机电一体化发展趋势毕业论文.doc

河河 北北 广广 播播 电电 视视 大大 学学 毕 业 论 文 论论文文题题目目 专专业业名名称称 姓姓 名 名 学学 号 号 注册时间 注册时间 年年 季季 学学 校 校 2 摘要 机电一体化是现代科学技术发展的必然结果 本文简述了机电一体化技术的发展历 程和机电一体化的主要应用领域 分析了机电一体化技术的发展趋势 综述了国内机电 一体化技术的现状 作为机电系的一名学生 将来工作学习都会以机电为主 所以必须 掌握好各种机电的专业知识 我会本着认真的态度对待专业课的学习 提高自己的专业 素养 关键词关键词 机电一体化 技术 应用 目目 录录 论文摘要论文摘要 1 目录目录 2 一 机电一体化技术发展历程一 机电一体化技术发展历程 3 1 光机电一体化 4 2 自律分配系统化 4 3 全息系统化 智能化 4 4 生物 软件 化 仿生物系统化 4 5 微型机电化 5 二 机电一体化技术的主要应用领域二 机电一体化技术的主要应用领域 5 1 数控机床 5 2 计算机集成制造系统 CIMS 5 3 柔性制造系统 FMS 5 4 工业机器人 6 5 自动机与自动生产线 6 三 机电一体化技术的发展前景三 机电一体化技术的发展前景 6 1 智能化 6 2 系统化 6 3 微型化 7 4 模块化 7 5 网络化 7 6 绿色化 7 四 我国四 我国 机电一体化机电一体化 面临的形势及任务与其相应对策面临的形势及任务与其相应对策 8 1 形势 8 2 任务 8 3 3 对策 8 参考文献参考文献 10 一 机电一体化技术发展历程一 机电一体化技术发展历程 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 当时及 70 年代 人们一直把机电一体化看作是机械与电子的 结合 国内早期将 机电一体化技术 与 机械电子学 并用 近年来 机电一体化 更流行使用 80 年代 信息技术开始崭露头角 微处理机的性能提高 为更高级的机电一体化产 品所采用 典型的机电一体化产品如数控机床 工业机器人和汽车的电子控制系统等 微机作为关键技术引入了飞行器系统后 使机械 电子系统在高度控制 排气控制 振动 控制和保险气袋等方面获得广泛应用 关于 机电一体化 这个名词的起源 说法很多 早在 1971 年 日本 机械设计 杂志副刊就提出了 Electronics 这一名词 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新兴学科 信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库 连洗衣机和其他消费品也用上了数 据库驱动系统 这样 对机电一体化的系统设计方法的探索 成型和系统集成以及并行 工程设计和控制的实施日显重要 此外 光学也进入了机电一体化 产生了 光机电一 体化 的新领域 进入 90 年代 通信技术进入了机电一体化 机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现 实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及 有些机电一体化 机械可两用 有的在性能上更是多用途的 尤其是微传感器和执行器技术的发展 和半 导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合 开创了以精密 工程和系统集成为特点的机电一体化新分支 微机电一体化 虽然微加工方法尚未成熟 但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分 之后 机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展 机电一体化是机械 微电子 控制 计算机 信息处理等多学科的交叉融合 其发展和进步有赖于相关技术的进步与 发展 其主要发展方向有数字化 智能化 模块化 网络化 人性化 微型化 集成化 带源化和绿色化 即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸 还是人的感官与头脑 4 的延伸 具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别 1 1 光机电一体化 光机电一体化 一般的机电一体化系统是由传感系统 能源系统 信息处理系统 机械结构等部件 组成的 引进光学技术 实现光学技术的先天优点能有效地改进机电一体化系统的传感系 统 能源 动力 系统和信息处理系统 光机电一体化是机电产品发展的重要趋势 是机 电一体化发展又一重要方向 2 2 自律分配系统化 自律分配系统化 柔性化柔性化 未来的机电一体化产品 控制和执行系统有足够的 冗余度 有较强的 柔性 能 较好地应付突发事件 被设计成 自律分配系统 在自律分配系统中 各个子系统是相 互独立工作的 子系统为总系统服务 同时具有本身的 自律性 可根据不同的环境条 件作出不同反应 其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息 在总的前提下 具体 行动 是可以改变的 这样 既明显地增加了系统的适应能力 柔性 又不因某 一子系统的故障而影响整个系统 3 3 全息系统化 全息系统化 智能化智能化 今后的机电一体化产品 全息 特征越来越明显 智能化水平越来越高 这主要收 益于模糊技术 信息技术 尤其是软件及芯片技术 的发展 除此之外 其系统的层次结 构 也由简单的 从上到下 的形势变为复杂的 有较多冗余度的双向联系 又在控制 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 从而使高性能 高速的微处理器使机电一体化产品 赋有低级智能或人的部分智能 则是很有必要的 4 4 生物一软件生物一软件 化化 仿生物系统化仿生物系统化 今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大 并且往往在结构上是处于 静态 时是不 稳定的 但在动态 工作 时却是稳定的 这有点类似于活的生物 当控制系统 大脑 