《機電一體化》ppt課件

1、,機電一體化 機械系統(tǒng)設(shè)計,機電工程系機械工程教研室,1 概 論,,1.1 機電一體化的基本含義1.2 機電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素 1.3 機電一體化系統(tǒng)的功能原理設(shè)計和廣義接口、控 制軟件的作用1.4 機電一體化產(chǎn)品的分類 1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢 1.6 本課程的目的和要求 1.7 教學(xué)環(huán)節(jié)1.8 成績評定1.9 參考文獻(xiàn),1.1機電一體化的基本含義,迄今為止，機電一體化沒有統(tǒng)一的定

2、義，就連最早提出這一概念的日本也是說法不一。原因：（1）人們看問題的角度不同，對其理解也就各異 （2）隨著生產(chǎn)活動和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機電一體化 的具體內(nèi)容不斷發(fā)展與更新。,1.1機電一體化的基本含義,日本從1971年開始，就敏感地提出“Mechatronics”這個英語合成的名詞。其中，詞首Mecha表示Mechanics（機械學(xué)）；詞尾tronics表示Electronics（電子學(xué)） 。 日本

3、機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所于1981年提出具有通用性定義:即“機電一體化是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”.它體現(xiàn)了機電一體化產(chǎn)品及其技術(shù)的基本內(nèi)容和特征，所以具有指導(dǎo)性的定義。,1.1機電一體化的基本含義,美國是機電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用得最早的國家。如世界上第一臺數(shù)控機床（1952年）、工業(yè)機器人（1962年）都是美國研制成功的。,數(shù)控機床,焊接機器

4、人,1.1機電一體化的基本含義,美國機械工程師協(xié)會（ASME）的一個專家組，于1984年在給美國國家科學(xué)基金會的報告中，提出了“現(xiàn)代機械系統(tǒng)”的定義： “由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的、用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)和機械和（或）機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。這一含義實質(zhì)上是指多個計算機控制和協(xié)調(diào)的、高級機電一體化產(chǎn)品。,1996年美國機械工程師學(xué)會（ASME) 與電子工程師學(xué)會（IEEE)聯(lián)合創(chuàng)刊的>（IEEE

5、/ASME Transaction on Mechatronics) ，在第一卷1期“編者的話”中，將機電一體化定義為：在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計與制造中，機械工程與電子和智能計算機控制的協(xié)同集成。,1.1機電一體化的基本含義,1981年德國工程師協(xié)會、德國電氣工程技術(shù)人員協(xié)會及其共同組成的精密工程技術(shù)專家組的《關(guān)于精密工程技術(shù)定義為光、機、電一體化的綜合技術(shù)，它包括機械（含液壓、氣動及微機械）、電工與電子、光學(xué)及其不同技術(shù)的組合（電工與電

6、子機械、光電子技術(shù)與學(xué)學(xué)機械），其核心為精密工程技術(shù)。,1.1機電一體化的基本含義,1.1機電一體化的基本含義,20世紀(jì)90年代國際機器與機構(gòu)理論聯(lián)合會（IFTMM)成立了機電一體化技術(shù)委員會（Technical Committee on Mechatronics)，他給出了這樣的定義：機電一體化是精密機械工程、電子控制和系統(tǒng)思想在產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中以協(xié)同結(jié)合。,1.1機電一體化的基本含義,我國一般認(rèn)為機電一體化是機電一體化技術(shù)及其產(chǎn)

7、品的統(tǒng)稱，還將柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）等自動化生產(chǎn)線和自動化制造工程也包括在內(nèi)，這是對機電一體化含義的延拓。,1.1機電一體化的基本含義,機電一體化的六大共性關(guān)鍵技術(shù)：精密機械技術(shù)（機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)）伺服傳動技術(shù)（機電一體化系統(tǒng)的核心部分）傳感檢測技術(shù)（閉環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件）信息處理技術(shù)（控制的基礎(chǔ)技術(shù)）自動控制技術(shù)（計算機控制的關(guān)鍵技術(shù)）系統(tǒng)總體技術(shù)（包括系統(tǒng)的叫體設(shè)計和接口技術(shù)，即用跨學(xué)科

