，光電子材料與器件方向則偏向于光電信息、光電材料與光電器件方面。

四、本科培養方案的改革探索

要實現電子科學與技術專業的培養目標，適應電子信息產業的不斷發展，并結合我校學科發展方向和特色，對電子科學與技術專業本科人才培養方案進行了研究，并對省內外幾所高校電子科學與技術專業的培養方案進行調研，最終形成了富有特色的電子科學與技術專業人才培養方案，主要內容如下：

1.培養方案的模塊化設計。在設計電子科學與技術專業本科培養方案的整體框架時，根據“加強基礎、拓寬專業、培養能力”和培養工程技術型人才的辦學理念下，專業培養方案分人文與社會科學、專業基礎和專業課三個模塊，下設微電子和光電子材料與器件兩個專業方向。學生在前兩年學習相同的課程，到大三時根據自己的興趣選擇專業方向，選修各自方向的專業課。由于兩個方向的不同培養要求，因此在專業基礎選修課、專業必修課和專業選修課方面設置限選模塊，每個專業方向必須修滿相應的學分才能畢業。

2.改革專業基礎課程。專業基礎課程是為專業課程奠定基礎，因此，在保留了原有電子信息類專業通常所開設的電子類課程外，增加了與專業相關的課程，如EDA技術、通信原理、數字信號處理、物理光學、應用光學、激光原理與技術等課程，刪減了原先與物理類相關的一些課程，如物理學史、原子物理、熱力學與統計物理學等，并刪減了一些計算機軟件類課程，如C++程序設計、計算機在材料科學中的應用等。專業基礎選修課程分方向限選模塊，兩個專業方向對應有不同的專業基礎選修課程。

3.優化專業課程。專業課程是整個專業教育中的主干部分，微電子方向的課程設置緊緊圍繞半導體和集成電路設計方向，開設有集成電路設計、微電子工藝原理與技術、工藝與器件可靠性分析、半導體測試技術、現代電子材料及元器件、集成電路工藝與器件模擬等課程。光電子材料與器件方向圍繞光電材料和光纖通信方向，開設光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖傳感原理與技術、光纖通信技術等課程。另外專業課程里面還設置有專業實驗，通過加強實驗環節，訓練學生的動手操作能力，增強學生的理論知識。

五、與省內外專業人才培養的區別

具有電子科學與技術專業的各大高校分布在不同的地區，服務于不同的區域經濟，這就要求專業學生的培養具有區域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學、浙江工業大學、蘇州大學、南京理工大學和徐州工程學院這五所不同地區、不同層次高校的電子科學與技術專業的培養方案。不僅使我們能學習到其他高校的先進辦學理念、合理的課程設置體系，也可以發現與其他高校之間的差異。具體表現為以下幾個方面：

1.專業定位。各個學校的電子科學與技術專業依據自身的師資力量、辦學條件、區域經濟要求確定專業的發展定位。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業依托1個教育部重點實驗室、2個國家級實驗教學示范中心、3個省部級重點實驗室，人才培養定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統的設計和開發等方面工作的工程技術人才。浙江工業大學的電子科學與技術專業主要培養光通信、電子電路系統、集成電路設計等方面的人才。蘇州大學的電子科學與技術專業定位在培養能夠在電路與系統、集成電路與系統等領域從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的高級工程技術人才。南京理工大學的電子科學與技術專業主要是突出光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的電子科學與技術專業主要定位在培養能從事光電子材料與器件開發的工程技術人才。而我校的電子科學與技術專業定位于服務長三角地區半導體和新能源行業，培養能從事集成電路設計與開發、光電子材料與器件的研發等工作的工程技術人才。

