3841.機電一體化技術的發(fā)展狀況和應用

1、勞動保障職業(yè)學院大作業(yè)（畢業(yè)）題目：機電一體化技術的發(fā)展狀況和應用專 業(yè): 機電一體化技術班 級: 08機電業(yè)余姓 名: 學 號： 輔導教師: 2010年 11月 28日內(nèi)容簡介 隨著科學技術日益走向整體化、交叉化和數(shù)字化以及微電子技術信息技術的迅速發(fā)展，機電一體化技術的應用也越來越廣泛。本文對機電一體化技術的應用進行闡述，并對其發(fā)展進行探究。隨著科技的發(fā)展和市場需求的多樣化，國內(nèi)外工程機械廠家日益關注產(chǎn)品的多功能開發(fā)。機械制造業(yè)在經(jīng)歷了內(nèi)燃機的動力革命和液壓、氣壓傳動的傳動革命之后，現(xiàn)正致力于應用電控技術來完成產(chǎn)品的操縱和控制革命，以滿足用戶對產(chǎn)品環(huán)保、節(jié)能、操作舒適性及智能化監(jiān)控維護的要求

2、。 正文 “機電一體化”？它的來源是什么？“機電一體化”在國外被稱為mechatronics是日本人在20世紀70年代初提出來的，它是用英文mechanics的前半部分和electron-ics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個新詞，意思是機械技術和電子技術的有機結(jié)合。這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認，我國的工程技術人員習慣上把它譯為機電一體化技術。機電一體化技術又稱為機械電子技術，是機械技術、電子技術和信息技術有機結(jié)合的產(chǎn)物。機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領域迅猛滲透，機械電子技術深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信

3、息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術。 機電一體化是一種復合技術，是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產(chǎn)物，是機電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)代科學技術的發(fā)展極大地推動了不同

4、學科的交叉與滲透，引起了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(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。自從18世界末工業(yè)革命開始，工業(yè)機器化進程一直在不斷地發(fā)展，并且變得越來越復雜。由于當時的電子技術的發(fā)展尚未達到一個水平，機械技術和電子技術還不可能廣泛和深入的發(fā)展。20世紀70-80年代，這一時期計算機技術，通信技術，控制技術的發(fā)展奠定了機電一體化的技術基礎。大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)為其奠定了物質(zhì)基礎。20

5、世紀90年代中后期電子，光學微電子等技術的飛速發(fā)展使機電一體化邁向了智能化的階段。機電一體化發(fā)展趨勢 1.光機電一體化 一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的。因此，引進光學技術，實現(xiàn)光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢。 2.全息系統(tǒng)化智能化 今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于，模糊技術、信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡單的從上到下的形式而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。3.微型

6、機電化微型化 目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。解釋機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、cpu等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學時機電一體化的重要發(fā)展方向?，F(xiàn)今機電一體化的應用范圍很廣。系統(tǒng)（整機）和基礎元部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機床、機器人、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。典型的機電一體化元部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器。模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構(gòu)等。

7、機電一體化技術的應用在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用機電一體化的應用在工業(yè)和生活中很廣泛。用得比較多的就是數(shù)控技術和工業(yè)機器人了。一數(shù)控系統(tǒng)從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了半個世紀歷程。隨著電子技術和控制技術的飛速發(fā)展，當今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強大，與此同時加工技術以及一些其他相關技術的發(fā)展對數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進步提出了新的要求。其趨勢是數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)，數(shù)控方向，智能化方向，可靠性，復合化，多軸聯(lián)動化方向發(fā)展。美、德、日三國是當今世上在數(shù)控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。1.美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府

8、重視機床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務,并且提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成fms、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由於美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數(shù)控機床的主機設計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎科

9、研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數(shù)控機床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進的日本超過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機床技術上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸上升。 2.德國的數(shù)控發(fā)展史 德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一臺數(shù)控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎科研與應用技術科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進

10、實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 3.日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，

11、占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本fanuc公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術上領先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過600人，月產(chǎn)能力7,000套，銷售額在世界市場上占50%，在國內(nèi)約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進作用。4.我國的現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數(shù)控技術和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消

12、費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加大技術

13、創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差距。二工業(yè)機器人的應用廣泛的應用工業(yè)機器人，可以逐步改善勞動條件，更強與可控的生產(chǎn)能力,加快產(chǎn)品更新?lián)Q代, 提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量,消除枯燥無味的工作，節(jié)約勞動力,提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度，減少勞動風險，提高機床，減少工藝過程中的工作量及降低停產(chǎn)時間和庫存，提高企業(yè)競爭力。隨著科技的不斷進步，工業(yè)機器人的發(fā)展過程可分為三代，第一代，為示教再現(xiàn)型機器人，它主要由機器手控制器和示教盒組成，可按預先引導動作記錄下信息重復再現(xiàn)執(zhí)行，當前工業(yè)中應用最多。第二代為感覺型機器人,如有力覺觸覺和視覺等,它具有對某些外界信息進行反饋調(diào)整的能力，目前

14、已進入應用階段。第三代為智能型機器人它具有感知和理解外部環(huán)境的能力，在工作環(huán)境改變的情況下，也能夠成功地完成任務，它尚處于實驗研究階段。隨著工業(yè)機器人發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的提高，工業(yè)機器人已在眾多領域得到了應用。從傳統(tǒng)的汽車制造領域向非制造領域延伸。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務等領域工業(yè)機器人的應用也越來越多。汽車制造是一個技術和資金高度密集的產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)機器人應用最廣泛的行業(yè)，幾乎占到整個工業(yè)機器人的一半以上。在我國，工業(yè)機器人最初也是應用于汽車和工程機械行業(yè)中。在汽車生產(chǎn)中工業(yè)機器人是一種主要的制動化

15、設備，在整車及零部件生產(chǎn)的弧焊、點焊、噴涂、搬運、涂膠、沖壓等工藝中大量使用。據(jù)預測我國正在進入汽車擁有率上升時期，在未來幾年里，汽車仍將每年15%左右的速度增長。所以未來幾年工業(yè)機器人的需求將會呈現(xiàn)出高速增長趨勢，年增幅達到50%左右，工業(yè)機器人在我國汽車行業(yè)的應用將得到快速發(fā)展。工業(yè)機器人除了在汽車行業(yè)的廣泛應用，在電子，食品加工，非金屬加工，日用消費品和木材家具加工等行業(yè)對工業(yè)機器人的需求也快速增長。在亞洲，2005年安裝工業(yè)機器人72，600臺，與2004年相比，增長了40%，而應用在電子行業(yè)的就占了31%左右。在歐洲地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計2005年與2004年相比工業(yè)機器人在食品加工行業(yè)的應用增長了17%左右，在非金屬加工行業(yè)的應用增長了20%左右，在日用品消費行業(yè)增長了32%，在木材家具加工行業(yè)增長了18%左右。工業(yè)機器人在石油方面也有廣泛的應用，如海上石油鉆井、采油平臺、管道的檢測、煉油廠、大型油罐和儲罐的焊接等均可使用機器人來完成。在未來幾年