在本節(jié)中將深入了解機電一體化一詞，主要介紹嵌入式系統(tǒng)（基本以微控制器解決方案為主）的含義和所選的工程技術(shù)端朵。
機電一體化系統(tǒng)
與機械工程和電氣工程以及電子和計算機科學(xué)相比，機電一體化是一個非常年輕的學(xué)科婉弹。該技術(shù)領(lǐng)域的出現(xiàn)是由于1980年代出現(xiàn)的現(xiàn)代系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)荠卷。在此之前，機械瑞你，電氣酪惭，電子，光學(xué)者甲，氣動和液壓系統(tǒng)之間存在非常明顯的區(qū)別春感。這也反映在培訓(xùn)中。人們經(jīng)常仍然遇到“純”系統(tǒng)虏缸，例如完全機械的解決方案鲫懒。長期以來由于機-電系統(tǒng)的緣故，機-電已被視為獨立的專業(yè)領(lǐng)域刽辙。但是電子和計算機科學(xué)越來越多地滲透到所有現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計中窥岩。?以德國為例，在1990年代已經(jīng)意識到宰缤，將汽車電氣颂翼，電子學(xué)和機械學(xué)之間直接分離已經(jīng)不再實用本姥。今天不再有汽車電工或汽車修理工，而是車輛機電一體化工程師岖免。?汽車機電系統(tǒng)只是一個例子才沧。這種趨勢可以轉(zhuǎn)移到所有現(xiàn)代系統(tǒng)中。從那時起集歇，技術(shù)領(lǐng)域的這種相互滲透的發(fā)展就大大加快了桶略。如今機電一體化系統(tǒng)日益聯(lián)網(wǎng)并集成到Internet中，因此我們現(xiàn)在談?wù)摼W(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)诲宇。物聯(lián)網(wǎng)际歼，數(shù)字化，工業(yè)4.0姑蓝，智能家居鹅心，智能城市等最終對于同一對象是不同的觀點。現(xiàn)代系統(tǒng)是來自各個專業(yè)領(lǐng)域的重疊子系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)纺荧。這些系統(tǒng)方法只能在各個專業(yè)領(lǐng)域的相互作用中發(fā)揮作用旭愧，并實現(xiàn)全新的質(zhì)量特征。
在這方面宙暇，專業(yè)領(lǐng)域起著特殊的作用输枯。可以觀察到現(xiàn)代系統(tǒng)解決方案的功能向軟件領(lǐng)域（從軟件領(lǐng)域）的轉(zhuǎn)移（轉(zhuǎn)移/依賴性/ …）的增加占贫。
嵌入式系統(tǒng)
在現(xiàn)代機電系統(tǒng)中起著中心集成作用的微型計算機可以大致分為兩類桃熄。一方面，中央控制解決方案通承桶拢可以通過顯示器的存在瞳收，也許還可以通過鍵盤或其他計算機典型的輸入和輸出設(shè)備的存在來識別微型計算機（計算機）。另一方面厢汹，經(jīng)常有分散的螟深，隱藏的，嵌入式的微型計算機烫葬，這些微型計算機的存在無法被系統(tǒng)的查看者看到界弧。這種嵌入式微型計算機通常是所謂的微控制器。微控制器是一類特殊的微計算機厘灼；也稱為單片機夹纫。使用微控制器，功能計算機的所有元素（算術(shù)單元设凹，控制單元舰讹，存儲器，輸入和輸出設(shè)備等）都集成在集成電路（芯片）上闪朱。這意味著將微控制器集成到系統(tǒng)中所需的電路極少月匣。因此钻洒，微控制器可以非常容易地嵌入系統(tǒng)中。
復(fù)雜性
實際上軟件工程的所有方面都針對復(fù)雜性的可管理性锄开。我對復(fù)雜性問題都很敏感素标。我們做一項實驗。依次查看以下插圖（請先遮蓋右圖）萍悴。每張圖片不要超過3秒說出火柴的數(shù)量头遭。這就是與感知和理解有關(guān)。
左邊圖片不能很快的在三秒鐘之內(nèi)給出正確的數(shù)量癣诱。再看右邊的實驗圖计维，不到三秒鐘的時間就可以準確說出數(shù)量。但只有在第二張圖片中可以馬上讀出數(shù)值撕予。這是為什么鲫惶？專業(yè)說是結(jié)構(gòu)化，一方面实抡，確保安排的類型欠母。另一方面是提供了一種熟悉的模式—符號。?
通過使用抽象的統(tǒng)一符號來表示數(shù)字事實吆寨，可以輕松地進一步開發(fā)此實驗赏淌。統(tǒng)一表示數(shù)字的方式意味著使復(fù)雜性易于管理。這恰恰是軟件開發(fā)的挑戰(zhàn)鸟废。匹配項是單獨的程序行猜敢，是整個應(yīng)用程序的圖片。掌握兩者都很重要盒延。該方法通過標準化符號引導(dǎo)，這些符號根據(jù)語言規(guī)則進行結(jié)構(gòu)化和組合在一起以形成復(fù)雜的語句鼠冕。使用UML創(chuàng)建軟件的標準化結(jié)構(gòu)圖添寺。?施工圖對于制造復(fù)雜系統(tǒng)至關(guān)重要。
機電系統(tǒng)的建設(shè)計劃
到目前為止懈费，機電一體化系統(tǒng)具有以下特征：
機械零件
液壓和氣動組件
電氣元件
電子元器件
和軟件組件組成一個完整的系統(tǒng)
這些專業(yè)領(lǐng)域中的每一個都使用特定的工程技術(shù)计露，尤其是特定的標準化施工圖。 例如：
根據(jù)機械結(jié)構(gòu)圖?ISO 128-1, -2, -3, -71, -100, 129-1, 7200:2004, 5455, 5456-2, 16792, …
根據(jù)ISO標準的液壓和氣動施工圖…
符合ISO標準的電氣/電子構(gòu)造圖…
???
