1、 題目：論機電一體化的應用及發展趨勢 作者： 姓 名： 學 號： 專 業： 論文題目： 論機電一體化的應用與發展趨勢 指導教師： 職 稱： 2011年 月 日 指導老師評語及成績： 指導老師： 審閱日期：2011年5月25日目 錄目錄 1論文摘要21、機電一體化技術發展歷程31.1光機電一體化31.2自律分配系統化31.3全息系統化智能化41.4“生物軟件”化仿生物系統化41.5微型機電化42、機電一體化技術的主要應用領域 42.1數控機床42.2計算機集成制造系統（CIMS）42.3柔性制造系統（FMS）52.4工業機器人53、機電一體化技術的發展前景53.1智能化53.2系統化53.3微型

2、化53.4模塊化53.5 網絡化63.6綠色化64、我國“機電一體化”面臨的形勢及任務與其相應對策64.1 形勢64.2任務 74.3 對策 7結語8感謝9參考文獻10摘 要 機械電子學主要研究目的是把機械技術與微電子技術和信息技術有機地結合為一體，實現整個系統的最優化。機械電子學可以充分發揮機械技術、微電子技術和信息技術的各自的長處和特點，促進機械產品的更新換代。機械電子學系統主要由機械主體、傳感器、信息處理和執行機構等部分組成。較高級的系統不但有硬件，而且還有相應的軟件,利用軟件技術可以實現硬件難以實現的功能,使機械系統增加柔性。典型的機械電子系統有數控機床、加工中心、工業機器人等。機械電

3、子學技術除用于單個機器、設備或一般的生產系統的技術改造之外，還用于柔性制造系統、計算機集成制造系統、工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化等方面。迄今為止，世界各國都在大力推廣機電一體化技術。在人們生活的各個領域已得到廣泛的應用，并以蓬勃的生機向前發展，不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透,引起了工程領域的技術改造與革命。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

4、生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。【關鍵詞】：機電一體化技術、機械技術的未來與應用、機電一體化的發展趨勢、科學發展技術緒 論 研究將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機械 裝置中的一種復合化技術。俗稱機電一體化。機械電子學 (mechatronics)是由機械學(mechanics)和電子學 (electronics)兩個詞結合而成的新詞。其全稱為機械電子工程學，英語為mechanical and electronical engineering。 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El

5、ectronics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。20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。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

6、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、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，也為產業化發展提供了堅實的基礎。本篇論文主要以研究機電一體化的應用與發展趨勢，旨在更深層次的探討機電一體化領域的現狀、發展方向及趨勢所在。 論機電一體化的應用及發展趨勢1、機電一體化技術的歷史進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。“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先

7、創用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。國內早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。80年代，信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械-電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。關于“機電一體化”這個名詞的起源，說法很多。早在1971年，日本“機械設計”雜志副刊就提出了“Electronics”這一名詞，從圖47.6-1可見它是融合機械技術、電子技術、信息技術等多種技

8、術為一體的新興的技術。采用機電一體化技術設計和制造出的產品，稱之為機電一體化產品。從系統科學的觀點來看，機電一體化產品又可稱之為機電一體化系統，它是集機械元件和電子元件于一體的復合系統。信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產生了“光機電一體化”的新領域。 進入90年代，通信技術進入了機電一體化，機器可像機器人系統那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性

9、能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執行器技術的發展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入了21世紀1.1光機電一體化。20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。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

10、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、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，也為產業化發展提供了堅實的基礎。一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢. 1.2自律分配系統化柔性化。未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互

11、獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。1.3全息系統化智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。1.4“生物一軟件”化仿生物系統化。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

12、“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。5.微型機電化微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區

13、分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。2、機電一體化技術的主要應用領域2.1數控機床 數控機床及相應的數控技術經過40年的發展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在:總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多CPU、多主總線的體系結構。 開放性設計,即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能

14、機制。大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計,不僅豐富了數控功能,同時也加強了CNC系統的控制功能。能實現多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。系統的多級網絡功能,加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。2.2計算機集成制造系統(CIMS)CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合,而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管

15、理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化,各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。 2.3柔性制造系統(FMS) 柔性制造系統是計算機化的制造系統,主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。2.4工業機器人第1代機器人亦稱示教再現機器人,它們只能根據示教進行重復運動,對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性;第2代機器人帶有各種先進的傳感元件,能獲取作業環境和操作對象的簡單信息,通過計算機處理、分析

16、,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智能,已開始走向實用化;第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業環境中獨立行動,與第5代計算機關系密切【圖1】 3、機電一體化技術的發展前景縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發展。3.1智能化 智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一,也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件,有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能,具有某

17、種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。 【 圖2 】3.2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,進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強,一般除R S232等常用通信方式外,實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體,使其向著生物系統化方向發展。 【圖3】3.3微型化微型機電一體

18、化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm 3,并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作,故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域,都有廣闊的應用前景。目前,利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。 【圖4】3.4模塊化 模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢,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、信息

19、接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品,同時也可以不斷擴大生產規模。 【圖5】3.5網絡化 網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多,面向網絡的方式也不同。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。3.6綠色化工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態環境受到嚴重污染,于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處

20、理的整個生命周期中,對生態環境無危害或危害極小,資源利用率極高。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,報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。 【 圖 6、7 】4、我國“機電一體化”面臨的形勢及任務與其相應對策4.1形勢。我國用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度我國用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重。近年來我國的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原

21、因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。 另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷

22、史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。 4.2任務我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。總的目的是促進機電一體產業的形成、為我國產業結構和產品結構調整作貢獻。總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。4.3對策4.3.1加強統籌安排，協調發展計劃目前，我國從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套自己的發展策略。各單位的計劃由于受各

23、自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，同時缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議各主管部門責成有關單位在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車！4.3.2強化行業管理，發揮“協會”作用目前，我國“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，我國有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會

24、的建設，賦予其行業管理職能。“協會”要進一步擴大領導機構理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作4.3.3優化發展環境、增大支持力度優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到我國投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限

25、制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。4.3.4突出發展重點，兼顧“兩個層次”機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”