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機電一體化概念設計精品(七篇)

時間:2023-09-06 16:52:16

序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇機電一體化概念設計范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。

機電一體化概念設計

篇(1)

關鍵詞:機電一體化;控制系統;概念設計

中圖分類號:TH39 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 10-0005-02

一、引言

機電一體化(Mechatronics)這一概念,是日本學者在1971年首次提出來的。至今,經歷了40多年的發展,隨科技的發展不斷豐富,不斷更新,機電一體化的內涵也發生了根本性的變化。尤其是進入21世紀以來,人們的消費觀念不斷變化,圍繞消費者之間的市場競爭日趨激烈和白熱化,重點是針對機電一體化產品的輸出柔性、工作性能及可靠性等方面,在這些方面的,人們的要求越來越高。

新時代背景下,機電一體化技術在計算機技術、人工智能技術、網絡技術、信息技術、傳感器技術等相關學科的快速發展下得到了飛躍發展,面臨著更加廣闊的應用前景和發展空間。電子產品結構也在集成技術、新材料、微電子的快速發展背景下發生了革命性的變化,傳統的機械產品向智能化、小型化、網絡化、模塊化、自動化、柔性化、機電一體化邁進,已經步入了一個新的發展階段。再就是隨著傳感、信息技術和傳統機械產品的融合,機電一體化技術已成為一個新興的跨學科的技術,它涉及到的信息處理技術、制造技術、驅動技術、傳感技術、自動控制技術、接口技術等關鍵技術。

總之,科學技術越是向更新更高層次發展,就越能給人們帶來更多的驚喜和生活空間,也能給人們更加豐富物質、文化和精神享受。可以說,機電一體化技術在21世紀的機械產品的設計和發展中發揮著重要的作用,重點研究機電一體化產品控制系統概念原理及設計方法具有重要的理論意義及現實意義。

二、機電一體化系統及其組成原理

機電一體化系統是一個各種技術之間相互協調和整合的有機的、完整的體系,不是一個簡單的各種技術拼湊和堆積。機電一體化系統從技術層面來說綜合保函和運用了控制系統、機械工程、計算機技術、電子技術、電子技術和其他技術。尤其是機電一體化系統的中的驅動元件和執行器子系統是核心的執行機構,是實現可控電動機行為的終極目標,充分利用計算機信息處理和控制功能,利用現代控制驅動元件特性的機械系統。

(一)機電一體化系統概述

1.由計算機進行信息處理和控制的現代機械系統最終目的就是要實現機械運動和動作協調,這個也是機電一體化系統功能設計的根本出發點。

2.機電一體化系統從完成工藝動作過程這一總功能的角度來看,可劃分為:信息處理及控制子系統、傳感檢測子系統、廣義執行機構子系統(如圖1),它們分別完成信息處理及控制、信息檢測、機械運動和動作。

3.由驅動元件和執行件(或執行機構)融為一體的廣義執行機構執行子系統,具有它的特殊性、可控性。

(二)機電一體化系統的組成原理

1.廣義執行機構子系統。由剛性物件組成的形形機構組合而成的傳統,他們的缺乏可控性是傳動和執行機構系統上最大的問題。而驅動元件與執行件(或執行機構)融為一體是廣義執行機構的一個特點(如圖2),從而實現可控運動。

電機、氣動馬達和動作缸是驅動元件中的一兩種,同時還有液壓、電磁鐵、彈性元件、形狀記憶合金、光能馬達等,這足以說明驅動元件種類繁多。機電一體化系統得到更加有效工作就必須依靠驅動元件的多樣性。傳統機構中的輸出件可以為執行件,單一構件也可以是執行件。同時,驅動元件與執行件(或執行機構)的集成應用使機電一體化系統更加有效地工作。

2.信息處理及控制子系統。信息處理和控制子系統檢測傳感器所提供的信息,技術和控制策略和執行的廣義執行機構控制的基礎上采取行動的過程中。應執行的控制來實現,廣義的運動學模型是由一臺計算機和軟件實現。信息處理和控制子系統是實現智能化的現代機械系統,自動化的關鍵。