停 止工作时 生物便 死亡 而当控制系统 大脑 工作时 生物就很有活力 仿生学研究 领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体 但如何使这 些新型机体具有活的 生命 还有待于深入研究 这一研究领域称为 生物 软件 或 生物 系统 而生物的特点是硬件 肌体 软件 大脑 一体 不可分割 看来 机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋 但有一段漫长的道路要走 5 5 微型机电化 微型机电化 微型化微型化 目前 利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术 在实验室中已制造出亚微米级的机 5 械元件 当将这一成果用于实际产品时 就没有必要区分机械部分和控制器了 届时机 械和电子完全可以 融合 机体 执行机构 传感器 CPU 等可集成在一起 体积很小 并组成一种自律元件 这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向 二 机电一体化技术的主要应用领域二 机电一体化技术的主要应用领域 1 1 数控机床 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 新结构机床大量出现 主轴高速化 定位车削高精度化 复合 加工技术及新型刀具应用 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 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 2 2 计算机集成制造系统 计算机集成制造系统 CIMS 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 3 3 柔性制造系统 柔性制造系统 FMS 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 4 4 工业机器人 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 6 5 自动机与自动生产线 自动机与自动生产线 在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械 自动生产线及各种自动化设备 是当前机电一体化技术应用的又一具体体现 三 机电一体化技术的发展前景三 机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向 机电一体化将朝着以下几 个方向发展 1 1 智能化 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一 也是 21 世纪机电一体化的 发展方向 近几年 处理器速度的提高和微机的高性能化 传感器系统的集成化与智能化 为嵌入智能控制算法创造了条件 有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展 智能 机电一体化产品可以模拟人类智能 具有某种程度的判断推理 逻辑思维和自主决策能力 从 而取代制造工程中人的部分脑力劳动 2 2 系统化 系统化 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 进行任意的剪裁和组合 同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理 表现特征之二是通信功能大大加强 一般除 R S232 等常用通信方式外 实现远程及多系统 通信联网需要的局部网络正逐渐被采用 未来的机电一体化更加注重产品与人的关系 如 何赋予机电一体化产品以人的智能 情感 人性显得越来越重要 机电一体化产品还可 根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体 使其向着生物系统化方向发展 3 3 微型化 微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术 微电子技术和软件技术 是机电一体化 的一个新的发展方向 国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过 1cm 并正向微米 纳米级方向发展 由于微机电一体化系统具有体积小 耗能小 运动灵活等特点 可进入 一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作 故在生物医学 航空航天 信息技术 工 农业乃至国防等领域 都有广阔的应用前景 目前 利用半导体器件制造过程中的蚀刻技 术 在实验室中已制造出亚微米级的机械元件 4 4 模块化 模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势 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 信 息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事 它需要制订一系列标准 以便各部 7 件 单元的接口匹配 机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品 同时也 可以不断扩大生产规模 5 5 网络化 网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响 使其朝着网络化方向发展 机电一体 化产品的种类很多 面向网络的方式也不同 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 6 带源化带源化 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 因而对于运动的机电一体化产品 自带动力源具有独特的好 处 带源化是机电一体化产品的发展方向之一 7 7 绿色化 绿色化 工业的发达使人们物质丰富 生活舒适的同时也使资源减少 生态环境受到严重污染 