機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2007年5月2022/12/261目錄一、機(jī)電一體化的定義二、機(jī)電一體化技術(shù)的戰(zhàn)略地位三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀四、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)2022/12/262一、機(jī)電一體化的定義日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機(jī)電一體化技術(shù)”這一概念，當(dāng)時(shí)他們?nèi)∶麨椤癕echatronics”，即結(jié)合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。

Mechanics（機(jī)械學(xué)）+Electronics

（電子學(xué)）目前,國際上普遍采用日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)的定義：“機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、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)成的系統(tǒng)的總稱?！?022/12/263機(jī)電一體化技術(shù)是多種現(xiàn)代技術(shù)的融合

機(jī)械制造技術(shù)電子技術(shù)信息處理技術(shù)測(cè)試傳感器技術(shù)控制技術(shù)接口技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)2022/12/264機(jī)電一體化技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用從一般的數(shù)控機(jī)床、加工中心和機(jī)械手發(fā)展到智能機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)（FMS,FlexibleManufacturingSystem

）、無人生產(chǎn)車間和將設(shè)計(jì)、制造、銷售、管理集于一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS,ComputerIntegratedManufactureSystem)2022/12/265機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素及功能

(a）

機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素;(b）

機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能

2022/12/266機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床是

機(jī)電一體化的最重要應(yīng)用美國機(jī)器協(xié)會(huì)（RIA）：

機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力的多功能操作機(jī)。1．國際上關(guān)于機(jī)器人的幾種定義（1）：2022/12/267日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的、能夠完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床是

機(jī)電一體化的最重要應(yīng)用1．國際上關(guān)于機(jī)器人的幾種定義（2）：2022/12/268國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機(jī)，這種操作機(jī)具有幾個(gè)軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。

機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床是

機(jī)電一體化的最重要應(yīng)用1．國際上關(guān)于機(jī)器人的幾種定義（3）：2022/12/269中國：機(jī)器人是一種擬人功能的機(jī)械電子裝置。機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床是

