《機(jī)電一體化課程》PPT課件.ppt

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1、機(jī)電一體化的涵義：最早起源于日本 機(jī)械學(xué)（Mechanics）+ 電子學(xué)（Electronics） = 機(jī)電一體化 或 機(jī)械電子工程（Mechatronics） 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。 目的：增加機(jī)械系統(tǒng)或裝置的附加值和自動(dòng)化程度,1.1 基本概念,1.1 基本概念,機(jī)電一體化技術(shù)：從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù) 、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)最佳化的一門新科學(xué)技術(shù)。 機(jī)電一體化不是機(jī)械 與電子簡(jiǎn)單的疊加，而 是在信息論、控制論和 系統(tǒng)論

2、的基礎(chǔ)上建立起 來(lái)的應(yīng)用技術(shù),機(jī)電一體化一般包含機(jī)電一體化產(chǎn)品(系統(tǒng))和機(jī)電一體化技術(shù)兩層含義。 典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品(系統(tǒng))有：數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CADCAM系統(tǒng)等。 機(jī)電一體化中包含的關(guān)鍵技術(shù)在第四節(jié)中詳細(xì)介紹。,1.1 基本概念,,機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)分類 按用途分：產(chǎn)業(yè)機(jī)械、信息機(jī)械、民生機(jī)械等； 按機(jī)械和電子的功能和含量分：以機(jī)械裝置為主體的機(jī)械電子產(chǎn)品和以電子裝置為主體的機(jī)械電子產(chǎn)品； 按機(jī)電結(jié)合的程度分：有功能附加型、功能替代型和機(jī)電融合型。,1.1 基本概念,,,,數(shù) 控 銑 床,,數(shù)控車床,,焊接機(jī)器人,,汽車防抱死系統(tǒng)(A

3、BS),1.2 發(fā)展概況,1. 20世紀(jì)60年代前為第一階段，“萌芽階段” 工程師們自覺(jué)或者不自覺(jué)地把機(jī)械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié) 合，以提高機(jī)械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相對(duì) 落后，使得機(jī)械與電子的結(jié)合還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。 2. 70年代到80年代為第二階段，“蓬勃發(fā)展階” 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 化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是： mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)； 機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展； 各國(guó)均開始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。,3.90年代后期開

4、始為第三階段，“智能化階段” 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)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支； 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)行了深入研究。 由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。,1.2 發(fā)展概況,,1. 數(shù)控機(jī)床的問(wèn)世，寫下了“機(jī)電一體化”歷史的 第一頁(yè)。 2. 微電子技術(shù)為“機(jī)電一體化帶來(lái)勃勃生機(jī). 3. 可編程序控制器、”電力電子“等的發(fā)展為”機(jī)電一體化“提

5、供了堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)。 4. 激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使”機(jī)電一體化“躍上新臺(tái)階。,1.2 發(fā)展概況,,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本要素(構(gòu)成)： 機(jī)械本體 動(dòng)力部分（能源） 傳感檢測(cè)部分（檢測(cè)傳感裝置） 控制及信息處理部分（電子控制單元） 驅(qū)動(dòng)部分 執(zhí)行部分 各要素和環(huán)節(jié)之間相聯(lián)系的接口,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,,1、機(jī)械本體,組成：機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置，如機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等機(jī)構(gòu) 功能：使構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間和時(shí)間關(guān)系安置在一定位置上，并保持特定的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能。 要求：高效、多功能、可靠和

6、節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,2、動(dòng)力部分（能源）,提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能。,要求：效率高（最小動(dòng)力輸入最大功能輸出）、可靠性好,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,3、檢測(cè)傳感裝置,檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。,要求：體積小、精度高、抗干擾,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,4、控制及信息處理部分（電子控制單元）,處理、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能。,要求：高可靠性、柔性、智能化,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,組成：計(jì)算機(jī)、可編程控制器 (PLC)、數(shù)控裝置以及邏輯電路、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、I/0接口和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等,,5、驅(qū)動(dòng)部分,功能

