畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)展范文

年4月19日畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)展文檔僅供參考陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院（成人教育）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)生姓名：專業(yè)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：二〇一五年八月陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院（成人教育）畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱書(shū)題目：機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)展專業(yè)姓名設(shè)計(jì)時(shí)間：8月1日~9月30日評(píng)閱意見(jiàn)：成績(jī)：指導(dǎo)教師：（簽字）職務(wù)：20年月日陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院（成人教育）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄卡專業(yè)姓名答辯內(nèi)容問(wèn)題摘要評(píng)議情況記錄員：（簽名）成績(jī)?cè)u(píng)定指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)答辯組評(píng)定成績(jī)綜合成績(jī)注：評(píng)定成績(jī)?yōu)?00分制，指導(dǎo)教師為30%，答辯組為70%。專業(yè)答辯組組長(zhǎng)：（簽名）20年月日摘要回顧了機(jī)電一體化的發(fā)展歷史,展望機(jī)電一體化技術(shù)在21世紀(jì)的發(fā)展,指出:“精益求精”思想是機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生的精神力量,3C技術(shù)的進(jìn)步是機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ);社會(huì)的發(fā)展需要綠色產(chǎn)品,綠色產(chǎn)品需要機(jī)電一體化;智能化機(jī)械是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果;機(jī)電一體化技術(shù)的設(shè)計(jì)方法應(yīng)該包括相互關(guān)聯(lián)的7個(gè)方面,機(jī)械工程師向機(jī)電一體化工程師轉(zhuǎn)化是21世紀(jì)對(duì)人才要求必然趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化;3C技術(shù);綠色產(chǎn)品;智能化AbstractThehistoryofmechatrcnicsislookedbackonanditsdevelopmentinthe21stcenturyislookedfor-wardto.Itispointedoutthattheideaofkeepingimprovingconstantlyisthespiritforceofmechatronics,andadvanceof3Ctechnologyisitsmaterialbase,socialdevelopmentneeds“thegreenproducts”,thegreenprod-uctsneedmechatronicstechnology,intelligentmachineistheresultofdevelopingmechatronics,itsdesignprinciplemayinclude7ideas,whichcorrelateeachother,anditisrequirementofthe21stcenturyforthemechunicalengineertoinverseintothemechatronicsengineer.Keywords:mechatronics;3C-technology;greenproduct;intellectualization

目錄TOC\o"1-2"\h\u27774第一章概述 112300第二章機(jī)電一體化技術(shù)的歷史回顧 119905第三章國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化發(fā)展?fàn)顩r 326610一、先進(jìn)制造技術(shù) 331267二、自動(dòng)化儀表與傳感器 412596三、機(jī)器人技術(shù) 421310第四章機(jī)電一體化技術(shù) 59945一、機(jī)電一體化技術(shù)的構(gòu)成 64238二、機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)原理 612494三、機(jī)電一體化的核心技術(shù) 722309第五章機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新 812623一、造型的創(chuàng)新 921493二、功能的創(chuàng)新 90三、結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新 095505四、材料的創(chuàng)新 916889五、傳感的創(chuàng)新 92033六、控制的創(chuàng)新 109436第六章機(jī)電一體化的發(fā)展方向 103一、智能化 31010020二、模塊化 1021041三、網(wǎng)絡(luò)化 1120759四、人格化 1116494五、微型化 1110690六、帶源化 115488七、綠色化 1212890第七章如何提高中國(guó)機(jī)電一體化的水平 1230446一、加強(qiáng)基礎(chǔ)研究 1226030二、注重人才培養(yǎng) 1230884三、瞄準(zhǔn)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 129227參考文獻(xiàn): 13第一章概述隨著科學(xué)技術(shù)和人類社會(huì)的進(jìn)步,機(jī)電一體化的概念內(nèi)涵也在發(fā)展。