機(jī)電一體化的最重要應(yīng)用1．國際上關(guān)于機(jī)器人的幾種定義（4）：2022/12/26101958年，美國國推出出了世世界上上第一一臺(tái)工工業(yè)機(jī)機(jī)器人人實(shí)驗(yàn)驗(yàn)樣機(jī)機(jī)。1967年，日本本引進(jìn)進(jìn)了美美國的的工業(yè)業(yè)機(jī)器器人技技術(shù)，，經(jīng)過過消化化、仿仿制、、改進(jìn)進(jìn)、創(chuàng)創(chuàng)新，，到1980年，機(jī)機(jī)器人人技術(shù)術(shù)在日日本取取得了了極大大的成成功與與普及及。80年代以以來，國際際機(jī)器器人的的發(fā)展展速度度平均均保持持在25％~30％年增增長(zhǎng)率率，所所生產(chǎn)產(chǎn)的機(jī)機(jī)器人人主要要用于于改善善惡劣劣的工工作條條件。。我國機(jī)機(jī)器人人技術(shù)術(shù)起步步較晚晚，1987年，北京京首屆屆國際際機(jī)器器人展展覽會(huì)會(huì)上，，我國國展出出了10余臺(tái)自自行研研制或或仿制制的工工業(yè)機(jī)機(jī)器人人。經(jīng)經(jīng)過““七五五”、、“八八五””攻關(guān)關(guān)，我我國研研制和和生產(chǎn)產(chǎn)的工工業(yè)機(jī)機(jī)器人人已達(dá)達(dá)到了了工業(yè)業(yè)應(yīng)用用水平平。2．機(jī)器器人工工業(yè)發(fā)發(fā)展史史：機(jī)器人人和數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床是是機(jī)機(jī)電一一體化化的最最重要要應(yīng)用用2022/12/2411數(shù)控技技術(shù)：：用數(shù)字信信號(hào)構(gòu)成的的控制程程序?qū)δ骋灰粚?duì)象象進(jìn)行行控制制的一一門技技術(shù)，，簡(jiǎn)稱稱NC(NumericalControl）。它它所控控制的的一般般是位位移、、角度度、速速度等等機(jī)械械量，，也可可以是是溫度度、壓壓力、、流量量、顏顏色等等物理理量。。采用用數(shù)控控技術(shù)術(shù)進(jìn)行行控制制的生生產(chǎn)機(jī)機(jī)床即即為數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床。。機(jī)器人人和數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床是是機(jī)機(jī)電一一體化化的最最重要要應(yīng)用用3．?dāng)?shù)控控機(jī)床床的定定義：：2022/12/2412隨著生生產(chǎn)和和科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)的發(fā)發(fā)展，，對(duì)制制造機(jī)機(jī)械產(chǎn)產(chǎn)品的的設(shè)備備－機(jī)機(jī)床提提出了了三高要要求（高性性能、、高精精度、、高自自動(dòng)化化）?！，F(xiàn)代代生產(chǎn)產(chǎn)中，，單件件和小小批量量產(chǎn)品品占到到70％－80％，而而且產(chǎn)產(chǎn)品改改型相相當(dāng)頻頻繁，，這些些都要要求機(jī)機(jī)床能能夠適適應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)品的的變化化。原原來這這些產(chǎn)產(chǎn)品都都是在在通用用機(jī)床床、組組合機(jī)機(jī)床和和自動(dòng)動(dòng)機(jī)床床上生生產(chǎn)，，這種種加工工方式式已經(jīng)經(jīng)不能能適應(yīng)應(yīng)現(xiàn)代代生產(chǎn)產(chǎn)的要要求。。機(jī)器人人和數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床是是機(jī)機(jī)電一一體化化的最最重要要應(yīng)用用4．?dāng)?shù)控控機(jī)床床的產(chǎn)產(chǎn)生（（1）：2022/12/2413現(xiàn)代生生產(chǎn)往往往是是單件、、小批批量、、精度度高、、復(fù)雜雜型面面零件件的加加工。1952年美國國PARSONS公司和和MIT研制了了第一一臺(tái)三三坐標(biāo)標(biāo)的數(shù)數(shù)控銑銑床。。這種種機(jī)床床對(duì)于于不同同零件件的加加工只只需要要改變變加工工程序序，而而不需需改變變機(jī)床床硬件件。機(jī)器人人和數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床是是機(jī)機(jī)電一一體化化的最最重要要應(yīng)用用4．?dāng)?shù)控控機(jī)床床的產(chǎn)產(chǎn)生（（2）：2022/12/2414二、機(jī)機(jī)電一一體化化技術(shù)術(shù)的戰(zhàn)戰(zhàn)略地地位實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)電一一體化化,可為傳傳統(tǒng)的的機(jī)械械工業(yè)業(yè)注入入新鮮鮮血液液,帶來新新的活活力,把機(jī)械械生產(chǎn)產(chǎn)從繁繁重的的體力力勞動(dòng)動(dòng)中解解脫出出來,實(shí)現(xiàn)文文明生生產(chǎn)。。農(nóng)業(yè)是是立國國之本本，工工業(yè)是是強(qiáng)國國之路路。機(jī)機(jī)電一一體化化技術(shù)術(shù)又是是現(xiàn)代代工業(yè)業(yè)的關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)。。2022/12/2415機(jī)電一一體化化技術(shù)術(shù)的戰(zhàn)戰(zhàn)略地地位機(jī)電一體化化占據(jù)主導(dǎo)導(dǎo)地位是制制造產(chǎn)業(yè)發(fā)發(fā)展的必然然趨勢(shì),而制造產(chǎn)業(yè)業(yè)是整個(gè)科科學(xué)技術(shù)和和國家經(jīng)濟(jì)濟(jì)發(fā)展的基基礎(chǔ)工業(yè),因而機(jī)電一一體化在當(dāng)當(dāng)前激烈的的國際政治治、軍事、、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)中起著舉舉足輕重的的作用,受到各工業(yè)業(yè)國家的極極大重視。。