機電一體化基本概念

1、 機電一體化基本概念 機電一體化認(rèn)識項目項目一 機電一體化的定義項目二 機電一體化發(fā)展概況項目三 機電一體化的相關(guān)技術(shù)機電一體化拓展項目項目一 機電一體化的發(fā)展前景項目二 機電一體化對機械工業(yè)的影響項目三 機電一體化的具體應(yīng)用實例項目四 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 機電一體化認(rèn)識項目機電一體化基本概念 項目一 機電一體化的定義機電一體化技術(shù)較為人們以普遍接受的涵義是：“機電一體化乃是機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)并將機械裝置與電子設(shè)備以及相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。機電一體化不是機械與電子簡機電一體化不是機械與電子簡單的疊加，而是在單的疊加，而是在信息論、控制論和信息

2、論、控制論和系統(tǒng)論系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起來的的基礎(chǔ)上建立起來的應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)機電一體化信息科學(xué)機械學(xué)電子學(xué)機電一體化基本概念 1.基本要素機電一體化基本概念 本圖分離出驅(qū)動及接口單元 接口的作用是將各要素或子系統(tǒng)連接成為一個有機整體，使各個功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運動，從而形成機電一體化的系統(tǒng)工程?；竟δ苤饕腥齻€：一是變換；二是放大；三是傳遞。 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 汽車防抱死系統(tǒng)汽車防抱死系統(tǒng)(ABS)機電一體化基本概念 1.下面 不是機電一體化產(chǎn)品？ A、數(shù)碼相機 B、

3、電子秤 C、普通車床 D、空調(diào)機2.機電一體化就是機械和電子的結(jié)合，是它們兩者的簡單疊加。 對不對? 3.舉出機電一體化的實例并說明其要素組成4.什么是接口和接口技術(shù)？ 概念 機電一體化基本概念 1. 201. 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代前為第一階段，年代前為第一階段，“萌芽階段萌芽階段” 工程師們自覺或者不自覺地把機械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié)工程師們自覺或者不自覺地把機械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié)合，以提高機械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相合，以提高機械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相對落后，使得機械與電子的結(jié)合還沒有得到廣泛的應(yīng)用。對落后，使得機械與電子的結(jié)合還沒有得到廣泛的應(yīng)用。2. 702.

4、 70年代到年代到8080年代為第二階段，年代為第二階段，“蓬勃發(fā)展階蓬勃發(fā)展階” 計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)這個時期的特點是：體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)這個時期的特點是：mechatronicsmechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到一詞首先在日本被普遍接受，大約到2020世世紀(jì)紀(jì)8080年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和各國

5、均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。支持。項目二 機電一體化發(fā)展概況 機電一體化基本概念 3.903.90年代后期開始為第三階段，年代后期開始為第三階段，“智能化階段智能化階段” 光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細(xì)加工技光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；微機電一體化等新分支； 對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深

6、入研究。 由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。 機電一體化基本概念 1. 數(shù)控機床的問世，寫下了數(shù)控機床的問世，寫下了“機電一體化機電一體化”歷史的第一頁。歷史的第一頁。2. 微電子技術(shù)為微電子技術(shù)為“機電一體化機電一體化帶來勃勃生機。帶來勃勃生機。 3. 可編程序控制器、可編程序控制器、”

7、電力電子電力電子“等的發(fā)展為等的發(fā)展為”機電一體化機電一體化“提供了堅強基礎(chǔ)。提供了堅強基礎(chǔ)。4. 激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使”機電一體機電一體化化“躍上新臺階躍上新臺階 機電一體化基本概念 一、機械技術(shù) 二、傳感檢測技術(shù) 三、信息處理技術(shù) 四、自動控制技術(shù) 五、伺服驅(qū)動技術(shù) 六、系統(tǒng)總體技術(shù) 項目三 機電一體化的相關(guān)技術(shù)機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 6 6、系統(tǒng)總體技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù) 系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點和方法，將出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點

8、和方法，將系統(tǒng)各個功能模塊有機的結(jié)合起來，系統(tǒng)各個功能模塊有機的結(jié)合起來，以實現(xiàn)整體最優(yōu)。其重要內(nèi)容為接口以實現(xiàn)整體最優(yōu)。其重要內(nèi)容為接口技術(shù)。接口包括電氣接口、機械接口、技術(shù)。接口包括電氣接口、機械接口、人機接口人機接口 機電一體化基本概念 機電一體化是多學(xué)科領(lǐng)域綜合交叉技術(shù)密集型系機電一體化是多學(xué)科領(lǐng)域綜合交叉技術(shù)密集型系統(tǒng)工程，主要相關(guān)技術(shù)有哪幾個方面統(tǒng)工程，主要相關(guān)技術(shù)有哪幾個方面? ? 相關(guān)技術(shù) 機電一體化基本概念 機電一體化拓展項目性能上：性能上：向高精度、高效率、高性能、向高精度、高效率、高性能、智能化方向發(fā)展；智能化方向發(fā)展；功能上：功能上：向小型化、輕型化、多功能方向小型化、