3.檢測傳感子系統。檢測傳感器是實現物理量的檢測和信號采集的功能載體,也是連接廣義執行子系統的中間紐帶。

三、機電一體化產品控制系統概念設計過程

總體而言,要從功能需求出發建立機電一體化產品控制系統概念設計圖3所示:

(一)用戶需求模型

1.用戶需求調查與分解。用戶需求表達的是用戶自己的意愿,要想獲得這些意愿與想法,需要通過市場調查,但是這樣的可操作性不強,很難使設計者完全把握用戶的需求,對此可以將用戶需求進行細分。機電一體化系統用戶需求可分為控制域、機械域和其他域,控制域又可分為硬件域和軟件域。將最初的用戶需求(父需求)對應于所設計的產品向各個領域進行分解(圖4:用戶需求調查與分解),獲得最終的用戶需求(葉需求).分解后的需求可以更具體的體現設計目標。

圖4 用戶需求調查與分解

用戶需求分解后,要進一步對客戶需求進行評估,尤其是重點對每一個葉需求進行重審核,以此進一步用衡量的方法進行分析.

2.衡量過程。衡量用戶需求的優先次序,在關鍵的用戶需求中做出挑選。衡量方法的原理是:如果一個“希望需求”與一定數量的“必須需求”之間存在相關性,那么這個希望需求也應該“必須”滿足,作為額外的必須需求。衡量過程如下:

(2)標記0表示希望需求與必須需求之間沒有相關性。

(3)標記1表示希望需求與必須需求之間有很強的相關性。

(4)如果希望需求的綜合值在[3,5]之間或更高的作為額外的必須需求。

(二)建立功能模型

功能是系統輸出量和輸入量之間的關系,常被稱為流,通常分為物料流、能量流和信息流。功能結構是功能模型或功能分析結果的一種表達形式。產品的總功能分解成若干功能元,將系統的各個功能元用流有機的組合起來就得到功能結構。

使用功能基建立功能結構的步驟如下:

1.確定系統的總功能及輸入、輸出流。

2.對于每一個輸入流創建功能鏈。成立為每個輸入的功能鏈。設計者設想成為流,考慮從輸入到輸出,或在每個操作發生對流的轉換操作每個功能組按時間順序排列,并建立功能鏈。可分為兩個時間順序,串行和并行的功能鏈。串行函數鏈對流操作發生的時間順序,并聯功能鏈的基礎上發生的操作一次,串行并行功能鏈的功能鏈,共享一個或多個公共流的數量。在功能結構所表達的支流。

3.連接各功能鏈得到功能結構。信號的檢測,處理和反饋的過程其實就是所控制的過程。創建功能框圖,對所有信號進行分析。通過分析,可以得出不同類型的信號和復雜的控制系統,尤其是進一步的功能的控制系統,然后在此基礎上提出若干控制方案。

四、結束語

在本文中,對機電一體化系統做出了新的認識,提出了一種在機電一體化產品的概念設計過程中,并促進機電一體化系統的理解,尤其是提出了如何設計一個控制系統的分析方法,使控制系統滿足用戶的需求,并確保控制系統是最合理的。

參考文獻:

[1]楊鶴年.機電一體化系統中的智能控制技術[J].煤炭技術,2011,7.

[2]黃嫻.機電一體化系統原理方案設計[J].法制與經濟(下旬),2011,8.

[3]倪傳明.機電一體化技術在工程機械中的應用分析[J].中國新技術新產品,2011,15.

篇(2)

關鍵詞:機電一體化;概念;現狀;發展趨勢

一、機電一體化的概念與由來

人類進入了一個新的世紀──21世紀。回顧過去的20世紀,人類的經濟和科學技術發展成果超過了過去所有世紀的總和。傳統的學科正在脫胎換骨,新的學科不斷問世,技術的融合程度比任何一次技術革命都高。機電一體化技術產生于這一背景之下,自然符合科技發展的規律,也是機械學科發展的必然結果。“機電一體化”這一技術術語最初來源于日本學術界,他們根據英文的Mechanics(機械學)和Electronics(電子學)兩詞,組合出Mechantronics一詞,日文諧音記作“夕力卜口二少又”,其表意漢字為“機電一體化”,Mechantronics一詞從學科角度可以翻譯為“機械電子學”,我國科技界也經常直接使用“機電一體化”作為漢語的表達詞匯。