于 是绿色产品应运而生 绿色化是时代的趋势 其目标是使产品从设计 制造 包装 运输 使用到报废处理的整个生命周期中 对生态环境无危害或危害极小 资源利用率极高 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 报废时能回收利用 绿色制造业 是现代制造业的可持续发展模式 四 我国四 我国 机电一体化机电一体化 面临的形势及任务与其相应对策面临的形势及任务与其相应对策 1 1 形势 形势 我国机电一体化主要面临两大问题 一是用微电子技术改造传统产业 其目的是节 能 节材 减少污染 提高工效 提高产品质量 提高传统工业的技术 二是开发自动 化 数字化 智能化机电产品 促进产品的更新换代 我国机电一体化产品耗能 耗水 耗材高 对环境污染严重的企业还占相当大的比 重 近年来我国的工业结构 产品结构虽然几经调整 但由于多种原因 成效一直不够 明显 这里面固然有企业的 故土难离 死守故业 问题 但不可否认也有优化不出理 想的产业 优选不出中意的产品问题 上佳的答案早就摆在了这些企业的面前 这就是 发展机电一体化 开发和生产有关的机电一体化产品 机电一体化产品功能强 性能好 质量高 成本低 且具有柔性 可根据市场需要和用户反映对产品结构和生产过程做必 要的调整 改革 而无须改换设备 这是解决机电产品多品种 少批量生产的重要出路 同时 可为传统的机械工业注入新鲜血液 带来新的活力 把机械生产从繁重的体力劳 动中解脱出来 实现文明生产 8 另外 从市场需求的角度看 由于我国研制 开发机电一体化产品的历史不长 差 距较大 许多产品的品种 数量 档次 质量都不能满足需求 每年进口量都比较大 因此亟需发展 2 2 任务 任务 我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话 一句话是广泛深入地用机电一体 化技术改造传统产业 另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品 促进机电产品的更 新换代 总的目的是促进机电一体产业的形成 为我国产业结构和产品结构调整作贡献 总之 机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力 又是开启我国机电 行业产品结构 产业结构调整大门的钥匙 3 3 对策 对策 1 1 加强统筹安排 协调发展计划 加强统筹安排 协调发展计划 目前 我国从事 机电一体化 研究开发及生产的单位很多 各自都有一套自己的发展 策略 各单位的计划由于受各自立足点 着眼点的限制 难免只考虑局部利益 各主管 部门的有关计划和规划 也有统一考虑不足 统筹安排不够的问题 同时缺少综观全局 的有权威性的发展计划和战略规划 因此 建议各主管部门责成有关单位在进行深入调 查研究 科学分析的基础上 制定出统管全局的 机电一体化 研究 开发 生产计划 和规划 避免开发上重复 生产上撞车 2 2 强化行业管理 发挥 强化行业管理 发挥 协会协会 作用作用 目前 我国 机电一体化 较热 而按目前的行业划分方法和管理体制较乱 因此 我国有必要明确一个 机电一体化 行业的统管机构 根据目前国家政治体制改革和经 济体制改革的精神 以及机电一体化行业特点 我们建议 尽快加强机电一体化协会的 建设 赋予其行业管理职能 协会 要进一步扩大领导机构 理事会的代表层面和覆 盖面 要加强办公室 秘书处的建设 要通过其精明干练的办事机构 经济实体 组织 行业 发展计划 战略规划的拟制 指导行业布点布局的调整 进行发展突破口的选 择 抓好重点工程的试点和有关项目的发标 招标工作 3 3 优化发展环境 增大支持力度 优化发展环境 增大支持力度 优化发展环境指通过宣传群众 造成一种社会上下 企业内外都重视 支持 机电 一体化 发展的氛围 如尽快为外商到我国投资发展 机电一体化 产业提供方便 尽 可能为兴办开发 生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯 尽力为开发 生产机电 一体化产品调配好资源要素等 9 增大支持力度 在技术政策上 要严格限制耗电 耗水 耗材高的传统产品的发展 对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰 大力提倡用机电一体化技术对传统产 业进行改造 对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造 对有关技术开发 应用项目 优先立项 优先支持 对在技术开发 应用中做出贡献的单位领导 科技人员进行表彰 奖励等 4 4 突出发展重点 兼顾 突出发展重点 兼顾 两个层次两个层次 机电一体化产业覆盖面非常广 而我们的财力 人力和物力是有限的 因此我们在 抓机电一体化产业发展时不能面面俱到 平铺直叙 而应分清主次 大胆取舍 有所为 有所不为 要注意抓两个层次上的工作 第一个层次是 面上 的工作 即用电子信息 技对传统产业进行改造 在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子 计算机 装置 使 机械 和 电子 技术在浅层次上结合 第二个层次是 提高 工作 即在新产品设 计之初 就把 机械 与 电子 统一起来进行考虑 使 机械 与 电子 密不可分 深度结合 生产出来的新产品起码正做到机电一体化 参考文献参考文献 1 李建勇 机电一体化技术 M 北京 科学出版社 2004 2 李运华 机电控制 M 北京航空航天大学出版社 2003 3 王中杰 余章雄 柴天佑 智能控制综述 J 基础自动化 2006 4 章浩 张西良 周士冲 机电一体化技术的发展与应用 J 农机化研究 2006 5 梁俊彦 李玉翔 机电一体化技术的发展及应用 J 科技资讯 2007 6 机电一体化技术手册编委会 机电一体化技术手册 北京 机械工业出版社 1994 7 胡泓 姚伯威主编 机电一体化原理及应用 北京 国防工业出版社 1999 8 梁景凯主编 机电一体化技术与系统 北京 机械工业出版社 1997 徐志毅主编 机电一体化实用技术 上海 上海科学技术文献出版社 1995 机电一体化的特点与发展 一 摘要 