8、的思維能力來進(jìn)行綜合集成）。,1.1機電一體化的基本含義,,1、機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合性技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其他技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。,2、機電一體化產(chǎn)品既不同于傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，也不同于普通的電子產(chǎn)品，它是機械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)，特別是與微處理器或微機有機結(jié)合，從而賦予新的功能和性能的一種新產(chǎn)品。,機電一體化的內(nèi)涵 機械學(xué)（M

9、echanics）+ 電子學(xué)（Electronics） = 機電一體化 或 機械電子工程（Mechatronics） 機電一體化的定義和主要目的 定義：在機械的主功能、動力功能、信息功能、控制功能基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機地結(jié)合所構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。 主要目的：增加機械系統(tǒng)或裝置的附加值和自動化程度。,機電一體化的涵義,總結(jié),淬火機床,MK 28250數(shù)控磨床,

10、數(shù)控砂輪修整器,機電一體化實驗臺,1.2 機電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,機電一體化系統(tǒng)是一種比較復(fù)雜的工程系統(tǒng)，它是由相互關(guān)聯(lián)的、若干種類（如機械、流體、電、磁、光、熱、聲等）元素組成的、具有特定目標(biāo)的有機整體，具有整體性（集 合 性）、關(guān)聯(lián)性、目的性和相對性四個基本屬性，缺一就不可能構(gòu)成一個有目標(biāo)的工程系統(tǒng)。,1.2 機電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,一、機電一體化系統(tǒng)的功能組成,主功能、信息功能、控制功能、動力功

11、能、構(gòu)造功能。 以及各子系統(tǒng)的匹配技術(shù)（核心）—— 接口技術(shù)。,,,,,物質(zhì)能量信息,,系統(tǒng) （變換、傳遞、儲存）,物質(zhì)能量信息,控制,,,,工業(yè)三大要素,具有所需 特性,機電一體化系統(tǒng)的主功能,(人),? 以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息，輸出不同能量（或物質(zhì)）的系統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為動力機，其中輸出機械能的為原動機，如電動機、水輪機、內(nèi)燃機等。,? 以信息處理為主，輸入信息和能

12、量，主要輸出某種信息（如數(shù)據(jù)、圖像、文字、聲音等）的系統(tǒng)(或產(chǎn)品），稱為信息機，如各種儀器、儀表、計算機、傳真機以及各種辦公機械等。,? 以物料搬運、加工為主，輸入物質(zhì)（原料、毛坯等)、能量（電能、液能、氣能等）和信息（操作及控制指令等），經(jīng)過加工處理，主要輸出改變了位置和形態(tài)的物質(zhì)的系統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為加工機，如各種機床、交通運輸機械、食品加工機械、起重機械等。,,,機電系統(tǒng)五種內(nèi)部功能構(gòu)成,CNC機床內(nèi)部功能構(gòu)成,1.2 機電一體化

13、系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,,二、機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素,1.2 機電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成原理及其組成要素,二、機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素,,1、構(gòu)成人體的五大要素：頭腦、感官（眼、耳、鼻、舌、鼻、皮膚）、四肢、內(nèi)臟及軀干。,2、機電一體化五大要素：控制器（計算機）、傳感器、執(zhí)行部件、動力源和機械本體。,,2）動力系統(tǒng)：按照系統(tǒng)控制要求，為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作已完成預(yù)定的主功能。包括電、液、氣等多種

14、動力源。,,1）機械本體：用于支撐和連接其它要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來，形成有機的整體。如機器人的機身、指針式電子手表的表殼。,3）傳感與檢測系統(tǒng)：將機電一體化產(chǎn)品在運行過程中所需的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進(jìn)行測定，為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般有傳感器或儀表來實現(xiàn)，對其要求是體積小、便與安裝與連接、檢測精度高、抗干擾等。,4）信

15、息處理及控制系統(tǒng)：根據(jù)機電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接受傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理、運算和決策，以對產(chǎn)品的運行施以按照要求的控制，實現(xiàn)控制功能。機電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計算機的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口所組成。要求信息處理速度高，A/D 和 D/A轉(zhuǎn)換及分時處理時的輸入/輸出可靠，系統(tǒng)的抗干擾能力強。,5）執(zhí)行部件：在控制信息的作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行部件一般