9、輕型化、多功能方向發(fā)展；向發(fā)展；層次上：層次上：向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化的方向向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化的方向發(fā)展。發(fā)展。項目一 機電一體化的發(fā)展前景 機電一體化基本概念 1 提高性能、擴展功能 今日的數(shù)控機床充分發(fā)揮計算機的威力，運用時間序列分析和精度創(chuàng)成等理論建立數(shù)學(xué)模型。已有可能實時預(yù)報包括隨機誤差在內(nèi)的機床誤差，然后自動校正，從而達到前所未有的精度。采用對阻尼進行預(yù)報，一旦接近臨界值時就自動調(diào)整切削用量，這又可能出現(xiàn)永不顫振的機床，保證很高的生產(chǎn)率和良好的加工表面。項目二 機電一體化對機械工業(yè)的影響SKXT-1200銑鏜鉆機床 傳動系統(tǒng)圖m=3 z=46m=3 z=23m=3 z=58p=12p

10、=12m=3 z=55d=37變頻調(diào)速電機d=71m=3 z=2388m=3 z=25 m=3 z=48交流伺服電機交流伺服電機8m=3 z=25 m=3 z=488交流伺服電機回轉(zhuǎn)工作臺m=3 z=46機電一體化基本概念 3 提高可靠性提高可靠性 在提高電子元件質(zhì)量、可靠性的前提下，機電在提高電子元件質(zhì)量、可靠性的前提下，機電一體化產(chǎn)品可以提高耐久性，減少故障率。另一一體化產(chǎn)品可以提高耐久性，減少故障率。另一方面由于賦予其自動監(jiān)視診斷功能，并采取安全方面由于賦予其自動監(jiān)視診斷功能，并采取安全聯(lián)鎖控制，過負(fù)荷和失控保護、停聯(lián)鎖控制，過負(fù)荷和失控保護、停 電對策，提高電對策，提高了設(shè)備的安全可靠

11、性。了設(shè)備的安全可靠性。 機電一體化基本概念 4 節(jié)約能源節(jié)約能源 例如目前我國各類電風(fēng)扇年產(chǎn)量在例如目前我國各類電風(fēng)扇年產(chǎn)量在200萬臺左右，如每臺萬臺左右，如每臺電扇的調(diào)速器和定時器電扇的調(diào)速器和定時器(現(xiàn)常用電磁機械式現(xiàn)常用電磁機械式)用電子調(diào)速器和用電子調(diào)速器和定時器代替，估計每臺風(fēng)扇可節(jié)電定時器代替，估計每臺風(fēng)扇可節(jié)電5W以上，全年以用扇以上，全年以用扇100天，每天開扇天，每天開扇6h計，則每年可節(jié)約用電量計，則每年可節(jié)約用電量600萬萬kWh，還可，還可節(jié)省大批銅材和鋼材。節(jié)省大批銅材和鋼材。 再如傳統(tǒng)的電焊機以電磁原理和手工操作為基礎(chǔ)，即使是再如傳統(tǒng)的電焊機以電磁原理和手工操作

12、為基礎(chǔ)，即使是一般的自動電焊機，其動作過程也僅為簡單的機械動作和相一般的自動電焊機，其動作過程也僅為簡單的機械動作和相應(yīng)的控制。這類電焊機耗能多、效率低、質(zhì)量不易保證。采應(yīng)的控制。這類電焊機耗能多、效率低、質(zhì)量不易保證。采用微型機技術(shù)后，發(fā)展新穎的電子控制電源以取代傳統(tǒng)的焊用微型機技術(shù)后，發(fā)展新穎的電子控制電源以取代傳統(tǒng)的焊接電源，實現(xiàn)焊接電源的節(jié)能、高效、小型化、多樣化。接電源，實現(xiàn)焊接電源的節(jié)能、高效、小型化、多樣化。5 操作改善操作改善機電一體化基本概念 機電一體化基本概念 信息化的車銑加工中心項目三 機電一體化的具體應(yīng)用實例機械手臂機械手臂5-步進電機；步進電機；6-諧波減速器；諧波減

