《機(jī)電一體化》ppt課件

1、,機(jī)電一體化 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì),機(jī)電工程系機(jī)械工程教研室,1 概 論,,1.1 機(jī)電一體化的基本含義1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素 1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)和廣義接口、控 制軟件的作用1.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類 1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì) 1.6 本課程的目的和要求 1.7 教學(xué)環(huán)節(jié)1.8 成績?cè)u(píng)定1.9 參考文獻(xiàn),1.1機(jī)電一體化的基本含義,迄今為止，機(jī)電一體化沒有統(tǒng)一的定

2、義，就連最早提出這一概念的日本也是說法不一。原因：（1）人們看問題的角度不同，對(duì)其理解也就各異 （2）隨著生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化 的具體內(nèi)容不斷發(fā)展與更新。,1.1機(jī)電一體化的基本含義,日本從1971年開始，就敏感地提出“Mechatronics”這個(gè)英語合成的名詞。其中，詞首Mecha表示Mechanics（機(jī)械學(xué)）；詞尾tronics表示Electronics（電子學(xué)） 。 日本

3、機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所于1981年提出具有通用性定義:即“機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”.它體現(xiàn)了機(jī)電一體化產(chǎn)品及其技術(shù)的基本內(nèi)容和特征，所以具有指導(dǎo)性的定義。,1.1機(jī)電一體化的基本含義,美國是機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用得最早的國家。如世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床（1952年）、工業(yè)機(jī)器人（1962年）都是美國研制成功的。,數(shù)控機(jī)床,焊接機(jī)器

4、人,1.1機(jī)電一體化的基本含義,美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）的一個(gè)專家組，于1984年在給美國國家科學(xué)基金會(huì)的報(bào)告中，提出了“現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)”的定義： “由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的、用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)和機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。這一含義實(shí)質(zhì)上是指多個(gè)計(jì)算機(jī)控制和協(xié)調(diào)的、高級(jí)機(jī)電一體化產(chǎn)品。,1996年美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME) 與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE)聯(lián)合創(chuàng)刊的>（IEEE

5、/ASME Transaction on Mechatronics) ，在第一卷1期“編者的話”中，將機(jī)電一體化定義為：在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計(jì)與制造中，機(jī)械工程與電子和智能計(jì)算機(jī)控制的協(xié)同集成。,1.1機(jī)電一體化的基本含義,1981年德國工程師協(xié)會(huì)、德國電氣工程技術(shù)人員協(xié)會(huì)及其共同組成的精密工程技術(shù)專家組的《關(guān)于精密工程技術(shù)定義為光、機(jī)、電一體化的綜合技術(shù)，它包括機(jī)械（含液壓、氣動(dòng)及微機(jī)械）、電工與電子、光學(xué)及其不同技術(shù)的組合（電工與電

6、子機(jī)械、光電子技術(shù)與學(xué)學(xué)機(jī)械），其核心為精密工程技術(shù)。,1.1機(jī)電一體化的基本含義,1.1機(jī)電一體化的基本含義,20世紀(jì)90年代國際機(jī)器與機(jī)構(gòu)理論聯(lián)合會(huì)（IFTMM)成立了機(jī)電一體化技術(shù)委員會(huì)（Technical Committee on Mechatronics)，他給出了這樣的定義：機(jī)電一體化是精密機(jī)械工程、電子控制和系統(tǒng)思想在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中以協(xié)同結(jié)合。,1.1機(jī)電一體化的基本含義,我國一般認(rèn)為機(jī)電一體化是機(jī)電一體化技術(shù)及其產(chǎn)

7、品的統(tǒng)稱，還將柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）等自動(dòng)化生產(chǎn)線和自動(dòng)化制造工程也包括在內(nèi)，這是對(duì)機(jī)電一體化含義的延拓。,1.1機(jī)電一體化的基本含義,機(jī)電一體化的六大共性關(guān)鍵技術(shù)：精密機(jī)械技術(shù)（機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)）伺服傳動(dòng)技術(shù)（機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心部分）傳感檢測技術(shù)（閉環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件）信息處理技術(shù)（控制的基礎(chǔ)技術(shù)）自動(dòng)控制技術(shù)（計(jì)算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)）系統(tǒng)總體技術(shù)（包括系統(tǒng)的叫體設(shè)計(jì)和接口技術(shù)，即用跨學(xué)科