2.課程體系。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子元器件、電子電路系統、電子集成系統的能力，在課程設置上開設了通信電子電路、EDA技術、薄膜物理與技術、電子材料與電子器件、電子系統設計與實踐、集成電路設計、嵌入式系統原理和應用、現代DSP技術及應用等專業課程。浙江工業大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子電路系統、集成電路系統的能力，開設了電路原理、模電數電、通信電子線路、集成電路設計、光纖通信原理、光網絡技術、數字信號處理等專業課程，以及電子線路CAD實驗、單片機綜合實驗、通信原理實驗、通信電子線路大型實驗、微電子基礎實驗、半導體器件仿真大型實驗、集成電路設計大型實驗等實驗類課程。蘇州大學的電子科學與技術專業培養學生設計與開發電路與系統、集成電路與系統，從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的能力，開設了信號與系統、電磁場與電磁波、高頻電路設計與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設計、VLSI設計基礎等專業課程，以及電子技術基礎實驗、信號與電路基礎實驗、電子線路實驗、電子系統綜合設計實驗等實驗類課程。南京理工大學培養學生從事光電子器件、光電系統和集成電路的設計、開發、應用的能力，開設了信號與系統、光學、光電信號處理、光輻射測量、光電子器件、光電成像技術、超大規模集成電路設計、光電子技術、顯示技術、光電檢測技術、數字圖像處理、半導體集成電路、集成電路測試技術、微電子技術、光電子線路、電視原理等專業課程。徐州工程學院的電子科學與技術專業培養學生設計與開發光電子材料與器件的能力，開設有信號與系統、光電子學、光電子技術、激光原理與技術、光伏材料等專業課程，以及模擬電路課程設計、數字電路課程設計、單片機原理課程設計等實踐性課程。我校的電子科學與技術專業主要培養學生集成電路設計、光電子材料與器件的設計與制備能力，開設有半導體物理學、半導體器件原理、MEMS技術、微電子工藝原理與技術、薄膜材料及制備技術、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術、通信原理、數字信號處理、光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖通信技術等專業課程，以及近代物理實驗、專業實驗等實驗類課程。

3.人才培養特色。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業的人才培養特色是注重集成電路設計、系統集成方面能力的培養。浙江工業大學的人才培養注重光纖通信、集成電路設計方面能力的培養。蘇州大學的人才培養注重電路與系統設計、集成電路與系統設計方面能力的培養。南京理工大學的人才培養注重光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的人才培養注重光電材料與器件方面能力的培養。我校的人才培養注重電子材料與電子器件的設計與開發、集成電路設計方面能力的培養。

參考文獻：

[1]陳鶴鳴，范紅，施偉華，徐寧.電子科學與技術本科人才培養方案的改革與探索[A]//電子高等教育年會2005年學術年會論文集[C].17-20.

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論文摘 要: 概括說明機械電子控制產業發展的情況,重點介紹計算機技術在機械電子控制產業領域以及工業生產制造和人們日常生活中的廣泛應用。

0 引言

現代科學技術的發展極大地推動了機械工業領域的變革,同時給相關生產產業帶來了巨大的影響,提高了生產水平和技術。隨著各種技術之間相融合的發展,以計算機電子技術、機械技術為核心的機電控制領域將給工業及科研等領域帶來更多的實際應用。

1 計算機技術與機電控制技術的發展概況

1.1 計算機控制理論的形成與技術的發展

忽略數字信號的量化效應,可以將計算機控制系統看成采樣控制系統,在這一系統中,將其中連續的環節離散化,則整個系統又可看成由不同的離散系統構成。計算機控制理論的發展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態空間理論和系統辨識自適應控制等理論綜合應用到控制技術中,使計算機控制系統有了初步發展。對于結構復雜、時變的非線性系統,控制系統則融入了魯棒控制、模糊控制、預測控制等多種新型理論,逐步形成了工業過程控制系統的一個新方向。