16、是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構(gòu)。,1.3 機電一體化系統(tǒng)的功能原理設(shè)計和廣義接口、控制軟件的作用,一、機電一體化系統(tǒng)的功能原理設(shè)計,功能原理設(shè)計的宗旨是根據(jù)系統(tǒng)的目的和要求，尋求各種（現(xiàn)有的或新的）物理原理來實現(xiàn)主功能或其它功能的最佳技術(shù)方案或技術(shù)路線，而不是具體的設(shè)計，因而更具有靈活性和創(chuàng)造性。,1）①、②步是在系統(tǒng)設(shè)計中作出重大決策的階段,2）第③、④步是順次進(jìn)行系統(tǒng)的功能設(shè)計。,3）第⑤步是把在第④步所得功能子系統(tǒng)或功能

17、要素分類，多次探索所要完成各個功能的硬件的軟件，從中選定最優(yōu)方案,4）第⑥步是對整個系統(tǒng)進(jìn)行評價，找出需要改善的地方，重點進(jìn)行研究。必要時，重復(fù)進(jìn)行上述步驟，核查審定。,（二）建立四大功能技術(shù)矩陣、尋求可能的技術(shù)方案,建立功能技術(shù)矩陣是提供可行技術(shù)方案的一種方法，其目的是從抽象的功能原理設(shè)計怎樣逐步走向具體化 。,由上表可知，通過組合，在理論上有486個可行的技術(shù)方案,二、機電一體化系統(tǒng)的技術(shù)評價,機電一體化系統(tǒng)的價值通常是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部

18、功能的有關(guān)參數(shù)來進(jìn)行評價的。,此外，機電一體化系統(tǒng)是一種多功能、高性能、高效率、節(jié)能、節(jié)材的高附加值的產(chǎn)品。高質(zhì)量高技術(shù)的最終目標(biāo)是智能機械或具有人工智能的機電一體化系統(tǒng)。,三、廣義接口,機電一體化系統(tǒng)中，最重要的是系統(tǒng)和各要素之間的“廣義接口”這個基本概念 。,機電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素相互聯(lián)系問題—— 接口技術(shù),接口技術(shù)的作用： 為實現(xiàn)機械、電子、信息等各異技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源、信息的傳遞與轉(zhuǎn)換，達(dá)到系統(tǒng)所需的

19、目的功能。接口技術(shù)的功能： 系統(tǒng)輸入/輸出接口信息的匹配。 系統(tǒng)信息的轉(zhuǎn)換、調(diào)整，能源信息匹配。,,（一）接口按其變換與調(diào)整功能的特征分類,1．零接口 不進(jìn)行參數(shù)的變換和調(diào)整，即輸出輸入的直接接口。如聯(lián)軸器、輸送管、插頭、插座、導(dǎo)經(jīng)、電纜等。2．被動接口 僅對被動要素的參數(shù)進(jìn)行變換或調(diào)整。如齒輪減速器、進(jìn)給絲桿、變壓器、可變電阻以及光學(xué)透鏡等。3．主動接口 含有主動要素、并能與被動要素進(jìn)行匹配的接口。如

20、電磁離合器、放大器、光電耦合器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等。4．功能接口 含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件而變化的接口。如自動調(diào)整裝置、通過輸出—輸入芯片（如8255芯片）、RS232串行接口|STD總線、通用接口總線（GPIB）等。,,（二）根據(jù)接口輸入—輸出的性質(zhì)分類,1．信息接口（軟件接口） 邏輯上要滿足軟件的約束條件，如程序設(shè)計的語言、格式、標(biāo)準(zhǔn)、符號等各項規(guī)定。如GB、ISO標(biāo)準(zhǔn)、ASCII碼、C語言等。2．機械接口

21、機械的輸入、輸出部分在幾何上（形狀、尺寸、配合、精度等）要相匹配。3．電氣接口 電氣的物理參數(shù)要相互匹配，如頻率、電壓、電流阻抗等。4．環(huán)境接口 對周圍的環(huán)境條件（溫度、溫度電磁場、放射能、振動、水分、粉塵等）要有具體的要求，如屏蔽、減振、隔熱、防爆、防潮、防放射線等各種防護措施。,,,四、控制軟件在系統(tǒng)中的作用,1.4 機電一體化產(chǎn)品的分類,機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域，因此，機電一體化產(chǎn)品

