《智能机电系统设计与开发》课件 第一章-绪论

1.1概述1.2智能机电系统的关键技术及发展趋势1.3智能机电系统的开发类型及流程第一章绪论1.智能机电系统的基本概念及组成1.1概述

基本概念

智能机电系统通常是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能的基础上引入微电子技术，将机械装置和电子装置用相关软件有机结合而成的系统。智能机电系统广泛应用于制造、汽车、航空、航天、航海、医疗、食品等领域，例如数控机床、智能汽车、火星探测器、深海探测器、机器人以及装配生产线等。1.智能机电系统的基本概念及组成1.1概述

系统组成

一个典型的智能机电系统通常由机械系统、驱动系统、动力系统、感知系统以及控制系统五个子系统组成。机械系统主要包括支承部件、传动部件和执行部件等，用于连接其他要素并形成一个有机整体。1.智能机电系统的基本概念及组成1.1概述

驱动系统：主要包括电力驱动、液压驱动和气压驱动等几种类型，其作用是为机械系统提供所需要的运动和动力。

1.智能机电系统的基本概念及组成1.1概述

动力系统：为驱动系统、感知系统和控制系统提供动力源，以确保其他系统正常工作，如电源、液压源、气源等。

1.智能机电系统的基本概念及组成1.1概述

感知系统：利用传感器及检测等技术将产品运行过程中自身和外界环境中的各种参数。1.智能机电系统的基本概念及组成1.1概述

控制系统：利用计算机、运动控制卡、以及输入输出设备等硬件和控制软件，对来自传感系统的反馈信息和外部输入命令进行处理、运算和决策。2.智能机电系统的主要特点及应用1.1概述

综合性、系统性强结构简单，操作方便，效率高精度高，功能全可靠性高、稳定性好自动化、柔性化、智能化程度高

主要特点

2.智能机电系统的主要特点及应用1.1概述

工业生产

应用

2.智能机电系统的主要特点及应用1.1概述

社会服务

2.智能机电系统的主要特点及应用1.1概述

科学探索

1.关键技术1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

机械技术

机械技术是智能机电系统设计与开发的基础，主要包括机械设计、加工工艺和制造技术等。感知技术

感知技术是指对产品运行状态和环境进行实时检测及反馈的技术，主要包括传感信号的感知、辨识、提取与处理技术等，是产品实现自动化、智能化的关键环节1.关键技术1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

伺服驱动技术

伺服驱动技术的主要研究对象是伺服驱动单元及其驱动装置，作用是根据控制指令，控制驱动元件使机械运动部件按照指令要求动作，并保持良好的工作性能。自动控制技术

自动控制技术主要包括自动控制方法、控制系统设计技术、系统仿真技术、现场调试技术及运行测试技术等方向。常见控制方法有程序控制、PID控制、前馈控制、自适应控制、自学习控制等方法。1.关键技术1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

信息处理技术

信息处理技术主要是指产品在工作过程中信息的交换、存取、运算、诊断和决策等技术。物联网技术

物联网技术（InternetofThings，IoT）是指通过信息传感设备实时采集物体或过程中的各种有用信息，并按约定协议与网络连接，通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能的技术。1.关键技术1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

故障诊断技术

故障诊断技术是指综合利用各种监测、检查和测试手段，进行故障发现、故障诊断、故障预测的技术。系统总体技术

系统总体技术是指围绕系统整体目标，使用系统工程设计方法，将系统分解成相互有机联系的若干功能单元，找出各功能单元的具体实现技术方案，然后再把功能和技术方案组合并进行分析、评价和优选的综合应用技术。2.发展趋势1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

随着科学技术的发展和社会经济的进步，我们已经或即将迈入全面数字化、信息化、网络化和智能化时代。面向我国智能机电行业领域需求的不断扩大和对产品功能、性能要求的不断提高，未来的智能机电系统将向高性能化、模块化、网络化、智能化、微型化、集成化、绿色化以及人性化等方向发展。2.发展趋势1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