自世界第一臺電子計算機問世后,計算機首先被用來自動檢測化工生產過程的過程參量并進行相關的數據處理,同時也研究了計算機的開環控制。到二十世紀六十年代,出現了用于過程控制的計算機,實現了直接數字控制。后經集中式計算機控制系統發展到現在的以微處理器為核心的分層式控制系統控制,通過計算機對生產過程進行集中監視、操作和管理控制等。伴隨著計算機處理器等技術的發展,計算機控制技術也隨之發生相應的變革,最終應用到工業生產中并對其產生巨大影響。

1.2 機械和電子控制技術的發展和現狀

在生產、科研等諸多領域里,有大量的物理量需要按某種變化規律進行控制。在二十世紀三十年代之前,工業生產多處于手工操作的狀態。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內,初步有了對工業生產的機械控制實踐。隨著電子技術的迅速發展和計算機控制系統的出現,直接實現了工業生產中各參量和過程的數字控制。計算機的微型化使控制技術更加智能化,同時將機械、電子、計算機技術和控制技術有機結合的機電一體化技術也得到迅猛發展,且越來越被廣泛的應用到各生產領域。目前主要形成并應用的機電控制技術主要有PID控制,PID是經典控制理論的代表,它吸收了智能控制思想并利用計算機的優勢,形成了自適應PID和非線性PID等更利于控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制(FLC)、變結構控制等,均隨著計算機領域的發展在不斷地拓寬。

2 機電一體化的發展及在工業上的廣泛應用

2.1 機電一體化的簡介和生產應用

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計算機軟件系統集合起來所構成的系統總稱,綜合運用機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等對各生產領域的控制過程進行監督操作。它主要應用領域有數控機床,通過相應的數控技術,在工業操作上結構、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結構,豐富了數控功能,也提高了生產效率。

柔性制造系統的應用是計算機技術和制造系統在機電控制工業的應用,是計算機化的制造系統。它主要由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業上,它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,更適用于多品種,小批量等的離散零件的批量生產。

交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用,尤其是在鋼鐵工業中,使復雜的矢量控制技術得以實現,無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者異步電機實現可逆滑調速。也使交流傳動系統在軋鋼生產中得到廣泛的應用。

可編程控制器(PLC)是集計算機技術和自動控制化技術于一體的新型控制系統。這一系統解決了工業控制系統中大量開關控制的問題,逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統。隨著PLC技術的進步,其應用領域更是不斷擴大,可采集存儲數據,還可對控制系統進行監控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。此外,隨著工廠網絡自動化的發展,PLC可實現通信及聯網功能,更有助于工業生產的控制過程的監控。如今,PLC技術已經被廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環保以及文化娛樂等各行各業。

2.2 計算機在機械和電子控制產業的應用實例

計算機技術和機械電子控制技術一體化的有機結合,不斷使相關的新技術應用到更多的領域中去,這些應用到的領域已經不再局限于工業的生產,更多技術是切身關系到我們日常的工作和生活。下面舉幾個具體實例來介紹計算機技術和機電控制相結合的實際應用。

PLC實現了機械手移動工件的控制過程。隨著世界經濟和技術的發展,人類活動的范圍不斷擴大,機器人的應用正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展,并從制造領域轉向非制造領域,各種各樣的機器人產品隨之出現。隨著機器人的生產和大量應用,很多領域,許多單一、重復的機械工作由機器人(也稱機械手)來完成。工業機器人是一種能進行自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機,廣泛采用工業機器人,不僅可提高產品的質量與產量,而且對保障人身安全,改善 勞動環境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節約原材料消耗以及降低生產成本有重要意義。與計算機及網絡技術相結合應用的工業機器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產和生活方式。

農業方面,機械作業過程中駕駛室內的儀表盤正迅速由電子監視儀表取代并逐步由單一參數顯示方式向智能化信息顯示終端過渡,以此來改善人機交互界面。這種智能化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端(Virtual Display Terminal),它代表了當代儀器與控制裝置發展的主流方向。它可通過屏幕任意選擇顯示機組中不同部分的終端信息,在屏幕上按操作者的需求,調用數據庫信息,顯示數據、圖形、語音等多媒體信息。另外,還可以將數據信息動態存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能化數據存儲卡,將農業作業過程的數據信息通過智能卡帶回辦公室,由計算機應用高級軟件進行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過智能卡傳送到拖拉機上的智能控制終端,實現自動控制農機的操作。

