機(jī)電一體化技術(shù)演示文稿

機(jī)電一體化技術(shù)演示文稿目前一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點機(jī)電一體化技術(shù)目前二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展過程機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計

主要內(nèi)容目前三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點第一節(jié)機(jī)電一體化（Mechatronics）的基本概念機(jī)電一體化是微電子技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透過程中逐漸形成的一個新概念，是各相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新形式。關(guān)于機(jī)電一體化（Mechatronics）這個名詞的起源，說法很多。早在1971，日本《機(jī)械設(shè)計》雜志副刊就提出了“Mechatronics”這一名詞，1976年以廣告為主的日本雜志《MechatronicsDesignNews》開始使用，其中的“Mechatronics”是由“Mechanics”的前半部和“Electronics”的后半部組合而成。翻譯為機(jī)電一體化或機(jī)械電子學(xué)。一、Mechatronics的基本含義目前四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點“機(jī)電一體化”是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)相互交叉、融合的產(chǎn)物。機(jī)械技術(shù)（機(jī)械學(xué)機(jī)構(gòu)學(xué)）機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域微電子技術(shù)（半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)）目前五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個階段20世紀(jì)70年代至80年代為第二階段?！芭畈l(fā)展階段”從20世紀(jì)90年代后期開始為第三階段?！爸悄芑A段”20世紀(jì)60年代以前為第一階段?！懊妊侩A段”機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展史目前六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點1、六十年代，日本通產(chǎn)省為擴(kuò)大機(jī)械功能，在機(jī)械上采用電氣和電子技術(shù)，曾結(jié)合數(shù)控機(jī)床做過不少實驗，但末能獲得成功。2、七十年代，微電子技術(shù)成熟，微機(jī)商品化，大規(guī)模集成電路問世，構(gòu)成微機(jī)的基本單元CPU、ROM、RAM和接口電路已經(jīng)模塊化，自己"制造"計算機(jī)成為可能。機(jī)電一體化得以現(xiàn)實。3、1971年，日刊工業(yè)新聞社發(fā)行《機(jī)電一體化入門》和《機(jī)電一體化》月刊，專門刊載機(jī)電一體化新產(chǎn)品。目前七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點4、1976年，機(jī)電一體化正式命名“メカトロニケス”(Mechatronics、機(jī)電一體化）。5、1971到1978年日本政府頒發(fā)“機(jī)電法”和“機(jī)信法”，對機(jī)電一體化的發(fā)展起到積極推動作用。6、八十年代，在“機(jī)信法”指導(dǎo)下，機(jī)電一體化的產(chǎn)品如雨后春筍不斷涌現(xiàn)。7、九十年代，集成度提高，價格下降，機(jī)電一體化技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)遍及社會各個領(lǐng)域。全盛時期開始。目前八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點機(jī)電一體化的定義在日本多種多樣。但最具有指導(dǎo)性的定義是日本機(jī)械振興協(xié)會經(jīng)濟(jì)研究所提出的。1、日本關(guān)于Mechatronics的定義“機(jī)電一體化這個詞乃是在機(jī)構(gòu)的主功能、動力功能、信息與控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合而成的系統(tǒng)的總稱”。目前九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點美國是機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用的最早的國家。如世界上第一臺數(shù)控機(jī)床(1952）、第一個工業(yè)機(jī)器人（1962）。2、美國關(guān)于現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的定義“由計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的,用于完成包括機(jī)械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和(或)機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。美國機(jī)械工程師協(xié)會的一個專家組于1984年在給美國國家科學(xué)基金會的報告中，提出了現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的定義。目前十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點3、我國對機(jī)電一體化的理解機(jī)電一體化是機(jī)電一體化技術(shù)及其產(chǎn)品的統(tǒng)稱,還將柔性制造系統(tǒng)(FMS)(FlexibleManufacturingSystem)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)(ComputerIntegratedManufacturingSystem)包括在內(nèi)。機(jī)電一體化是在機(jī)械產(chǎn)品中的機(jī)構(gòu)主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù),并將機(jī)械裝置和電子設(shè)備以及計算機(jī)軟件等有機(jī)結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。