當(dāng)初的機(jī)電一體化是指機(jī)械與電子的結(jié)合,機(jī)電一體化產(chǎn)品也比較簡(jiǎn)單。80年代,高性能微處理器的出現(xiàn)立即在機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到應(yīng)用,大大提高機(jī)電產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化程度,改進(jìn)了產(chǎn)品性能。另外,光電元件在機(jī)電產(chǎn)品中得到大量應(yīng)用。90年代,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展給機(jī)電一體化提供了新功能——遠(yuǎn)程控制和遙控,使機(jī)電產(chǎn)品更靈活,更宜人。此時(shí),機(jī)電一體化已不只是機(jī)械裝置與電子裝置的簡(jiǎn)單組合,而是機(jī)械、電子、控制、光學(xué)和信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的相互交叉和融合。近年來(lái),微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS(Mi-cro-Electro-MechanicalSystem)作為機(jī)電一體化的一個(gè)發(fā)展方向而得到特別重視和研究。機(jī)電一體化包括機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品兩方面,機(jī)電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是包含機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)以及通訊等各種技術(shù)的高科技產(chǎn)品。第二章機(jī)電一體化技術(shù)的歷史回顧追溯人類歷史發(fā)展的長(zhǎng)河,有一條綿綿不斷的看不見(jiàn)的“思”線,推動(dòng)著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。從杠桿到齒輪,從水輪機(jī)到核電站,從風(fēng)箏到航天飛機(jī),從珠算到電子計(jì)算機(jī)……追求“精益求精”的思想驅(qū)動(dòng)著人們創(chuàng)造出一個(gè)又一個(gè)技術(shù)奇跡,建造了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)豐碑,永無(wú)休止,永無(wú)極限。正是“精益求精”的思想創(chuàng)造了機(jī)電一體化技術(shù),成為其發(fā)展的精神力量。從技術(shù)角度看,20世紀(jì)信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。信息技術(shù)主要是指計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù),即所謂的3C(Compute、Control、CommunicationTechology,簡(jiǎn)稱3C)技術(shù)。信息技術(shù)有別于其它技術(shù)的一大特別是它具有很強(qiáng)的“粘帖性”和“滲透性”。沒(méi)有任何一類技術(shù)能像信息技術(shù)一樣能“粘帖”、“滲透”于機(jī)理毫不相關(guān)的、屬于不同領(lǐng)域的其它技術(shù),例如:機(jī)械、生物、化學(xué)、醫(yī)藥、考古等,從而“孕育”出一個(gè)個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域。機(jī)電一體化技術(shù)就是信息技術(shù)“滲透”于機(jī)械技術(shù)的結(jié)果。實(shí)際上,遠(yuǎn)不止于此。在“滲透”的過(guò)程中,信息技術(shù)連帶著把許多其它領(lǐng)域的技術(shù)也“溶解”了進(jìn)來(lái),使機(jī)電一體化技術(shù)的內(nèi)容十分豐富,幾乎到了無(wú)處不在,無(wú)所不包的地步,對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了驚人的影響。機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程,大致上能夠分為3階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段,稱其為“萌芽階段”。在這一時(shí)期,人們自覺(jué)或不自覺(jué)的利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在二次世界大戰(zhàn)期間,戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合,出現(xiàn)了許多性能相當(dāng)優(yōu)良的軍事用途的機(jī)電產(chǎn)品。這些機(jī)電結(jié)合的軍事用途的技術(shù),在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用,對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。70年代到80年代為第二階段。稱其為“蓬勃發(fā)展階段”。在這一時(shí)期,人們自覺(jué)地、主動(dòng)地利用3C技術(shù)的巨大成果創(chuàng)造新的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在這一階段,應(yīng)該特別指出的是,日本在推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方面起了主導(dǎo)作用。日本政府于1971年3月頒布了《特定電子工業(yè)和特定機(jī)械工業(yè)振興臨時(shí)措施法》,要求企業(yè)界“應(yīng)特別注意促進(jìn)為機(jī)械配備電子計(jì)算機(jī)和其它電子設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)控制的自動(dòng)化和機(jī)械產(chǎn)品的其它功能”。