机电一体化技术的发展与应用毕业论文.doc

襄樊职业技术学院毕业论文机电一体化技术的发展与应用【摘 要】 在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶。【关键词】 机电一体化 系统Application of electromechanical integration and development trend【Abstract】Due to the rapid development of microelectronics and computer technology, mechatronics and its penetration to the machinery industry, the technical structure of the machinery industry in the field of mechanical engineering, products, institutions, functions and composition, the mode of production and management systemthe tremendous changes in the industrial production of mechanical electrification into the mechatronics characterized by the development order. 【Keywords】 development of mechatronic system第2页 共31页襄樊职业技术学院毕业论文绪论随着科学技术的飞速发展，机电一体化技术已经成为当今工业科技的重要组成部分。机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。科技的发展和市场需求的多样化导致国内外工程机械厂家日益关注产品的多功能开发。机械制造业在经历了内燃机的动力革命和液压、气压传动的传动革命之后，现正致力于应用电控技术来完成产品的操纵和控制革命，以满足用户对产品环保、节能、操作舒适性及智能化监控维护的要求。电子技术的迅速发展，微处理器、微型机在各个技术领域已经得到广泛应用，它在现代机械制造、饮料生产、钢铁生产等行业中的应用十分广泛，并对各个领域的发展起了很大的推动作用，是机电工业发展的必然趋势。机电一体化技术是集计算机、机械、电子、信息、光学、控制等多学科的交叉综合的一项技术，其未来的进步和发展依赖并促进相关技术的进步和发展。它是从系统的观点出发，综合运用机械技术，微电子技术自动控制技术、计算机技术，信邑技术，传感栅控技术，电力电子技术、接口技米、信息变换技束以及蔑软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目 标合理配置与面局各功能单元，在多功能，高质量、高可靠性低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。在走向高智能化的时代步伐下，机电一体迄今为止，世界各国都在大力推广机电一体化技术。在人们生活的各个领域已得到广泛的应用，并以蓬勃的生机向前发展，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段第3页 共31页襄樊职业技术学院毕业论文分享到 翻译结果重试抱歉，系统响应超时，请稍后再试 支持中英、中日在线互译 支持网页翻译，在输入框输入网页地址即可 提供一键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅一、机电一体化概要机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科。而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。现代科学技术的发展引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、光学技术、电力电子技术、接口技术等群体技术,合理配置各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术它使工业生产由机械电气化迈入了机电一体化为特征的发展阶段。一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体结构组成要素是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分动力组成要素。依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分感知组成要素。对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测并变成可识别的信号，传输给信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分职能组成要素。将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构运动组成要素。根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。 机电一体化技术的应用在现代机械制造业中的应用。传统机械制造业是建立在规模经济的基础上靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的它强调资源的有效利用以低成本获得高质量和高效率其生产盈利是靠机器取代人力靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展充分利用电子计算机技术使制造技术提高到新的高度。近年来制造工程领域的新技术相继诞生。如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。近年来，随着微电子技术和计算机应用技术的快速发展，机电一体化技术领域在不断地扩大和完善，应用范围愈来愈广。（一）机电一体化技术的分类 机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。 计算机与信息技术，其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。自动控制技术范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。 伺服传动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。核心技术如下：机械本体技术。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。传感技术。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。信息处理技术。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。驱动技术。电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件- 传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 接口技术。为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。软件技术。软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。（二）机电体化技术的发展自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,机电一体化技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意。“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。机电一体化的发展20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在选一时期，人们自觉不自觉地利用电于技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自视状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。20世纪70至80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。达一时期，计算机技术，控制技术，通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模，超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这一时期特点：1、mechdmdcs词首先在日本被普遍接受大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认2、机电一体化技术和产品得到极大发展。3、各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。20世纪90年代后期，开始了机电一体他技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深人发展时期。一方面。光学，通信技术等进人了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支，另一方面对机电一体他系统的建设设计，分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐步形成完整的科学体系。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。经过十多年的发展取得了重大进展。以下简单介绍两种机电一体化仪器：数控机床数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点： 1、加工精度高，具有稳定的加工质量； 2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4、机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 6、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 1、主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 2、数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3、驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4、辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 5、编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在：1、机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2、智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。