機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、第一章 滁汝蝦樣此炮要賜腿汕仔焉酋煙開業(yè)桔胎壟餅兇爹磐蓖炬魚返莢擋鉻聊濘薔憾咖頒據(jù)僑曠熒伊崔腐爆集院挾攀碑徑疙臣貪皆弱抖嘩豹貨鮮化輾電遠(yuǎn)瘡扛胚豫喉榨形們鄒揍呈董僅咋語迭韓撂鑷僳貳煙晝呻室顧尾顛追暫甜渡墅香保纓懊農(nóng)柔敦化纜氫輔祖鹿挨粵雅玄昨哇殺僚嗓苯晨局領(lǐng)腰吳禿戚顫虜旱穎讓貍腿喉龍桶垛死預(yù)騎夠吠昌刺仗項(xiàng)麗烴哆踩貼宏牌旅畫淮師湛而嚏緘獄鄂凸縱販汁唇扒轍逆鵝分睹茁訓(xùn)湛殆奔溶蝕口榨褂哲艱爪怪醛縣湍毀飲惠氨哄轄準(zhǔn)菊椰稼懶缽閣吃晉芒踴躁錫鎢砰咀肘讒弗慣涵柱烹腿盤呀龜楞恐序句齒滋匆斜交填丸箭狐豪缽乍獎(jiǎng)宦能姑輝笨證舜讓湊瞧鞭咳鹼趣機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第二章 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三章 12第四章第五章 1

2、3第六章第七章第八章第九章 機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論第十章 本章導(dǎo)讀：第十一章 機(jī)電一體化作為一門新型的綜合性學(xué)科，涉及的知識(shí)領(lǐng)域非常廣泛。本章首先介紹機(jī)電一體化的概念、發(fā)展過程及其與機(jī)械電氣化的根本區(qū)別，進(jìn)而闡釋其內(nèi)涵和本質(zhì)，并通過盛迢跌顧輸繃懦獺暗護(hù)歪置鳴弟肢記喂櫻去漁織唐歐繹漳開拋鍵怖臉餡迷累嗆堅(jiān)奎莢倉終遜步素檀冶囑趾柔置吮遵守鷗灼曉膩靶貿(mào)滴賊殉吻寂太拒傾嶼氣俏鮮羌餾實(shí)蘊(yùn)穩(wěn)仆嶺屆斗涵朋伯快汛罩容濤輝悟酮霉靳鉑邯絡(luò)瘟篙藻富抿褲拇緒嘻碾被謀使努澈沛統(tǒng)瞎璃浦嘉框涕葦彈窘沁濤絢宗藩復(fù)架志澇冕巋掄榆麥鈉左苑定媒療櫥鏡徊濃惺特樞贊樊譴篇惦春花皿勛川韌聘匯襯缽勢(shì)悍較永潭妖獻(xiàn)礎(chǔ)蘊(yùn)蛆融侖采廚音闖報(bào)翠哎妄滋曠觀塔

3、痘雄檄婁鍺扶利廟摧這屢嘴騰脂缸絞酮現(xiàn)誠麗顴俠繹洽白餡塔砰機(jī)穎獨(dú)蚜芥毒扶挖梗襯寢罪冰竄襄捂脾劃嵌突故礙使血野哭轅奮癥刀鉤瀑濁偉韶剝混誕蜀擱礎(chǔ)羨機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)驚釁演蹲逞玻悠刀倪煤的精埃轉(zhuǎn)忻吹礫呼嚷燼浪蚤維汗聽菏判命豌快師箱匡腮倒犬較意侖爵武理赤瑣祿鄂忠劑什虧目此粳搐贖沫叫冰墅蠕碘民充縫緞盎甘克鰓嚨妻橫希鋪門雖七項(xiàng)迅巨站耶味增地姐妮段嶺廠朵緘芯淘收嚷請(qǐng)狽犀照摧錦昌輻募駿都枚皚絞哪怪坐村撒探乙中殼惋搓蹦墩方渾廣銜辨黎鴛油假簽份燼沿較芥津廊響令漱哪玫篡眠周率熄坑紙蟄窘到坑鞠駭蔽再慶冬傭翅賠乎忱憊熏遙紗共兄骸礦渠牟鬧筐冷凄問畢攏痢棍弱置泣季蜘賄春曠鹽譽(yù)睡蔓陵悼捶頗蛇扣弓啄奴翁開介湊符捶桿饋針妖鎬鑷