這就是日本政府在機(jī)械產(chǎn)品中貫徹“精益求精”思想的檄文。顯然,這里有其商業(yè)意圖?？墒?日本的企業(yè)界為了生存,竭盡全力實(shí)施了政府的這一法規(guī)。經(jīng)過(guò)短短的幾年的努力,出現(xiàn)了奇跡!這是大家都知識(shí)的事實(shí)。因而,“機(jī)電一體化”一詞由日本人創(chuàng)造也就不足為奇了。70年代初,日本學(xué)者新造了一個(gè)英文字:“MECHATRONICS”(=MECHANICS+ELECTRONICS)。由于3C技術(shù)與微電子技術(shù)有著極為密切的關(guān)系,因而“MECHATRONICS”基本上反映了多學(xué)科融合、交叉的意義,特別是包含了機(jī)械學(xué)科與信息學(xué)科的“滲透”與“粘帖”。從這個(gè)意義上講,“機(jī)電一體化”的內(nèi)涵又能夠說(shuō)是機(jī)械產(chǎn)品信息化。1996年版的“WEBSTER”大詞典已經(jīng)收錄了這個(gè)日本造的英文字。這就意味著不但“MECHATRON-ICS”這個(gè)字得到了世界各國(guó)學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的認(rèn)可,而且意味著機(jī)電一體化的哲理和思想為世人所接受。在MECHATRONICS問(wèn)世之前,曾用過(guò)“THEIN-TEGRATIONOFMECHANICALANDELECTRONICSYSTEMS”,即“機(jī)械與電子系統(tǒng)集成”。這個(gè)叫法,中英文都不順口?！癕ECHATRONICS”的中文直譯是“機(jī)械電子學(xué)”,但俗稱“機(jī)電一體化”,容易上口,更為流行,更合中國(guó)人的語(yǔ)言習(xí)慣。80年代末,美國(guó)出版了一本書(shū)《MECHATRON-ICS:Japan'sNewestThreat》驚呼“機(jī)電一體化”是日本對(duì)美國(guó)的最新威脅!基于這種認(rèn)識(shí),當(dāng)時(shí)的美國(guó)總統(tǒng)里根親自披掛上陣,主持制定了美國(guó)的新技術(shù)發(fā)展策略,對(duì)推動(dòng)美國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。相對(duì)日本機(jī)電一體化技術(shù)著重用于家用電器方面,美國(guó)則在大型電站設(shè)備、航空航天和制造設(shè)備方面獨(dú)占鰲頭。無(wú)獨(dú)有偶,90年代中期,美國(guó)又出版了一本書(shū)《CHINA:NextEconomicSuperpower》言外之意是:日本已經(jīng)成為一個(gè)經(jīng)濟(jì)超級(jí)大國(guó),構(gòu)成了對(duì)美國(guó)的威脅;中國(guó)再發(fā)展下去,豈不構(gòu)成對(duì)美國(guó)的下一個(gè)威脅!這一事實(shí)印證了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”這句名言。從90年代后期開(kāi)始為第三階段,稱其為“智能化階段”,機(jī)電一體化技術(shù)向智能化新階段邁進(jìn)。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(jìn)步,為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。大量的智能化機(jī)械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)在,“模糊控制”技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普遍,甚至還出現(xiàn)了“混沌”控制的產(chǎn)品。能夠說(shuō),機(jī)電一體化技術(shù)將以智能化為內(nèi)核進(jìn)入21世紀(jì)。第三章國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化發(fā)展?fàn)顩r一、先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機(jī)械電子、信息、材料、能源及現(xiàn)代管理技術(shù)等技術(shù)成果,將其綜合應(yīng)用于制造全過(guò)程,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn),取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。70年代,利用自動(dòng)化裝備,采用準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)制(JIT)提高企業(yè)整體效率,實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量管理(TQM),這是先進(jìn)制造技術(shù)的前期。此時(shí),出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等概念。80年代,用戶對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、價(jià)格、可靠性和生產(chǎn)時(shí)間等要求越來(lái)越嚴(yán),為了在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地,企業(yè)決策者紛紛改造自己的制造設(shè)備,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù),加強(qiáng)組織和質(zhì)量管理,增強(qiáng)企業(yè)的快速應(yīng)變能力,掀起了制造技術(shù)革新的浪潮,相繼出現(xiàn)了各種先進(jìn)制造技術(shù)。如:計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、柔性制造技術(shù)、資源規(guī)劃和企業(yè)管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)以及先進(jìn)的制造加工設(shè)備。90年代,以信息流為紐帶的制造技術(shù)得到廣泛重視和迅速發(fā)展。