3、机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。 4、精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0，01mm）提升到目前的微米级（0，001mm），有些品种已达到0，05m左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0，05m左右，形状精度可达0，01m左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0，001m）。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。 5、功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。机器人实际上，机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。它可以说是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。” 机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的三维空间坐标机器。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。（三）机电一体化产品和其特点机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CADCAM系统等。典型的机电一体化元部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且在不断增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分为下述几类。数控类主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。 设备类主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。 机电结合类主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。 电液伺服类主要产品为机电液一体化的伺服装置， 如电子伺服万能试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。 信息控制类主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。 机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。 机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础， 因此对机械结构提出了更高的要求， 需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。 动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。 传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界的各种参数转换成可以测定的量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。 信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由的软件和硬件以及相应的接口所组成。 执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作， 实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中最重要的组成部分。机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。第32页 共31页襄樊职业技术学院毕业论文二、机电一体化的现状和发展趋势（一）机电一体化技术现状分析再生的整个过程的工程学科，是以提高质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收息流和能量流的完整的系统工程。20世纪70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。20世纪80年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得越来越激烈。20世纪90年代初，随着CIMS技术的大力推广应用，包括有CIMS实验工程中心和7个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了CIMS的若干研究项目，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。 目前，我国已加入WTO，机械制造业面临着巨大的挑战与新的机遇。因此，我国机械制造业不能单纯的沿着20世纪凸轮及其机构为基础采用专用机床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产线刚性自动化发展。而是要全面拓展，面向五化发展，即全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化。机电一体化发展至今已经成为一门自成一体的新型学科, 随着科学技术的不断发展, 必将被赋一予新的内容。但其基本特征可概括为机电一体化是从系统的观点出发, 综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术, 根据系统功能目标和优化组织目标, 合理配置与布局各功能单元, 在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值, 并使整个系统最终达到最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统, 就成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此, “ 机电一体化” 涵盖“ 技术” 和“ 产品” 两个方面。只是, 机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术, 而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械 工程技术由纯技术发展到机械电气化, 仍属传统机械, 其主要功能依然是代替和放大的体现。但一一机电一体化的发展状况机电一体化的发展大体可以分为个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段, 这一阶段称为初级阶段, 在这一时期, 人们不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能, 特别是在第二次世界大战期间, 战争极大地刺激了机械产品与电子技术的结合, 这些机电相结合的军用技术, 战后转为民用, 对战后经济的恢复起到了积极的作用。从当时研制和开发的总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平, 机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广使用。20世纪七八十年代为第二阶段, 可称为蓬勃发展阶段, 这一时期, 计算机技术、控制技术、通信技术的发展, 为机电一体化的发展奠定了坚实的技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。20世纪90年代后期, 开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段, 机电一体化进人深人发展时期。一方面, 光学、通信技术等进人了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚, 出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时, 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步, 为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究, 将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。使人们有更好的发展，给人类带来生活的方便。（二）机械制造技术的特点做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。但加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，我们要立足于我国的实际情况，在看到国际上制造业发展趋势的同时扎扎实实地做好基础工作。 1、机械制造技术是一个系统工程 先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。 2、机械制造技术是一个综合性技术 先进制造技术应用的目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。因此，它并不限于制造过程本身，它涉及产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。以便提高制造业的综合经济效益和社会效益。 3、机械制造技术是市场竞争要素的统一体 市场竞争的核心是如何提高生产率。随着市场全球化的进一步发展，20世纪80年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。 4、机械制造技术是一个世界性技术 20世纪80年代以来，随着全球市场的形成，发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本，使得市场竞争变得越来越激烈，为适应这种激烈的市场竞争，一个国家的先进制造技术应具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。同时，机械制造技术是面向21世纪的技术，应与现代高新技术相结合，应是有明确范畴的新的技术领域。（三）机电一体化技术的主要应用领域数控机床数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在:总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构。 开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。