一般認為,機電一體化是以機械學、電子學和信息科學為主的多門技術學科在機電產品發展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術學科。這里面包含了三重含義:首先,機電一體化是機械學、電子學與信息科學等學科相互融合而形成的學科。其次,機電一體化是一個發展中的概念,早期的機電一體化就像其字面所表述的那樣,主要強調機械與電子的結合,即將電子技術“溶入”到機械技術中而形成新的技術與產品。隨著機電一體化技術的發展,以計算機技術、通信技術和控制技術為特征的信息技術“滲透”到機械技術中,豐富了機電一體化的含義,現代的機電一體化不僅僅指機械、電子與信息技術的結合,還包括光(光學)機電一體化、機電氣(氣壓)一體化、機電液(液壓)一體化、機電儀(儀器儀表)一體化等;最后,機電一體化表達了技術之間相互結合的學術思想,強調各種技術在機電產品中的相互協調,以達到系統總體最優。換句話說,機電一體化是多種技術學科有機結合的產物,而不是它們的簡單疊加。

二、機電一體化的發展現狀

與其它科學技術一樣,機電一體化技術的發展也經歷了一個較長期的過程。有學者將這一過程劃分為萌芽階段、快速發展階段和智能化階段三個階段,這種劃分方法真實客觀地反映了機電一體化技術的發展歷程。

“萌芽階段”指20世紀60年代以前的時期。在這一時期,人們在機械產品的設計與制造過程中總是自覺或不自覺地應用電子技術的初步成果來改善機械產品的性能,特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,出現了許多性能優良的軍事用途的機電產品。這些機電結合的軍用技術在戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復和技術的進步起到了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀70年代到80年代為第二階段,稱之為“快速發展階段”。在這一時期,人們自覺地、主動地利用3C技術的成果創造新的機電一體化產品,3C技術的發展,為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展,為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是:①mechatronics一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認;②機電一體化技術和產品得到了極大發展;③各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。

從20世紀90年代開始的第三階段,稱之為“智能化階段”。在這一階段,機電一體化技術向智能化方向邁進,其主要標志是光學、通信技術等領域進入機電一體化,同時,由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,并取得了一定成果,但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

三、機電一體化的發展趨勢

隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展,成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術,目前正向光機電一體化技術(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)方向發展,應用范圍愈來愈廣。

機電一體化技術具體包括以下內容:

(1)機械技術機械技術是機電一體化的基礎,機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應,利用其它高、新技術來更新概念,實現結構上、材料上、性能上的變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統制造過程中,經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術,同時采用人工智能與專家系統等,形成新一代的機械制造技術。

(2)計算機與信息技術

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

(3)系統技術

系統技術即以整體的概念組織應用各種相關技術,從全局角度和系統目標出發,將總體分解成相互關聯的若干功能單元,接口技術是系統技術中一個重要方面,它是實現系統各部分有機連接的保證。

(4)自動控制技術

其范圍很廣,在控制理論指導下,進行系統設計,設計后的系統仿真,現場調試,控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

(5)傳感檢測技術

傳感檢測技術是系統的感受器官,是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強,系統的自動化程序就越高。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗,它是機電一體化系統達到高水平的保證。

(6)伺服傳動技術包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置,伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

四、結語

綜上所述,機電一體化的出現不是孤立的,它是許多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然,與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

參考文獻:

[1]李建勇.機電一體化技術.北京:科學出版社,2004.