出現(xiàn)了擬實(shí)制造(VM)、敏捷制造(AM)、快速原型制造(RPM)、并行工程(CE)等新技術(shù)。中國(guó)70年代開(kāi)始CAD、CAM技術(shù)的研究,主要集中在一些大學(xué),如清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、浙江大學(xué)。當(dāng)前,已推出一些國(guó)產(chǎn)的CAD、CAM軟硬件平臺(tái)和系統(tǒng),如華中的開(kāi)目。中國(guó)對(duì)CIMS的研究也比較重視,一些高校和研究所都成立了CIMS中心。二、自動(dòng)化儀表與傳感器機(jī)電一體化技術(shù)促使儀器儀表的迅速發(fā)展。微處理器在儀器儀表中的應(yīng)用使自動(dòng)化儀表發(fā)生了根本性的變革,提高了儀表的智能、精度、可視性、可靠性和可操作性,減小了體積、重量和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度,增加了功能和柔性,降低了成本。出現(xiàn)了各種類型的以微處理器為核心,具有數(shù)據(jù)采集與處理、儲(chǔ)存記憶、自動(dòng)控制、通訊、顯示、打印報(bào)表等多功能的自動(dòng)控制儀表。變送器已從過(guò)去的力平衡機(jī)械傳感式發(fā)展成固態(tài)傳感式,如電容式、復(fù)合半導(dǎo)體壓阻式、石英諧振式、擴(kuò)散硅式。微處理器使變送器具有誤差補(bǔ)償、自動(dòng)標(biāo)定與調(diào)零、自動(dòng)變換量程和故障自診斷等多種功能。傳感器的水平反映了一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)達(dá)程度,世界各國(guó)都非常重視,特別是對(duì)一些新穎的先進(jìn)的高科技傳感器的研究,如超導(dǎo)傳感器、集成光學(xué)傳感器、生物傳感器、智能傳感器、化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、薄膜傳感器、模糊傳感器等。生物傳感器具有信息采集、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)榷喾N功能,能了解生命過(guò)程中的各種信息,如用于診斷疾病的DNA傳感器以及各種人造器官的生物傳感器,有著廣闊的應(yīng)用前程。智能傳感器具有儲(chǔ)存、記憶、學(xué)習(xí)和控制功能。21世紀(jì),傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是智能化、微型化、低功耗化、集成化、多功能化、無(wú)線化。三、機(jī)器人技術(shù)機(jī)器人技術(shù)的主要發(fā)展方向是智能化、模塊化、多機(jī)化、家庭化、極限化、微型化。智能化是指機(jī)器人具有人的思維、推理、情感和自主決策等高級(jí)智能。模塊化是指利用一些標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人模塊(部件)迅速組成具有特定功能或多功能的機(jī)器人。比如,購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人機(jī)身、手、腿、腦(機(jī)器人控制器),經(jīng)過(guò)集成可快速生產(chǎn)出能完成某些作業(yè)的機(jī)器人。多機(jī)化是指現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中需要多臺(tái)機(jī)器人協(xié)同作業(yè),它比單機(jī)器人控制、規(guī)劃更難更復(fù)雜。家庭化是指隨著人類社會(huì)的老齡化和年輕人價(jià)值觀的變化,機(jī)器人將越來(lái)越多地進(jìn)入家庭服務(wù)行業(yè),家用機(jī)器人在普通家庭中蘊(yùn)藏著巨大的潛在市場(chǎng)。盡管家用機(jī)器人的開(kāi)發(fā)和普及存在許多諸如智能、情感、控制、規(guī)劃、安全等問(wèn)題,但能夠預(yù)料機(jī)器人將像計(jì)算機(jī)一樣進(jìn)入百姓家庭。極限化是指在一些非常惡劣的環(huán)境下進(jìn)行極限作業(yè)的機(jī)器人,比如火星探測(cè)、深海作業(yè)、火山救護(hù)等。極限作業(yè)機(jī)器人的需求將越來(lái)越大,是機(jī)器人的一個(gè)發(fā)展方向。微型化是指用微型機(jī)械和電子組成的機(jī)器人,它們能夠進(jìn)行常規(guī)尺寸機(jī)器人無(wú)法進(jìn)行的作業(yè),比如微型醫(yī)用機(jī)器人能進(jìn)入人的血管,診斷心臟血管內(nèi)部的疾病,并用微型手術(shù)刀做手術(shù)。又如利用軍用微型機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)視、攝取和收集信息。微型機(jī)器人的研究國(guó)內(nèi)外都非常重視,科學(xué)家正在研究類似昆蟲(chóng)的機(jī)器人,還在設(shè)想研究出像生物細(xì)胞樣的機(jī)器人零件,并由它們組成具有自我“修復(fù)”功能的微型機(jī)器人機(jī)電一體化技術(shù)工業(yè)化社會(huì)發(fā)展到今天,促使人們認(rèn)識(shí)到:“改造大自然,不破壞大自然;美化大自然,不污染大自然;來(lái)自大自然,回歸大自然”是人類自身生存必須遵守的法規(guī)。現(xiàn)在就能夠展望,21世紀(jì)的主題詞將是“環(huán)境保護(hù)”。因此,“精益求精”思想的“精”將拓展到人類與環(huán)境的關(guān)系方面。如果我們把機(jī)械產(chǎn)品和制造機(jī)械產(chǎn)品的機(jī)械裝置統(tǒng)稱為機(jī)械系統(tǒng),則機(jī)電一體化技術(shù)的功能可歸結(jié)成以下6條,即:1)提高機(jī)械系統(tǒng)的性能,完成傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)不能完成的功能;2)提高機(jī)械系統(tǒng)的智能化程度,使人在更舒適的環(huán)境中工作;3)提高機(jī)械系統(tǒng)的可回收性;4)降低機(jī)械系統(tǒng)的原材料消耗;5)降低機(jī)械系統(tǒng)的能耗;6)降低機(jī)械系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的污染。