PLC在自動售貨機中的應用。自動售貨機通過顧客選擇商品開關,投入的硬幣值由PLC驅動數碼管顯示,經過光傳感器識別,通過判斷,進行下一步操作,經過PLC的系統控制和信號輸出完成售賣過程。計算機技術和機電自動控制在自動售貨機中的這項應用極大方便了人們的生活,也使PLC的應用更加廣泛。

交通信號燈系統也是微機軟件應用到電子控制系統中的典型實例。通過主要應用PLC技術控制十字路口的信號燈動作。準確無誤的完成信號燈的變燈動作來控制時間,這項應用更是極大方便了人們日常生活工作的出行。

電腦橫機中計算機技術的應用給機械編織行業帶來了巨大的變革。現在的電腦橫機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域的復雜系統。電腦橫機的編織是一個極其復雜的過程,最初的橫機是手動橫機,只能勝任比較簡單的編織過程。隨著計算機技術應用到電腦橫機中,通過電腦的自動控制,設計人員可對編織花型進行數字化設計,通過計算機數字直接控制機械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應的機械編織動作,由計算機指令控制系統完成整個設計的編織,極大地提高了工業生產效率。

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,以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢。

3 總結

在機械生產領域,電子技術和計算機技術的融入發展,機電一體化的形成是機械工業中的重要變革。通過不斷發展的計算機技術,使機電一體化相關的技術在諸多領域中得到了廣泛的應用。

參考文獻:

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篇(7)

與傳統光學不同的是，由光學與微電子、微機械、納米技術互相融合、滲透、交叉而形成的前沿學科――微納光學，變革了傳統光學與技術的發展路線。這門新興的交叉學科在信息、能源、生命、環保、宇航、國防等領域均已產生新的重要應用。在我國，微納光子學的發展也日益受到重視，未來發展前程似錦。

1996年，付永啟博士畢業。近20年過去，付永啟一直沒有離開過微納光學研究領域，在他看來，盡管微光學似乎看不見，摸不著，但從人們的生活乃至國家的高尖端科學都離不開它。這正是它的魅力所在。

“微納光子雖小，照亮我們未來的路”

1994年，付永啟在中國科學院長春光學精密機械與物理研究所攻讀博士學位，“當時是跟導師一起做國家航天項目中的一個子項目――‘動態目標發生器’的研究，我主要負責曲面光刻的研究。”那是他接觸到微光學并逐漸對微光學元器件的設計制作產生興趣的開始。

在博士后研究階段，付永啟又接著在衍射光學元件的設計制作方面開展了深入研究。隨后為了開闊視野、提升研究能力，付永啟于1998年赴新加坡南洋理工大學精密工程與納米技術中心作研究員，借助當地優越的軟硬件條件繼續深入開展微光學以及后期納米光學領域的研究工作。

從此，一個嶄新的世界――納米光學這個交叉領域逐步在他面前展開。

正如他所說的“學得越多就會發現自己不懂的東西越多”，在學習和研究過程中，他覺得不應該囿于領域，萌生了走出國門看看的念頭。1998年，他選擇赴新加坡南洋理工大學精密工程與納米技術中心做研究員。后來，又通過那里獲得了在麻省理工學院作訪問學者的機會。

通過與科研院所及工業界的合作，付永啟開展了多個橫向和縱向項目研究，接觸到了微電子、微機電系統（MEMS）、微納加工、納米計量及生化分析等多學科領域的知識，先后完成了多項重大研究課題，并取得了許多創新性成果。