[2]潘忠堂.淺析傳感器技術是機電一體化的一項關鍵技術.機械電子工程,1998(1):13-17,39

[3]馮正進.機電一體化技術進展.工業工程,2000(1):1-4

篇(3)

關鍵詞:機電一體化;發展趨勢;應用分析;

1 機電一體化概述

日本企業界在1970年左右最早提出“機電一體化技術”這一概念,它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結合在一起構成的一個新詞,取名為“Mechatronics”,意思是機械技術和電子技術的有機結合,機電一體化技術即結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展,成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術,目前正向光機電一體化技術方向發展,應用范圍愈來愈廣泛。

2 機電一體化的發展現狀

機電一體化的發展總共經歷了3個階段。上世紀60年代以前是機電一體化發展第一階段(初級階段)。這個時期,人們主要利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。第二個階段是上世紀70-80年代(快速發展階段)。這一時期計算機技術、控制技術、通信技術都得到了快速發展,為后來的機電一體化發展奠定了技術基礎。而大規模、超大規模集成電路與微型計算機的迅猛發展,則為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。第三階段則是上世紀90年代后期至今,這一階段機電一體化技術開始向智能化方向邁進,進入深入發展時期。此時光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳,出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。我國則是從上世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。

3 機電一體化技術的應用

(一)機床數控領域

機電一體化在數控機床領域的發展已經有40年的歷史,在技術領域有了進一步的提高,無論是在結構上功能上還是在操作上都發展的比較完善。類型具有總線式、模塊化、緊湊型的結構,在開放性設計中,這種設計硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性的,可以大大提高用戶的使用效益和智能化的。在機電一體化的系統研究中分出多級的網絡,這樣能使復雜加工系統的作業能力的運行。

(二)計算機集成制造系統的領域及工業機器人

計算機系統的組合不是分散的子系統的組合,它是由全局的實踐總結出最優的系統的組合,它需要各個部門加強溝通,圍繞制造展開工作。當產品的集成度越高,就能夠使各個生產要素間的配置更加合理和完善。工業機器人首先出現的是不夠靈活的半機器人,它根據示范的動作進行重復的運動,在工作中,不會考慮工作環境和作業對象的變化。而現代的機器人,里面裝有不同的傳感元件,機器人可以作業環境和對象做出簡單的信息判斷,并能做出簡單的分析。這是機電一體化發展的新成果,也是其發展的前景所在。

4 機電一體化技術的發展方向分析

機電一體化是機械工業發展的進步的表現,近年來,機電一體化在國內外都有了全新的發展,并且廣泛的被人們用于各個行業,它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。進入21世紀機電一體化技術將向以下幾個方向發展。

(一)機電一體化發展的智能化、數字化趨勢

首先機電一體化發展的智能化趨勢。機電一體化的發展打破了傳統機械自動化或者半自動化的局面,實現了智能化,這也是今后機電一體化的重要發展方向。嵌入式智能控制的算法運用,使機電一體化的產品發展為智能化,是模擬人腦的人工智能的產品,它可以根據系統的設置來做出判斷以及決策,可以取代人們的部分腦力勞動。其次機電一體化發展的數字化趨勢。奠定機電產品數字化的基礎是微控制器及其發展(如不斷發展的數控機床和機器人);而計算機網絡的迅速崛起則為數字化設計與制造鋪平了道路(如虛擬設計、計算機集成制造等);數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

(二)機電一體化發展的網絡化趨勢

網絡技術在20世紀90年代異軍突起,其興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育以及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片、企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到,質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡將各種家用電器連接成計算機為中心的計算機集成家電系統(CIAS),使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此,機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

(三)機電一體化發展的微型化、模塊化趨勢

首先機電一體化將向微型化方向發展。機電一體化產品生產的廠家很多,但是如果統一開發標準機械、電氣、動力等方面的機電一體化產品并不是一件容易的事情,制定統一的標準,才能使各部件、單元匹配成功。機電一體化的生產商也可以根據自己產品的需要或者國外最新的產品的模型來進行創新,更新換代自己的產品,并不斷地擴大生產規模,使機電一體化的發展走向正規化和統一化。其次機電一體化將向微型化方向發展。在20世紀80年代末機電一體化向微型機器和微觀領域發展。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物t療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術,微機電一體化產品的加工采用精細加工技術,即超精密技術,它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

(四)機電一體化發展的綠色化、系統化趨勢

首先機電一體化發展的綠色化趨勢。所謂機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。工業經濟給人們生活帶來了巨大變化。在人民物質豐富、生活舒適的同時資源卻在減少,生態環境在不斷惡化。于是,人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品具有遠大的發展前途。其次機電一體化發展的系統化趨勢。系統具有隨時分解組合的功能,這種功能實現了多子系統互相調和以及整合的需要,機電一體化的系統功能,不但運用在通信系統以外,還運用在遠程通訊以及互聯網系統,局域網也慢慢的采用。機電一體化在系統方面未來的發展,是會越來越考慮人的因素,模擬人的智能的,甚至可以模擬生物的結構來發展。