上述6條中至少有4條是和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的。因而,進(jìn)入21世紀(jì),機(jī)電一體化技術(shù)的使命是要能提供一種:高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智能化機(jī)械產(chǎn)品?；蛘哂酶黃MART和名詞來(lái)說(shuō),提供一種滿足可持續(xù)發(fā)展原理的“綠色產(chǎn)品”。事實(shí)上,“綠色”的本意就是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用,也就是利用大自然而不破壞大自然的意思。反過(guò)來(lái),我們也能夠說(shuō),只有充分地利用機(jī)電一體化技術(shù),才能生產(chǎn)出人們需要的綠色產(chǎn)品?？傊?人類生存需要綠色產(chǎn)品;人類生存需要制造綠色產(chǎn)品的機(jī)電一體化技術(shù)。我們把機(jī)電一體化技術(shù)放到“人類生存需要”的高度來(lái)認(rèn)識(shí),就不難理解發(fā)展機(jī)電一體化的緊迫性,也不難看出機(jī)電一體化技術(shù)有著無(wú)限的發(fā)展空間。一、機(jī)電一體化技術(shù)的構(gòu)成首先,要有一個(gè)明確的概念,就是要認(rèn)識(shí)到:機(jī)械工業(yè)是整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的裝備工業(yè),是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。沒(méi)有“精良”的機(jī)械工業(yè),其它工業(yè)的“精良”就無(wú)從談起。因此,“精益求精”地把基礎(chǔ)搞好,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有非常重要的意義。然后,再來(lái)討論機(jī)電一體化技術(shù)的構(gòu)成問(wèn)題就有了一個(gè)共同的思想基礎(chǔ)。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,眾說(shuō)不一。但總起來(lái)說(shuō),機(jī)電一體化技術(shù)是信息技術(shù)向“機(jī)械母體”滲透的結(jié)果,即:機(jī)械技術(shù)母體+信息技術(shù)子體能夠說(shuō),二者之關(guān)系有似“皮”和“毛”的關(guān)系。沒(méi)有皮,毛焉何附也?沒(méi)有毛,皮則裸露,失去保暖功能。因此,是否能夠說(shuō)機(jī)電一體化技術(shù)由3部分組成,即:1)機(jī)械部分———是整個(gè)產(chǎn)品的母體,包括機(jī)架、工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)和動(dòng)力裝置等,具體實(shí)現(xiàn)人們最終需要的各種功能;2)信息處理部分———包括控制裝備和計(jì)算機(jī),是處理信息的部分,是產(chǎn)品的“神經(jīng)”;3)傳感器部分———包括各種傳感器,是信息的“轉(zhuǎn)換”部分,是產(chǎn)品的“感官”。如果把“轉(zhuǎn)換”,也看作是一種“處理”的話,傳感器部分也可包括在信息處理部分。二、機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)原理從方法學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原理:1)整體最優(yōu)化原理機(jī)電一體化技術(shù)要求從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),綜合機(jī)械技術(shù)和信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)化。其實(shí),“最優(yōu)化原理”是人類進(jìn)行科學(xué)技術(shù)活動(dòng)的基本思想動(dòng)力?！熬媲缶笔沁@一思想的生動(dòng)描述。人們?yōu)檫_(dá)到一定的目標(biāo),采用直接或間接的方法求得達(dá)到該目標(biāo)的最佳途徑。這里強(qiáng)調(diào)“整體最優(yōu)化”,正是運(yùn)籌學(xué)思想在機(jī)電一體化技術(shù)中的體現(xiàn)。2)智能化原理這是機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的主要區(qū)別之一,也是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的主要方向。關(guān)于“智能”的定義。當(dāng)前尚無(wú)確切和統(tǒng)一的說(shuō)法?？墒?它首先是對(duì)人類行為的描述?！爸悄堋敝饕爬ǔ鋈祟愑幸韵履芰?感知能力;記憶能力;思維能力—包括形成概念的能力、判斷能力、推理能力。我們這里所說(shuō)的“智能化”。是對(duì)機(jī)器行為的描述,是“仿人智能”,或者稱之為“人工智能”(artificialintelligence)。具體地說(shuō),智能化就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)、模糊數(shù)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,以求得到更高的控制目標(biāo)。3)仿生原理如果說(shuō)智能化是“仿人智能”,那么“仿生”便是對(duì)所有生物行為的模仿。生物世界是億萬(wàn)年生物進(jìn)化的結(jié)果,是“適者生存”這條自然規(guī)律“精雕細(xì)刻”的結(jié)果,是人類的學(xué)習(xí)寶庫(kù)?，F(xiàn)代信息技術(shù)和機(jī)械技術(shù)使這一“模仿”比較容易,成為可能。4)柔性化原理也可稱之為“軟化原理”。由于使用了微電子技術(shù),能夠而且應(yīng)當(dāng)盡量用軟件功能代替硬件功能。因?yàn)椤败浕蹦軌蚴箼C(jī)械系統(tǒng)近乎完全“貼近”實(shí)際工況的需要,極大地提高產(chǎn)品的性能。例如,加工中心機(jī)床、電梯的“加減速無(wú)感控制”、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電噴技術(shù)、汽車的防抱死裝置…,都廣泛地采用了軟件控制原理。