机电一体化是现代科学技术发展的必然结果 本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景 综 述了国内外机电一体化技术的现状 分析了机电一体化技术的发展趋势 机电一体化技术是跨学科技 术 近年来发展迅速 其发展趋势是光机电一体化 柔性化 智能化 仿生物系统化 微型化 10 关键词 机电一体化 技术 现状 产品 制造技术 发展趋势 0 绪论 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 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 1 机电一体化概要 机电一体化是指在机构得主功能 动力功能 信息处理功能和控制功能上引进电子技术 将机械装置 与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称 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 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 机械工程技术有纯技术发展到机 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力 但是发展到机电一体化后 其中的 微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外 还能赋予许多新的功能 如自动检测 自动处理信 息 自动显示记录 自动调节与控制自动诊断与保护等 即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延 伸 还是人的感官与头脑的眼神 具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别 2 机电一体化的发展状况 机电一体化的发展大体可以分为 3 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 人们自觉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 11 法大量推广 20 世纪 70 80 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 这个时期的特点是 mechatronics 一词首先在日本被 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 机电一体化技术和产品 得到了极大发展 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 开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段 机电一体化进入深入发展 时期 一方面 光学 通信技术等进入了机电一体化 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 我国是从 20 世纪 80 年代初才开始在这方面研究和应用 国务院成立了机电一体化领导小组并将该技 术列为 863 计划 中 在制定 九五 规划和 2010 年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化 技术的发展动向和由此可能带来的影响 许多大专院校 研究机构及一些大中型企业对这一技术的发 展及应用做了大量的工作 不取得了一定成果 但与日本等先进国家相比仍有相当差距 3 机电一体化的发展趋势 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 3 1 智能化 智能化是 21 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者的研究日益 得到重视 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 诚然 使机电一体化产品具有与人完全相同的智能 是不可能的 也是不必要的 但是 高性能 高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能 则是完全可能而又 必要的 3 2 模块化 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 12 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 3 3 网络化 20 世纪 90 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 教育义举人么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 现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势 利用家庭网络 home net 将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统 computer integrated appliance system CIAS 使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐 因此 机电一体化产品 无疑朝着网络化方向发展 3 4 微型化 微型化兴起于 20 世纪 80 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 MEMS 泛指几何尺寸不超过 1cm3 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 3 5 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 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 RS232 外 还有 