2022/12/2416三、機(jī)電一一體化技術(shù)術(shù)的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀1.國外機(jī)電一一體化技術(shù)術(shù)的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀1）機(jī)電一體體化產(chǎn)品幾幾乎遍及所所有制造業(yè)業(yè)領(lǐng)域。工工業(yè)發(fā)達(dá)國國家,數(shù)控機(jī)床占占機(jī)床總數(shù)數(shù)的30%～40%;工業(yè)機(jī)器人人正向智能能化和智能能系統(tǒng)的方方向發(fā)展,數(shù)量在未來來十年將以以25%～30%的速度增長(zhǎng)長(zhǎng)。智能機(jī)機(jī)器人將逐逐步進(jìn)入辦辦公、管理理、娛樂、、家庭等各各個(gè)領(lǐng)域。。2022/12/2417背包機(jī)器人人PackBot裝配工業(yè)機(jī)機(jī)器人1.國外機(jī)電一一體化技術(shù)術(shù)的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/2418美國陸軍““魔爪”武武裝機(jī)器人人武裝機(jī)器人人“劍”美軍在伊拉拉克和阿富富汗已經(jīng)部部署了5000多臺(tái)機(jī)器人人1.國外機(jī)電一一體化技術(shù)術(shù)的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/2419目前日本的的工業(yè)機(jī)器器人生產(chǎn)量量占全世界界工業(yè)機(jī)器器人的70%左右，與工工業(yè)機(jī)器人人相關(guān)的專專利則有90%以上掌握在在日本企業(yè)業(yè)手中。由由此也可以以看出，日日本是名副副其實(shí)的機(jī)機(jī)器人王國國。美國、德國國分別居二二、三位。。1.國外機(jī)電一一體化技術(shù)術(shù)的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/2420在數(shù)控機(jī)床床方面，目目前世界最最大的3家廠商是：：日本FANUC、德國西門門子、日本本三菱。。在重型機(jī)機(jī)床、高精精度機(jī)床、、特種加工工機(jī)床、鍛鍛壓設(shè)備、、前沿高技技術(shù)機(jī)床等等領(lǐng)域，日日、德、意意、美等國國居于前列列。數(shù)控機(jī)床的的定位精度度已由一般般的0.01~0.02mm提高到0.008mm左右，亞微微米級(jí)機(jī)床床達(dá)到0.0005mm左右，納米米級(jí)機(jī)床達(dá)達(dá)到0.005~0.01μm，最小分辨辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系系統(tǒng)和機(jī)床床已有產(chǎn)品品。1.國外機(jī)電一一體化技術(shù)術(shù)的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/2421意大利產(chǎn)產(chǎn)五軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)立式式加工中中心2022/12/24222)機(jī)電一體體化從單單機(jī)向整整個(gè)制造造業(yè)的集集成化過渡。計(jì)計(jì)算機(jī)集集成制造造系統(tǒng)(CIMS)是當(dāng)今世世界制造造業(yè)發(fā)展展的總趨趨勢(shì),它打破原原有部門門之間的的界線,以制造為為基干來來控制““物流””和“信信息流””,實(shí)現(xiàn)從經(jīng)經(jīng)營(yíng)決策策、產(chǎn)品品開發(fā)、、生產(chǎn)準(zhǔn)準(zhǔn)備、生生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)到生產(chǎn)產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管管理的有有機(jī)結(jié)合合。CIMS的實(shí)現(xiàn)不不是現(xiàn)有有各分散散系統(tǒng)的的簡(jiǎn)單組組合,而是全局局動(dòng)態(tài)的的最優(yōu)綜綜合。1.國外機(jī)電電一體化化技術(shù)的的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/24233)激光技術(shù)術(shù)進(jìn)入機(jī)機(jī)電一體體化領(lǐng)域域。光機(jī)機(jī)電一體化是機(jī)機(jī)電一體體化技術(shù)術(shù)發(fā)展的的重要方方向,是當(dāng)今信信息業(yè)與與制造業(yè)業(yè)的最佳佳結(jié)合點(diǎn)點(diǎn)。4)微細(xì)加工工技術(shù)與與設(shè)備突突飛猛進(jìn)進(jìn)。微機(jī)機(jī)電技術(shù)術(shù)及其產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的高高速發(fā)展展,帶動(dòng)了大大量高新新技術(shù)的的興起。。1.國外機(jī)電電一體化化技術(shù)的的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/24241)數(shù)控技術(shù)術(shù)方面。。我國從從1985年開始研研究數(shù)控控技術(shù),經(jīng)過20多年的發(fā)發(fā)展,基本掌握握了關(guān)鍵鍵技術(shù),建立了多多處數(shù)控控開發(fā)和和生產(chǎn)基基地,初步形成成了自己己的數(shù)控控產(chǎn)業(yè)。2.