7、：在控制信息作用下，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作和功能。 要求：高效率、快速響應(yīng)特性、對(duì)水、油、溫度、塵埃等外部環(huán)境的高適應(yīng)性和可靠性、便于維修和實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化 應(yīng)用：高性能步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流和交流伺服驅(qū)動(dòng),1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,6、執(zhí)行機(jī)構(gòu),包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主功能。,要求：高性能、高精度、高效率,,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,,6、執(zhí)行機(jī)構(gòu),應(yīng)用：一般采用機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu)。 能量轉(zhuǎn)換：將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 要求：提高剛性、減輕重量、實(shí)現(xiàn)組件化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，提高系統(tǒng)整體可靠性等,,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,7、接口

8、,作用：將各要素或子系統(tǒng)連接成為一個(gè)有機(jī)整體，使各個(gè)功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動(dòng)，從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。 基本功能：交換、放大、傳遞,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),1 檢測(cè)傳感技術(shù) 2 信息處理技術(shù) 3 自動(dòng)控制技術(shù) 4 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 5 機(jī)械技術(shù) 6 系統(tǒng)總體技術(shù),,1、檢測(cè)傳感技術(shù),內(nèi)涵：傳感檢測(cè)裝置是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺(jué)器官，即從待測(cè)對(duì)象那里獲取能反映待測(cè)對(duì)象特征與狀態(tài)的信息。 研究對(duì)象：傳感器及其信號(hào)檢測(cè)裝置（即變送器） 作用：感受器官、反饋環(huán)節(jié)。 要求：能快速、精確地獲得信息并在相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境中具有高可靠性。,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),,1、檢測(cè)傳感技術(shù),

9、1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，功能越強(qiáng)，自動(dòng)化程度越高。 內(nèi)容：一是研究如何將各種被測(cè)量 (包括物理量、化學(xué)量和生物量等)轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對(duì)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的加工處理，如放大、補(bǔ)償、標(biāo)度變換等。,,1、檢測(cè)傳感技術(shù),1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),現(xiàn)狀：與計(jì)算機(jī)技術(shù)相比，傳感檢測(cè)技術(shù)發(fā)展顯得緩慢，難以滿足控制系統(tǒng)的要求，因而不少機(jī)電一體化系統(tǒng)不能達(dá)到滿意的效果或無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 開展對(duì)傳感檢測(cè)技術(shù)的研究對(duì)于機(jī)電一體化投術(shù)的發(fā)展意義重大。,2、信息處理技術(shù),功能：主要完成信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策等。 發(fā)展方向：提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。

10、范疇：包括人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。,,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),2、信息處理技術(shù),采用的工具：計(jì)算機(jī)，主要采用工業(yè)控制機(jī) (包括可編程控制器，單、多回路調(diào)節(jié)器，單片微控制器，總線式工業(yè)控制機(jī)，分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng))。,,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),,3、自動(dòng)控制技術(shù),目的：在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化 理論基礎(chǔ)：自動(dòng)控制原理 (包括經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制)。 工作流程：具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、使研制的系統(tǒng)可靠 地投入運(yùn)行。 內(nèi)容：包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制和智能控制等。,,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),4、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù),,1.

11、4 共性關(guān)鍵技術(shù),內(nèi)涵：在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件按照指令要求運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。 研究對(duì)象：執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)裝置 執(zhí)行元件種類：電動(dòng)、液壓、氣動(dòng) 驅(qū)動(dòng)裝置：各種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路,4、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù),,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),功能作用：是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置或部件，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能具有決定性的作用。 常見的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：電氣伺服 (如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)等)和液壓伺服 (如液壓馬達(dá)、脈沖液壓缸等),4、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù),,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),現(xiàn)狀：由于變頻技術(shù)的進(jìn)步，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得突破性進(jìn)展，為機(jī)電一