篇(4)

關鍵字:機電一體化技術發展方向

中圖分類號:TH-39 文獻標識碼:A 文章編號:

一、引言

現代科學技術的不斷發展,極大地推動了不同學科的交叉與滲透,造就了工程領域的技術革命與改造。機電一體化技術始于電子技術的發展及電子技術與機械技術的結合,尤其是大規模集成電路出現,促進機電一體化技術發展并引起廣泛注意。數控機床的問世寫下機電一體化技術新篇章;微電子技術為機電一體化技術帶來勃勃生機;可編程序控制器“電力電子”的發展為機電一體化技術提供堅實基礎;激光技術模糊技術、信息技術等高新技術的發展使機電一體化技術躍上新臺階。

二、機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。由于技術的局限性已經開發的產品也無法大量推廣。20世紀70-80年代為第二階段,可稱為蓬勃發展階段。這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的發展,為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展,為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。機電一體化技術和產品得到了極大發展。20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面進行研究和應用。但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

三、機電一體化的技術分類

1.網絡計算機信息技術。各種信息資料之間交換、運算、存儲、判斷和決定以及專家系統和智能網絡都是計算機信息處理技術。

2.機械技術。機電一體化的基礎技術就是機械技術。它和機電一體化相互促進,完成了結構和功能上的改革,同時它的重量減輕,體積相對以前更小,精度也得到了提高,它的性能指標也更加的適應人類的需要,努力地利用高科技來更新著機電一體化的概念。

3.自動化技術。自動化技術是在自動控制理論的基礎上,先進性系統的設計然后再經過仿真調試,它可以進行高精度和速度的控制,還能進行自我的調制、診斷和修補。

4.系統技術。系統技術是以整體趨勢和目標為基礎,利用整體概念組織和各種相關的技術,利用總分的觀念來將整體分成為好多有一定關聯的小單元,其中的接口技術是紐扣是實現各小部分進行連接的保證。

5.感應技術。現在的感應技術在社會生活中的應用十分普遍,機電一體化也應用了感應檢測技術。要想實現系統的自動控制和自動調節,傳感檢測技術是必不可少的,它向人類的皮膚那樣,是整個系統的感受器官,而且他的功能越是強大那么系統的自動化程度就越高。

四、機電一體化的發展方向

1.智能化。人工智能在機電一體化中越來越受到人們的重視,它是在理論得以控制上,讓機電一體化的產品具有一定的智能,在這其中還有人工智能、計算機學、生命科學等一些新的思想和新的方法,它雖然不能達到人類那樣的水平,但也可以進行一些簡單的推理判斷和邏輯決策。當然,要想真正的像人一樣是不可能的,它只能進行低級智能或人的部分智能。

2.模塊化。模塊化的工程任重而道遠。實現機電一體不僅可以利用標準單元迅速開發出新產品,還可以擴大生產規模,從這一點來說不管是對于任何機電一體化化的企業,模塊化將帶來一個美好的前景,并且它的潛力是無窮的。

3.網絡化。網絡技術的發展給社會各方面的發展都帶來了巨大的變革,全球化的趨勢也無可阻擋,機電一體化新產品無疑會暢銷全球,而且網絡化可以在一定基礎上促進智能化的應用,他可以以計算機為中心把一系列的家用電器連成一個系統,讓人們真切的感受到現代高科技帶來的便利,因此機電一體化的網絡化是發展的必然結果。

4、微型化。現在社會上大多數的產品都在走向微型化,機電一體化也是順應時代的潮流。機電一體化正在向微型精確的方面發展它在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

5.綠色化。綠色環保是世界的主題,現在的環境狀態是資源減少,生態環境受到嚴重污染,于是人們呼吁保護環境資源的呼聲更加高漲,時展的要求是可以設計一不污染環境的綠色化的機電一體化產品,讓綠色路線在產品中一路暢通,這也就成為了機電一體化最符合人類社會發展的一個發展方向。

