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)2022年5月2021/5/281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)2021/5/282一、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?！?021/5/283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)2021/5/284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)2021/5/285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

2021/5/286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）：2021/5/287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）：2021/5/288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）：2021/5/289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）：2021/5/28109、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2月-232月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:27:4316:27:4316:272/3/20234:27:43PM11、人總是珍惜為得到。2月-2316:27:4316:27Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請(qǐng)。16:27:4316:27:4316:27Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯(cuò)的事來懲罰自己。2月-232月-2316:27:4316:27:43February3,202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20234:27:43下午16:27:432月-2315、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月234:27下午2月-2316:27February3,202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/316:27:4316:27:4303February202317、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。4:27:43下午4:27下午16:27:432月-239、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2月-232月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:27:4316:27:4316:272/3/20234:27:43PM11、人總是珍惜為得到。2月-2316:27:4316:27Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請(qǐng)。16:27:4316:27:4316:27Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯(cuò)的事來懲罰自己。2月-232月-2316:27:4316:27:43February3,202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20234:27:43下午16:27:432月-2315、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月234:27下午2月-2316:27February3,202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/316:27:4316:27:4303February202317、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。4:27:43下午4:27下午16:27:432月-231958年，美國推出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。1967年，日本引進(jìn)了美國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，經(jīng)過消化、仿制、改進(jìn)、創(chuàng)新，到1980年，機(jī)器人技術(shù)在日本取得了極大的成功與普及。80年代以來，國際機(jī)器人的發(fā)展速度平均保持在25％~30％年增長率，所生產(chǎn)的機(jī)器人主要用于改善惡劣的工作條件。我國機(jī)器人技術(shù)起步較晚，1987年，北京首屆國際機(jī)器人展覽會(huì)上，我國展出了10余臺(tái)自行研制或仿制的工業(yè)機(jī)器人。經(jīng)過“七五”、“八五”攻關(guān)，我國研制和生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人已達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用水平。2．機(jī)器人工業(yè)發(fā)展史：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2021/5/2813數(shù)控技術(shù)：用數(shù)字信號(hào)構(gòu)成的控制程序?qū)δ骋粚?duì)象進(jìn)行控制的一門技術(shù)，簡(jiǎn)稱NC(NumericalControl）。它所控制的一般是位移、角度、速度等機(jī)械量，也可以是溫度、壓力、流量、顏色等物理量。采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的生產(chǎn)機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。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3．?dāng)?shù)控機(jī)床的定義：2021/5/2814隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)制造機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)備－機(jī)床提出了三高要求（高性能、高精度、高自動(dòng)化）?，F(xiàn)代生產(chǎn)中，單件和小批量產(chǎn)品占到70％－80％，而且產(chǎn)品改型相當(dāng)頻繁，這些都要求機(jī)床能夠適應(yīng)產(chǎn)品的變化。原來這些產(chǎn)品都是在通用機(jī)床、組合機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床上生產(chǎn)，這種加工方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。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4．?dāng)?shù)控機(jī)床的產(chǎn)生（1）：2021/5/2815現(xiàn)代生產(chǎn)往往是單件、小批量、精度高、復(fù)雜型面零件的加工。1952年美國PARSONS公司和MIT研制了第一臺(tái)三坐標(biāo)的數(shù)控銑床。這種機(jī)床對(duì)于不同零件的加工只需要改變加工程序，而不需改變機(jī)床硬件。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4．?dāng)?shù)控機(jī)床的產(chǎn)生（2）：2021/5/2816二、機(jī)電一體化技術(shù)的戰(zhàn)略地位實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化,可為傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)注入新鮮血液,帶來新的活力,把機(jī)械生產(chǎn)從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來,實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)是立國之本，工業(yè)是強(qiáng)國之路。機(jī)電一體化技術(shù)又是現(xiàn)代工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。2021/5/2817機(jī)電一體化技術(shù)的戰(zhàn)略地位機(jī)電一體化占據(jù)主導(dǎo)地位是制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),而制造產(chǎn)業(yè)是整個(gè)科學(xué)技術(shù)和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè),因而機(jī)電一體化在當(dāng)前激烈的國際政治、軍事、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中起著舉足輕重的作用,受到各工業(yè)國家的極大重視。