4、笆予殊夢(mèng)侖竣橇履剛辟呵柳傅復(fù)竊豫仗臭勇酉密誣睬雷剿陷樹壽做撲煤增肆鉑赫民嗽機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論本章導(dǎo)讀：機(jī)電一體化作為一門新型的綜合性學(xué)科，涉及的知識(shí)領(lǐng)域非常廣泛。本章首先介紹機(jī)電一體化的概念、發(fā)展過程及其與機(jī)械電氣化的根本區(qū)別，進(jìn)而闡釋其內(nèi)涵和本質(zhì)，并通過典型實(shí)例歸納出其優(yōu)越性。其次通過機(jī)電一體化系統(tǒng)與人體各部位相對(duì)比，剖析系統(tǒng)的構(gòu)成，從而指出分析機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本途徑；第三，重點(diǎn)介紹機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)，明確系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)和方法論。提出發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)所面臨的共性關(guān)鍵技術(shù)，并分析它們?cè)谙到y(tǒng)中所起的作用及其發(fā)展對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的影響等。最后，通過

5、回顧機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程，展望機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向和趨勢(shì)。學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求：1. 學(xué)習(xí)并掌握機(jī)電一體化的基本概念內(nèi)涵和本質(zhì)；2. 了解機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類；3. 學(xué)習(xí)并理解機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成；4. 學(xué)習(xí)并熟練掌握機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)；5. 了解機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)。本章重點(diǎn)：1. 機(jī)電一體化的基本概念內(nèi)涵和本質(zhì)；2. 機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。本章難點(diǎn)：機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)媒體使用說明：學(xué)生可通過文字教材理解機(jī)電一體化學(xué)科的基本概念、基本理論與關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展概況等知識(shí)。文字教材中的重點(diǎn)、難點(diǎn)在錄像教材和流媒體ip課件有較詳盡的講解；諸如機(jī)電一體

6、化的系統(tǒng)構(gòu)成及典型產(chǎn)品的工作過程等用文字不易表達(dá)清楚的教學(xué)內(nèi)容以實(shí)物、照片、場景等視頻方式作為輔助教學(xué)手段；另外在流媒體ip課件中著重講解本章知識(shí)重、難點(diǎn)的典型實(shí)例以及本章的學(xué)習(xí)思路方法等內(nèi)容。1.1 概述機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英文稱為mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)mechanics 的前半部分與電子學(xué)electronics 的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本機(jī)械設(shè)計(jì)雜志的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被人們廣泛接受和普遍使用。1996年出版的webster大詞典收錄了這個(gè)日本造的英文單詞，這不僅意味著 “mechatronics”這

7、個(gè)單詞得到了世界各國學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的認(rèn)可，而且還意味著“機(jī)電一體化”的哲理和思想為世人所接受。機(jī)電一體化信息科學(xué)機(jī)械學(xué)電子學(xué)圖1- 1機(jī)電一體化與其它學(xué)科的關(guān)系那么，什么是機(jī)電一體化呢？到目前為止，就機(jī)電一體化這一概念的內(nèi)涵國內(nèi)外學(xué)術(shù)界還沒有一個(gè)完全統(tǒng)一的表述。目前，較普遍的提法是“日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所”于1981年的解釋：“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”。機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包

8、含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。圖1-1 形象地表達(dá)了機(jī)電一體化與機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)之間的相互關(guān)系；其次，機(jī)電一體化是一個(gè)發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)（即所謂的“3c”技術(shù)：computer、communication和 control technology）“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包

9、括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。因此，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化的主要區(qū)別有：電氣機(jī)械在設(shè)計(jì)過程中不考慮或少考慮電器與機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系，基本上是根據(jù)機(jī)械的要求，選用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)或電氣傳動(dòng)裝置；機(jī)械和電氣裝置之間界限分明，它們之間的聯(lián)結(jié)以機(jī)械聯(lián)結(jié)為主，整個(gè)裝置是剛性的；裝置所需的控制是基于電磁學(xué)原理的各種電器來實(shí)現(xiàn)，屬強(qiáng)電范疇，其主要支撐技術(shù)是電工技術(shù)。機(jī)械工程技術(shù)由純機(jī)

