機電一體化技術的應用與發(fā)展前景

1、如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!摘 要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物，是機電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。文章簡述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域，并指出其發(fā)展趨勢。 關鍵詞:機電一體化 核心技術 應用領域 發(fā)展趨勢 I / 17I如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!ABSTRACTMechatronics is a complex technology, mechanical technology and microelectronic technology, a product of mutual penetration of i

2、nformation technology, mechanical and electrical industrial development trend. Article outlines the basic structure of mechatronics components and main application areas, and point out trends.Key word:Mechatronics Core technology Applications Development II / 17II如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!目 錄引言1一、機電一體化的發(fā)

3、展狀況和階段2二、機電一體化的核心技術21.機械制造技術32.軟件技術43、信息處理技術4三、機電一體化技術的主要應用領域4 1.數(shù)控機床 4 2.計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）4 3.柔性制造系統(tǒng)（FMS）5 4.工業(yè)機器人 5四、機電一體化技術的發(fā)展前景5 1.光機電一體化5 2.智能化5 3.系統(tǒng)化6 4.微型化6 5.模塊化6 6.網(wǎng)絡化6 7.帶源化6 8.自律分配系統(tǒng)化柔性化7 9.生物一軟件化仿生物系統(tǒng)化7 10.綠色化 7結論8參考文獻9致謝 10III / 17III如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!IV / 17IV如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!引 言機

4、電一體化（Mechatronics）一詞最早（20世紀70年代初）起源于日本。它取英語Mechanics（機械學）的前半部和Electronics（電子學）的后半部拼合而成，字面上表示機械學與電子學兩個學科的綜合，我國通常稱為機電一體化或機械電子學。但是，“機電一體化” 并非是機械技術與電子技術的簡單疊加，而是有著自身體系的新型學科?，F(xiàn)代科學技術的發(fā)展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，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)的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產

5、由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統(tǒng)技術，目前正向光機電一體化、柔性化、智能化、仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展，應用范圍愈來愈廣。 1 / 171如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!機電一體化技術的應用與發(fā)展前景一、機電一體化的發(fā)展狀況和階段歷史上的歷次技術革命和當今全球化背景下的新技術成果，都是通過制造技術將其物質化從而進入實用狀態(tài)的，并在生產中推廣應用，進一步轉化為巨大的生產力。機電一體化技術是在微型計算機為代表的微

6、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，在高功能、高質量、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。機電一體化能夠使前沿科技成果轉變?yōu)楝F(xiàn)實生產力更為迅速有效。1、20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。受制于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結

7、合還不可能廣泛和深入發(fā)展。2、20世紀70,80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的出現(xiàn)，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：機電一體化技術和產品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。3、20世紀90年代后期，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、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，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。不同學科的交叉與滲透成為這一階段的主要標志。二、機電一

8、體化的核心技術 機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件一般可以理解為機械制造技術，它是機電一體化的基礎，只有機械制造技術達到一定的高度，才能與其學科技術有機的結合，才能實現(xiàn)復合的最佳系統(tǒng)。機械制造持術是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。軟件技術則主要指信息處理技術和3 / 173如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 1、機械制造技術 機械制造技術不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。在信息技術得到廣泛運用并迅速發(fā)展的社會背景下，機械制造業(yè)也將是由信息主導的，并采用先進生產模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術和先進組織管理方式，打造全新機械制

9、造業(yè)。21世紀的機械制造技術已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的制造技術，它是制造技術的最新發(fā)展階段，它由傳統(tǒng)的制造技術發(fā)展而來，既保持了過去制造技術中的有效要素，又不斷吸收各種高新技術成果，并滲透到產品生產的所有領域及其全部過程。它與現(xiàn)代高新技術結合而產生了一個完整的技術鏈，是一個全新的技術領域，被稱為現(xiàn)代機械制造技術，也被稱之為先進制造技術。在經(jīng)濟全球化和能源危機背景下的今天，機械制造技術將朝著全球化,網(wǎng)絡化，虛擬化，自動化和綠色化的方向發(fā)展。（1）機械本體技術機械本體必須從改善性能、增加新型材料的應用和提高精度等幾方面考慮。傳統(tǒng)機械產品一般都是以鋼鐵等金屬為主，但隨著材料科學的不斷發(fā)展及新型材料的廣泛應