5)融合原理也可稱之為“合二為一原理”。這里指的是產(chǎn)品的各個(gè)部分的相互融合。例如,機(jī)械傳動(dòng)部分的軸與電動(dòng)機(jī)的軸的聯(lián)接,傳統(tǒng)方法是用聯(lián)軸節(jié)。在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中,就能夠把電機(jī)設(shè)計(jì)成機(jī)械傳動(dòng)的一部分,在一些家電、航空航天和紡織機(jī)械等產(chǎn)品中,已經(jīng)這樣設(shè)計(jì)了,而且取得節(jié)材、節(jié)能和提高性能的顯著效果。6)可再生原理可再生原理要求:從開(kāi)始設(shè)計(jì)之初,就應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)產(chǎn)品生命結(jié)束時(shí),產(chǎn)品殘存部分的可分解性和再生利用問(wèn)題。在一些國(guó)家已經(jīng)制定了有關(guān)產(chǎn)品可回收的法律。能夠預(yù)見(jiàn),在不久的將來(lái),中國(guó)也一定會(huì)制訂要求產(chǎn)品可回收的法律。7)美學(xué)原理人們的生活本身就追求美好。用機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,除了完美的性能之外,還要求設(shè)計(jì)者從美學(xué)的角度出發(fā),使其無(wú)論在色彩方面,或是在造型方面都與環(huán)境相協(xié)調(diào),柔和一體,小巧玲瓏、精益求精。使用這些產(chǎn)品,對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受。上述7條原理是互補(bǔ)的,并不是互相排斥的,是精益求精思想在不同側(cè)面的反映。三、機(jī)電一體化的核心技術(shù)機(jī)電一體化的核心技術(shù)主要包括以下5個(gè)方面:1)機(jī)械制造技術(shù)這是機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。它和后面的其它幾項(xiàng)技術(shù)的關(guān)系,已如前面所述,是皮和毛的關(guān)系。我們?cè)俅螐?qiáng)調(diào)這一點(diǎn),是要說(shuō)明機(jī)械技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中的重要作用。它不是無(wú)事可做,而是大有作為。無(wú)論機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造,還是機(jī)械工藝,潛力都很大。2)信息處理技術(shù)主要是計(jì)算機(jī),特別是單片機(jī)技術(shù)。能夠說(shuō),在機(jī)電一體化技術(shù)中“電”代表的技術(shù)內(nèi)涵能夠用下面的公式表示;單片機(jī)技術(shù)+PLC技術(shù)+通信技術(shù)這里應(yīng)特別注意通信技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中的意義。近年來(lái)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FIELD-BUS),不但是一種技術(shù),更重要的是一種思想。它不但對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)有重要意義,在單體裝備上的應(yīng)用也取得很大的成功。3)傳感器技術(shù)包括各種物理量的傳感器,特別是“一器多感”技術(shù)。這里要特別指出“光纖傳感器”近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)有重要影響。4)自動(dòng)控制技術(shù)這是近年來(lái)最活躍的技術(shù)領(lǐng)域。特別是人工智能控制技術(shù)有了很快的發(fā)展,對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。5)傳動(dòng)技術(shù)各種傳動(dòng)及傳動(dòng)控制技術(shù),包括:機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和磁力傳動(dòng)等。這些傳統(tǒng)的技術(shù)在微電子技術(shù)的支撐下,各顯所長(zhǎng),競(jìng)相發(fā)展,最終實(shí)現(xiàn)人們需要的各種動(dòng)作和功能。特別是近年來(lái)電力電子技術(shù)的巨大進(jìn)步,大功率晶體管(IGBT、GTO等)的成功運(yùn)用,為大功率機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)控制提供了條件。例如,出現(xiàn)了15000kW船舶“舷外推進(jìn)裝置”,部分地代替了傳統(tǒng)的低速柴油機(jī)直接推進(jìn)系統(tǒng)。第五章機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新當(dāng)今的市場(chǎng)是用戶的市場(chǎng),用戶至上是企業(yè)的宗旨。只有不斷滿足用戶日益增長(zhǎng)的要求,開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品才能使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向,從產(chǎn)品的造型、功能、結(jié)構(gòu)、材料、傳感檢測(cè)、控制等方面進(jìn)行創(chuàng)新性的研究。一、造型的創(chuàng)新產(chǎn)品的外型如同人的面孔一樣重要。用戶首先看到的是產(chǎn)品的外觀,漂亮美觀給人賞心悅目的感覺(jué)。因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品造型的創(chuàng)新非常重要。機(jī)電一體化產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)不但要美觀,還要與其功能相適應(yīng),要考慮機(jī)電之間的耦合和與周邊設(shè)備的接口,同時(shí)要兼顧操作。