12、體化系統(tǒng)提供了高質(zhì)量的伺服驅(qū)動(dòng)單元，極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。,功能作用：實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主功能和構(gòu)造功能，影響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性、可靠性等，是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。 與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品的區(qū)別:機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、機(jī)械功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)越。,5、機(jī)械技術(shù),,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),出發(fā)點(diǎn)：如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其他高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上以及功能上的變更。 設(shè)計(jì)制造機(jī)械系統(tǒng)時(shí)考慮因素：除靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度及熱變形等因素外，應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料、新型結(jié)構(gòu)、新型的制造工藝和工藝裝置。,5、機(jī)械技術(shù),,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),6、系統(tǒng)總體技術(shù) 系統(tǒng)總體技術(shù)是

13、一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法，將系統(tǒng)各個(gè)功能模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)。其重要內(nèi)容為接口技術(shù)。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口,,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),上節(jié)回顧,1.1 機(jī)電一體化基本概念 1.2 機(jī)電一體化發(fā)展概況 1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成 1.4 機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù),1.1 機(jī)電一體化技術(shù)基本概念,定義？ 在機(jī)械的不同功能基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)，并將二者有機(jī)地結(jié)合所構(gòu)成系統(tǒng)的總稱,機(jī)械功能：主、動(dòng)力、信息及控制功能,1.1 機(jī)電一體化技術(shù)基本概念,學(xué)科性質(zhì)？ 新應(yīng)用科學(xué)技術(shù)、交叉學(xué)科、復(fù)雜系統(tǒng)工程 涵蓋：機(jī)械 、微電子、信息、控制等多門學(xué)科技術(shù)，是以系統(tǒng)工程

14、為基礎(chǔ)建立起來(lái)的最佳化系統(tǒng),學(xué)科性質(zhì) 交叉但不是簡(jiǎn)單疊加,1.1 機(jī)電一體化技術(shù)基本概念,機(jī)電一體化產(chǎn)品的本質(zhì) 新一代機(jī)電產(chǎn)品：在傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上引入微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的 計(jì)算機(jī)控制的伺服系統(tǒng),1.1 機(jī)電一體化技術(shù)基本概念,1.2 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展概況,1、萌芽階段：上世紀(jì)60年代前 特點(diǎn)：無(wú)意識(shí)應(yīng)用階段，應(yīng)用少 2、蓬勃發(fā)展階段：70年代到80年代 特點(diǎn)：獲得普遍認(rèn)可和支持，產(chǎn)品得到極大發(fā)展。 3、智能化階段：90年代以后 特點(diǎn)：出現(xiàn)光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新 分支；理論體系逐步完善。,1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,,,,,,,,,,,,,,工作指令,外界信息,

15、所需的機(jī)械運(yùn)動(dòng),機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理,1.4 共性關(guān)鍵技術(shù),1 機(jī)械技術(shù) 2 檢測(cè)傳感技術(shù) 3 信息處理技術(shù) 4 自動(dòng)控制技術(shù) 5 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 6 系統(tǒng)總體技術(shù),第一章 概論,1.1 機(jī)電一體化基本概念 1.2 機(jī)電一體化發(fā)展概況 1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成 1.4 機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù) 1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.6機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響 1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（重、難點(diǎn)）,一、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與本專業(yè)的關(guān)系 二、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本方法,機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)的工程路線,不同的機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)和產(chǎn)品化過(guò)程： 具體特點(diǎn)不同但基本規(guī)律

16、是相同的 機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)的工程路線（P7 圖1-3）,二、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本方法,,擬定新產(chǎn)品目標(biāo)及初步技術(shù)規(guī)范,市場(chǎng)調(diào)查、需求分析、銷售預(yù)測(cè),可行性論證、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,,,,,構(gòu)思（初步設(shè)計(jì)）,,,評(píng)價(jià)與審定,,,,,,,機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)工程路線,重點(diǎn)研究： 系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)； 功能組件的外購(gòu)（外協(xié)）配套與標(biāo)準(zhǔn)化； 專用功能部件（子系統(tǒng)）開發(fā)和研制； 專業(yè)化生產(chǎn)方式的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)； 設(shè)計(jì)能達(dá)到高效、高質(zhì)量、高可靠性的設(shè)計(jì)制造效果；,設(shè)計(jì)過(guò)程中容易忽視的問(wèn)題：一是系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)某些功能組件外購(gòu)還是制造問(wèn)題，應(yīng)充分考慮專業(yè)化組合生產(chǎn)方式以取得高效、高可靠性的效果 二是充分利用廣告宣傳開拓