10、用，現(xiàn)代機械本體正裝備越來越多的新型材料。伴隨著信息科學的發(fā)展及不斷深入機械技術領域，現(xiàn)代機械本體精度控制也達到了前所未有的高度。（2）傳感技術 傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術。 （3）接口技術 機電一體化系統(tǒng)各部分連接須具備一定條件，這個聯(lián)系條件通常稱為接口。一般將接口分為人機與機電接口兩大類。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統(tǒng)的控制性能，以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，因此接口技術是機電一體化系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。 （4）驅動技術 3 / 173

11、如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內部裝有編碼器的電機以及控制專 用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。帶源驅動化也將成為機電一體化的重要里程碑。（5）新材料技術新材料技術作為新世紀的高科技，正越來越泛的在機電一體領域里發(fā)揮著革命性的作用。 2、軟件技術 軟件與硬件必須協(xié)調一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要 逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。3、信息處理技術機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的

12、普及應用緊密相連。為進一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數(shù)轉換設備 的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題 。 三、機電一體化技術的主要應用領域1、數(shù)控機床數(shù)控機床及相應的數(shù)控技術經(jīng)過40年的發(fā)展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅 速提高，具體表現(xiàn)在：總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限 度地提高用戶的使用效益。WOP技術和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿 真，并引入在線診斷、模糊控制

13、等智能機制。 大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數(shù)控功能，同時也加強了CNC 系統(tǒng)的控制功能。 能實現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺 和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡功能，加強了系統(tǒng)組合及構成復雜加工系統(tǒng)的能力。 以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數(shù)控裝置。 5 / 175如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!2、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS） CIMS的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門 之間的界線，以制造為基干來控制“

14、物流”和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產品開發(fā)、生 產準備、生產實驗到生產經(jīng)營管理的有機結合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產要素之間 的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。 3、柔性制造系統(tǒng)（FMS）柔性制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng)，主要由計算機、數(shù)控機床、機器人、料盤、自動 搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產 其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。 4、工業(yè)機器人 工業(yè)機器人可以看作機電一體化的一個縮影，工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人。工業(yè)機器人是自動執(zhí)行

15、工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術制定的原則綱領行動。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。四、機電一體化技術的發(fā)展前景縱觀國內外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術的發(fā)展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。 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)、機械結構等部件組成的.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

16、化是機電產品發(fā)展的重要趨勢.2、智能化 主要體現(xiàn)在：智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一，也是21世紀機電一體化的發(fā)展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。6 / 176如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!3、系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)

17、調控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現(xiàn)遠程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。4、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品時,就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全 可以“融合”,機體、執(zhí)行機構、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

18、機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向5、模塊化 模塊化也是機電一體化產品的一個發(fā)展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產品，同時也可以不斷擴大生產規(guī)模。6、網(wǎng)絡化 網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響，使其朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。機電一體化產品的種類很多，面向網(wǎng)絡的方式也不同。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產

19、品。 6 / 176如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!7、帶源化 帶源化是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發(fā)展方向之一。8、自律分配系統(tǒng)化柔性化 未來的機電一體化產品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的冗余度，有較強的柔性，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成自律分配系統(tǒng)。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的自律性，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體行動是可

20、以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。9、生物一軟件化仿生物系統(tǒng)化 今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于靜態(tài)時不穩(wěn)定，但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時，生物便死亡，而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的生命還有待于深入研究。這一研究領域稱為生物軟件或生物系統(tǒng)，而生物的特點是硬 件(肌體)軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。10、綠色化 工業(yè)的發(fā)達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態(tài)環(huán)境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢時能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。7 / 177如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!結 論機電一體化是眾多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生產力發(fā)展到一定階