畢業(yè)論文機電一體化的發(fā)展趨勢及其應(yīng)用領(lǐng)域

1、 畢業(yè)論文摘要作為機電系的一名學(xué)生，將來工作學(xué)習(xí)都會以機電為主，所以必須掌握好各種機電的專業(yè)知識。我會本著認(rèn)真的態(tài)度對待專業(yè)課的學(xué)習(xí)，提高自己的專業(yè)素養(yǎng).接下來我將介紹一下我對機電一體化技術(shù)發(fā)展史的認(rèn)識關(guān)鍵詞：機電一體化 發(fā)展趨勢 微型計算機 前景目 錄論文摘要 .1目錄.2第1章機電一體化的概要.41.1基本概念 .41.2機電一體化的發(fā)展?fàn)顩r .41.3機電一體化的優(yōu)點 .51.4機電一體化的意義 .5第2章機電一體化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢 .62.1機電一體化的核心技術(shù) .62.1.1機械本體技術(shù) 62.1.2傳感技術(shù) 72.1.3信息處理技術(shù) 72.1.4驅(qū)動技術(shù) 7 2.1.5接口技術(shù)

2、 72.1.6軟件技術(shù) 72.2機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景 .72.2.1數(shù)字化 72.2.2智能化 82.2.3模塊化 82.2.4網(wǎng)絡(luò)化 82.2.5人性化 82.2.6微型化 82.2.7集成化 82.2.8帶源化 82.2.9綠色化 92.2.10光機電一體化 .92.3機電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 .92.3.1數(shù)控機床 .92.3.2計算機集成制造系統(tǒng)（cims） 92.3.3柔性制造系統(tǒng)（fms） 102.3.4工業(yè)機器人 .10第3章機電一體化系統(tǒng)的智能化 .103.1 智能控制的理論 .103.1.1智能控制理論的理論基礎(chǔ) .10222222222222222222222222

3、2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222223.1.2智能控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) .113.2機電一體化的智能化應(yīng)用. .113.2.1國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展?fàn)顩r .123.2.2數(shù)控機床的智能化 .12第4章探索柔性制造系統(tǒng)是計算機化plc在機電一體化中的重要作用 .124.1 plc的主要功能及技術(shù)指標(biāo) 134.2 plc與繼電器控制邏輯的比較 134.3 plc與單板機比較 14第5章 淺議計算機以及機電一體化技術(shù)的整合 .155.1機電一體化與計算機整合的必然性 155.2計算機技術(shù)對機電一體

4、化發(fā)展的推動過程 165.3計算機與機電一體化技術(shù)整合的表現(xiàn) 165.4計算機與機電一體化技術(shù)整合的特點 17第6章 機電一體化中繼電器保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 186.1 繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀 .186.2繼電保護(hù)的未來發(fā)展 .196.2.1 計算機化 19第7章 我國“機電一體化”面臨的形勢及任務(wù)與其相應(yīng)對策 207.1形勢 .207.2任務(wù) .217.3對策 .217.3.1加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)發(fā)展計劃 .217.3.2 強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用 .217.3.3優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度 .217.3.4突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次” .22總語 .22致謝 .23參考文獻(xiàn) .24第1章 機電

5、一體化的慨要1.1 基本概念 機電一體化最早（1971年）起源于日本。它取英語mechanics（機械學(xué)）的前半部和electronics（電子學(xué)）的后半部拼合而成，字面上表示機械學(xué)和電子學(xué)兩個學(xué)科的綜合，在我國通常稱為機電一體化或機械電子學(xué)。但是機電一體化并不是機械技術(shù)和電子技術(shù)的簡單疊加，而是有著自身體系的新型學(xué)科。 目前，人們對機電一體化存在不同的認(rèn)識，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機電一體化本身的含義還在賦予新的內(nèi)容。因此，機電一體化這一術(shù)語尚無統(tǒng)一的定義，其基本概念和函義可概括為：機電一體化是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)，信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機械電子技術(shù)深度結(jié)合的

6、現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)和軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)。以智能動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理、接口耦合、運動傳遞、物質(zhì)運動、能量變換機處理進(jìn)行研究使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。 機電一體化的產(chǎn)生與迅速發(fā)展的根本原因在于社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。系統(tǒng)工程、控制論和

7、信息論是機電一體化的理論基礎(chǔ)，也是機電一體化技術(shù)的方法論。微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，則為機電一體化技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。機電一體化技術(shù)的發(fā)展有一個從自發(fā)狀況向自為方向發(fā)展的過程。早在機電一體化這一概念出現(xiàn)之前，世界各國從事機械總體設(shè)計、控制功能設(shè)計和生產(chǎn)加工的科技工作者，已為機械與電子的有機結(jié)合自覺不自覺的做了許多工作，目前人們對機電一體化的認(rèn)識早已不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合，而是有機的相互結(jié)合與融合，是有其客觀規(guī)律的。以汽車工業(yè)為例，20世紀(jì)60年代開始研究在汽車產(chǎn)品中應(yīng)用電子技術(shù)，20世紀(jì)70年代前后實現(xiàn)了充電機電調(diào)壓器和點火裝置的集成電路化

8、以及電子控制的燃料噴射裝置。20世紀(jì)70年代后期，由于計算機的發(fā)展，使汽車產(chǎn)品的機電一體化進(jìn)入實用階段。從汽車發(fā)動機系統(tǒng)看，安裝在汽車上的微型計算機可以通過各個傳感器檢測出曲軸位置、氣缸負(fù)壓、冷卻水溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、吸入空氣量、排氣中的氧濃度等參量，然后計算并發(fā)出最佳控制信號，控制執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整發(fā)動機燃油與空氣的混合比例、點火時間等，使發(fā)動機獲得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。微電子控制是汽車工業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)改造的重要領(lǐng)域，電子技術(shù)和產(chǎn)品將會越來越廣泛的應(yīng)用到汽車發(fā)動機、懸架、轉(zhuǎn)向、制動等各個部位，機電一體化技術(shù)將在高速、安全可靠、操作方便、乘坐舒適、低油耗、少污染及易于維修等方面大幅度提高現(xiàn)代汽車的技術(shù)性能。

