机电一体化论文(勿抄).docx

莱芜职业技术学院毕业论文 莱芜职业技术学院机电工程系2016届毕业生毕业论文论文题目 机电一体化发展与应用 专 业年 级学 号姓 名联 系 方 式指 导 教 师职称：完 成 日 期： 年 月 日目录【摘要】3【关键词】3一、第一章 机电一体化概述3二、第二章 机电一体化的发展现状4(一)国内机电一体化发展现状4三、第三章 机电一体化技术的应用5(一)机电一体化技术在钢铁企业中的应用5(二)机电一体化技术在汽车行业中的应用6(三)机电一体化技术与自动生产线6(四)机电一体化技术在机器人中的应用7四、第四章 机电一体化技术的发展趋势7(一)智能化7(二)数字化8(三)模块化8(四)网络化8(五)人性化9(六)微型化9(七)环保化10五、第五章 结束语10六、第六章 参考文献1010莱芜职业技术学院毕业论文 【摘要】社会科学技术的飞速发展，给社会生活生产带来了巨大的影响，对于现在发展较快的机电一体化技术，得到广泛的应用，同时也促进了社会经济的发展。机电一体化是现代科技发展的必然结果,具有广阔的发展前景。本文简述了机电一体化技术的基本概念、应用领域和发展方向。在数控机床、自动机与自动生产线、机器人、汽车电子化产品具有十分现实的意义。并且在光机电一体化、自律分配系统化、全息系统化、生物一一软件、微型机电化是机电一体化的重要发展方向。【关键词】机电一体化 应用 发展Abstract society the rapid development of science and technology, a huge impact on social life, for now the rapid development of technology, is widely applied, but also to promote the social and economic development. Mechatronics is the inevitable result of the development of modern science and technology, has a bright future. This paper describes the technology of basic concepts, applications and development. In CNC machine tools, automatic machines and automatic production lines, robot, auto electronic products is of great practical significance. Systematize and optical-mechanical-electrical integration, self-distribution, holographic systematization, software, micro-electro-mechanical creatures one by one is an important development direction of Mechatronics. Key words Mechatronics application development一、 第一章 机电一体化概述在不断的发展过程中，机电一体化已经成为一门具有单独体系的新型科学，在不断发展相关技术的同时，对于机电一体化技术我们要不断的更新，但是对于机电一体化技术中基本特征都是相同的，其中主要就是机电一体化系统，具有综合运用机械技术、自动控制技术、计算机技术、电力电子技术和微电子技术等组成，将各个技术融合起来，对于现实的一些特定功能的价值，同时让整个系统处于最优化的系统工程技术，也就是促进机电一体化技术的发展。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。初级的机电一体化产品是指采用微电子技术代替和完善机械产品中的一部分，以提高产品的性能；而高级的机电一体化产品是利用机电一体化技术使机械产品实现自动化、数字化和智能化，并使产品性能实现质的飞跃。因此，机电一体化是在机械产品中的机构主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术和计算机技术，并将机损装置和电子设备以及计算机软件等有机结合起来构成的系统总称。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。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。目前机电一体化的研究和开发主要包括计算机数控系统、机器人、计算机辅助设计辅助制造系统、柔性制造系统和计算机集成制造系统等。机电一体化产品和系统的特点是产品和系统功能的实现是机构中所有部分功能共同作用的结果，这与传统机电设备中机械与电子系统相对独立，可以分别工作具有本质的区别。二、 第二章 机电一体化的发展现状机电一体化的发展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。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。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。(一) 国内机电一体化发展现状我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863计划”。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。虽然目前国内机电一体化技术与日本、欧美等先进国家相比仍有一定差距6，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，并取得了一定的成绩。（1）数控技术方面。我国数控技术起步于1958年，在“九五”末期,国产数控机床的国内市场占有率达50%,配国产数控系统(普及型)也达到了10%。纵观我国数控技术近50年的发展历程,特别是经过4个5年计划的攻关,总体来看取得了很好成绩。目前,已具有年产数控系统3000多套、主轴与进给装置5000多套的生产能力。近十年来,普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密级加工中心则从35m,提高到11.5m,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。