机电一体化系统设计概述.ppt

1 2 3 4 5 6 7 8 系统 产品 基本构成 9 机电一体化系统的功能构成及价值评价系统目的功能 10 11 机电一体化系统的内部功能 12 CNC机床的内部功能构成 13 14 机电一体化系统的内部功能与系统价值评价 15 16 17 为充分发挥机电一体化的三大效果 使系统 或产品 得到最佳性能 一方面要求设计机械系统时应选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数 同时也要求设计控制系统时 应根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数 综合应用机械技术和微电子技术 使二者密切结合 相互协调 相互补充 充分体现机电一体化的优越性 18 19 构成要素之相互联系 20 根据接口的变换 调整功能 可将接口分成以下四种 1 零接口 不进行任何变换和调整 输出即为输入等 仅起连接作用的接口 称为零接口 例如输送管 接插头 接插座 接线柱 传动轴 导线 电缆等 2 无源接口 只用无源要素进行变换 调整的接口 称为无源接口 例如齿轮减速器 进给丝杠 变压器 可变电阻器以及透镜等 3 有源接口 含有有源要素 主动进行匹配的接口 称为有源接口 例如电磁离合器 放大器 光电耦合器 D A转换器 A D转换器以及力矩变换器等 4 智能接口 含有微处理器 可进行程序编制或可适应性地改变接口条件的接口 称为智能接口 例如自动变速装置 通用输入 输出LSI 8255等通用I O GP IB总线 STD总线等 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 机电一体化系统 产品 的设计流程 33 34 35 36 1 6机电一体化工程与系统工程 给定机电一体化系统 产品 目的功能 与 规格 后 机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计 制造的整个过程为机电一体化工程 表1 3系统工程与机电一体化工程 37 38 39 40 机电一体化系统开发工程的流程图 41 二 机电一体化系统设计的现代设计方法不同种类的机电一体化系统 其设计方法也不尽相同 现代设计方法与用经验公式 图表和手册为设计依据的传统设计方法不同 它是以计算机为辅助手段进行机电一体化系统 产品 设计的有效方法 其设计步骤通常是 技术预测 市场需求 信息分析 科学类比 系统设计 创新性设计 因时制宜地选择各种具体的现代设计方法 相似设计法 模拟设计法 有限元设计法 可靠性设计法 动态分析设计法 优化设计法等 机电一体化系统设计的质量综合评价等 科学技术日新月异 技术创新发展迅猛 现代设计方法的内含在不断扩展 新概念层出不穷 例如 计算机辅助设计与并行工程 虚拟设计 快速响应设计 绿色设计 反求设计 等等 42 1 计算机辅助设计与并行工程计算机辅助设计 CAD 是设计机电一体化产品 系统 的有力工具 用来设计一般机械产品的CAD的研究成果 包括计算机硬件和软件 以及图像仪和绘图仪等外围设备 都可以用于机电一体化产品 系统 的设计 需要补充的不过是有关机电一体化系统 产品 设计和制造的数据 计算方法和特殊表达的形式而已 并行工程 concurrentengineering CE 是把产品 系统 的设计 制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合 并行 协调的一种工作模式 这种工作模式力图使开发者们从一开始就考虑到产品全寿命周期 从概念形成到产品 系统 报废 内的所有因素 并行工程的目标是提高产品 系统 的生命全过程 包括设计 工艺 制造 服务 中的全面质量 降低产品 系统 全寿命周期内 包括产品设计 制造 销售 客户应用 售后服务直至产品报废处理等 的成本 缩短系统的研发周期 并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行 交互 协调的工作模式进行产品 系统 设计 就是说 在设计过程中对产品 系统 寿命周期内的各个阶段的要求尽可能同时进行交互式协调 43 计算机辅助设计与并行工程 