22、的種類很多，而且還在不斷增加。按照機電一體化產(chǎn)品的功能，可以將其分成下述幾類：,1.4 機電一體化產(chǎn)品的分類,1、數(shù)控機械類,數(shù)控機械類主要產(chǎn)品為數(shù)控機床、工業(yè)機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)和自動洗衣機等。其特點為執(zhí)行機構(gòu)是機械裝置。,2、電子設(shè)備類,電子設(shè)備類主要產(chǎn)品為電火花加工機床、激光測量儀等。其特點為執(zhí)行機構(gòu)是電子裝置。,1.4 機電一體化產(chǎn)品的分類,3、機電結(jié)合類,機電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動探傷機、形狀識別裝置、自動售貨機等。其特點

23、為執(zhí)行機構(gòu)是機械和電子裝置的有機結(jié)合。,4、電液伺服類,電液伺服類主要產(chǎn)品為機電一體化的伺服裝置。其特點為執(zhí)行機構(gòu)是液壓驅(qū)動的機械裝置，控制機構(gòu)是接收電信號的液壓伺服閥。,1.4 機電一體化產(chǎn)品的分類,5、信息控制類,信息控制類主要產(chǎn)品為電報機、磁盤存儲器、磁帶錄像機復(fù)印機、傳真機等辦公自動化設(shè)備。其主要特點為執(zhí)行機構(gòu)的動作完全有所接收的信息控制。,按照用途分:,產(chǎn)業(yè)機械：用于工業(yè)生產(chǎn)的電子控制機械，如數(shù)控設(shè)備信息機械：用于信息處理

24、、存儲的機械如自動化辦公設(shè)備民生機械：用于人民生活的電子機械產(chǎn)品家用電器,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,一、機電一體化技術(shù)體現(xiàn)在產(chǎn)品、設(shè)計、制造以及生 產(chǎn)經(jīng)營管理諸方面的特點,1、簡化機械結(jié)構(gòu)，提高精度,在機電一體化產(chǎn)品中，通常采用調(diào)速電機來驅(qū)動機械系統(tǒng)，從而縮短甚至取消了機械傳動鏈，這不但簡化了機械結(jié)構(gòu)，而且減少了由于機械摩擦、磨損、間隙等引起的傳動誤差。并且，可以用閉環(huán)控制來補償機械系統(tǒng)的誤差，從而提高了系統(tǒng)精度。,

25、1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,,,2、易于實現(xiàn)多功能和柔性自動化,在機電一體化產(chǎn)品中，計算機控制系統(tǒng)，不但取代其它的信息處理和控制裝置，且易于實現(xiàn)自動檢測、數(shù)據(jù)處理、自動調(diào)節(jié)和控制、自動論斷和保護，還可自動顯示、記錄和打印等。此外，計算機硬件和軟件結(jié)合就能實現(xiàn)柔性自動化，并具有很大的靈活性。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,3、產(chǎn)品開發(fā)周期縮短、競爭能力增強,機電一體化產(chǎn)品可以采用專業(yè)化生產(chǎn)的、高質(zhì)量的機電部件，通過綜合集成技

26、巧來設(shè)計和制造，因而不但產(chǎn)品的可靠性高，甚至在使用期限內(nèi)無需維修，從而縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，增強了產(chǎn)品在市場上的競爭能力。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,4、生產(chǎn)方式向高柔性、綜合自動化發(fā)民用工業(yè),各種機電一體化設(shè)備構(gòu)成的FMS和CIMS，使加、檢測、物流和信息流過程融為一體，就可形成人少或無人化生產(chǎn)線、車間和工廠。近10年來，日本有些大公司已采用所謂“靈活的生產(chǎn)體系：，即根據(jù)市場需要，在同一條生產(chǎn)線上可分時生產(chǎn)批量小、型號或品種多

27、的“系列產(chǎn)品家族”，如計算機、汽車、摩托車、肥皂和化妝品等系列產(chǎn)品。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,5、促進(jìn)經(jīng)營管理體制發(fā)生根本性的變化,由于市場的導(dǎo)向作用，產(chǎn)品的商業(yè)壽命日益縮短。為了占領(lǐng)國內(nèi)、外市場和增強競爭能力，企業(yè)必須重視用戶信息的收集和分析，迅捷作出決策，迫使企業(yè)從傳統(tǒng)的生產(chǎn)型各以經(jīng)營為中心的決策管理體制轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理體系的全面計算機化,二、機電一體化的發(fā)展?fàn)顩r,大體上可分為3個階段,1、初期階段：20世紀(jì)6