8、的思維能力來進(jìn)行綜合集成）。,1.1機(jī)電一體化的基本含義,,1、機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合性技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其他技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。,2、機(jī)電一體化產(chǎn)品既不同于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，也不同于普通的電子產(chǎn)品，它是機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)，特別是與微處理器或微機(jī)有機(jī)結(jié)合，從而賦予新的功能和性能的一種新產(chǎn)品。,機(jī)電一體化的內(nèi)涵 機(jī)械學(xué)（M

9、echanics）+ 電子學(xué)（Electronics） = 機(jī)電一體化 或 機(jī)械電子工程（Mechatronics） 機(jī)電一體化的定義和主要目的 定義：在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能、控制功能基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)地結(jié)合所構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。 主要目的：增加機(jī)械系統(tǒng)或裝置的附加值和自動(dòng)化程度。,機(jī)電一體化的涵義,總結(jié),淬火機(jī)床,MK 28250數(shù)控磨床,

10、數(shù)控砂輪修整器,機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái),1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,機(jī)電一體化系統(tǒng)是一種比較復(fù)雜的工程系統(tǒng)，它是由相互關(guān)聯(lián)的、若干種類（如機(jī)械、流體、電、磁、光、熱、聲等）元素組成的、具有特定目標(biāo)的有機(jī)整體，具有整體性（集 合 性）、關(guān)聯(lián)性、目的性和相對(duì)性四個(gè)基本屬性，缺一就不可能構(gòu)成一個(gè)有目標(biāo)的工程系統(tǒng)。,1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能組成,主功能、信息功能、控制功能、動(dòng)力功

11、能、構(gòu)造功能。 以及各子系統(tǒng)的匹配技術(shù)（核心）—— 接口技術(shù)。,,,,,物質(zhì)能量信息,,系統(tǒng) （變換、傳遞、儲(chǔ)存）,物質(zhì)能量信息,控制,,,,工業(yè)三大要素,具有所需 特性,機(jī)電一體化系統(tǒng)的主功能,(人),? 以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息，輸出不同能量（或物質(zhì)）的系統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為動(dòng)力機(jī)，其中輸出機(jī)械能的為原動(dòng)機(jī)，如電動(dòng)機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。,? 以信息處理為主，輸入信息和能

12、量，主要輸出某種信息（如數(shù)據(jù)、圖像、文字、聲音等）的系統(tǒng)(或產(chǎn)品），稱為信息機(jī)，如各種儀器、儀表、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)以及各種辦公機(jī)械等。,? 以物料搬運(yùn)、加工為主，輸入物質(zhì)（原料、毛坯等)、能量（電能、液能、氣能等）和信息（操作及控制指令等），經(jīng)過加工處理，主要輸出改變了位置和形態(tài)的物質(zhì)的系統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為加工機(jī)，如各種機(jī)床、交通運(yùn)輸機(jī)械、食品加工機(jī)械、起重機(jī)械等。,,,機(jī)電系統(tǒng)五種內(nèi)部功能構(gòu)成,CNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成,1.2 機(jī)電一體化

13、系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,,二、機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素,1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,二、機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素,,1、構(gòu)成人體的五大要素：頭腦、感官（眼、耳、鼻、舌、鼻、皮膚）、四肢、內(nèi)臟及軀干。,2、機(jī)電一體化五大要素：控制器（計(jì)算機(jī)）、傳感器、執(zhí)行部件、動(dòng)力源和機(jī)械本體。,,2）動(dòng)力系統(tǒng)：按照系統(tǒng)控制要求，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能，去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作已完成預(yù)定的主功能。包括電、液、氣等多種

14、動(dòng)力源。,,1）機(jī)械本體：用于支撐和連接其它要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來，形成有機(jī)的整體。如機(jī)器人的機(jī)身、指針式電子手表的表殼。,3）傳感與檢測系統(tǒng)：將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過程中所需的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時(shí)利用檢測系統(tǒng)的功能對(duì)這些物理量進(jìn)行測定，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般有傳感器或儀表來實(shí)現(xiàn)，對(duì)其要求是體積小、便與安裝與連接、檢測精度高、抗干擾等。,4）信

15、息處理及控制系統(tǒng)：根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接受傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理、運(yùn)算和決策，以對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行施以按照要求的控制，實(shí)現(xiàn)控制功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口所組成。要求信息處理速度高，A/D 和 D/A轉(zhuǎn)換及分時(shí)處理時(shí)的輸入/輸出可靠，系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。,5）執(zhí)行部件：在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行部件一般