44 虚拟产品是虚拟环境中的产品模型 是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像 虚拟产品设计是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计 是在基于多媒体的 交互的渗入式或侵入式的三维计算机辅助设计环境中 设计者不仅能够直接在三维空间中通过三维操作 语言指令 手势等高度交互的方式进行三维实体建模和装配建模 并且最终生成精确的产品 系统 模型 以支持详细设计与变型设计 同时能在同一环境中进行一些相关分析 从而满足工程设计和应用的需要 2 虚拟产品设计 45 快速响应设计是实现快速响应工程的重要一环 快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境 不断迅速开发适应市场需求的新产品 系统 以保证企业在激烈竞争环境中立于不败之地的重要工程 实现快速响应设计的关键是有效开发和利用各种产品 系统 信息资源的高度存储 传播及加工的能力 主要采取三项基本策略 以达到对产品 系统 设计需求的快速响应 这三项策略是 利用产品信息资源进行创新设计或变异性设计 虚拟设计 利用数字化技术加快设计过程 远程协同 分布设计 概括讲 这些策略就是信息的资源化 产品 系统 的数字化 设计的网络化 3 快速响应设计 46 绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念 所谓绿色设计 是在新产品 系统 的开发阶段 就考虑其整个生命周期内对环境的影响 从而减少对环境的污染 资源的浪费 使用安全和人类健康等所产生的负作用 绿色产品设计将产品 系统 寿命周期内各个阶段 设计 制造 使用 回收处理等 看成一个有机整体 在保证产品良好性能 质量及成本等要求的情况下 还充分考虑产品 系统 的维护资源及能源的回收利用以及对环境的影响等问题 4 绿色设计 47 传统产品设计与绿色产品设计 48 反求设计思想属于反向推理 逆向思维体系 反求设计是以现代设计理论 方法和技术为基础 运用各种专业人员的工程设计经验 知识和创新思维 对已有的产品 系统 进行剖析 重构 再创造的设计 如某种系统 产品 仅知其外在的功能特性而没有其设计图纸及相关详细设计资料即其内部结构为一 暗箱 在某种情况下需要进行具体的反向推理来设计具有同等外在功能特性的系统 产品 时 运用反求设计方法进行设计极为合适 从某中意义上来说 反求设计就是设计者根据现有机电一体化系统 产品 的外在功能特性 利用现代设计理论和方法 设计能实现该外在功能特性要求的内部子系统并构成整个机电一体化系统 产品 的设计 5 反求设计 49 网络上合作设计是现代设计方法最前沿的一种方法 其核心是利用网络工具来汇集设计知识与资源及知识获取的方法进行设计 它包含了设计所需要的网络上提供的知识以及获取这些知识的过程与所需的各种资源 在技术进步日新月异的今天 系统 产品 的设计更加依赖于新知识的汇集与获取 应该看到 国内外有着丰富的设计知识和潜在的设计资源 称之为 知识获取资源 而拥有这些资源的单位往往在某些技术领域雄踞一方 如果能利用现代化的网络技术将这些知识 资源有效地集中 实现资源的共享 将是实现网络合作设计的必由之路 也将是实现技术创新和跨越式发展的重要途径之一 6 网络上合作设计 50 51 4 伺服驱动技术 伺服驱动技术主要是指执行元件中的一些技术问题 伺服驱动包括电动 气动 液动等各种类型 伺服驱动技术对产品质量产生直接影响 机电一体化系统 产品 对机电转换部件 如电磁螺线管 电动机 液压马达等 执行元件的精度要求更高 可靠性更好 响应速度更快 对直流伺服电机 要求控制性能更好 速度和扭矩特性更稳定 交流调速系统的难点在于变频调速 电子逆变技术 矢量变换技术等 5 精密机械技术 机电一体化产品对精密机械提出的新要求有减轻重量 缩小体积 提高精度 提高刚度 改善动态性能等 减轻重量 缩小体积 不能降低机械的刚度 除考虑静态 动态的刚度及热变形的问题外 还要提高导轨面的刚度 6 系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发 用系统的