借助于國外較好的軟硬件條件，付永啟快速提高了獨立開展科研工作的能力。東西方文化在他身上相遇，已經不再是形式的混體，而是精神層面的和平融合，使得付永啟的治學態度里，囊括了中國智慧的通達以及西方思想嚴密的邏輯性，在這種態度的指引下，他對科研工作有了更深層次的認識，同時對科學研究也更加熱愛。

2001年，付永啟將目光專注到了一種新的微納光學元件一步加工制作方法―聚焦離子束制作技術上，經過兩年的反復研究、實驗，終于獲得成功并使該技術逐漸走向成熟。

付永啟利用納米加工技術實現了微光學元件與光電子元/器件的集成一體化，即利用聚焦離子束技術直接一步將微光學元器件甚至納米光子元器件與光電子器件（如半導體激光器、光導纖維等）集成于一體，從而達到直接控制光束的目的。這一技術擺脫了傳統的采用離散光學元件對激光束進行準直或聚焦的方法，不但減少了光學系統的元件數，而且節省了空間，更容易實現系統的輕量化和小型化，對微系統的開發具有重要意義。

同時，他還發現了兩種材料，它們在聚焦離子束轟擊下具有材料自組織成型特性，該特性可直接用于微光學元件的結構成型。以該技術為基礎，能夠制作出幾種特定的微光學元件，包括微正弦光柵、微閃耀光柵等。

此外，付永啟還利用聚焦離子束直接寫入法和輔助沉積法成功實現了微光學元件與光電子元/器件的集成一體化；也就是說，該集成一體化既可以采用基于聚焦離子束去除材料的方法實現，也可以利用材料生長的方法來得到。從而為光學系統的小型化、微型化、平面化提供了制作技術保障。該集成一體化元/器件已經廣泛應用于生命科學、生化、通信、數據存儲等領域，至今仍在應用，還沒有其他方法能夠替代。

值得一提的是，聚焦離子束技術在微電子行業的廣泛應用，大大提高了微電子工業上材料、工藝、器件分析及修補的精度和速度，目前已經成為微電子技術領域必不可少的關鍵技術之一。同時，由于它集材料刻蝕、沉積、注入、改性于一身，有望成為高真空環境下實現器件制造全過程的主要加工手段。

“研究要服務社會，我們要瞄準國家重大需求”

“在國外更能體會到‘國家’兩字的真實內涵，真心希望自己的祖國能夠早日強大。當2008年北京奧運會開幕式上播放出《我的祖國》這首歌時，激動的心情難于言表，內心百感交集。” 付永啟感慨道。2007年，付永啟放棄國外優越的待遇和生活，帶著累累碩果和先進理念回國，先后受聘于中國科學院光電技術研究所微細加工光學技術國家重點實驗室和電子科技大學物理電子學院。

“剛回國時想有一個屬于自己獨立的科研小組和相對寬松的科研環境，在這種環境中能靜下心來實際做點科研，希望能從科研工作和培養學生方面體現出自身的價值所在。科學研究最終是要服務社會的，而具體的應用領域要瞄準國家的重大需求。”付永啟是這樣說的，也是這樣做的。

在學校和所在團隊的支持下，付永啟在納光子結構、元器件及其應用方面取得多項國家自然科學基金項目的資助。提出了兩種基于納金屬結構的超分辨透鏡，該透鏡可方便地通過聚焦離子束技術一步制作出來，其光學表征可利用近場掃描光學顯微鏡實現；基于表面等離子體極化用于生化免疫分析：設計和制作了菱形納金屬顆粒，并成功地用于老年癡呆癥（ADDL）以及SEB病毒素的測試；有源及無源光電子器件與衍射光學元件的集成；基于聚焦離子束技術的微光學元器件的一步制作技術的開發和拓展；基于納光子器件微探頭的納米計量系統的概念設計：提出利用納光子超透鏡微探頭并結合激光多普勒外差干涉技術實現納米缺陷的動態在線檢測，該內容已獲得美國專利授權。