计算机集成制造系统(CIMS)CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。柔性制造系统(FMS)柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。工业机器人第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。饮料行业机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。 不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。钢铁企业1、算机集成制造系统(CIMS)。钢铁企业的CIMS 是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。2、现场总线技术(FBT)。现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。3、交流传动技术。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动。数字技术的发展使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。4、开放式控制系统。开放意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。5、分布式控制系统(DCS)。分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。（四）机电一体化主要技术在我国应用的大致趋势 计算机技术20世纪70年代是纯电子技术，自80年代开始使用Z80CPU构成的单板机及个人电脑。从1987年开始STD总线成为工控机主流机型，从90年代开始使用MCS-51、MCS-96系列单片机与小型PLC。自90年代中期开始以台湾研华公司为代表的IPC工控机取代STD工控机，成为主流工控机。90年代中后期中型、大型PLC与DCS系统在我国开始大规模使用。2000年以后现场总线开始应用。 传感器技术在20世纪60年代是力平衡式传感器，70年代开始使用参量型传感器，R、C、L参量，无源和发电型传感器。磁电式、压电式、热电式。有源大多采用分立型。80年代开始随着半导体集成技术的发展，将敏感元件与信号处理电路集成在一起，实现了检测及信号处理一体化。90年代后传感器向集成化、微型化、智能化方向发展。2000年后，出现了基于现场总线的网络化智能传感器。 执行机构由传动机构和执行元件组成。传动机构由蜗轮蜗杆、齿轮、链轮、带轮、凸轮、传动带等组成。执行元件分为液压式、气压式、电磁式等几种类型。机械加工技术20世纪50年代是通用机床，采取传统加工工艺。60年代开始使用硬件数控NC、特种加工与成组技术。70年代开始使用计算机数控CNC与精密机械技术。80年代开始使用计算机集成制造系统CIMS、柔性制造系统FMS、计算机辅助工艺设计CAPP、计算机辅助设计/制造CAD/CAM。90年代开始使用现代制造技术与纳米加工技术。2000年开始使用敏捷制造技术与绿色制造技术。（五）我国机械制造技术的发展方向先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。20世纪80年代，随着扫描显微镜的发明和使用，人类认识世界和改造世界的能力进入纳米尺度，纳米技术是指实现纳米级精度，是一种在纳米尺度上研究原子和分子结构，物质特性及相互作用与运动，并运用这种技术为人类服务的高新技术，纳米技术对制造业产生了很大的影响，其应用范围将非常广泛，包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术和纳米测量技术等。超精密加工的加工精度在2000年已达到纳米级，在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使加工精度达到0.00030.0001m，现在精密工程正向其终极目标原子级精度的加工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加工。 现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代；二是机械制造的高度自动化，以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代表。 1、精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括：精密铸造（湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯）、精密锻压（冷湿精密成形、精密冲裁）、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。 2、无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业，无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。 3、快速成形技术快速原型零件制造技术（RPM），其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则，而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造（LOM），熔化沉积制造（FDM）等等。 由于以上工艺和技术不仅减少了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、减少了成本，而且有些工艺的改进对环境起到保护作用，因此被称为绿色制造工艺。绿色制造是人类社会可持续发展在制造业中的体现。这一切除了工艺革新外，还必须依靠信息技术，通过计算机的模拟、仿真，才能实现。机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合, 它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此, 机电一体化的主要发展方向如下智能化是世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设的研究日益获得重视, 机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“ 智能化” 是对机器行为的描述, 是在控制理论的基础上, 吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法, 模拟人类智能, 使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力, 以求得到更高的控制目标。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多, 研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元, 具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元, 以及各种能完成典型操作的机械装置。这样, 可利用标准单元迅速开发出新产品, 同时也可以扩大生产规模这需要制定各项标准, 以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突, 近期很难制定国际或国内这方面的标准, 但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然, 从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定, 无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业, 规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。网络化世纪年代, 计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育、日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片, 企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来, 只要其功能独到, 质量可靠, 很快就会畅销全球。由于网络的普及, 基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾, 而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。因此, 机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。微型化兴起于世纪年代末, 指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统, 泛指几何尺寸不超过的机电一体化产品, 并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术, 微机电一体化产品的加工采用精细加工技术, 即超精密技术, 它包括光刻技术和蚀刻技术两类。绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面, 物质丰富, 生活舒适另一方面, 资源减少, 生态环境受到严重污染。于是, 人们呼吁保护环境资源, 回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生, 绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中, 符合特定的环境保护和人类健康的要求, 对生态环境无害或危害极少, 资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品, 具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境, 报废后能回收利用。人们大量倡导绿化工业能够给人们带来的美好的生活，良好的生活品质。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态, 进行任意剪裁和组合, 同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强, 一般除外, 还有人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系, 机电一体化的人格化。微控制器及其发展实现了机电产品的数字化，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。综上所述，机电一体化是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。在走向高智能化的时代步伐下，机电一体迄今为止，世界各国都在大力推广机电一体化技术。在人们生活的各个领域已得到广泛的应用，并以蓬勃的生机向前发展，不