16、是運(yùn)動(dòng)部件，常采用機(jī)械、電液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)和廣義接口、控制軟件的作用,一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì),功能原理設(shè)計(jì)的宗旨是根據(jù)系統(tǒng)的目的和要求，尋求各種（現(xiàn)有的或新的）物理原理來實(shí)現(xiàn)主功能或其它功能的最佳技術(shù)方案或技術(shù)路線，而不是具體的設(shè)計(jì)，因而更具有靈活性和創(chuàng)造性。,1）①、②步是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作出重大決策的階段,2）第③、④步是順次進(jìn)行系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。,3）第⑤步是把在第④步所得功能子系統(tǒng)或功能

17、要素分類，多次探索所要完成各個(gè)功能的硬件的軟件，從中選定最優(yōu)方案,4）第⑥步是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出需要改善的地方，重點(diǎn)進(jìn)行研究。必要時(shí)，重復(fù)進(jìn)行上述步驟，核查審定。,（二）建立四大功能技術(shù)矩陣、尋求可能的技術(shù)方案,建立功能技術(shù)矩陣是提供可行技術(shù)方案的一種方法，其目的是從抽象的功能原理設(shè)計(jì)怎樣逐步走向具體化 。,由上表可知，通過組合，在理論上有486個(gè)可行的技術(shù)方案,二、機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)評(píng)價(jià),機(jī)電一體化系統(tǒng)的價(jià)值通常是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部

18、功能的有關(guān)參數(shù)來進(jìn)行評(píng)價(jià)的。,此外，機(jī)電一體化系統(tǒng)是一種多功能、高性能、高效率、節(jié)能、節(jié)材的高附加值的產(chǎn)品。高質(zhì)量高技術(shù)的最終目標(biāo)是智能機(jī)械或具有人工智能的機(jī)電一體化系統(tǒng)。,三、廣義接口,機(jī)電一體化系統(tǒng)中，最重要的是系統(tǒng)和各要素之間的“廣義接口”這個(gè)基本概念 。,機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素相互聯(lián)系問題—— 接口技術(shù),接口技術(shù)的作用： 為實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電子、信息等各異技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源、信息的傳遞與轉(zhuǎn)換，達(dá)到系統(tǒng)所需的

19、目的功能。接口技術(shù)的功能： 系統(tǒng)輸入/輸出接口信息的匹配。 系統(tǒng)信息的轉(zhuǎn)換、調(diào)整，能源信息匹配。,,（一）接口按其變換與調(diào)整功能的特征分類,1．零接口 不進(jìn)行參數(shù)的變換和調(diào)整，即輸出輸入的直接接口。如聯(lián)軸器、輸送管、插頭、插座、導(dǎo)經(jīng)、電纜等。2．被動(dòng)接口 僅對(duì)被動(dòng)要素的參數(shù)進(jìn)行變換或調(diào)整。如齒輪減速器、進(jìn)給絲桿、變壓器、可變電阻以及光學(xué)透鏡等。3．主動(dòng)接口 含有主動(dòng)要素、并能與被動(dòng)要素進(jìn)行匹配的接口。如

20、電磁離合器、放大器、光電耦合器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等。4．功能接口 含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件而變化的接口。如自動(dòng)調(diào)整裝置、通過輸出—輸入芯片（如8255芯片）、RS232串行接口|STD總線、通用接口總線（GPIB）等。,,（二）根據(jù)接口輸入—輸出的性質(zhì)分類,1．信息接口（軟件接口） 邏輯上要滿足軟件的約束條件，如程序設(shè)計(jì)的語言、格式、標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)等各項(xiàng)規(guī)定。如GB、ISO標(biāo)準(zhǔn)、ASCII碼、C語言等。2．機(jī)械接口

21、機(jī)械的輸入、輸出部分在幾何上（形狀、尺寸、配合、精度等）要相匹配。3．電氣接口 電氣的物理參數(shù)要相互匹配，如頻率、電壓、電流阻抗等。4．環(huán)境接口 對(duì)周圍的環(huán)境條件（溫度、溫度電磁場、放射能、振動(dòng)、水分、粉塵等）要有具體的要求，如屏蔽、減振、隔熱、防爆、防潮、防放射線等各種防護(hù)措施。,,,四、控制軟件在系統(tǒng)中的作用,1.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類,機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品

