机电一体化毕业论文 浅析机电一体化的发展趋势.docx

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编号：本科毕业论文题目：学院：专业：年　　级：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　姓名：指导教师：完成日期：. 目录中文摘要（1）英文摘要（2）引言（综述）（3）一、机电一体化的核心技术 （3）1、精密机械技术 （3）2、检测传感技术 （3）3、信息处理技术 （3）4、伺服驱动技术 （4）5、接口技术 （4）6、自动控制技术 （4）7、系统总体技术 （4）二、机电一体化技术的应用 （4）1、数控机床 （4）2、计算机集成制造系统（CIMS） （5）3、柔性制造系统（FMS） （5）4、工业机器人 （5）三、机电一体化的发展趋势 （5）1、智能化 （5）2、模块化 （5）3、网络化 （6）4、微型化 （6）5、绿色化 （6）6、系统化 （6）结语（7）. 参考文献（8）致谢（9）. 摘要现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景。综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。关键词:机电一体化现状制造技术发展趋势. AbstractSummaryofmodernscienceandtechnologycontinuetoevolve,greatlyfacilitatedtheintersectionofdifferentdisciplinesandpermeability,resultedinengineeringandtechnologyrevolutionandreform.Inthemechanicalengineeringfield,becausethemicroelectronicsandcomputertechnologyforrapiddevelopmentandpenetrationofthemachineryindustryofMechatronics,themachineryindustrytechnicalarchitecture,products,organizations,functionsandcomposition,productionandmanagementsystemchanged,sothatindustrialproductionbythe"machineryelectrification"entering"Mechatronics"asafeatureofthedevelopmentphase.Mechatronicsisamodernscienceandtechnologyfordevelopmentresults,thisarticlesummarizesMechatronicsbasicprofileanddevelopmentbackground.OnthedomesticandforeignMechatronicssituationanalysistheMechatronicstechnologytrends.Keywords:Mechatronicsmanufacturingtechnologytrends. 引言机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。一、机电一体化的核心技术机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：（一） 精密机械技术机电一体化产品对精密机械提出的新要求有：减轻重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善动态性能等。减轻重量、缩小体积不能降低机械的刚度,除考虑静态、动态的刚度及热变形的问题外，还要提高导轨面的刚度。因此，在设计时，要考虑采用新型复合材料和新型结构。为便于维修，要使零件模块化、标准化、规格化。（二） 检测传感技术检测传感器属于机电一体化系统（或产品）的检测传感元件。检测传感器的对象有温度、流量、压力、位移、速度、加速度、力和力矩等物理量以及物品的几何参数等，其检测精度直接影响机电一体化产品的性能。因此，要求检测传感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性。检测传感器集机、光、电、声、信息等各种技术之大成，从其传感机理、元器件结构设计到制造工艺等都有需要研究和解决的问题。没有精度、质量、. 品种和数量能满足要求且廉价的检测传感元器件，就不能将机电一体化技术推向前进。（三） 信息处理技术信息技术包括信息的输入、变换、运算、存储和输出技术。信息处理的硬件包括输入／输出设备、显示器、磁盘、计算机、可编程逻辑控制器和数控装置等。信息处理是否正确及时，直接影响机电一体化系统（产品）的质量和效率，因而成为机电一体化系统（产品）的关键技术。（四） 伺服驱动技术伺服驱动技术主要是指执行元件中的一些技术问题。伺服驱动包括电动、气动、液动等各种类型。伺服驱动技术对产品质量产生直接影响。机电一体化系统（产品）对机电转换部件（如电磁螺线管、电动机、液压马达等）执行元件的精度要求更高、可靠性更好、响应速度更快；对直流伺服电机，要求控制性能更好、速度和扭矩特性更稳定；交流调速系统的难点变频调速、电子逆变技术、矢量变换技术等。（五） 接口技术为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。（六）自动控制技术自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等技术。这些都是机电一体化技术中十分重要的关键技术。（七）系统总体技术系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。系统总体技术包括的内容很多，例如接插件、接口转换、软件开发、微机应用技术、控制系统的成套设备自动化技术等。二、机电一体化技术的应用（一） 数控机床数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。2、开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。3、. WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。4、 大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。5、  能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。6、  系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。7、  以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。（二） 计算机集成制造系统（CIMS）CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。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。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。（三） 柔性制造系统（FMS）柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。（四） 工业机器人第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。三、机电一体化的发展趋势机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下：(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。人工智能在机电一体化建设者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。这里所说的“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。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。(二)模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。(三)网络化20世纪90年代，计算机技术等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、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。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。(四)微型化微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），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。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。(五)绿色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。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。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。(六)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，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。总上所述，机电一体化技术是众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。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。. 参考文献[1]  李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.[2]  芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.[3]  王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).[4]  章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).[5]梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).. 致谢本论文是正导师李理的悉心指导下完成的,导师严谨的治学态度、广博的专业知识、开阔的思路和强烈的敬业精神将使我终身受益。四年的学习生涯中,民大的老师们为我提供了良好的学习和生活的环境，在此表示衷心的感谢。特别感谢在二十多年求学路上默默支持和辛勤付出的父母。.