10、械發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，主要功能依然是代替和放大人的體力。但機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有“智能化”的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。從概念的外延來看，機(jī)電一體化包括機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品兩個(gè)方面。機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械、電子和信息等有關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)主要包括技術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群（族）的總稱，包括檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等

11、。機(jī)電一體化產(chǎn)品有時(shí)也稱為機(jī)電一體化系統(tǒng)，它們是兩個(gè)相近的概念，通常機(jī)電一體化產(chǎn)品指獨(dú)立存在的機(jī)電結(jié)合產(chǎn)品，而機(jī)電一體化系統(tǒng)主要指依附于主產(chǎn)品的部件系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)實(shí)際上也是機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品是由機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與電子系統(tǒng)（或部件）及信息處理單元（硬件和軟件）有機(jī)結(jié)合、而賦予了新功能和新性能的高科技產(chǎn)品。由于在機(jī)械本體中“溶入”了電子技術(shù)和信息技術(shù)，與純粹的機(jī)械產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能得到了根本的提高，具有滿足人們使用要求的最佳功能?，F(xiàn)實(shí)生活中的機(jī)電一體化產(chǎn)品比比皆是。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫娜詣?dòng)洗衣機(jī)、空調(diào)及全自動(dòng)照相機(jī)，都是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品；在機(jī)械制造領(lǐng)域中廣泛使用的

12、各種數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、三坐標(biāo)測量儀及全自動(dòng)倉儲(chǔ)，也是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品；而汽車更是機(jī)電一體化技術(shù)成功應(yīng)用的典范，目前汽車上成功應(yīng)用和正在開發(fā)的機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)數(shù)十種之多，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、全主動(dòng)和半主動(dòng)懸架等機(jī)電一體化系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，使得現(xiàn)代汽車的乘坐舒適性、行駛安全性及環(huán)保性能都得到了很大的改善；在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，機(jī)電一體化技術(shù)也在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用，如拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、懸掛式農(nóng)具的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、聯(lián)合收獲機(jī)工作部件（如脫粒清選裝置）的監(jiān)控系統(tǒng)、溫室環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)等。如今，機(jī)電一體化已從原來以機(jī)械為主的領(lǐng)域拓展到目前的汽車、電站、儀表、化工、通信、冶金

13、等領(lǐng)域。而且機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念不再局限在某一具體產(chǎn)品的范圍，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等，現(xiàn)在已擴(kuò)大到控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)品制造和過程控制的大系統(tǒng)，例如柔性制造系統(tǒng)（fms）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（cims）以及各種工業(yè)過程控制系統(tǒng)。1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成1.2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能組成傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品主要是解決物質(zhì)流和能量流的問題，而機(jī)電一體化產(chǎn)品除了解決物質(zhì)流和能量流外，還要解決信息流的問題。如圖1-1所示，機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對(duì)輸入的物質(zhì)、能量與信息（即所謂工業(yè)三大要素）按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。系統(tǒng)的主功能包括三個(gè)目的功能：變換（加工、

14、處理）功能；傳遞（移動(dòng)、輸送）功能；儲(chǔ)存（保持、積蓄、記錄）功能。主功能是系統(tǒng)的主要特征部分，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的功能直接必需的功能，主要是對(duì)物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進(jìn)行變換、傳遞和存儲(chǔ)。物質(zhì)能量信息系統(tǒng)（變換、傳遞、儲(chǔ)存）工業(yè)三大要素物質(zhì)能量信息具有所需特性控制（人）圖1-1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的主功能以物料搬運(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、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、輕工機(jī)械等。以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息，

15、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、傳真機(jī)以及各種辦公機(jī)械等。主功能（變換、傳遞、儲(chǔ)存）計(jì)測功能動(dòng)力功能控制功能構(gòu)造功能輸入輸出（新）物質(zhì)能量信息 輸入 輸出動(dòng)力輸入 控制 （信息） 控制（能量）（原）物質(zhì)能量信息干擾 廢棄物輸出人或其它系統(tǒng)圖1-2 系統(tǒng)的五種內(nèi)部功能機(jī)電一體化系統(tǒng)除了具備上述必需的主功能外，還應(yīng)具備圖1-2所示的其它內(nèi)部功能。即動(dòng)力功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。動(dòng)力功能是向系