28、0年代以前，在這一時期，人們自覺或不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。,2、蓬勃發(fā)展階段：20世紀(jì)70～80年代，這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型機算計的迅猛發(fā)展，為機電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。,,3、智能化階段：20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化邁進(jìn)的新階段。一方面光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機

29、電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機電一體化和為機電一體化等新分支，另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行著深入研究。,,4、我國機電一體化的發(fā)展?fàn)顩r,我國從20世紀(jì)80年代初才開始這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要是充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。,現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)促進(jìn)機電

30、一體化的發(fā)展,1、柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System FMS),是一種高效率、高精度、高柔性的加工系統(tǒng)。,從結(jié)構(gòu)上說，柔性制造系統(tǒng)是由計算機中心管理和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設(shè)備（包括數(shù)控機床、材料和工具自動搬運設(shè)備、自動測量及實驗設(shè)備等）。他不但能實現(xiàn)信息流、物料流和加工過程的自動化，還能在一定范圍內(nèi)完成有一種零件加工到另一種零件加工的自動轉(zhuǎn)換。,簡而言之， FMS是一種用計算機網(wǎng)絡(luò)控制的機

31、械加工自動線。所謂柔性，就是一種沒有固定加工順序和生產(chǎn)節(jié)拍，能在不停機調(diào)整的情況下，自動完成不同件加工任務(wù)的功能特性。,2、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS),CIMS就是為了實現(xiàn)制造工廠的全盤自動化和無人化而提出來的。,其基本思想是按系統(tǒng)的觀點將整個工廠組成一個系統(tǒng)。用計算機對產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計直至最終的裝配和檢驗的全過程進(jìn)行管理和控制。,,CIMS只管輸入所需產(chǎn)品的有關(guān)市場及設(shè)計的信息和原材料，就可輸出經(jīng)過檢驗的合格產(chǎn)品。,CIMS是

32、一種以計算機為基礎(chǔ)將企業(yè)全部生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)與各種自動化系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來，以獲得最佳經(jīng)濟效果的生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)。,3、并行工程 （Concurrent Engineering CE),針對待開發(fā)的產(chǎn)品，將從事產(chǎn)品概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和工藝設(shè)計的所有管理與開發(fā)人員組織成多專業(yè)開發(fā)小組，并行地進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)工作，并及早發(fā)現(xiàn)和解決開發(fā)過程中所有可能出現(xiàn)的問題，減少設(shè)計方案的反復(fù)修改及變更次數(shù)，減少制作“原型”次數(shù)，從而加速開發(fā)過程

33、，節(jié)省開發(fā)費用。,4、敏捷制造 （Agile Manufacturing , AM),,AM指的是制造企業(yè)采用現(xiàn)代通訊手段，通過快速配置各種資源，以有效、協(xié)調(diào)的方式響應(yīng)用戶需求，實現(xiàn)制造敏捷性的生產(chǎn)方式。,,敏捷（Agile）一詞的英文原意是指在一個連續(xù)進(jìn)行改變的、不可預(yù)見的環(huán)境中生存的能力，因而AM定義中的敏捷性指企業(yè)在不可預(yù)見的、多變的經(jīng)營環(huán)境中善于應(yīng)變的能力。,AM的基本思想認(rèn)為，決定產(chǎn)品成本、利潤與競爭能力的因素是開發(fā)和生產(chǎn)該

34、產(chǎn)品所需的知識的價值，而不是材料、設(shè)備或勞動力的價值，迅速將知識轉(zhuǎn)化為利潤的方法是贏得競爭的主要手段。,5、虛擬制造 （Virtual Manufacturing , VM),VM是實際制造過程在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，即采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機上群組協(xié)同工作，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，以及企業(yè)各級過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強制造過程中各級的決策與控制能力。,,VM雖不是實際的制造

35、，但卻實現(xiàn)了實際制造的本質(zhì)過程，是一種通過計算機虛擬模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面潛在問題的技術(shù)。他的使用可以極大地提高人們在制造過程中的預(yù)測和決策水平，使制造技術(shù)走出主要依賴經(jīng)驗的狹小天地，發(fā)展到全方位預(yù)測的新階段。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,,,二、機電一體化的發(fā)展趨勢,機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。,1.5 機電一體化