研究工作的創新點主要體現在微光學元件的加工制作技術上，國際上首創采用聚焦離子束技術直接一步加工和制作微小光學元件，具體包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及橢球面透鏡等。這一創新技術解決了一些常規微光學元件制作方法難以實現的微光學元器件集成一體化問題，為光學系統緊湊化和小型化，以及微光學系統的研究開發提供了一條新的有效途徑。

如果把才華比作劍，那么勤奮就是磨刀石。付永啟和課題組成員付出了超乎尋常的努力，經過多年的努力拼搏，在納米光學、微細加工、納米加工、衍射光學及微光學領域取得多項研究成果，在國際相關著名學術期刊和國內核心學術期刊上150余篇，其中被SCI檢索收錄論文120余篇，以第一作者撰寫和58篇，以通訊作者100余篇，JCR分區一區刊物論文23篇，影響因子IF>3.0的論文46篇（占SCI論文總數的34%），論文累計被引次數1100余次，單篇他引最高次數83次，JCR統計h指數18。其中，代表論文之一：“Optics Express 18（4）， 3438-3443 （2010）”被國際文獻追綜機構BioMedLib于2011年2月28日評為納光子結構領域的“Top10”論文之一；此外，在該領域國際著名學術刊物Plasmonics（該刊物屬于JCR分區一區刊物）上陸續發表系列研究論文22篇。

此外，付永啟在微納加工及納米光學領域分別撰寫五部英文專著中的各一章：即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology（2nd Edition，出版號：ISBN： 1-58883-159-0）、Lithography： Principles， Processes and Materials（出版號：I S B N： 978-1-61761-837-6） 、Plasmonics： Principles and Applications（出版號：ISBN： 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版號：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 （出版號ISBN： 978-953-307-912-7）；并獨立撰寫中、英文專著各一部，分別為《納光子學及其應用》（出版號ISBN： 978-7-80248-537-2）（該書是目前國內唯一一部具有自己獨立編著版權的全面系統地介紹納米光學發展前沿的中文專著，出版后得到同行的一致好評。）、英文專著書名為《Subwavelength Optics：Theory and Technology》；并以此為基礎，在國內首次開設了《亞波長光學》課程，于2009年秋在電子科技大學作為研究生專業課程講授。自2010年電子科技大學研究生院和中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究生部均采用《納光子學及其應用》一書作為研究生專業課程：《亞波長光學》及《納米光學》的指定教材。該書作為2011年電子科技大學“十二五”規劃研究生教材建設立項支持（項目編號：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修訂版。

有關利用聚焦離子束一步制作微光學元件的內容被法國DELAWARE大學電子和計算機工程系Robert G.. Hunsperger教授寫入其編著的教科書《Integrated Optics： Theory and Technology》（第五版）的一個章節中。部分研究結果還被美國網絡多媒體組織NANOPOLISTM于2007年出版的《納米技術百科全書》多媒體教程引用并收錄， 并被邀請作“聚焦離子束”章節的內容評審人。

學術刊物論文中有關基于聚焦離子束直接沉積實現微型柱面透鏡與邊緣發射型半導體激光器集成化實現激光束的一維和二維整形的技術、以及類金剛石薄膜上一步寫入微透鏡技術，被國際上面向工業界的雜志Laser Focus World分別摘錄并以新聞簡報的形式在“光電子世界新聞”欄目中公布；并已分別獲得美國發明專利和中國發明專利的授權。

鑒于他出色的科研成就，近年來相繼在美國、加拿大、日本、韓國、新加坡、中國等國舉辦的衍射光學與微光學、微加工及納米加工、離子束及應用、精密工程、納米技術NanoTech 2004、亞洲光電子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等專題會議及年會上作大會報告及特邀報告。

2010年，付永啟被國家科技部聘請為國家重點基礎研究計劃（973）項目“光學自由曲面制造的基礎研究”的項目專家組成員；并受邀分別擔任國際學術刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高級主編、副主編、及編委。