軟件藍圖
機電系統(tǒng)的軟件也應(yīng)使用適當?shù)墓こ碳夹g(shù)來生產(chǎn)和記錄憎乙。 正如經(jīng)典工程有許多規(guī)范和標準一樣票罐，軟件開發(fā)也有許多規(guī)范和標準。 ISO 19505泞边，也稱為UML该押，在此過程中應(yīng)發(fā)揮特殊作用。 應(yīng)該使用一些基本的UML表示技術(shù)來設(shè)計阵谚，實現(xiàn)和記錄軟件蚕礼。 在整個UML庫存中烟具，我們將特別使用以下顯示技術(shù)：
用例圖闡明軟件應(yīng)該做什么（頂層要求）
活動圖以闡明軟件應(yīng)如何工作（功能要求）
用于構(gòu)建和記錄軟件的類圖
構(gòu)造和記錄軟件邏輯的狀態(tài)圖
序列圖記錄了各個的算法
SysML系統(tǒng)建模的作用
作為最后一個組件，ISO 19514 SysML應(yīng)該完善我們的工程技術(shù)目錄奠蹬。 SysML（系統(tǒng)建模語言）是此處介紹的最新工程技術(shù)朝聋。它的開發(fā)給人的印象是需要一種跨學(xué)科的建模語言，該語言涵蓋機械囤躁，電氣冀痕，電子，液壓狸演，氣動和軟件領(lǐng)域金度。沒有一種特定于領(lǐng)域的構(gòu)造語言能夠在一個模型中整體映射現(xiàn)代機電一體化系統(tǒng)。 SysML在這里提供了一種補救措施严沥。它替代了以前的非標準化概覽顯示猜极，例如框圖，關(guān)系圖消玄，層次圖等跟伏。SysML為跨學(xué)科方面的展示提供了標準化框架。 SysML從UML（SysML作為UML概要文件）采納了許多建議翩瓜。因此受扳，我們將看到UML和SysML之間有很多相似之處。在SysML中兔跌，我們將在本課程中使用以下顯示技術(shù)：
用例圖闡明系統(tǒng)應(yīng)該做什么
塊定義圖勘高，以闡明系統(tǒng)由哪些組件組成
內(nèi)部塊定義圖，以闡明組件如何協(xié)同工作
課程目的和結(jié)構(gòu)
該嵌入式系統(tǒng)工程課程旨在發(fā)展參與者的廣泛跨學(xué)科理解和知識坟桅，并開發(fā)用于實施嵌入式系統(tǒng)的實踐技能华望。 該課程的具體內(nèi)容：
對現(xiàn)代系統(tǒng)的機電單元和網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)有基本的了解
軟件在現(xiàn)代系統(tǒng)中的作用
對嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本了解
提高對所有領(lǐng)域高水平工程需求的認識
使用UML和SysML進行建模的知識和技能
使用UML和C ++實現(xiàn)微控制器解決方案的知識和技能
提高對正確文檔和現(xiàn)代系統(tǒng)重要性的認識
課程的軟件過程
軟件過程是活動的定義順序、商定的規(guī)則仅乓、技術(shù)赖舟、工具以及活動的預(yù)期結(jié)果，以生產(chǎn)軟件夸楣。定義的軟件過程可確保軟件制造中結(jié)果的可計劃性宾抓，可控制性和質(zhì)量。以下簡單的軟件過程作為本課程學(xué)習(xí)的工作流程豫喧。?
各個活動具有以下預(yù)期結(jié)果：
需求分析
用戶視圖作為用例圖（作為SysML / UML模型）
所需功能作為活動圖（作為SysML / UML模型）
測試用例（作為文檔）
HRM硬件資源模型（作為SysML模型）
SRS系統(tǒng)要求規(guī)范（作為文檔）
系統(tǒng)設(shè)計
概念級別/體系結(jié)構(gòu)模型的類模型（作為UML模型）
如有必要石洗，建立狀態(tài)模型（作為UML模型）
系統(tǒng)文檔（作為文檔）
執(zhí)行
實現(xiàn)的類模型（作為UML模型）
實現(xiàn)的行為模型（作為UML模型）
生產(chǎn)代碼（作為目標平臺的可轉(zhuǎn)移格式* .hex，* .elf）
系統(tǒng)文檔（作為文檔）
系統(tǒng)整合
完整的系統(tǒng)
測試和移交
經(jīng)過測試的系統(tǒng)
技術(shù)系統(tǒng)文檔（作為文檔）
用戶文檔（作為文檔）