36、的特點及發(fā)展趨勢,,1、智能化,這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,2、模塊化,研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電器接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元，如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、

37、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣利用單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時也可擴大生產(chǎn)規(guī)模。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,3、網(wǎng)絡(luò)化,由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。 現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大趨勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)，使人們在家里充分享受各種高技術(shù)帶來的便利

38、和快樂。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,4、微型化,指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外將其稱為微電子機械系統(tǒng)（micro electro mechanical system ,MEMS)，或微機電一體化系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過1 機電產(chǎn)品，并向微米、納米即發(fā)展。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,,5、綠色化,綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)

39、境無害或危害極少，資源利用率最高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。,1.5 機電一體化的特點及發(fā)展趨勢,6、人格化,機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是家用電器，其最高境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。,1.6 本課程的目的和要求,機電一體化是多學(xué)科的交叉和綜合，涉及的

40、學(xué)科和技術(shù)非常廣泛，且其應(yīng)用領(lǐng)域眾多，要全面精通它是很不容易的 ，本課程以機械為基礎(chǔ)、機電結(jié)合為重點；以機電元部件、系統(tǒng)設(shè)計計算方法及實例、典型機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)為主要內(nèi)容，對微機控制系統(tǒng)、接口電路、控制軟件等僅作了介紹，不作詳細(xì)的論述。在學(xué)習(xí)本課程之前，應(yīng)具有機械、電子、控制和微機方面的基礎(chǔ)知識 。,1.6 本課程的目的和要求,本課程的具體要求是：1）掌握機電一體化的基本概念、基本原理和基本知識。2）掌握常用機電一體化元部件原理

41、、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用。3）初步掌握系統(tǒng)設(shè)計原理和綜合集成技巧，進(jìn)行總體方案的分析和設(shè)計。4）根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)觀點，對系統(tǒng)中的機電元部件的主要參數(shù)的匹配，進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計計算，以便適應(yīng)微機控制系統(tǒng)和和控制軟件的需要。5）基本掌握典型機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)的構(gòu)成、原理、結(jié)構(gòu)、性能和使用。,1.7 教學(xué)環(huán)節(jié),1. 課堂講授,2. 一般作業(yè),3.基本實驗,4. 專題討論課,5.綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié),1.7 教學(xué)環(huán)節(jié),基本實驗安排,1、數(shù)控機床操作實習(xí)2、

42、機電一體化系統(tǒng)試驗臺訓(xùn)練,1.8 成績評定,期末考試的成績計算表,1.9 參考文獻(xiàn),教材 《機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計》 趙松年、張奇鵬主編 （機械工業(yè)出版社）,參考書 1、《 機電一體化技術(shù)》 李建勇 主編 （科學(xué)出版社） 2、《 機電一體化》（日） 高森 年 編著 （科學(xué)出版社） 3、機電一體化設(shè)計手冊等

43、,綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)(1)—撰寫小論文,小論文題目：,1.中國機械發(fā)展史2.世界機械發(fā)展史3.機器人發(fā)展史4.微型機器人發(fā)展史5.數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀6.中國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀7.CAD與CAM發(fā)展史,8. 數(shù)控機床發(fā)展史9.機床發(fā)展史10. 精密儀器發(fā)展史11. 機電一體化產(chǎn)品分類概述12. 機電一體化發(fā)展史13.機電一體化系統(tǒng)概述14. 機械工程教育發(fā)展史,綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)(1)—撰寫小論文,本周開始，第7周上交。,注意事項

44、：1、本次訓(xùn)練是對文獻(xiàn)的調(diào)研和總結(jié)，引用處要標(biāo)注參考文獻(xiàn)，應(yīng)查閱大量文章和資料，不允許只拷貝1、2篇文獻(xiàn)。2、要達(dá)到對機械及機電一體化技術(shù)學(xué)科發(fā)展整個概況的了解；另一方面，鍛煉調(diào)研和總結(jié)說明的能力。3、反對抄襲，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以零分記。,1.1機電一體化的涵義、目的、特征、基本組成要素以及分別實現(xiàn)哪些功能。 1.2工業(yè)三大要素指的是什么？機電一體化設(shè)計的目標(biāo)是哪些？ 1.3機電一體化的接口功能有哪些？根據(jù)不同的接口功能試說明接口的