6.人性化。人性化是各類產品的必然發展方向。機電一體化的產品在具有一定完整性能的基礎上,對于外觀設計以及它的外觀視覺也有著相應的要求,這可以讓產品與外在環境更加的適應,讓人們使用產品更加的貼心,更加的自然,更接近生活習慣。

機電一體化與電子之間深度結合,并且與各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術是國民經濟發展所急需的優勢學科方向。機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。所以要緊緊抓住人才需求變化的大趨勢,準確定位,嚴謹制定人才培養計劃,使教學緊跟機電一體化技術發展變化的趨勢,為培養出符合機電一體化技術崗位實際需要的、高素質、強能力的合格人才。

篇(5)

關鍵詞:學科、滲透、結晶、發展趨勢。

現代科學技術的不斷發展,極大地推動了不同學科的交叉與滲透,導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,使工業生產由機械電氣化邁入了以機電一體化為特征的發展階段。

1 機電一體化概要

機電一體化又稱機械電子學,英語稱為Mechatronics,它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上,隨著機電一體化技術的快速發展,機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術,是機械和微電子技術緊密集合的一門技術,他的發展使冷冰冰的機器有了人性化。智能化機電一體化是指在機構取得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不但發展,還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為:機電一體化是從系統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術,根據系統功能目標和優化組織目標,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值,并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統,則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

因此,“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術,而不是機械技術、微電子技術和其它新技術的簡單組合、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別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化,仍屬傳統機械,其主要功能依然是代替勞動者的勞力。但是發展到機電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外,還能賦予許多新的功能,如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手和肢體的延伸,還是人的感官和頭腦的眼神。機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別是它具有智能化的特征。

2 機電一體化的發展概況

機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們自覺或不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間,戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰后轉為民用,對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展,已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發展時期。一方面,光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中斬露頭腳,出現了光機電一體化和微電等新的分支;另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法,機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

3 機電一體化的發展趨勢

3.1 智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用。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上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和動力學等新思想、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。誠然,使機電一體化產品具有與人完全相同的智能目前是不可能的,但高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能,則是完全可能的。

3.2 環保化

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面,物質豐富,生活舒適;另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是,人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色環保產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環境保護和人類健康的要求,對生態環境無害或危害極少,資源利用率極高。設計綠色環保的機電一體化產品,具有遠大的發展意義。機電一體化產品的環保化主要是指產品使用時不污染生態環境,報廢后能回收利用。

3.3 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集成減速、智能調速、電機于一體的動力單元,具有視覺、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,可利用標準單元迅速 (下接63頁)

(上接53頁)開發出新產品,同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準,以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突,近期很難制定國際或國內這方面的標準,但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然,從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定,無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業,規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

3.4 網絡化

20世紀90年代,計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片,企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來,只要其功能獨到,質量可靠,很快就會暢銷全球。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢,利用家庭網絡(home net)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(computer integrated appliance system,CIAS),使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此,機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3.5 微型化

微型化興起于20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小 、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術,微機電一體化產品的加工采用精細加工技術,即超精密技術,它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

結束語

綜上所述,機電一體化的出現不是孤立的,它是科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然,與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

參考文獻

篇(6)

[關鍵詞]機電一體化發展系統組成

中圖分類號:TM-9文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110120-01

一、機電一體化的概念

機電一體化又稱機械電子學,英語稱為Mechatronics,它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上,隨著機電一體化技術的快速發展,機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術,是機械和微電子技術緊密集合的一門技術,他的發展使冷冰冰的機器有了人性化,智能化。機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

二、機電一體化技術發展歷程

自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后,“機電一體化”技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意:

1.數控機床的問世,寫下了“機電一體化”歷史的第一頁;

2.微電子技術為“機電一體化”帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、“電力電子”等的發展為“機電一體化”提供了堅強基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使“機電一體化”躍上新臺階。

三、機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合,它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面:

1.智能化:智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用之一。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上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。誠然,使機電一體化產品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或者人的部分智能,則是完全可能而且必要的。