22、的種類很多，而且還在不斷增加。按照機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能，可以將其分成下述幾類：,1.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類,1、數(shù)控機(jī)械類,數(shù)控機(jī)械類主要產(chǎn)品為數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和自動(dòng)洗衣機(jī)等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝置。,2、電子設(shè)備類,電子設(shè)備類主要產(chǎn)品為電火花加工機(jī)床、激光測量儀等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置。,1.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類,3、機(jī)電結(jié)合類,機(jī)電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動(dòng)探傷機(jī)、形狀識(shí)別裝置、自動(dòng)售貨機(jī)等。其特點(diǎn)

23、為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械和電子裝置的有機(jī)結(jié)合。,4、電液伺服類,電液伺服類主要產(chǎn)品為機(jī)電一體化的伺服裝置。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置，控制機(jī)構(gòu)是接收電信號(hào)的液壓伺服閥。,1.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類,5、信息控制類,信息控制類主要產(chǎn)品為電報(bào)機(jī)、磁盤存儲(chǔ)器、磁帶錄像機(jī)復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備。其主要特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作完全有所接收的信息控制。,按照用途分:,產(chǎn)業(yè)機(jī)械：用于工業(yè)生產(chǎn)的電子控制機(jī)械，如數(shù)控設(shè)備信息機(jī)械：用于信息處理

24、、存儲(chǔ)的機(jī)械如自動(dòng)化辦公設(shè)備民生機(jī)械：用于人民生活的電子機(jī)械產(chǎn)品家用電器,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),一、機(jī)電一體化技術(shù)體現(xiàn)在產(chǎn)品、設(shè)計(jì)、制造以及生 產(chǎn)經(jīng)營管理諸方面的特點(diǎn),1、簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高精度,在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，通常采用調(diào)速電機(jī)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，從而縮短甚至取消了機(jī)械傳動(dòng)鏈，這不但簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且減少了由于機(jī)械摩擦、磨損、間隙等引起的傳動(dòng)誤差。并且，可以用閉環(huán)控制來補(bǔ)償機(jī)械系統(tǒng)的誤差，從而提高了系統(tǒng)精度。,

25、1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),,,2、易于實(shí)現(xiàn)多功能和柔性自動(dòng)化,在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，不但取代其它的信息處理和控制裝置，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制、自動(dòng)論斷和保護(hù)，還可自動(dòng)顯示、記錄和打印等。此外，計(jì)算機(jī)硬件和軟件結(jié)合就能實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化，并具有很大的靈活性。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),3、產(chǎn)品開發(fā)周期縮短、競爭能力增強(qiáng),機(jī)電一體化產(chǎn)品可以采用專業(yè)化生產(chǎn)的、高質(zhì)量的機(jī)電部件，通過綜合集成技

26、巧來設(shè)計(jì)和制造，因而不但產(chǎn)品的可靠性高，甚至在使用期限內(nèi)無需維修，從而縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，增強(qiáng)了產(chǎn)品在市場上的競爭能力。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),4、生產(chǎn)方式向高柔性、綜合自動(dòng)化發(fā)民用工業(yè),各種機(jī)電一體化設(shè)備構(gòu)成的FMS和CIMS，使加、檢測、物流和信息流過程融為一體，就可形成人少或無人化生產(chǎn)線、車間和工廠。近10年來，日本有些大公司已采用所謂“靈活的生產(chǎn)體系：，即根據(jù)市場需要，在同一條生產(chǎn)線上可分時(shí)生產(chǎn)批量小、型號(hào)或品種多

27、的“系列產(chǎn)品家族”，如計(jì)算機(jī)、汽車、摩托車、肥皂和化妝品等系列產(chǎn)品。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),5、促進(jìn)經(jīng)營管理體制發(fā)生根本性的變化,由于市場的導(dǎo)向作用，產(chǎn)品的商業(yè)壽命日益縮短。為了占領(lǐng)國內(nèi)、外市場和增強(qiáng)競爭能力，企業(yè)必須重視用戶信息的收集和分析，迅捷作出決策，迫使企業(yè)從傳統(tǒng)的生產(chǎn)型各以經(jīng)營為中心的決策管理體制轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理體系的全面計(jì)算機(jī)化,二、機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r,大體上可分為3個(gè)階段,1、初期階段：20世紀(jì)6