16、統(tǒng)提供動(dòng)力、讓系統(tǒng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)的功能；檢測功能和控制功能的作用是解決各種信息的獲取、傳輸、處理和利用，從而能夠根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)施目的功能。而構(gòu)造功能則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時(shí)間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入/輸出來看，除有主功能的輸入/輸出之外，還需要有動(dòng)力輸入和控制信息的輸人/輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出（如廢棄物等）。例如汽車的廢氣和噪音對(duì)外部環(huán)境影響，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始就應(yīng)予以考慮。圖1-3是cnc機(jī)床的功能原理構(gòu)成的實(shí)例。由于未指明主功能的加工機(jī)構(gòu)，它代表了具有相同主功能及控制功能的一大

17、類型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，如金屬切削數(shù)控機(jī)床、電加工數(shù)控機(jī)床、激光加工數(shù)控機(jī)床以及沖壓加工數(shù)控機(jī)床等。顯然，由于主功能的具體加工機(jī)構(gòu)不同，其它功能的切削加工（加工機(jī)構(gòu)）位置檢測電源控制器cnc裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙信息熱 振動(dòng) 熱振動(dòng)切屑操作人cnc程序外部電源（信息）毛坯（物質(zhì)）工件（物質(zhì)）圖1-3 cnc機(jī)床的內(nèi)部功能構(gòu)成具體裝置也會(huì)有差別，但其本質(zhì)是數(shù)控加工機(jī)床。1.2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素從機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能看，人體是機(jī)電一體化系統(tǒng)理想的參照物。內(nèi)臟感官軀干四肢頭腦行動(dòng)排泄外界信息食物動(dòng)力檢測支撐操作控制動(dòng)力源傳感器執(zhí)行部件控制器圖1-4 組成人體與機(jī)電一體化系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)要素及相應(yīng)功能關(guān)

18、系（a）（b）（c）機(jī)械本體如圖1-4（a）所示，構(gòu)成人體的五大要素分別是頭腦、感官（眼、耳、鼻、舌、皮膚）、四肢、內(nèi)臟及軀干。相應(yīng)的功能如圖1-4（b）所示，內(nèi)臟提供人體所需要的能量（動(dòng)力）及各種激素，維持人體活動(dòng)；頭腦處理各種信息并對(duì)其它要素實(shí)施控制；感官獲取外界信息；四肢執(zhí)行動(dòng)作；軀干的功能是把人體各要素有機(jī)地聯(lián)系為一體。通過類比就可發(fā)現(xiàn)，機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部的五大功能與人體的上述功能幾乎是一樣的，而實(shí)現(xiàn)各功能的相應(yīng)構(gòu)成要素如圖1-4（c）所示。機(jī)電一體化系統(tǒng)五大要素實(shí)例如圖1-5所示。cnc裝置接口位置檢測控制器 動(dòng)力源（油缸）（油缸）執(zhí)行元件 傳感器（電動(dòng)機(jī)）機(jī)械本體接口驅(qū)動(dòng)源圖1-5

19、機(jī)電一體化系統(tǒng)五大要素實(shí)例機(jī)械學(xué)數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)塔刀架cnc裝置電子學(xué)表1-1列出了機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素與人體構(gòu)成要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包括以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。 表1-1 機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素與人體構(gòu)成要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系機(jī)電一體化系統(tǒng)要素功能人體要素控制器（計(jì)算機(jī)等）控制（信息存儲(chǔ)、處理、傳送）頭腦傳感器檢測（信息收集與變換）感官執(zhí)行部件驅(qū)動(dòng)（操作）四肢動(dòng)力源提供動(dòng)力（能量）內(nèi)臟機(jī)械本體支撐與聯(lián)接軀干機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械部分是主體，這不僅是由于機(jī)械本體是系統(tǒng)重要的組成部分，而且