17、產(chǎn)品市場(chǎng),1、市場(chǎng)調(diào)研,市場(chǎng)調(diào)研包括市場(chǎng)調(diào)查和市場(chǎng)預(yù)測(cè)。所謂市場(chǎng)調(diào)查就是運(yùn)用科學(xué)的方法，系統(tǒng)地、全面地收集所設(shè)計(jì)產(chǎn)品市場(chǎng)需求和經(jīng)銷方面的情況和資料，分析研究產(chǎn)品在供需雙方之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的狀況和趨勢(shì)，而市場(chǎng)預(yù)測(cè)就是在市場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，運(yùn)用科學(xué)方法和手段，根據(jù)歷史資料和現(xiàn)狀，通過(guò)定性的經(jīng)驗(yàn)分析或定量的科學(xué)計(jì)算，對(duì)市場(chǎng)未來(lái)的不確定因素和條件做出預(yù)計(jì)、測(cè)算和判斷，為產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),,2、總體方案設(shè)計(jì),1產(chǎn)品方案構(gòu)思 產(chǎn)品方案構(gòu)思完成后，以方案圖的形式將設(shè)計(jì)方案表達(dá)出來(lái)。方案圖應(yīng)盡可能簡(jiǎn)潔明了，反映機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成部分的相互關(guān)系，同時(shí)應(yīng)便于后面的修改。 2方案的評(píng)

18、價(jià)對(duì)多種構(gòu)思和多種方案進(jìn)行篩選，選擇較好的可行方案進(jìn)行分析組合和評(píng)價(jià)，從中再選幾個(gè)方案按照機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)原則和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行深入的綜合分析評(píng)價(jià)，最后確定實(shí)施方案。,1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),,3、詳細(xì)設(shè)計(jì),詳細(xì)設(shè)計(jì)是根據(jù)綜合評(píng)價(jià)后確定的系統(tǒng)方案，從技術(shù)上將其細(xì)節(jié)逐層全部展開，直至完成產(chǎn)品樣機(jī)試制所需全部技術(shù)圖紙及文件的過(guò)程。,1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),,4、樣機(jī)試制與試驗(yàn),完成產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)后，即可進(jìn)入樣機(jī)試制與試驗(yàn)階段。根據(jù)制造的成本和性能試驗(yàn)的要求，一般制造幾臺(tái)樣機(jī)供試驗(yàn)使用。樣機(jī)的試驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和實(shí)際工況試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)考核樣機(jī)的各種性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，考核樣機(jī)的可靠性

19、。如果樣機(jī)的性能指標(biāo)和可靠性不滿足設(shè)計(jì)要求，則要修改設(shè)計(jì)，重新制造樣機(jī)，重新試驗(yàn)。如果樣機(jī)的性能指標(biāo)和可靠性滿足設(shè)計(jì)要求，則進(jìn)入產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段。,1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),,5、小批量生產(chǎn) 產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段實(shí)際上是產(chǎn)品的試生產(chǎn)試銷售階段。這一階段的主要任務(wù)是跟蹤調(diào)查產(chǎn)品在市場(chǎng)上的情況，收集用戶意見，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和制造方面存在的問(wèn)題，并反饋給設(shè)計(jì)、制造和質(zhì)量控制部門。 6、大批量生產(chǎn) 經(jīng)過(guò)小批量試生產(chǎn)和試銷售的考核，排除產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中存在的各種問(wèn)題后，即可投入大批量生產(chǎn)。,1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),,1.6 機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響,1 提高性能、擴(kuò)展功能 2 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕

20、重量 3 提高可靠性 4 節(jié)約能源 5 操作改善,1.6 機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響,1 提高性能、擴(kuò)展功能 今日的數(shù)控機(jī)床充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的威力，運(yùn)用 時(shí)間序列分析和精度創(chuàng)成等理論建立數(shù)學(xué)模型。 已有可能實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)包括隨機(jī)誤差在內(nèi)的機(jī)床誤 差，然后自動(dòng)校正，從而達(dá)到前所未有的精度。 采用對(duì)阻尼進(jìn)行預(yù)報(bào)，一旦接近臨界值時(shí)就自動(dòng) 調(diào)整切削用量，這又可能出現(xiàn)永不顫振的機(jī)床， 保證很高的生產(chǎn)率和良好的加工表面。,1.6 機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響,,2 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕重量,機(jī)電一體化系統(tǒng)采用先進(jìn)的電力電子器件和傳動(dòng)技術(shù)，替代老式笨重的電氣控制和機(jī)械變速結(jié)構(gòu)，由微處理器和集成電路等微電子元件和程序邏輯軟

21、件，完成過(guò)去靠機(jī)械傳動(dòng)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、重量減輕。,3 提高可靠性 在提高電子元件質(zhì)量、可靠性的前提下，機(jī)電一體化產(chǎn)品可以提高耐久性，減少故障率。另一方面由于賦予其自動(dòng)監(jiān)視診斷功能，并采取安全聯(lián)鎖控制，過(guò)負(fù)荷和失控保護(hù)、停 電對(duì)策，提高了設(shè)備的安全可靠性。,1.6 機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響,,4 節(jié)約能源 例如目前我國(guó)各類電風(fēng)扇年產(chǎn)量在200萬(wàn)臺(tái)左右，如每臺(tái)電扇的調(diào)速器和定時(shí)器(現(xiàn)常用電磁機(jī)械式)用電子調(diào)速器和定時(shí)器代替，估計(jì)每臺(tái)風(fēng)扇可節(jié)電5W以上，全年以用扇100天，每天開扇6h計(jì)，則每年可節(jié)約用電量600萬(wàn)kWh，還可節(jié)省大批銅材和鋼材。

22、再如傳統(tǒng)的電焊機(jī)以電磁原理和手工操作為基礎(chǔ)，即使是一般的自動(dòng)電焊機(jī)，其動(dòng)作過(guò)程也僅為簡(jiǎn)單的機(jī)械動(dòng)作和相應(yīng)的控制。這類電焊機(jī)耗能多、效率低、質(zhì)量不易保證。采用微型機(jī)技術(shù)后，發(fā)展新穎的電子控制電源以取代傳統(tǒng)的焊接電源，實(shí)現(xiàn)焊接電源的節(jié)能、高效、小型化、多樣化。,1.6 機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響,,5 操作改善 傳統(tǒng)的車削 數(shù)控車削,1.6 機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響,,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),1 智能化 智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是

23、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)、心理學(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)。,2 模塊化 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國(guó)際或國(guó)內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過(guò)組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定，無(wú)論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品

24、的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,3網(wǎng)絡(luò)化 20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其 功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。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)視技術(shù)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。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方 向發(fā)展。,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,4 微型化 微型化興起于20世紀(jì)80年代末，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(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)

25、發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小 、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,5 綠色化 內(nèi)涵：一體化產(chǎn)品使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢時(shí)能 回收利用 產(chǎn)生背景：工業(yè)發(fā)達(dá)的必然結(jié)果（物質(zhì)豐富，生活舒適；資源減少，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重污染） 要求：綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)盒人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率最高。 前景：具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,

26、6 人格化 內(nèi)涵：一是如何賦予一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要，特別是家用機(jī)器人，最高境界是人機(jī)一體化；二是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。 事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來(lái)的。,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,7 系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步 采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組 態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng) 協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大 加強(qiáng)，一般除RS232外，還有RS485等等,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,8 自適應(yīng)化 內(nèi)涵：一體化產(chǎn)品在啟動(dòng)后，不需要人的干預(yù)，就能夠自動(dòng)地完成指定的各項(xiàng)任務(wù)，且在整個(gè)過(guò)程中能夠自動(dòng)適應(yīng)所處狀態(tài)和環(huán)境的變化。,1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,