13、速器；7-光電編碼器光電編碼器FMS（柔性制造系統(tǒng)）具有：加工系統(tǒng)；物流系統(tǒng)；信息流系統(tǒng)機電一體化基本概念 項目四 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計一、市場調(diào)研一、市場調(diào)研市場調(diào)研包括市場調(diào)研包括市場調(diào)查市場調(diào)查和和市場預(yù)測市場預(yù)測。所謂。所謂市場調(diào)查市場調(diào)查就就是運用科學(xué)的方法，系統(tǒng)地、全面地收集所設(shè)計產(chǎn)品市是運用科學(xué)的方法，系統(tǒng)地、全面地收集所設(shè)計產(chǎn)品市場需求和經(jīng)銷方面的情況和資料，分析研究產(chǎn)品在供需場需求和經(jīng)銷方面的情況和資料，分析研究產(chǎn)品在供需雙方之間進行轉(zhuǎn)移的狀況和趨勢，而雙方之間進行轉(zhuǎn)移的狀況和趨勢，而市場預(yù)測市場預(yù)測就是在市就是在市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，運用科學(xué)方法和手段，根據(jù)歷史資料場調(diào)查的基礎(chǔ)上

14、，運用科學(xué)方法和手段，根據(jù)歷史資料和現(xiàn)狀，通過定性的經(jīng)驗分析或定量的科學(xué)計算，對市和現(xiàn)狀，通過定性的經(jīng)驗分析或定量的科學(xué)計算，對市場未來的不確定因素和條件做出預(yù)計、測算和判斷，為場未來的不確定因素和條件做出預(yù)計、測算和判斷，為產(chǎn)品的方案設(shè)計提供依據(jù)。產(chǎn)品的方案設(shè)計提供依據(jù)。機電一體化基本概念 二、總體方案設(shè)計二、總體方案設(shè)計1產(chǎn)品方案構(gòu)思產(chǎn)品方案構(gòu)思產(chǎn)品方案構(gòu)思完成后，以方案圖的形式將設(shè)計方案表達出來。產(chǎn)品方案構(gòu)思完成后，以方案圖的形式將設(shè)計方案表達出來。方案圖應(yīng)盡可能簡潔明了，反映機電一體化系統(tǒng)各組成部分方案圖應(yīng)盡可能簡潔明了，反映機電一體化系統(tǒng)各組成部分的相互關(guān)系，同時應(yīng)便于后面的修改。的

15、相互關(guān)系，同時應(yīng)便于后面的修改。2方案的評價對多種構(gòu)思和多種方案進行篩選，選擇較好方案的評價對多種構(gòu)思和多種方案進行篩選，選擇較好的可行方案進行分析組合和評價，從中再選幾個方案按照機的可行方案進行分析組合和評價，從中再選幾個方案按照機電一體化系統(tǒng)設(shè)計評價原則和評價方法進行深入的綜合分析電一體化系統(tǒng)設(shè)計評價原則和評價方法進行深入的綜合分析評價，最后確定實施方案。評價，最后確定實施方案。 機電一體化基本概念 三、詳細(xì)設(shè)計三、詳細(xì)設(shè)計詳細(xì)設(shè)計是根據(jù)綜合評價后確定的系統(tǒng)方案，詳細(xì)設(shè)計是根據(jù)綜合評價后確定的系統(tǒng)方案，從技術(shù)上將其細(xì)節(jié)逐層全部展開，直至完成從技術(shù)上將其細(xì)節(jié)逐層全部展開，直至完成產(chǎn)品樣機試制

16、所需全部技術(shù)圖紙及文件的過產(chǎn)品樣機試制所需全部技術(shù)圖紙及文件的過程。程。 機電一體化基本概念 四、樣機試制與試驗四、樣機試制與試驗完成產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計后，即可進入樣機試制與試驗階段。完成產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計后，即可進入樣機試制與試驗階段。根據(jù)制造的成本和性能試驗的要求，一般制造幾臺樣機供根據(jù)制造的成本和性能試驗的要求，一般制造幾臺樣機供試驗使用。樣機的試驗分為實驗室試驗和實際工況試驗，試驗使用。樣機的試驗分為實驗室試驗和實際工況試驗，通過試驗考核樣機的各種性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求，考通過試驗考核樣機的各種性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求，考核樣機的可靠性。如果樣機的性能指標(biāo)和可靠性不滿足設(shè)核樣機的可靠性。如果樣機的性能指標(biāo)和可靠性不滿足設(shè)計要求，則要修改設(shè)計，重新制造樣機，重新試驗。如果計要求，則要修改設(shè)計，重新制造樣機，重新試驗。如果樣機的性能指標(biāo)和可靠性滿足設(shè)計要求，則進入產(chǎn)品的小樣機的性能指標(biāo)和可靠性滿足設(shè)計要求，則進入產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段。批量生產(chǎn)階段。機電一體化基本概念 產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段實際上是產(chǎn)品的試生產(chǎn)試銷售階段。產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段實際上是產(chǎn)品的試生產(chǎn)試銷售階段。這一階段的主要任務(wù)是跟蹤調(diào)查產(chǎn)品在市場上的情況，收集這一階段的主要任務(wù)是跟蹤調(diào)查產(chǎn)品在