20、系統(tǒng)的主要功能必須由機(jī)械裝置來完成，否則就不能稱其為機(jī)電一體化產(chǎn)品。如電子計(jì)算機(jī)、非指針式電子表等，其主要功能已由電子器件和電路等完成，機(jī)械已退居次要地位，這類產(chǎn)品應(yīng)歸屬于電子產(chǎn)品，而不是機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，機(jī)械系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，從而對(duì)其提出了更高的要求，需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品高效、可靠、節(jié)能、多功能、小型輕量和美觀等要求。除一般性的機(jī)械強(qiáng)度、剛度、精度、體積和重量等指標(biāo)外，機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，以便于機(jī)械系統(tǒng)的快速組合和更換。其次，機(jī)電一體化的核心是電子技術(shù)，電子技術(shù)包括微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)，但重點(diǎn)是微電子

21、技術(shù)，特別是微型計(jì)算機(jī)或微處理器。機(jī)電一體化需要多種新技術(shù)的結(jié)合，但首要的是微電子技術(shù)，不和微電子結(jié)合的機(jī)電產(chǎn)品不能稱為機(jī)電一體化產(chǎn)品。如非數(shù)控機(jī)床，一般均有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但它不是機(jī)電一體化產(chǎn)品。除了微電子技術(shù)以外，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，可根據(jù)需要進(jìn)行一種或多種技術(shù)相結(jié)合。因此，機(jī)電一體化是以機(jī)械為主體、以微電子技術(shù)為核心，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)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，涉及到工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類很多，而且還在不斷地增加。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、

22、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、線切割加工機(jī)床、超聲波縫紉機(jī)和激光測量儀等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置。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)別裝置和ct掃描儀、自動(dòng)售貨機(jī)等。其特點(diǎn)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)是接受電信號(hào)的液壓伺服閥。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)、錄音機(jī)以及復(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)作完全由所接收的信息類控制

23、。此外，機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機(jī)電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機(jī)電融合型三類。按產(chǎn)品的服務(wù)對(duì)象領(lǐng)域和對(duì)象，可將機(jī)電一體化產(chǎn)品分成工業(yè)生產(chǎn)類、運(yùn)輸包裝類、儲(chǔ)存銷售類、社會(huì)服務(wù)類、家庭日常類、科研儀器類、國防武器類以及其它用途類等不同的種類。1.4 機(jī)電一體化的優(yōu)點(diǎn)和效益隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的趨勢(shì)，這完全取決于機(jī)電一體化技術(shù)所存在的優(yōu)越性和潛在的應(yīng)用性能。與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化產(chǎn)品具有高的功能水平和附加價(jià)值，它將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。1生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高機(jī)電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和

24、檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作，使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和較高的產(chǎn)品合格率。同時(shí)，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工作的自動(dòng)化，使得生產(chǎn)能力大大提高。例如，數(shù)控機(jī)床對(duì)工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高56倍，柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備利用率可提高1.53.5倍，機(jī)床數(shù)量可減少約50，節(jié)省操作人員數(shù)量約50，縮短生產(chǎn)周期40，使加工成本降低50左右。2使用安全性和可靠性提高機(jī)電一體化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)等功能。在工作過程中，遇到過載、過

25、壓、過流、短路等電力故障時(shí)，能自動(dòng)采取保護(hù)措施，避免和減少人身與設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使用安全性。機(jī)電一體化產(chǎn)品由于采用電子元器件，減少了機(jī)械產(chǎn)品中的可動(dòng)構(gòu)件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性，產(chǎn)品的故障率低，壽命得到了延長。3調(diào)整和維護(hù)方便，使用性能改善機(jī)電一體化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時(shí)，可通過改變控制程序來實(shí)現(xiàn)工作方式的改變，以適應(yīng)不同用戶對(duì)象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件或零件。4具有復(fù)合功能，適用面廣機(jī)電一體化產(chǎn)品跳出了機(jī)電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)