機(jī)電一體化產(chǎn)品造型的設(shè)計(jì)可采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索式計(jì)算機(jī)輔助造型,機(jī)電一體化CAD虛擬原型法、計(jì)算機(jī)輔助幾何造型算法等方法進(jìn)行。二、功能的創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能創(chuàng)新有兩種含義,一種是對(duì)現(xiàn)有的機(jī)電一體化產(chǎn)品進(jìn)行功能的改進(jìn)、完善和創(chuàng)新,使其更符合用戶的要求。另一種是根據(jù)社會(huì)的需求,創(chuàng)新性的研制、開(kāi)發(fā)具有新功能的新機(jī)電一體化產(chǎn)品。前者能夠很快的對(duì)原有機(jī)電一體化產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)或更新?lián)Q代,幾乎沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)?；ㄙM(fèi)較小的精力和物力便能獲得很大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益,增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。后者需要一定的投資,包括技術(shù)和資金,研制開(kāi)發(fā)周期相對(duì)前者較長(zhǎng),另外還有一定的風(fēng)險(xiǎn)。但它是企業(yè)的活力和后盾,是企業(yè)能持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的保證。企業(yè)要生存、要發(fā)展,就必須不斷研制和開(kāi)發(fā)能滿足人們新需求的具有新功能的全新產(chǎn)品。三、結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新是機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的途徑之一。無(wú)論是在進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品的改進(jìn)還是創(chuàng)新設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)都非常重要,包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、動(dòng)力配置,以及與周邊設(shè)備的接口形式等。四、材料的創(chuàng)新材料的創(chuàng)新在機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新中有兩個(gè)方面,一方面是研制和開(kāi)發(fā)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品的新材料,如新的金屬化合物、金屬基復(fù)合材料、陶瓷材料、高分子材料、高性能稀土材料、納米材料、智能材料。這一方面的研究和開(kāi)發(fā),雖然屬于材料科學(xué)領(lǐng)域,但針對(duì)一些機(jī)電一體化新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)來(lái)進(jìn)行這方面的基礎(chǔ)研究也未嘗不可。另一方面是,選用重量輕、體積小、強(qiáng)度剛度高、阻尼特性好以及具有某些特殊性能如耐腐蝕、耐磨、耐高溫、抗震等新材料。五、傳感的創(chuàng)新傳感器本身就屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品。研究新的傳感檢測(cè)原理、敏感元件和高性能傳感器,對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新非常重要。針對(duì)某些機(jī)電一體化產(chǎn)品,開(kāi)發(fā)專用的傳感器,無(wú)疑是企業(yè)保持機(jī)電一體化產(chǎn)品領(lǐng)先的法寶。另外,迅速利用最新的傳感器,開(kāi)發(fā)新的或改進(jìn)原有的機(jī)電一體化產(chǎn)品對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)更為重要。六、控制的創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)品(系統(tǒng))性能的好壞與控制系統(tǒng)有很大關(guān)系,如執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度的控制。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,高速、多功能微處理器層出不窮,這使在機(jī)電一體化產(chǎn)品中采用諸如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制策略變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。當(dāng)前,機(jī)電一體化產(chǎn)品大多只具有低級(jí)智能。研究具有控制、自學(xué)習(xí)、狀態(tài)監(jiān)視、故障自診斷等功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品是很有發(fā)展前途的,能出奇制勝,贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),是機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的理想途徑之一。機(jī)電一體化的發(fā)展方向機(jī)電一體化是機(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)步依賴于也促進(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)展方向有智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人格化、微型化、帶源化、綠色化。