目前十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點二、機(jī)電一體化系統(tǒng)1、定義：機(jī)電一體化系統(tǒng)是一種比較復(fù)雜的工程系統(tǒng)，它是由相互關(guān)聯(lián)的、若干種類的元素(機(jī)械、流體、電、磁、光、熱、聲等)組成的，具有特定目標(biāo)的有機(jī)整體。整體性(集合性)、關(guān)聯(lián)性、目的性和相對性。1）屬性目前十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點系統(tǒng)控制物質(zhì)能量信息物質(zhì)能量信息（人）工業(yè)三大要素具有所需特性2）系統(tǒng)目的功能三大目的功能變換功能:加工、處理傳遞功能:移動、輸送儲存功能:保持、積蓄、記錄(變換、傳遞、儲存）目前十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點2、功能構(gòu)成原理1）系統(tǒng)框圖系統(tǒng)（特性）輸入x外部環(huán)境直接輸出y間接輸出目前十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖大系統(tǒng)系統(tǒng)1分系統(tǒng)1（單元）單元1（部件）元件1系統(tǒng)k分系統(tǒng)h單元m元件n目前十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點主功能（變換、傳遞、保存）動力功能控制功能輸入輸出結(jié)構(gòu)功能干擾排放物能量輸入信息輸入信息輸出物質(zhì)能量信息物質(zhì)能量信息3）機(jī)電一體化系統(tǒng)功能構(gòu)成原理圖檢測功能目前十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點CNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成實例目前十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點結(jié)論：有五種內(nèi)部功能。主功能：實現(xiàn)系統(tǒng)目的功能直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進(jìn)行變換、傳遞和存儲。動力功能：向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能。檢測功能：獲取系統(tǒng)內(nèi)、外部信息的功能?？刂乒δ埽簩φ麄€系統(tǒng)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施目的功能。構(gòu)造功能：使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必須的功能。目前十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點4）系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型y=(x1、x2、…、xn，α1、α2、…、αn，t)y—系統(tǒng)目的或輸出；xi—輸入；αi—環(huán)境或約束條件。目前十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點機(jī)械本體3、系統(tǒng)組成動力部分測試傳感部分控制及信息處理單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口驅(qū)動部分目前二十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點1）機(jī)械本體是所有功能元素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身、框架、機(jī)械連接、機(jī)械運動部件等。2）動力部分在控制系統(tǒng)的控制下，為系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。3）測試傳感部分在系統(tǒng)運行中對系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。目前二十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收控制系統(tǒng)的控制信息和指令，完成要求的動作。5）驅(qū)動部分在控制信息作用下，提供動力并實現(xiàn)功率匹配，驅(qū)動各執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動作和功能。6）控制及信息處理單元將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)按要求實現(xiàn)有序地運行。7）接口系統(tǒng)中各單元和環(huán)節(jié)之間進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的連接界面，是外部設(shè)備和數(shù)控裝置之間的橋梁。目前二十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點內(nèi)臟手腳五官骨骼動力系統(tǒng)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測部分機(jī)械本體大腦目前二十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點機(jī)電一體化系統(tǒng)各構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系目前二十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點第二節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品一、機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類（1）產(chǎn)業(yè)機(jī)械：用于生產(chǎn)的電子控制機(jī)械。1、按機(jī)電一體化產(chǎn)品的用途分類（2）信息機(jī)械：用于信息處理、存儲的電子機(jī)械產(chǎn)品。（3）民生機(jī)械：用于生活領(lǐng)域的電子機(jī)械產(chǎn)品或機(jī)械電子產(chǎn)品。

目前二十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點2、按機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能分類（1）在原有機(jī)械本體上采用微電子控制裝置的產(chǎn)品。（2）用電子裝置局部取代機(jī)械控制裝置。（3）用電子裝置取代原來執(zhí)行信息處理功能的機(jī)構(gòu)。（4）用電子裝置取代了機(jī)械的主功能的產(chǎn)品。（5）信息設(shè)備和電子裝置有機(jī)結(jié)合的信息電子設(shè)備。（6）檢測裝置、電子裝置和機(jī)構(gòu)有機(jī)結(jié)合的檢測用電子機(jī)械設(shè)備。