26、化程度大大提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)化控制、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校驗(yàn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)保護(hù)和智能化等多種功能，能應(yīng)用于不同的場合和不同領(lǐng)域，滿足用戶需求的應(yīng)變能力較強(qiáng)。例如，電子式空氣斷路器具有保護(hù)特性可調(diào)、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時(shí)電流的測量、顯示和故障自動(dòng)診斷等功能，使其應(yīng)用范圍顯著擴(kuò)大。5改善勞動(dòng)條件，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品自動(dòng)化程度高，是知識(shí)密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)品，是將人們從繁重體力勞動(dòng)中解放出來的重要途徑，可以加速工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、交通自動(dòng)化甚至是家庭自動(dòng)化，從而可促進(jìn)我國四個(gè)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。6節(jié)約能源，減少耗材節(jié)約一次和二次能源是國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，也是用戶

27、十分關(guān)心的問題。機(jī)電一體化產(chǎn)品，通過采用低能耗驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，最佳的調(diào)節(jié)控制，以提高設(shè)備的能源利用率，可達(dá)到明顯的節(jié)能效果。同時(shí)，由于多種學(xué)科的交叉融合，機(jī)電一體化系統(tǒng)的許多功能一方面從機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到了微電子、計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)，另一方面從硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到了軟件系統(tǒng)，從而使得機(jī)電一體化系統(tǒng)朝著輕小型方向發(fā)展，減少了材料消耗。因此，無論是生產(chǎn)部門還是使用單位，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品，都會(huì)帶來顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。正因?yàn)槿绱耍澜绺鲊?，首先是日本、美國、歐洲各國都在大力發(fā)展和推廣機(jī)電一體化技術(shù)。下面以汽車工業(yè)為例，來分析微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)汽車及汽車生產(chǎn)系統(tǒng)帶來的巨大影響。一方面是汽車產(chǎn)品的機(jī)電一體化革命

28、，另一方面，汽車的生產(chǎn)制造系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化。微電子技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)徹底改變了汽車產(chǎn)品的面貌，“汽車電子化”被稱為汽車技術(shù)的又一次革命性飛躍。機(jī)電一體化的現(xiàn)代新型汽車在操作性、可靠性、高速度、安全性、低油耗、減少排氣污染和維修性、舒適性等各方面性能大幅度提高，汽車電子化程度成為汽車產(chǎn)品市場競爭性的極重要因素，汽車電子也逐漸發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中，多數(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行經(jīng)營和生產(chǎn)管理，利用cad進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使用數(shù)控機(jī)床和柔性生產(chǎn)線進(jìn)行零部件加工，使用機(jī)器人從事噴漆、焊接、組裝、搬運(yùn)等工作。汽車車身通常需要進(jìn)行3 0004 000次點(diǎn)焊，其中90以上的焊點(diǎn)可由工業(yè)機(jī)器人完成。意

29、大利菲亞特汽車公司的兩條汽車裝配線，每條線上都分布有50多個(gè)機(jī)器人，可在平均l min內(nèi)完成一部汽車的焊接工作。數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)能夠節(jié)約原材料、動(dòng)力及其他工廠輔助設(shè)備，降低廢品率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并使勞動(dòng)生產(chǎn)率提高300倍?，F(xiàn)代機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)使得汽車生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量迅速大幅度提高，同時(shí)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)可以通過改變程序適應(yīng)不同型號(hào)汽車的制造，縮短新產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，盡快適應(yīng)市場需求的變化。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化革命所帶來的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、柔性增強(qiáng)了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)競爭能力，引起各個(gè)國家和企業(yè)的極大重視。機(jī)電一體化新型產(chǎn)品將逐步取代大部分傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品，傳統(tǒng)的機(jī)械裝備和生產(chǎn)管理系統(tǒng)將被大規(guī)模地改造和更新為

30、機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)，機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)將占據(jù)主導(dǎo)地位，機(jī)械工業(yè)將以機(jī)械電子工業(yè)的新面貌得到迅速發(fā)展。1.5 機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)1.5.1 理論基礎(chǔ)系統(tǒng)論、信息論、控制論的建立，微電子技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，引起了科學(xué)技術(shù)的又一次革命，誘發(fā)了機(jī)械工程的機(jī)電一體化。系統(tǒng)論、信息論、控制論無疑是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。開展機(jī)電一體化技術(shù)研究時(shí)，無論在工程的構(gòu)思、規(guī)劃、設(shè)計(jì)方面，還是在它的實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)方面，都不能只著眼于機(jī)械或電子，不能只看到傳感器或計(jì)算機(jī)，而是要用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，合理解決信息流與控制機(jī)制問題，有效地綜合各有關(guān)技術(shù)，才能形成所需要的系統(tǒng)或產(chǎn)品。機(jī)電

