机电一体化技术现状及发展

机电一体化技术现状及发展趋势,2007年5月,2020/6/9,2,目录,一、机电一体化的定义二、机电一体化技术的战略地位三、机电一体化技术的发展现状四、机电一体化的发展趋势,2020/6/9,3,一、机电一体化的定义,日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念，当时他们取名为“Mechatronics”，即结合应用机械技术和电子技术于一体。Mechanics（机械学）+Electronics（电子学）目前,国际上普遍采用日本机械振兴协会的定义：“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。”,2020/6/9,4,机电一体化技术是多种现代技术的融合,机械制造技术电子技术信息处理技术测试传感器技术控制技术接口技术计算机技术伺服驱动,机电一体化技术,2020/6/9,5,机电一体化技术在制造业中的应用,机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加工中心和机械手发展到智能机器人、柔性制造系统（FMS,FlexibleManufacturingSystem）、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集于一体的计算机集成制造系统（CIMS,ComputerIntegratedManufactureSystem),2020/6/9,6,机电一体化系统的组成,机电一体化系统的组成要素及功能(a）机电一体化系统的组成要素;(b）机电一体化系统的功能,2020/6/9,7,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,美国机器协会（RIA）：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。,1国际上关于机器人的几种定义（1）：,2020/6/9,8,日本工业机器人协会：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,1国际上关于机器人的几种定义（2）：,2020/6/9,9,国际标准化组织（ISO）：机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,1国际上关于机器人的几种定义（3）：,2020/6/9,10,中国：机器人是一种拟人功能的机械电子装置。,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,1国际上关于机器人的几种定义（4）：,2020/6/9,11,1958年，美国推出了世界上第一台工业机器人实验样机。1967年，日本引进了美国的工业机器人技术，经过消化、仿制、改进、创新，到1980年，机器人技术在日本取得了极大的成功与普及。80年代以来，国际机器人的发展速度平均保持在2530年增长率，所生产的机器人主要用于改善恶劣的工作条件。我国机器人技术起步较晚，1987年，北京首届国际机器人展览会上，我国展出了10余台自行研制或仿制的工业机器人。经过“七五”、“八五”攻关，我国研制和生产的工业机器人已达到了工业应用水平。,2机器人工业发展史：,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,2020/6/9,12,数控技术：用数字信号构成的控制程序对某一对象进行控制的一门技术，简称NC(NumericalControl）。它所控制的一般是位移、角度、速度等机械量，也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量。采用数控技术进行控制的生产机床即为数控机床。,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,3数控机床的定义：,2020/6/9,13,随着生产和科学技术的发展，对制造机械产品的设备机床提出了三高要求（高性能、高精度、高自动化）。现代生产中，单件和小批量产品占到7080，而且产品改型相当频繁，这些都要求机床能够适应产品的变化。原来这些产品都是在通用机床、组合机床和自动机床上生产，这种加工方式已经不能适应现代生产的要求。,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,4数控机床的产生（1）：,2020/6/9,14,现代生产往往是单件、小批量、精度高、复杂型面零件的加工。1952年美国PARSONS公司和MIT研制了第一台三坐标的数控铣床。这种机床对于不同零件的加工只需要改变加工程序，而不需改变机床硬件。,机器人和数控机床是机电一体化的最重要应用,4数控机床的产生（2）：,2020/6/9,15,二、机电一体化技术的战略地位,实现机电一体化,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。农业是立国之本，工业是强国之路。机电一体化技术又是现代工业的关键技术。,2020/6/9,16,机电一体化技术的战略地位,机电一体化占据主导地位是制造产业发展的必然趋势,而制造产业是整个科学技术和国家经济发展的基础工业,因而机电一体化在当前激烈的国际政治、军事、经济竞争中起着举足轻重的作用,受到各工业国家的极大重视。,2020/6/9,17,三、机电一体化技术的发展现状,1.国外机电一体化技术的发展现状1）机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。工业发达国家,数控机床占机床总数的30%40%;工业机器人正向智能化和智能系统的方向发展,数量在未来十年将以25%30%的速度增长。智能机器人将逐步进入办公、管理、娱乐、家庭等各个领域。,2020/6/9,18,背包机器人PackBot,装配工业机器人,1.国外机电一体化技术的发展现状,2020/6/9,19,美国陆军“魔爪”武装机器人,武装机器人“剑”,美军在伊拉克和阿富汗已经部署了5000多台机器人,1.国外机电一体化技术的发展现状,2020/6/9,20,目前日本的工业机器人生产量占全世界工业机器人的70%左右，与工业机器人相关的专利则有90%以上掌握在日本企业手中。由此也可以看出，日本是名副其实的机器人王国。美国、德国分别居二、三位。,1.国外机电一体化技术的发展现状,2020/6/9,21,在数控机床方面，目前世界最大的3家厂商是：日本FANUC、德国西门子、日本三菱。在重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，日、德、意、美等国居于前列。数控机床的定位精度已由一般的0.010.02mm提高到0.008mm左右，亚微米级机床达到0.0005mm左右，纳米级机床达到0.0050.01m，最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已有产品。,1.国外机电一体化技术的发展现状,2020/6/9,22,意大利产五轴联动立式加工中心,2020/6/9,23,2)机电一体化从单机向整个制造业的集成化过渡。计算机集成制造系统(CIMS)是当今世界制造业发展的总趋势,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。CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态的最优综合。,1.国外机电一体化技术的发展现状,2020/6/9,24,3)激光技术进入机电一体化领域。光机电一体化是机电一体化技术发展的重要方向,是当今信息业与制造业的最佳结合点。4)微细加工技术与设备突飞猛进。微机电技术及其产业的高速发展,带动了大量高新技术的兴起。,1.国外机电一体化技术的发展现状,2020/6/9,25,1)数控技术方面。我国从1985年开始研究数控技术,经过20多年的发展,基本掌握了关键技术,建立了多处数控开发和生产基地,初步形成了自己的数控产业。,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,26,苏州市精业机电设备有限公司五轴联动加工中心,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,27,新闻联播：通过自主创新，我国数控机床国内市场产量已经达到8万6千多台，是六年前的8倍。新闻联播：中国机床工具工业协会总干事长吴柏林：我们有信心在今后5-10年，使我们的数控机床（国内市场）占有率提高到50%以上。,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,28,2)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,可生产部分机器人的关键元器件,并开发出喷漆、焊接、装配、搬运及能前后行走、爬墙、水下作业的多种机器人。,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,29,2005年09我国自主研制的仿人机器人“汇童”，高米，重公斤,具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能,实现了前进、后退、侧行、转弯、上下台阶及未知地面情况下的稳定行走。,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,30,2007年10月，哈工大计算机学院展出的机器人随着音乐表演团体操,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,31,3）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。,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,32,某CIMS系统结构,2.国内机电一体化发展现状,2020/6/9,33,四、机电一体化的发展趋势,1.智能化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。,2020/6/9,34,2.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。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,2020/6/9,35,3.微型化国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。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。,2020/6/9,36,4.模块化模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,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。,2020/6/9,37,5.网络化网络技术的飞速发展对机电一体化有重大