《機(jī)電一體化技術(shù)》PPT課件.ppt

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機(jī)電一體化技術(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 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)械與電子簡單的疊加 而是在信息論 控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起來的應(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) CAD CAM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 數(shù)控銑床 數(shù)控車床 焊接機(jī)器人 汽車防抱死系統(tǒng) ABS 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 工程師們自覺或者不自覺地把機(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)床的問世 寫下了 機(jī)電一體化 歷史的第一頁 2 微電子技術(shù)為 機(jī)電一體化 帶來勃勃生機(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 1 3機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成 1 機(jī)械本體 機(jī)身 框架 機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能 要求 可靠 小型 美觀 2 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 可靠性好 1 3機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成 3 檢測傳感裝置 檢測產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境 實(shí)現(xiàn)計(jì)測功能 要求 體積小 精度高 抗干擾 4 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 5 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 1 4共性關(guān)鍵技術(shù) 1檢測傳感技術(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 檢測傳感技術(shù) 作用 感受器官 反饋環(huán)節(jié) 研究對(duì)象 傳感器及其信號(hào)檢測裝置 即變送器 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) 2 信息處理技術(shù) 主要完成信息的交換 存取 運(yùn)算 判斷和決策等 其主要工具是計(jì)算機(jī) 3 控制技術(shù) 關(guān)于軟件方面的技術(shù) 主要以控制理論為指導(dǎo) 對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 仿真 現(xiàn)場調(diào)試 可靠運(yùn)行等 1 4共性關(guān)鍵技術(shù) 4 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 執(zhí)行元件種類 電動(dòng) 液壓 氣壓 研究對(duì)象 執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置 各種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路 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 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 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) 1 5機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一 市場調(diào)研二 總體方案設(shè)計(jì)三 詳細(xì)設(shè)計(jì)四 樣機(jī)試制與試驗(yàn)五 小批量生產(chǎn)六 大批量生產(chǎn) 一 市場調(diào)研 市場調(diào)研包括市場調(diào)查和市場預(yù)測 所謂市場調(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 而市場預(yù)測就是在市場調(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 通過定性的經(jīng)驗(yàn)分析或定量的科學(xué)計(jì)算 對(duì)市場未來的不確定因素和條件做出預(yù)計(jì) 測算和判斷 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) 二 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 方案圖應(yīng)盡可能簡潔明了 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)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) 三 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)圖紙及文件的過程 1 5機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 四 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 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) 五 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題 并反饋給設(shè)計(jì) 制造和質(zhì)量控制部門 六 大批量生產(chǎn)經(jīng)過小批量試生產(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簡化結(jié)構(gòu) 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各類電風(fēng)扇年產(chǎn)量在200萬臺(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kW h 還可節(jié)省大批銅材和鋼材 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)作過程也僅為簡單的機(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 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) 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 近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn) 但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成 顯然 從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化 系列化帶來的好處可以肯定 無論是對(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)品的企業(yè) 規(guī)模化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程 1 7機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢 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 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 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 國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng) MEMS 泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品 并向微米 納米級(jí)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 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 5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