机电一体化原理及应用绪论

机电一体化原理及应用,海军航空工程学院飞行器工程系机械基础教研室,教学内容及考核方式,考试成绩（70%）+讲课成绩（20%）+实验成绩（10%）,选取典型机电一体化系统，讲解组成及工作原理。（4学时）,机电一体化原理及应用绪论,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,一、机电一体化定义,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,一、机电一体化定义,机电一体化又称机械电子工程（Mechatronics=Mechanics+Electronics）,机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最优化而建立的一门新的科学技术。,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,一、机电一体化定义,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,一、机电一体化定义,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,一、机电一体化定义,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,一、机电一体化定义,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,二、机电一体化的发展过程,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,二、机电一体化的发展,萌芽阶段,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,二、机电一体化的发展,发展阶段,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,二、机电一体化的发展,发展阶段,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,二、机电一体化的发展,发展阶段,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,二、机电一体化的发展,发展阶段,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,二、机电一体化的发展,智能化阶段,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,三、机电一体化系统的基本组成要素,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,三、机电一体化系统的基本组成要素,机电一体化原理及应用绪论,三、机电一体化系统的基本组成要素,1.结构组成要素：,机械支持结构，机身框架连接（机械本体）,2.动力组成要素：,提供能量和动力（动力和驱动部分）,3.运动组成要素：,驱动对象完成动作要求（执行机构）,4.感知组成要素：,传感测试部分,5.智能组成要素：,控制及信息单元,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,三、机电一体化系统的基本组成要素,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,三、机电一体化系统的基本组成要素,(一)接口耦合,两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同、信号强弱相差悬殊等原因，必须通过接口耦合（传输信号必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范）才能保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。,机电一体化原理及应用绪论,第一节机电一体化基本概念,三、机电一体化系统的基本组成要素,(三)信息控制,系统控制单元在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的机电一体化信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,一、机电一体化系统的理论基础,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,机械技术,计算机与信息处理技术,自动控制技术,传感与检测技术,伺服传动技术,接口技术,系统技术,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(一)机械技术,机械技术的着眼点：与机电一体化系统相适应，满足减小质量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能、增加功能的要求。,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(二)计算机与信息处理技术,计算机技术：包括计算机的软件技术和硬件技术、网络与通信技术、数据技术等。,信息处理技术：包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(三)自动控制技术,1.飞机上的自动驾驶仪,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(三)自动控制技术,2.火炮自动定位系统,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(四)传感与检测技术,超声波传感器,光栅传感器,加速度传感器,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(五)伺服传动技术,伺服传动：由微型计算机通过接口与这些传动装置相连，控制它们的运动，带动工作机械实现直线、回转及其他复杂运动。,步进电机,交流伺服电机,直流伺服电机,电液马达,气动马达,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(六)接口技术,机电一体化原理及应用绪论,第二节机电一体化理论基础与共性关键技术,二、机电一体化系统的共性关键技术,(七)系统技术,系统技术：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，设计具有较强竞争力的机电一体化系统的技术。,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,一、先进制造技术概念,先进制造技术：以提高综合效益为目的，以人为主体，以计算机技术为支柱，综合应用信息、材料、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术，研究并改造传统制造过程作用于产品整个生命周期的所有适用技术的总称。,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,一、先进制造技术概念,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,二、先进制造技术,(一)并行工程-CE,并行工程：是对产品设计及其相关过程（制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。,并行工程优点：1.减小管理层次，生产环节高度协调；2.缩短产品开发生产周期；3.减小返工和资源浪费，降低生产成本，提高经济效益。,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,二、先进制造技术,(二)柔性制造系统-FMS,柔性制造系统：是一种适用于多品种小批量的自动化加工系统，该系统不仅能自动加工，还可以在各个工位加工不同的零件。,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,二、先进制造技术,(二)柔性制造系统-FMS,柔性制造系统特点：无固定加工节拍和顺序，能按控制指令适时自动运料、自动加工和从一种工件转换到另一种工件。,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,二、先进制造技术,(二)柔性制造系统-FMS,加工某种零件时系统作出必须的调整变化（更换刀具、夹具、工件定位和NC程序等）的难易程度。,系统中能同时投入加工零件品种的多少。,系统对新产品的适应能力为产品柔性。,系统临时变更加工路径的能力。,系统在具有经济效益的前提下，加工某种零件的批量能小到何种程度。,系统便于扩展的能力。,系统内机床设备相互替代，改变作业顺序的柔性。,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,二、先进制造技术,(二)柔性制造系统-FMS,机电一体化原理及应用绪论,第三节现代制造业中的机电一体化技术,二、先进制造技术,(二)柔性制造系统-FMS,机电一体化原理及应用绪论,第四节机电一体化发展趋势,一、机电一体化的高性能化发展趋势,机电一体化原理及应用绪论,第四节机电一体化发展趋势,二、机电一体化的智能化发展趋势,智能机器人,通过视觉、触觉和听觉等各类传感器检测工作状态，根据实际变化过程反馈信息并作出判断与决定。,机电一体化原理及应用绪论,第四节机电一体化发展趋势,二、机电一体化的智能化发展趋势,数控机床的智能化,通过各类传感器对切削加工前后和加工过程中的各种参数进行监测，并通过计算机系统作出判断，自动对异常现象进行调整和补偿，以保证加工过程的顺利进行，并加工出合格产品。,二、机电一体化的智能化发展趋势,机电一体化原理及应用绪论,1.诊断过程智能化,2.人机接口的智能化,3.自动编程的智能化,4.加工过程的智能化,诊断功能的强弱是评价一个系统性能的重要智能指标之一。推理机制、自动检错、纠错、系统的有效度。,（1）素材形状和加工形状的图形显示。,（2）自动工序的确定。,（3）使用刀具、切削条件的自动确定。,（4）刀具使用