目前二十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點二、機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點1、主要構(gòu)成1）機(jī)械系統(tǒng)4）信息處理及控制系統(tǒng)3）傳感與檢測系統(tǒng)5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)2）動力系統(tǒng)目前二十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點2、特點1）安全性、可靠性高2）生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量高3）使用性能好4）有復(fù)合功能5）便于調(diào)整和維護(hù)目前二十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點第三節(jié)機(jī)電一體化的技術(shù)體系機(jī)電一體化技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、電力電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程的一種高新技術(shù)。目前二十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點一、機(jī)械技術(shù)1.內(nèi)涵：指機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造。2.作用：完成機(jī)電一體化系統(tǒng)間的連接以及如何與機(jī)電一體化的其它技術(shù)相適應(yīng)，并利用其它技術(shù)來更新概念，從而實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、材料、性能上的變更，以滿足減少重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善性能的要求。目前三十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點二、信息處理技術(shù)

（計算機(jī)與信息處理技術(shù)）1.內(nèi)涵：信息的變換、存取、運算、判斷和決策；計算機(jī)的軟件技術(shù)和硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。此外，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)等也屬于該范疇。2.作用：是促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的最活躍的因素。

目前三十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點三、檢測與傳感器技術(shù)1.內(nèi)涵：研究如何將各種物理量轉(zhuǎn)換成與之成比例的電量；研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。2.作用：傳感與檢測裝置是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺器官，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連，并將檢測到的信號輸送到信息處理部分，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前三十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點四、自動控制技術(shù)

1.內(nèi)涵：基本控制理論，對具體控制裝置或系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試、投入運行。2.作用：實現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最優(yōu)化，提高產(chǎn)品的精度、效率。目前三十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點1.內(nèi)涵：機(jī)電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動裝置設(shè)計中的技術(shù)。五、伺服驅(qū)動技術(shù)2.作用：伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件。執(zhí)行元件一方面通過接口電路與計算機(jī)相連，接受控制系統(tǒng)的指令；另一方面通過機(jī)械接口與機(jī)械傳動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，以實現(xiàn)規(guī)定的動作。伺服驅(qū)動技術(shù)對機(jī)電一體化產(chǎn)品的動態(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。目前三十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點六、系統(tǒng)整體技術(shù)1.內(nèi)涵：以整體的概念，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)。2.作用：通過分析、評價、綜合等措施，優(yōu)選出最佳的功能技術(shù)方案。目前三十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點機(jī)電一體化技術(shù)與其他技術(shù)的區(qū)別1、機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要是通過具有電磁特性的各種電器來實現(xiàn)，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系；機(jī)械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計算機(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計算機(jī)為控制中心，在設(shè)計過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計算機(jī)控制下具有一定的智能性。目前三十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點2、機(jī)電一體化技術(shù)與并行工程的區(qū)別機(jī)電一體化技術(shù)將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和檢測技術(shù)在設(shè)計和制造階段就有機(jī)地結(jié)合在一起，十分注意機(jī)械和其他部件之間的相互作用。并行工程將上述各項技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊頭并進(jìn)，只在不同技術(shù)內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計制造，最后通過簡單疊加完成整體裝置。目前三十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點3、機(jī)電一體化技術(shù)與自動控制技術(shù)的區(qū)別自動控制技術(shù)的側(cè)重點是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。機(jī)電一體化技術(shù)將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件，應(yīng)用自動控制原理和方法，對機(jī)電一體化裝置進(jìn)行分析和性能測算。目前三十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點4、機(jī)電一體化技術(shù)與計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的區(qū)別機(jī)電一體化技術(shù)只是將計算機(jī)作為核心部件應(yīng)用，目的是提高和改善系統(tǒng)性能。其研究的是機(jī)電一體化系統(tǒng)，而不是計算機(jī)應(yīng)用本身。計算機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用僅僅計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一部分，它還可以在其他方面得到廣泛應(yīng)用。目前三十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點第四節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計一、設(shè)計流程二、系統(tǒng)（產(chǎn)品）評價三、設(shè)計的方法四、設(shè)計類型五、設(shè)計程序、準(zhǔn)則和規(guī)律目前四十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點根據(jù)系統(tǒng)（產(chǎn)品）的目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格及性能指標(biāo)開始按系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部五大功能劃分功能部件或功能子系統(tǒng)確定各功能部件或子系統(tǒng)的功能要素接口設(shè)計整體評價是優(yōu)否修正改進(jìn)可靠性復(fù)查可靠否試制與調(diào)試滿意否結(jié)束一、