（2）工业机器人方面。我国1986年将机器人的研究开发列入国家科技计划,现已掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统和软件编程技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人的关键元器件,并进入实用化阶段，开发出弧焊、点焊、喷漆、装配、搬运、注塑、冲压及能前后行走、爬墙、水下作业的多种机器人。目前，国内相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化制造技术，解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术，机器人软件的设计和编程等关键技术，还掌握弧焊、点焊及大型机器人自动生产线（工作站）与周边配套设备的开发和制备技术。现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专门从事机器人产业开发的企业有50家以上，中国市场上总共拥有近万台工业机器人，其中完全国产的工业机器人（行业内规模比较大的前三家工业机器人企业）行业集中度占30%左右。（3）计算机集成制造系统方面。我国经过多年的理论和技术准备,CIMS已经有了较快发展。目前,已在清华大学建成国家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心9。2000年,全国已有20多个省市、10多个行业、200多家不同规模和类型的企业通过实施CIMS应用示范工程,取得了巨大的经济效益。当前,CIMS的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域,正得到各行各业越来越多的关注和投入。三、 第三章 机电一体化技术的应用 (一) 机电一体化技术在钢铁企业中的应用 （1）在钢铁企业中的应用有很多，对于机电中计算机集成制造系统，在这种系统中的运用主要就是将人与生产的管理和生产经营控制整个过程形成一个整体，可以很好的实现从原材料到产品的整个过程的全面管理，保证一体化的控制。（2）现场总线技术（FBT）这也就是常用的技术，主要就是把现场链接设置的仪表与设置的控制在设备的数字和通信链路。通过采用现代的信息技术，实现信息的智能化传输，可以通过相关媒体进行有效控制，同时还能实现双向控制。（3）交流传动技术也是钢铁企业中常用的技术，对于电力电子技术和微电子技术的运用中，交流调速技术运用非常广泛，发展速度非常快，运用优越的交流技术在钢铁企业中十分普遍，数字技术的发展让矢量控制技术实施比较难实现，交流调速系统也不能达到要求 。（4）开放式控制系统也就是指将信息交换规则形成共识，按照相应的标准设计系统可以很好的实现厂家产品的兼容和互换，充分实现资源共享，对于开放控制系统也就是通过现代通信技术将各种控制设备和计算机相结合，从而达到控制与经营管理的集成，通过对其进行整体控制实现测量和控制一体化。(二) 机电一体化技术在汽车行业中的应用 机电一体化技术在各个行业得到广泛运用，在汽车行业中主要有微机控制发电机系统、汽车雷达系统、行车制动系统中得到应用，主要体现在一下几点：（1）通过微机控制发电机系统控制发电单元的重要部位，利用微处理器的发动机集成大规模电路，在对每个传感器接受的信号传输到发电机，信号模拟利用数字模式变为较强的信号数字，再通过信号数字将这些信息作为基础，同时在控制发电机中的燃料需求比较大，对点火时间和循环排气效率都有计算，最后得到较好的时间进行有效传输，主要是对空气和燃料质量之间作对比，控制之间的比例适量。当燃料与空气的比例增加时，燃料十分稀薄，点火就会非常困难，反之比例减少时，打火就会容易很多。 （2）汽车雷达系统：在我们的生活中我们很多时候都会找停车位，同时还需要倒车，在汽车行驶过程中我们要减速观察周围的环境，同时还要有效的检测周围的障碍物，雷达系统也就是在我们遇到障碍物的是时进行自动报警，提醒司机避免发生交通事故，这在日常生活中运用非常广泛，同时也方便了我们的日常生活。（3）行车制动系统：对于行车制动系统主要就是为了让汽车在行驶过程中能够很好的停车，同时保证汽车行驶的安全性，这也就是行车制动系统的作用，在之前一般都是在汽车后轮上安装汽车制动系统，但是随着汽车质量和行车速度的需要，仅仅靠后轮停车制动根本不能很好的满足刹车，因此在对汽车前轮也安装了行车制动系统，运用了机电一体化技术，也就更好的防止了交通事故的发生。(三) 机电一体化技术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:2000一80000瓶小的啤酒自动生产线;18000一120000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;由B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。(四) 机电一体化技术在机器人中的应用机器人是20世纪人类最伟大的发明之一。从某种意义上讲,一个国家机器人技术水平的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。机器人已在工业领域得到了广泛的应用,而且正以惊人的速度不断向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。毋庸质疑,21世纪机器人技术必将得到更大的发展,成为各国必争的知识经济至高点。 在计算机技术和人工智能科学发展的基础上,产生了具有感知、思维和行动功能的智能机器人,是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息,自主地完成较为复杂的操作任务,比一般的工业机器人具有更大的灵活登、机动性和更广泛的应用领域。智能机器人作为新一代生产和服务工具,在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的位置,如核工业、水下、空间、农业、工程机械(地上和地下)、建筑、医用、救灾、排验、军事、服务、娱乐等方面,可代替人完成各种工作。同时,智能机器人作为自动化、信息化的装置与设备,完全可以进人网络世界,发挥更多、更大的作用,这对人类开辟新的产业,提高生产水平与生活水平具有十分现实的意义。