2.系統化:系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外,還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,機電一體化的人格化有兩層含義:一層是如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性等等,顯得越來越重要,特別是對家用機器人,其高層境界就是人機一體化;另一層是模仿生物機理,研制出各種機電一體化產品。事實上,許多機電一體化產品都是受動物的啟發而研制出來的。

3.微型化:興起于20世紀80年代末,指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品,并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。

4.仿生物系統化:今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大,并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定,但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物:當控制系統(大腦)停止工作時,生物便“死亡”,而當控制系統(大腦)工作時,生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體,但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物――軟件”或“生物系統”,而生物的特點是硬件(肌體)――軟件(大腦)一體,不可分割。看來,機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨,但有一段漫長的道路要走。

四、機電一體化技術內容

機電一體化技術內容主要包含以下幾個方面:機械技術機械技術;計算機與信息技術;系統技術;自動控制技術;傳感檢測技術;伺服傳動技術。

五、機電一體化系統組成

1.機械本體:機械本體包括機架、機械連接、機械傳動等,它是機電一體化的基礎,起著支撐系統中其他功能單元、傳遞運動和動力的作用。與純粹的機械產品相比,機電一體化系統的技術性能得到提高、功能得到增強,這就要求機械本體在機械結構、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應,具有高效、多功能、可靠和節能、小型、輕量、美觀的特點。

2.檢測傳感部分:檢測傳感部分包括各種傳感器及其信號檢測電路,其作用就是檢測機電一體化系統工作過程中本身和外界環境有關參量的變化,并將信息傳遞給電子控制單元,電子控制單元根據檢查到的信息向執行器發出相應的控制。

3.電子控制單元:電子控制單元又稱ECU(Electrical Control Unit),是機電一體化系統的核心,負責將來自各傳感器的檢測信號和外部輸入命令進行集中、存儲、計算、分析,根據信息處理結果,按照一定的程度和節奏發出相應的指令,控制整個系統有目的地進行。

4.執行器:執行器的作用是根據電子控制單元的指令驅動機械部件的運動。執行器是運動部件,通常采用電力驅動、氣壓驅動和液壓驅動等幾種方式。

5.動力源:動力源是機電一體化產品能量供應部分,其作用是按照系統控制要求向機械系統提供能量和動力使系統正常運行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能,以電能為主。

綜上所述,機電一體化的出現不是孤立的,它是許多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不但發展,還將被賦予新的內容。

參考文獻:

[1]李建勇,機電一體化技術[M].北京:科學出版社,2004.

[2]顧京,現代機床設備[M].北京:化學工業出版社,2001.

篇(7)

關鍵詞:機電一體化;產品應用;數控機床;發展趨勢

中圖分類號:TH-39 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)05(c)-0000-00

1機電一體化概述

1.1基本概念

機電一體化的英文單詞是Mechatronics。它分別取了機械技術(Mechanics)的前半部分和電子技術(Electron-ics)的后半部分。通常,我們認為機電一體化技術是機械技術、電子技術、信息技術的有機結合,又稱之為機械電子技術。

1.2五要素和四原則

五要素——機電一體化系統的硬件組成:指的是機電一體化系統的五大組成要素,具體包括結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素。(1)結構組成要素:系統的框架、支撐、定位、聯接部件。(2)動力組成要素:為系統提供能量、動力維護運行的部件。(3)感知組成要素:對系統內外各種狀況進行檢測、轉換、傳輸、分析、處理,產生控制信息。(4)智能組成要素:將感知組成要素傳來的控制信息進行匯總、存儲、分析、處理,發出指令。(5)運動組成要素:根據智能組成要素發出的指令,完成既定的執行功能。

四原則——機電一體化系統的運作規律:指的是五大組成要素在互相作用時必須遵循的結構耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉換四大原則。(1)接口耦合:信息交換涉及到的兩個環節,通過接口耦合來解決信息模式不兼容而不能傳遞的問題。(2)能量轉換:這也是兩個環節由于模式不兼容的問題導致無法直接進行能量轉換。(3)信息控制:智能組成要素完成信息的采集、傳輸、存儲等操作。(4)運動傳遞:機電一體化系統的各組成要素之間通過運動傳遞原則達到優化不同類型運動的變換與傳輸。