機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計流程NOYESYESYESNONO目前四十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點二、系統(tǒng)（產(chǎn)品）的評價高附加值化高性能化低價格化高可靠性化智能化省能化輕薄短小化機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）主功能計測、控制功能動力功能構(gòu)造功能1）評價內(nèi)容目前四十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點2）系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功能價值評價的方法系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功能評價參數(shù)系統(tǒng)（產(chǎn)品）的價值高低主功能

系統(tǒng)誤差抗干擾能力廢棄物輸出變換效率少強(qiáng)少高大弱多低動力功能輸入能量能源少內(nèi)裝多外設(shè)控制功能控制I/O口個數(shù)手動操作多少少多構(gòu)造功能尺寸、重量強(qiáng)度小、輕高大、重低計測功能精度高低目前四十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點a、機(jī)電互補(bǔ)法（取代法）三、系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計的常用方法b、結(jié)合（融合）法c、組合法目前四十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點四、系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計類型a、開發(fā)性設(shè)計b、適應(yīng)性設(shè)計c、變異性設(shè)計是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計,僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求,設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品或系統(tǒng)。是在總的方案原理基本保持不變的情況下,對現(xiàn)有系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部更改,以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下,僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。目前四十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點五、設(shè)計程序準(zhǔn)則和規(guī)律設(shè)計中一般采用三階段法。在試驗性設(shè)計與計算機(jī)輔助設(shè)計中，多采用既分階段又平行兼顧的設(shè)計，即并行設(shè)計，以便相互協(xié)調(diào)。

總體設(shè)計部件（零件）的選擇與設(shè)計或初步設(shè)計技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計目前四十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點

1）總體設(shè)計程序①明確設(shè)計思想；②分析綜合要求；③劃分功能模塊；④決定性能參數(shù)；⑤調(diào)研類似產(chǎn)品；⑥擬定總體方案；⑦方案對比定型；⑧編寫總體設(shè)計論證書。目前四十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點2）設(shè)計準(zhǔn)則目前四十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點既然是機(jī)電一體化系統(tǒng)，就要打破傳統(tǒng)設(shè)計的思維方式，綜合機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特點，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)，例如在經(jīng)常需要調(diào)整轉(zhuǎn)速的場合，用電子調(diào)速裝置代替齒輪變速裝置。不僅可以提高調(diào)速精度，而且靈活方便；采用可編程控制器代替電磁式繼電器，不但可以提高調(diào)速精度，而且可以減小系統(tǒng)的體積和重量，給系統(tǒng)設(shè)計提供更大的靈活性，這就要求系統(tǒng)設(shè)計工作者從機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、硬件技術(shù)和軟件技術(shù)四個方面權(quán)衡經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的利弊得失，采取正確的選擇方法。(1)機(jī)電互補(bǔ)原則目前四十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點在系統(tǒng)設(shè)計時，要抓住用戶最關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)，特別是系統(tǒng)的可靠性、實用性，經(jīng)濟(jì)性等。對各種相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，而不是片面追求高指標(biāo)、全功能。(2)功能優(yōu)化原則高精度、高效率、高可靠性是機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的重要指標(biāo)，因此要求系統(tǒng)在運行過程中能