28、0年代以前，在這一時(shí)期，人們自覺或不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。,2、蓬勃發(fā)展階段：20世紀(jì)70～80年代，這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型機(jī)算計(jì)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。,,3、智能化階段：20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化邁進(jìn)的新階段。一方面光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)

29、電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和為機(jī)電一體化等新分支，另一方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行著深入研究。,,4、我國機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r,我國從20世紀(jì)80年代初才開始這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要是充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響。,現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)促進(jìn)機(jī)電

30、一體化的發(fā)展,1、柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System FMS),是一種高效率、高精度、高柔性的加工系統(tǒng)。,從結(jié)構(gòu)上說，柔性制造系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)中心管理和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設(shè)備（包括數(shù)控機(jī)床、材料和工具自動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備、自動(dòng)測量及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等）。他不但能實(shí)現(xiàn)信息流、物料流和加工過程的自動(dòng)化，還能在一定范圍內(nèi)完成有一種零件加工到另一種零件加工的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。,簡而言之， FMS是一種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)

31、械加工自動(dòng)線。所謂柔性，就是一種沒有固定加工順序和生產(chǎn)節(jié)拍，能在不停機(jī)調(diào)整的情況下，自動(dòng)完成不同件加工任務(wù)的功能特性。,2、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS),CIMS就是為了實(shí)現(xiàn)制造工廠的全盤自動(dòng)化和無人化而提出來的。,其基本思想是按系統(tǒng)的觀點(diǎn)將整個(gè)工廠組成一個(gè)系統(tǒng)。用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計(jì)直至最終的裝配和檢驗(yàn)的全過程進(jìn)行管理和控制。,,CIMS只管輸入所需產(chǎn)品的有關(guān)市場及設(shè)計(jì)的信息和原材料，就可輸出經(jīng)過檢驗(yàn)的合格產(chǎn)品。,CIMS是

32、一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)將企業(yè)全部生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)與各種自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效果的生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)。,3、并行工程 （Concurrent Engineering CE),針對(duì)待開發(fā)的產(chǎn)品，將從事產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的所有管理與開發(fā)人員組織成多專業(yè)開發(fā)小組，并行地進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，并及早發(fā)現(xiàn)和解決開發(fā)過程中所有可能出現(xiàn)的問題，減少設(shè)計(jì)方案的反復(fù)修改及變更次數(shù)，減少制作“原型”次數(shù)，從而加速開發(fā)過程

33、，節(jié)省開發(fā)費(fèi)用。,4、敏捷制造 （Agile Manufacturing , AM),,AM指的是制造企業(yè)采用現(xiàn)代通訊手段，通過快速配置各種資源，以有效、協(xié)調(diào)的方式響應(yīng)用戶需求，實(shí)現(xiàn)制造敏捷性的生產(chǎn)方式。,,敏捷（Agile）一詞的英文原意是指在一個(gè)連續(xù)進(jìn)行改變的、不可預(yù)見的環(huán)境中生存的能力，因而AM定義中的敏捷性指企業(yè)在不可預(yù)見的、多變的經(jīng)營環(huán)境中善于應(yīng)變的能力。,AM的基本思想認(rèn)為，決定產(chǎn)品成本、利潤與競爭能力的因素是開發(fā)和生產(chǎn)該

34、產(chǎn)品所需的知識(shí)的價(jià)值，而不是材料、設(shè)備或勞動(dòng)力的價(jià)值，迅速將知識(shí)轉(zhuǎn)化為利潤的方法是贏得競爭的主要手段。,5、虛擬制造 （Virtual Manufacturing , VM),VM是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)，以及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程中各級(jí)的決策與控制能力。,,VM雖不是實(shí)際的制造

35、，但卻實(shí)現(xiàn)了實(shí)際制造的本質(zhì)過程，是一種通過計(jì)算機(jī)虛擬模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面潛在問題的技術(shù)。他的使用可以極大地提高人們?cè)谥圃爝^程中的預(yù)測和決策水平，使制造技術(shù)走出主要依賴經(jīng)驗(yàn)的狹小天地，發(fā)展到全方位預(yù)測的新階段。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),,,二、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。,1.5 機(jī)電一體化

36、的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),,1、智能化,這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),2、模塊化,研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電器接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元，如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、