一、智能化人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步體現(xiàn)在人腦的智能上。毫無(wú)疑問(wèn),機(jī)電一體化的發(fā)展和進(jìn)步也體現(xiàn)在其產(chǎn)品的智能上,因此智能化是它的一個(gè)重要發(fā)展方向。如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品智能,使它具有人的判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力。誠(chéng)然,使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能,是不可能的。對(duì)每件機(jī)電一體化產(chǎn)品來(lái)說(shuō),這也是沒(méi)有必要的。因此,不要一味地追求高智能和多智能,而應(yīng)視具體的產(chǎn)品及其使用的場(chǎng)合。當(dāng)前,高性能、高速度微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能,則是完全可能而又必要的。二、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(kāi)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)雜但又非常有前途的事。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(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)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,可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品,同時(shí)也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制訂各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突,近期很難制訂國(guó)際或國(guó)內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn),但能夠經(jīng)過(guò)組建一些大企業(yè)來(lái)逐漸形成。顯然,從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來(lái)的好處能夠肯定,模塊化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程,無(wú)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)。三、網(wǎng)絡(luò)化90年代,計(jì)算機(jī)技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟?lái)了巨大的變革。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(jìng)爭(zhēng)也全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái),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?，F(xiàn)場(chǎng)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成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(CIAS-ComputerIntegratedApplianceSystem),使人們?cè)诩依锍浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的幸福和快樂(lè)。因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。四、人格化機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一層是,機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人,如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性越來(lái)越顯得重要,特別是對(duì)家用機(jī)器人,其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理,研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上,許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來(lái)的。五、微型化微型化興起于80年代末,是機(jī)電一體化的一個(gè)新的發(fā)展方向,國(guó)外稱微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品,泛指幾何尺寸不超過(guò)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,是近年和將來(lái)十大關(guān)鍵技術(shù)之一。六、帶源化帶源化,是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源,無(wú)需外部供電。能源一直是科學(xué)家研究的重點(diǎn),太陽(yáng)能電池、燃料電池和各種高性能大容量電池相繼產(chǎn)生。在許多場(chǎng)合,無(wú)法使用電能。而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品,自帶動(dòng)力源有其獨(dú)特的好處和優(yōu)勢(shì)。試想,人類靠外部供應(yīng)動(dòng)力是什么滋味,社會(huì)將變成什么樣子。因此,帶源化是機(jī)電一體化的發(fā)展方向之一。七、綠色化工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)了巨大變化。一方面,物質(zhì)豐富,生活舒適,另一方面,資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是,人