2機電一體化的應用

機電一體化的不斷發展,實現了產品整體優化,也實現了產品質量提升、生產效率提高。在新產品的生產和準備周期上,機電一體化也有其巨大優勢。

2.1機電一體化在現代機械制造業中的應用

與建立在規模經濟基礎上,依靠規模、產量來爭取競爭優勢的傳統機械制造業不同,先進機械制造業強調以信息為主導。表一為傳統機械制造業與先進機械制造業的類比。

表一 傳統機械制造業與先進機械制造業類比

本質

競爭優勢

綜合特點

傳統機械制造業

規模經濟

1、企業規模大;

2、生產批量;

3、產品結構和重復性取勝;

4、資源利用率高。

1、專業加工復雜;

2、機器替代人力。

先進機械制造業

信息產業

1、先進生產模式;

2、先進制造系統;

3、先進制造技術;

4、先進組織管理形式。

1、全球化、網絡化

2、虛擬化、智能化、

3、環保協調

2.2在飲料行業中的應用

機電一體化應于食品、飲料行業已經有很長的歷史了。在包裝機械的開發設計和制造中,機電一體化技術發揮了非常大的作用,它的出現使包裝生產線的各項指標(如自動化水平、系統控制水平、生產能力)得到了極大的提高,競爭力產生了質的飛越,遠遠超過同類傳統的機械設備,同時也使單機的自動化程度大大提高。

2.3在鋼鐵企業中的應用

機電一體化技術在鋼鐵企業中的應用有很多。在鋼鐵生產的全局控制中,計算機集成制造系統(CIMS)發揮重要的作用。CIMS將生產管理的各項宏觀與微觀過程與人有機地聯系在一起,實現了生產要素的統籌管理。在鋼鐵生產的傳動環節,交流傳動技術一出現就受到各大廠家的青睞,它使矢量控制技術得以在實現。其于交流傳動技術在調速方面的巨大優勢,它取代傳統的直流傳動指日可待。

3機電一體化產品舉例

以數控機床為例,闡述機電一體化產品的實際應用。

數控機床綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密測量等技術,是一種高效率、高精度、多功能的先進機床,與傳統機床相比有巨大優勢,取代傳統機床是大勢所趨,是成本、技術和時間問題。

圖1為數控機床工作過程原理圖,圖2為數控機床的組成結構。

圖1 數控機床工作過程原理圖

圖2 數控機床的組成

4機電一體化的發展趨勢

隨著機電一體化越來越廣泛的應用,各行各業都不斷涌現出機電一體化的應用實例。每每出現機電一體化的產品,都會引起一場革命,造成一個行業的蓬勃發展或者另一個落后產業的加速衰亡。

隨著新產品的研發及高精密等設備的發展,要求新一代機電一體化技術、產品及系統朝著高性能、智能化、系統化以及輕量化、微型化方向發展,從而為國家帶來更大的經濟效益與社會效益。

未來,機電一體化的發展趨勢不可避免地向以下幾個方面發展。

4.1智能化

機電一體化技術越來越成熟。首先表現在其智能化程度越來越高,甚至具備了一定的AI(人工智能,Artificial Intelligence)能力。這給用戶在使用、維護上帶來了極大的方便。

4.2數字化

機電一體化產品也將會更數字化,如數控機床和機器人,這也是進一步增強機電一體化產品可靠性、通用性、可操作性的重要保障。

4.3模塊化

產品配件模塊化的最主要好處是使產品配件標準化、系列化,不僅更加容易應用于工業生產,也使接口規則更加簡單和體系化。現階段機電一體化蓬勃發展但仍處于初級階段,產品種類繁多而不成體系,模塊化這項工作潛力巨大。

5結 語

機電一體化技術是機械技術、電子技術、信息技術的有機結合。機電一體化在各行各業中的應用越來越廣泛,產品層出不窮,引領各行各業發生翻天覆地的改變。機電一體化在未來不可避免地向智能數字、模塊設計生產、互聯共享、人性便攜和環保綠色等方向發展。

參考文獻

[1]顧京.現代機床設備[M].北京:化學工業出版社,2001

[2]袁中凡.機電一體化技術[M].北京:電子工業出版社.2006.

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