四、 第四章 机电一体化技术的发展趋势 (一) 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。人工智能系统是一个知识处理系统,它包括知识表示、知识利用和知识获取三个基本问题,其最终的目标是模拟人的问题求解、推理、学习。人工智能在机电一体化建设中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。“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。目前,专家系统、模糊系统、神经网络以及遗传算法,是机电一体化产品(系统)实现智能化的4种主要技术，它们各自独立发展又彼此相互渗透。随着制造自动化程度的不断提高,将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动,并会对制造中出现的问题进行分析、判断、推理、构思和决策全息系统化。机电产品的“全息”功能将越来越明显,智能化程度也越来越高。这主要是由于模糊技术,信息技术,特别是软件和芯片技术的发展。此外,从简单的“自上而下”系统的层次结构的情况已经变成了一个复杂的,有更多的双向链路冗余。(二) 数字化 机电一体化技术在接口技术和为控制其中也是具有一定的基础，同时还要不断的发展电子产品的数字技术，比如发展的数控机床和机器人。同时在计算机网络技术的迅速发展中，我机电产品数字化设计奠定了基础，比如虚拟设计和计算机集成制造等。(三) 模块化 对于机电产品的模块化，相对来说这是一项非常重要而又十分艰巨的任务，对于种类繁多的机电一体化技术，对其研究和开发的难度相对较大，所以对于机电一体化产品的单元模块是一项复杂的工作，同时也非常有前途的工作。机电一体化产品和技术可分为机械、电子和软件三大部分。模块化技术是这三者的共同技术。模块化技术可以减少产品的开发和生产成本，提高不同产品间的零部件通用化程度，提高产品的可装配性、可维修性和可扩展性等。融合机械、电子和软件三大部分的机电一体化模块代表了未来产品的发展方向，具有高度自主性、良好的协调性和自组织性的特点。总之，模块化设计与制造是机电一体化系统的基本方法和发展趋势。随着微处理器性能价格比的迅速提高和微机械电子（MEMS）技术的飞速发展，各种机电一体化模块将越来越多地出现在市场上。利用这些模块，可以迅速方便地设计和制造出各种新的机电一体化产品。机电一体化是许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。21世纪,机电一体化技术将成为机械工业的主角，在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。机电一体化的出现不是孤立的,它是许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。随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。(四) 网络化 网络技术我们每个人都很熟悉，网络技术也深入到各个行业，同时也带来了巨大的改革，在网络普及的社会中，我们应该全面运用网络技术，也要将机电一体化技术面向网络化发展，对于网络技术中远程控制和监督技术也就机电一体化的体现，对于远程控制我们要不断的开发利用。计算机技术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、教育等人们日常生活都带来了巨大的变革，同样也给机电一体化技术带来了重大影响，例如通过网络对机电一体化设备进行远程控制。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(homenet)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(computerintegratedappliancesystem,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。(五) 人性化 人性化是每一个产品发展的必然趋势，在对产品的发展过程中必须保证人性化的发展，对于机电一体化的产品不但要保证产品的性能之外，还要更好的进行造型和色彩方面的协调，让这些产品达到广大人民群众的认同和喜爱，同时也更加贴近自然，更接近生人们活习惯。(六) 微型化目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中产生的亚微米的机械部件。当我们把这个结果用于实际产品,没有必要区分机械部分和控制器。将完全机械和电子的“融合”,机体,执行器,传感器等CPu可以集成在一起,体积很小,和一个自我调控元件的形成的微观机制是机电一体化的重要发展方向。微型化,是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。近十余年来，微机电系统（MicroElectroMechanicSystem,MEMS）,作为机电一体化技术的新尖端分支而倍受重视,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。微机电系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，发展难点在于微机械并不是简单地将大尺寸的机械按比例缩小，由于结构的微型化，在材料、机构设计、摩擦特性、加工方法、测试与定位及驱动方式等方面都产生了一些特殊问题。 微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,可进入一般机械无法进入的空间，并易于进行精细操作，因此在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。因此在生物医学、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。(七) 环保化 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。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6。工业的发展使得资源减少，生态环境受到严重污染。绿色化成了时代的趋势，产品的绿色化更成了适应未来发展的一大特色。如果我们把机械产品和制造机械产品的机械装置统称为机械系统，则机电一体化技术的功能可归