RS485 DCS 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有 13 两层含义 一层是 机电一体化产品的最终使用对象是人 如何赋予机电一体化产品人的智能 情感 人性显得越来越重要 特别是对家用机器人 其高层境界就是人机一体化 另一层是模仿生物机理 研制各种机电一体花产品 事实上 许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的 机电一体化 技术是面向应用的跨学科的技术 它是机械技术 微电子技术 信息技术和控制技术等有机融合 相 互渗透的结果 今天机电一体化技术发展飞速 机电一体化产品更新日新月异 一 机电一体化 技术的发展历程 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 当时及 70 年代 人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合 国内早期将 机电一体化技 术 与 机械电子学 并用 近年来 机电一体化 更流行使用 80 年代 信息技术崭露头角 微处理 机的性能提高 为更高级的机电一体化产品所采用 典型的机电一体化产品如数控机床 工业机器人 和汽车的电子控制系统等 微机作为关键技术引入了飞行器系统后 使机械 电子系统在高度控制 排气控制 振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用 信息技术驱使机械系统在不同程度上利用 数据库 连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统 这样 对机电一体化的系统设计方法的探 索 成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要 此外 光学也进入了机电一体化 产 生了 光机电一体化 的新领域 进入 90 年代 通信技术进入了机电一体化 机器可像机器人系统 那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及 有些机电一 体化机械可两用 有的在性能上更是多用途的 尤其是微传感器和执行器技术的发展 和半导体技术 以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合 开创了以精密工程和系统集成为特点 的机电一体化新分支 微机电一体化 虽然微加工方法尚未成熟 但将逐渐成为集成控制系统的一个 组成部分 之后 机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展 稳步进入了 21 世纪 二 典型 机电一体化产品的发展趋势 一 数控机床 目前我国是全世界机床拥有量最多的国家 近 320 万台 但数控机床只占约 5 且大多数是普通数控 发达国家数控机床占 10 近些年来数控 机床为适应加工技术的发展 在以下几个技术领域都有巨大进步 1 高速化 由于高速加工技术 普及 机床普遍提高了各方面的速度 车床主轴转速有 3000 4000r min 提高到 8000 10000r min 铣床和加工中心主轴转速由 4000 8000r min 提高到 12000 40000r min 以上 快速移动速度由过去的 10 20m min 提高到 48m min 60m mni 80m min 120m min 在提高速度的同时要求提高运动部件 起动的加速度 由过去一般机床的 0 5G 重力加速度 提高到 1 5G 2G 最高可达 15G 直线电机 在机床上开始使用 主轴上大量采用内装式主轴电机 2 高精度化 数控机床的定位精度已由一 般的 0 01 0 02mm 提高到 0 008 左右 亚微米级机床达到 0 0005mm 左右 纳米级机床达到 0 005 0 01um 最小分辨率为 1nm 0 000001mm 的数控系统和机床已问世 数控中两轴以上 插补技术大大提高 纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1u 的圆度 插补前多程序预读 大大 14 提高了插补质量 并可进行自动拐角处理等 3 复合加工 新结构机床大量出现 如 5 轴 5 面体 复合加工机床 5 轴 5 联动加工各类异形零件 同时派生出各种新颖的机床结构 包括 6 轴虚拟轴机 床 串并联绞链机床等 采用特殊机械结构 数控的特殊运算方式 特殊编程要求 4 使用各种 高效特殊功能的刀具使数控机床 如虎添翼 如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排 除切屑 在转深孔时大大提高效率 加工刚件切削速度能达 1000m min 加工铝件能达 5000m min 5 数控机床的开放性和联网管理 数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求 它不 仅是提高数控机床开动率 生产率的必要手段 而且是企业合理化 最佳化利用这些制造手段的方法 因此 计算机集成制造 网络制造 异地诊断 虚拟制造 并行工程等等各种新技术都在数控机床基 础上发展起来 这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主要潮流 二 自动机与自动生产线 在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械 自动生产线及各种自动化设备 是当前机电一体 化技术应用的又一具体体现 如 2000 80000 瓶 h 的啤酒自动生产线 18000 120000 瓶 h 的易拉 罐灌装生产线 各种高速香烟生产线 各种印刷包装生产线 邮政信函自动分捡处理生产线 易拉罐 自动生产线 FEBOPP 型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等 这些自动机或生产线中广泛应用 了现代电子技术与传感技术 如可编程序控制器 变频调速器 人机界面控制装置与光电控制系统等 我国的自动机与生产线产品的水平 比 10 多年前跃升了一大步 其技术水平已达