高性能化

在产品的高速度、高精度、高效率和高可靠性等方面，一直是产品开发持续追求的目标。模块化主要体现产品零部件的通用性和互换性，提高产品的可装配性、可维修性，以减少产品的开发、生产和服务成本。网络化主要体现在网络互联、数据分析、智慧管理以及智能服务等方面。智能化主要体现在产品设计、生产、使用、维护的智能化等方面。2.发展趋势1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

微型化

主要体现在微观领域的发展。例如，微机电一体化系统（MEMS，一般几何尺寸不超过1cm3）因体积小、能耗少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有很好的发展前景。2.发展趋势1.2

智能机电系统的关键技术及发展趋势

绿色化

主要体现在低能源消耗、低材料消耗、健康环保以及可再生利用等方面。人性化主要体现在人-机-环的协同上，强调以人为本，注重使用者在产品的便利性以及心理甚至精神需求方面的尊重和满足。1.开发类型1.3

智能机电系统的开发类型及流程

智能机电系统种类繁多，覆盖面极为广泛，且涉及多学科专业技术领域，其开发目的是综合运用各项关键技术，实现产品（或系统）内部各单元之间的合理匹配和最佳的整体效能。智能机电系统常见的开发类型分为原创型和适应型两种。1.开发类型1.3

智能机电系统的开发类型及流程

原创型

原创型开发就是指在既无参考产品又无具体方案的情况下，根据产品功能、性能等要求进行原创性研究开发，是一个从无到有的创造过程。例如，最初的新能源汽车、人形机器人、空间站以及天文望远镜等均属于原创型智能机电系统。1.开发类型1.3

智能机电系统的开发类型及流程

适应型

适应型开发就是指在产品主要原理和设计方案基本保持不变的情况下，通过技术更新、功能及结构改进等方式，使产品功能增加、性能和质量提高、成本降低、效率提升等的开发方式。2.开发流程1.3

智能机电系统的开发类型及流程

随着社会经济和科学技术的进步和发展，人们对开发新产品的要求越来越高，不但要物美、价廉，更要被消费者所接受。因此，基于产品全生命周期管理理念，智能机电系统的开发一般从市场或需求出发，其研发流程通常包括产品规划、总体设计、详细设计、生产制造以及运营服务等五个环节。2.开发流程1.3

智能机电系统的开发类型及流程

产品规划阶段

在产品规划阶段，需要围绕总体目标开展市场调研、资料收集、需求分析、市场预测、可行性分析、经济性分析以及机理分析等工作，确定产品用途、工作方式、主要参数、技术指标以及使用环境等要求，最终形成设计任务书，作为后续开发环节的依据。2.开发流程1.3

智能机电系统的开发类型及流程

总体设计阶段

在总体设计阶段，需要根据设计任务书中提出的一系列要求，从智能机电系统的基本组成入手，进行总体方案设计与评价。主要包括产品的总体布局设计、概念设计等部分。2.开发流程1.3

智能机电系统的开发类型及流程

详细设计阶段

在详细设计阶段，是根据确定后的原理方案从技术层面完成所有细节内容具体化实现的过程，最终形成产品样机试制所需全部技术图纸、设计说明书及相关技术文件。该阶段的目的是为产品样机试制提供详细的技术档案资料和参考依据。2.开发流程1.3

智能机电系统的开发类型及流程

生产制造阶段

在生产制造阶段，需要进行产品的样机试制、试验与运行测试、评价与定型等工作。样机试制主要包括零部件的工艺设计与加工、外购件的采购以及机械系统、控制系统等内容。2.开发流程1.3

智能机电系统的开发类型及流程

运营服务阶段

在运营服务阶段，主要目标是通过不断改进和创新，实现产品质量的不断提高、市场份额的不断扩大和用户满意度的持续提升，保持产品的竞争力不断增强。产品运营服务主要包括市场推广、销售、售后服务、产品改进