2021/5/2818三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1）機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)發(fā)達(dá)國家,數(shù)控機(jī)床占機(jī)床總數(shù)的30%～40%;工業(yè)機(jī)器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展,數(shù)量在未來十年將以25%～30%的速度增長。智能機(jī)器人將逐步進(jìn)入辦公、管理、娛樂、家庭等各個(gè)領(lǐng)域。2021/5/2819背包機(jī)器人

PackBot裝配工業(yè)機(jī)器人

1.國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2820美國陸軍“魔爪”武裝機(jī)器人

武裝機(jī)器人“劍”

美軍在伊拉克和阿富汗已經(jīng)部署了5000多臺(tái)機(jī)器人1.國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2821目前日本的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)量占全世界工業(yè)機(jī)器人的70%左右，與工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的專利則有90%以上掌握在日本企業(yè)手中。由此也可以看出，日本是名副其實(shí)的機(jī)器人王國。美國、德國分別居二、三位。1.國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2822在數(shù)控機(jī)床方面，目前世界最大的3家廠商是：日本FANUC、德國西門子、日本三菱。在重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，日、德、意、美等國居于前列。數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01~0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.005~0.01μm，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。

1.國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2823意大利產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心2021/5/28242)機(jī)電一體化從單機(jī)向整個(gè)制造業(yè)的集成化過渡。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì),它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實(shí)現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。CIMS的實(shí)現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合,而是全局動(dòng)態(tài)的最優(yōu)綜合。1.國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28253)激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。光機(jī)電一體化是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重要方向,是當(dāng)今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結(jié)合點(diǎn)。4)微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備突飛猛進(jìn)。微機(jī)電技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,帶動(dòng)了大量高新技術(shù)的興起。1.國外機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28261)數(shù)控技術(shù)方面。我國從1985年開始研究數(shù)控技術(shù),經(jīng)過20多年的發(fā)展,基本掌握了關(guān)鍵技術(shù),建立了多處數(shù)控開發(fā)和生產(chǎn)基地,初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2827蘇州市精業(yè)機(jī)電設(shè)備有限公司五軸聯(lián)動(dòng)加工中心2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2828新聞聯(lián)播：通過自主創(chuàng)新，我國數(shù)控機(jī)床國內(nèi)市場(chǎng)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到8萬6千多臺(tái)，是六年前的8倍。新聞聯(lián)播：中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)總干事長吳柏林：我們有信心在今后5-10年，使我們的數(shù)控機(jī)床（國內(nèi)市場(chǎng)）占有率提高到50%以上。2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28292)工業(yè)機(jī)器人方面。我國1986年將機(jī)器人的研究開發(fā)列入國家科技計(jì)劃,現(xiàn)已掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)和軟件編程技術(shù),可生產(chǎn)部分機(jī)器人的關(guān)鍵元器件,并開發(fā)出噴漆、焊接、裝配、搬運(yùn)及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機(jī)器人。2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28302022年09我國自主研制的仿人機(jī)器人“匯童”，高１．６米，重６３公斤,具有視覺、語音對(duì)話、力覺、平衡覺等功能,實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)、后退、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上下臺(tái)階及未知地面情況下的穩(wěn)定行走。2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28312022年10月，哈工大計(jì)算機(jī)學(xué)院展出的機(jī)器人隨著音樂表演團(tuán)體操2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28323）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面。我國經(jīng)過多年的理論和技術(shù)準(zhǔn)備,CIMS已經(jīng)有了較快發(fā)展。目前,已在清華大學(xué)建成國家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究單位建立了7個(gè)CIMS單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和8個(gè)CIMS培訓(xùn)中心。2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2833某CIMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.國內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2834四、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)1.智能化智能機(jī)電一體化產(chǎn)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(dòng)。2021/5/28352.系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采