國內(nèi)機(jī)電電一體化化發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/2425蘇州市精精業(yè)機(jī)電電設(shè)備有有限公司司五軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)加工中中心2.國內(nèi)機(jī)電電一體化化發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/2426新聞聯(lián)播播：通過過自主創(chuàng)創(chuàng)新，我我國數(shù)控控機(jī)床國國內(nèi)市場(chǎng)場(chǎng)產(chǎn)量已已經(jīng)達(dá)到到8萬6千多臺(tái)，，是六年年前的8倍。新聞聯(lián)播播：中國國機(jī)床工工具工業(yè)業(yè)協(xié)會(huì)總總干事事長(zhǎng)吳吳柏林：：我們有有信心在在今后5-10年，使我我們的數(shù)數(shù)控機(jī)床床（國內(nèi)內(nèi)市場(chǎng)））占有率率提高到到50%以上。2.國內(nèi)機(jī)電電一體化化發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀2022/12/24272)工業(yè)機(jī)器人方方面。我國1986年將機(jī)器人的的研究開發(fā)列列入國家科技技計(jì)劃,現(xiàn)已掌握了機(jī)機(jī)器人操作機(jī)機(jī)的設(shè)計(jì)制造造技術(shù)、控制制系統(tǒng)和軟件件編程技術(shù),可生產(chǎn)部分機(jī)機(jī)器人的關(guān)鍵鍵元器件,并開發(fā)出噴漆漆、焊接、裝裝配、搬運(yùn)及及能前后行走走、爬墻、水水下作業(yè)的多多種機(jī)器人。。2.國內(nèi)機(jī)電一體體化發(fā)展現(xiàn)狀狀2022/12/24282005年09我國自主研制制的仿人機(jī)器器人“匯童”，高１１．６米，重重６３公斤,具有視覺、語語音對(duì)話、力力覺、平衡覺覺等功能,實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)、、后退、側(cè)行行、轉(zhuǎn)彎、上上下臺(tái)階及未未知地面情況況下的穩(wěn)定行行走。2.國內(nèi)機(jī)電一體體化發(fā)展現(xiàn)狀狀2022/12/24292007年10月，哈工工大計(jì)算機(jī)學(xué)學(xué)院展出的機(jī)機(jī)器人隨著音音樂表演團(tuán)體體操2.國內(nèi)機(jī)電一體體化發(fā)展現(xiàn)狀狀2022/12/24303）計(jì)算機(jī)集成成制造系統(tǒng)方方面。我國經(jīng)經(jīng)過多年的理理論和技術(shù)準(zhǔn)準(zhǔn)備,CIMS已經(jīng)有了較快快發(fā)展。目前前,已在清華大學(xué)學(xué)建成國家CIMS工程研究中心心,在著名高校和和研究單位建建立了7個(gè)CIMS單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室和8個(gè)CIMS培訓(xùn)中心。2.國內(nèi)機(jī)電一體體化發(fā)展現(xiàn)狀狀2022/12/2431某CIMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.國內(nèi)機(jī)電一體體化發(fā)展現(xiàn)狀狀2022/12/2432四、機(jī)電一體體化的發(fā)展趨趨勢(shì)1.智能化智能機(jī)電一體體化產(chǎn)品可以以模擬人類智智能,具有某種程度度的判斷推理理、邏輯思維維和自主決策策能力,從而取代制造造工程中人的的部分腦力勞勞動(dòng)。2022/12/24332.系統(tǒng)化化系統(tǒng)化化的表表現(xiàn)特特征之之一就就是系系統(tǒng)體體系結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)一步步采用用開放放式和和模式式化的的總線線結(jié)構(gòu)構(gòu)。系系統(tǒng)可可以靈靈活組組態(tài),進(jìn)行任任意的的剪裁裁和組組合,同時(shí)尋尋求實(shí)實(shí)現(xiàn)多多子系系統(tǒng)協(xié)協(xié)調(diào)控控制和和綜合合管理理。未未來的的機(jī)電電一體體化更更加注注重產(chǎn)產(chǎn)品與與人的的關(guān)系系,如何賦賦予機(jī)機(jī)電一一體化化產(chǎn)品品以人人的智智能、、情感感、人人性顯顯得越越來越越重要要2022/12/24343.微型化化國外稱稱微電電子機(jī)機(jī)械系系統(tǒng)的的幾何何尺寸寸一般般不超超過1cm3,并正向向微米米、納納米級(jí)級(jí)方向向發(fā)展展。目目前,利用半半導(dǎo)體體器件件制造造過程程中的的蝕刻刻技術(shù)術(shù),在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室中中已制制造出出亞微微米級(jí)級(jí)的機(jī)機(jī)械元元件。。2022/12/24354.模塊化化模塊化化也是是機(jī)電電一體體化產(chǎn)產(chǎn)品的的一個(gè)個(gè)發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì),機(jī)電一一體化化產(chǎn)品品生產(chǎn)產(chǎn)企業(yè)業(yè)可利利用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)單單元迅迅速開開發(fā)新新產(chǎn)品品,同時(shí)也也可以以不斷斷擴(kuò)大大生產(chǎn)產(chǎn)規(guī)模模。2022/12/24365.網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技技術(shù)術(shù)的的飛飛速速發(fā)發(fā)展展對(duì)對(duì)機(jī)機(jī)電電一一體體化化有有重重大大影影響響,使其其朝朝著著網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化方方向向發(fā)發(fā)展展。。機(jī)