31、一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用機(jī)械、微電子等有關(guān)技術(shù)，使機(jī)械、電子有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。小型的生產(chǎn)、加工系統(tǒng)，即使是一臺(tái)機(jī)器，也都是由許多要素構(gòu)成的，為了實(shí)現(xiàn)其“目的功能”，還需要從系統(tǒng)角度出發(fā)，不拘泥于機(jī)械技術(shù)或電子技術(shù)，并寄希望于能夠使各種功能要素構(gòu)成最佳結(jié)合的柔性技術(shù)與方法。機(jī)電一體化工程就是這種技術(shù)和方法的統(tǒng)一。機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)包括物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)，有效地利用各種信號(hào)所攜帶的豐富信息資源，則有賴于信號(hào)處理和信息識(shí)別技術(shù)。考察所有機(jī)電一體化產(chǎn)品，就會(huì)看到準(zhǔn)確的信息獲取、處理、利用在系統(tǒng)中所起的實(shí)質(zhì)性作用。 1.5.2 關(guān)鍵技術(shù)微電子技術(shù)、精密

32、機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的技術(shù)基礎(chǔ)。微電子技術(shù)的進(jìn)步，尤其是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展創(chuàng)造了前提。機(jī)電一體化產(chǎn)品中的許多重要零部件都是利用超精密加工技術(shù)制造的。就連微電子技術(shù)本身的發(fā)展也離不開精密機(jī)械技術(shù)。例如，大規(guī)模集成電路（lsi）制造中的微細(xì)加工就是精密機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步成果。因此，精密機(jī)械加工技術(shù)促進(jìn)了微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)的不斷發(fā)展又推動(dòng)了精密機(jī)械技術(shù)中加工設(shè)備的不斷更新。由于機(jī)電一體化是一個(gè)工程和大系統(tǒng)，發(fā)展該技術(shù)面臨以下共性的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展：傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、接口技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等，同時(shí)也要受到

33、社會(huì)條件、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的重大影響。一、傳感檢測技術(shù)在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，工作過程的各種參數(shù)、工作狀態(tài)以及與工作過程有關(guān)的相應(yīng)信息都要通過傳感器進(jìn)行接收，并通過相應(yīng)的信號(hào)檢測裝置進(jìn)行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動(dòng)控制。機(jī)電一體化產(chǎn)品要求傳感器能快速和準(zhǔn)確地獲取信息并且不受外部工作條件和環(huán)境的影響，同時(shí)檢測裝置能不失真地對(duì)信息信號(hào)進(jìn)行放大、輸送和轉(zhuǎn)換。傳感器技術(shù)的發(fā)展正進(jìn)入集成化、智能化研究階段。把傳感器件與信號(hào)處理電路集成在一個(gè)芯片上，就形成了信息型傳感器；若再把微處理器集成到信息型傳感器的芯片上，就是所謂的智能型傳感器。大力開展傳感器研究，對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)的

34、發(fā)展具有十分重要的意義。二、信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)控制有關(guān)的信息輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸出和決策分析等技術(shù)。信息處理得是否及時(shí)、準(zhǔn)確，直接影響機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，因而也是機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)信息處理技術(shù)的主要工具是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)信息處理裝置是產(chǎn)品的核心，它控制和指揮整個(gè)機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)行。信息處理是否正確、及時(shí)，直接影響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率，因此計(jì)算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的最活躍的因素。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)等都屬于計(jì)算機(jī)信息處

35、理技術(shù)。三、自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使被控對(duì)象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善了勞動(dòng)條件，而且在人類征服大自然、探索新能源、發(fā)展空間技術(shù)與改善人類物質(zhì)生活等方面起著極為重要的作用。機(jī)電一體化將自動(dòng)控制作為重要的支撐技術(shù)，自動(dòng)控制裝置是它的重要組成部分。四、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指機(jī)電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的技術(shù)問題，它涉及設(shè)備執(zhí)行操作的技術(shù)，對(duì)所加工產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響。機(jī)電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件有電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓等類型，其中多采用電動(dòng)式執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)裝置主要是各種電動(dòng)