37、圖像處理、識(shí)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(jī)械裝置。這樣利用單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時(shí)也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),3、網(wǎng)絡(luò)化,由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。 現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大趨勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锍浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的便利

38、和快樂。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),4、微型化,指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國外將其稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)（micro electro mechanical system ,MEMS)，或微機(jī)電一體化系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過1 機(jī)電產(chǎn)品，并向微米、納米即發(fā)展。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),,5、綠色化,綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)

39、境無害或危害極少，資源利用率最高。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。,1.5 機(jī)電一體化的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),6、人格化,機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是家用電器，其最高境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。,1.6 本課程的目的和要求,機(jī)電一體化是多學(xué)科的交叉和綜合，涉及的

40、學(xué)科和技術(shù)非常廣泛，且其應(yīng)用領(lǐng)域眾多，要全面精通它是很不容易的 ，本課程以機(jī)械為基礎(chǔ)、機(jī)電結(jié)合為重點(diǎn)；以機(jī)電元部件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法及實(shí)例、典型機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)為主要內(nèi)容，對(duì)微機(jī)控制系統(tǒng)、接口電路、控制軟件等僅作了介紹，不作詳細(xì)的論述。在學(xué)習(xí)本課程之前，應(yīng)具有機(jī)械、電子、控制和微機(jī)方面的基礎(chǔ)知識(shí) 。,1.6 本課程的目的和要求,本課程的具體要求是：1）掌握機(jī)電一體化的基本概念、基本原理和基本知識(shí)。2）掌握常用機(jī)電一體化元部件原理

41、、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用。3）初步掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和綜合集成技巧，進(jìn)行總體方案的分析和設(shè)計(jì)。4）根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)中的機(jī)電元部件的主要參數(shù)的匹配，進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算，以便適應(yīng)微機(jī)控制系統(tǒng)和和控制軟件的需要。5）基本掌握典型機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)的構(gòu)成、原理、結(jié)構(gòu)、性能和使用。,1.7 教學(xué)環(huán)節(jié),1. 課堂講授,2. 一般作業(yè),3.基本實(shí)驗(yàn),4. 專題討論課,5.綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié),1.7 教學(xué)環(huán)節(jié),基本實(shí)驗(yàn)安排,1、數(shù)控機(jī)床操作實(shí)習(xí)2、

42、機(jī)電一體化系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)訓(xùn)練,1.8 成績?cè)u(píng)定,期末考試的成績計(jì)算表,1.9 參考文獻(xiàn),教材 《機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 趙松年、張奇鵬主編 （機(jī)械工業(yè)出版社）,參考書 1、《 機(jī)電一體化技術(shù)》 李建勇 主編 （科學(xué)出版社） 2、《 機(jī)電一體化》（日） 高森 年 編著 （科學(xué)出版社） 3、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)等

43、,綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)(1)—撰寫小論文,小論文題目：,1.中國機(jī)械發(fā)展史2.世界機(jī)械發(fā)展史3.機(jī)器人發(fā)展史4.微型機(jī)器人發(fā)展史5.數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀6.中國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀7.CAD與CAM發(fā)展史,8. 數(shù)控機(jī)床發(fā)展史9.機(jī)床發(fā)展史10. 精密儀器發(fā)展史11. 機(jī)電一體化產(chǎn)品分類概述12. 機(jī)電一體化發(fā)展史13.機(jī)電一體化系統(tǒng)概述14. 機(jī)械工程教育發(fā)展史,綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)(1)—撰寫小論文,本周開始，第7周上交。,注意事項(xiàng)

44、：1、本次訓(xùn)練是對(duì)文獻(xiàn)的調(diào)研和總結(jié)，引用處要標(biāo)注參考文獻(xiàn)，應(yīng)查閱大量文章和資料，不允許只拷貝1、2篇文獻(xiàn)。2、要達(dá)到對(duì)機(jī)械及機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)科發(fā)展整個(gè)概況的了解；另一方面，鍛煉調(diào)研和總結(jié)說明的能力。3、反對(duì)抄襲，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以零分記。,1.1機(jī)電一體化的涵義、目的、特征、基本組成要素以及分別實(shí)現(xiàn)哪些功能。 1.2工業(yè)三大要素指的是什么？機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是哪些？ 1.3機(jī)電一體化的接口功能有哪些？根據(jù)不同的接口功能試說明接口的