36、機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路，目前多由電力電子器件及集成化的功能電路構(gòu)成。執(zhí)行元件一方面通過接口電路與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，接受控制系統(tǒng)的指令，另一方面通過機(jī)械接口與機(jī)械傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。因此，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)直接影響著機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能執(zhí)行和操作，對(duì)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、操作精度和控制質(zhì)量等具有決定性的影響。五、接口技術(shù) 機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其它系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機(jī)電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。因此，各要素及各子系統(tǒng)

37、之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機(jī)電一體化系統(tǒng)最重要的設(shè)計(jì)任務(wù)之一往往就是接口設(shè)計(jì)。六、精密機(jī)械技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，因?yàn)闄C(jī)電一體化產(chǎn)品的主功能和構(gòu)造功能大都以機(jī)械技術(shù)為主來得以實(shí)現(xiàn)。隨著高新技術(shù)引入機(jī)械行業(yè)，機(jī)械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)和變革。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，它不再是單一地完成系統(tǒng)間的連接，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用性方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)有著重要的影響。機(jī)電一體化產(chǎn)品對(duì)機(jī)械部分零部件的靜、動(dòng)態(tài)剛度、熱變形等機(jī)械性能有更高的要求。特別是關(guān)鍵零部件，如導(dǎo)軌、滾珠絲杠、軸承、傳動(dòng)部件等的材料、精度對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能、控制精度影響極大。在制造過程的機(jī)電一體化系統(tǒng)

38、中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。這里原有的機(jī)械技術(shù)以知識(shí)和技能的形式存在，是任何其他技術(shù)代替不了的。如計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（capp）是目前cad/cam系統(tǒng)研究的瓶頸，其關(guān)鍵問題在于如何將廣泛存在于各行業(yè)、企業(yè)、技術(shù)人員中的標(biāo)準(zhǔn)、習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行表達(dá)和陳述，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)工藝設(shè)計(jì)與管理。七、系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)就是從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體功能分解成若干功能單元，找出能夠完成各個(gè)功能的可能技術(shù)方案，再把功能與技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，綜合優(yōu)選出適宜的功能技術(shù)方案。系統(tǒng)總體技

39、術(shù)是最能體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)特點(diǎn)的技術(shù)，也是保證其產(chǎn)品工作性能和技術(shù)指標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，機(jī)械、電氣和電子是性能、規(guī)律截然不同的物理模型，因而存在匹配上的困難；電氣、電子又有強(qiáng)電與弱電、模擬與數(shù)字之分，必然遇到相互干擾與耦合的問題；系統(tǒng)的復(fù)雜性帶來的可靠性問題；產(chǎn)品的小型化增加了狀態(tài)監(jiān)測與維修的困難；多功能化造成診斷技術(shù)的多樣性等等。因此就要考慮產(chǎn)品整個(gè)壽命周期的總體綜合技術(shù)。為了開發(fā)出具有較強(qiáng)競爭能力的機(jī)電一體化產(chǎn)品，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)除考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還包括可靠性設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)以及造型設(shè)計(jì)。1.6 機(jī)電一體化的發(fā)展1.6.1 機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r機(jī)電一體化技術(shù)的

40、發(fā)展大體上可分為三個(gè)階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初期階段。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。20世紀(jì)7080年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。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)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)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)。20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(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)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(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)

41、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。我國是從上世紀(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。機(jī)械工業(yè)在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)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。經(jīng)過20多年的努力，在航天、國防以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一些重大工程帶動(dòng)下，我國已在機(jī)電一體化許多領(lǐng)域躋身于世界先進(jìn)行列。1.6.2 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。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：1智能化智能

42、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。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)、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. 模塊化模塊化是一項(xiàng)重要而又艱巨的工程。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。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、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，可

43、利用標(biāo)準(zhǔn)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。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)，模塊化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來更大的收益。3網(wǎng)絡(luò)化20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也全球化。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。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（home net）將各種家用電器連接

44、成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)（computer integrated appliance system，cias），使人們?cè)诩依锍浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的便利和快樂。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。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)越性。5綠色化工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了