9、1.2機電一體化的發(fā)展?fàn)顩r機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀(jì)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(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。20世紀(jì)7080年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展

10、奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時期。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)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)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(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化

11、的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(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)展綱要時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1.3機電一體化的優(yōu)點機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱 其涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面

12、是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊這是機電一體化與機械+電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別機械工程技術(shù)由純機械發(fā)展到機械電氣化仍屬傳統(tǒng)機械其主要功能依然是代替和放大的體力 但是發(fā)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(diào)節(jié)與控制、自動診斷與保護(hù)等 即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸還是人的感官與頭腦的眼神。機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別是智能化 機電一體化產(chǎn)品的典型例子有：數(shù)控加工中心、機器人以及具有檢測控制性能的數(shù)碼相機

13、等?？傊粋€機電一體化的系統(tǒng)主要是由機械裝置、執(zhí)行裝置、動力源、傳感器、計算機這五個要素構(gòu)成。1.4機電一體化的意義 機電一體化技術(shù)可以用來設(shè)計新型的機電一體化產(chǎn)品，改造舊的機電產(chǎn)品，使機電產(chǎn)品的面貌大大改觀，達(dá)到功能增強、體積減小、重量減輕、可靠性提高、性能價格比大大改善的目的。實施機電一體化通?？梢垣@得以下一些效果：（1）功能增強。機電一體化產(chǎn)品的顯著特征是具有多種復(fù)合功能，例如，數(shù)控加工中心可以將多臺普通機床的多道工序在一次裝卡中完成，并能自動檢測工件和刀具的精度，顯示刀具動態(tài)軌跡，以及故障自診斷等極強的復(fù)合功能。（2）提高精度。機電一體化技術(shù)簡化了機構(gòu)，減少了傳動部件，從而使機械磨損、

14、配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減小，同時由于采用計算機檢測與控制技術(shù)補償和校正因各種干擾造成的動態(tài)誤差，從而達(dá)到單純采用機械技術(shù)所無法實現(xiàn)的工作精度。（3）結(jié)構(gòu)簡化。由于機電一體化技術(shù)采用內(nèi)裝的微處理器、大規(guī)模集成電路、電力電子器件代替原有的笨重的電器控制柜和傳動裝置，使機電一體化產(chǎn)品體積變小、零部件的數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)得到簡化。例如，無換向電刷，簡化了電機結(jié)構(gòu)，縮小了電機的體積，減輕了重量，提高了電機的使用壽命，改善了電機運行特性。（4）可靠性提高。近年來，集成電路的集成度越來越高，可靠性不斷增強，使機電一體化產(chǎn)品故障率極低，同時許多機電一體化產(chǎn)品都具有自診斷、安全連鎖控制、過負(fù)荷及失控保

15、護(hù)、停電對策等功能，從而提高了機電一體化產(chǎn)品的安全可靠性。（5）改善操作。機電一體化產(chǎn)品采用計算機程序控制實現(xiàn)了自動化，且具有良好的人機界面，減少了操作按鈕及手柄，從而改善了設(shè)備的操作性能，減少了培訓(xùn)操作人員的時間。（6）提高柔性。所謂柔性，即可以利用軟件來改變機器的工作程序，以滿足不同的工具，通過改變控制程序改變運動軌跡和運動姿態(tài)，以適應(yīng)不同的作業(yè)要求；數(shù)控機床、fms或fmc可以通過改變控制程序來適應(yīng)不同零件的加工工藝。有些機電一體化設(shè)備對環(huán)境變化具有一定的主動適應(yīng)能力，即智能化的機電一體化設(shè)備，體現(xiàn)了機電一體化設(shè)備的另一種柔性功能。第2章 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢機電一體化是一種復(fù)

16、合技術(shù)，是機械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物，是機電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文簡述了機電一體化技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)組成和主要應(yīng)用領(lǐng)域，并指出其發(fā)展趨勢。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，引起了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。2.1、機電一體化的核心技術(shù)機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此

17、，為加速推進(jìn)機電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：2.1.1機械本體技術(shù)機械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。2.1.2傳感技術(shù)傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。2.1.3信息處理技術(shù) 機電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息

18、處理設(shè)備(特別是微型計算機)的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。2.1.4驅(qū)動技術(shù)電機作為驅(qū)動機構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅(qū)動單元。2.1.5接口技術(shù)為了與計算機進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設(shè)計。目前，技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)

19、纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。2.1.6軟件技術(shù)軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。2.2機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。2.2.1數(shù)字化微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)

20、計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。2.2.2 智能化即要求機電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在cnc數(shù)控機床上增加人機對話功能，設(shè)置智能i/o接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。2.2.3 模塊化由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品

21、單元模塊是一項復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。2.2.4 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)視技術(shù)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)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。2.2.5 人性化機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電

22、一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。2.2.6 微型化微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(micro electronic mechanical systems，簡稱mems)是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)berkeley分校研制出第一個微電機以

23、來，國內(nèi)外在mems工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種mems器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。2.2.7 集成化集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強

24、。2.2.8 帶源化是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。2.2.9 綠色化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時，產(chǎn)

25、品可分解和再生利用。2.2.10光機電一體化.一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的.因此,引進(jìn)光學(xué)技術(shù),實現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點是能有效地改進(jìn)機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨向.2.3機電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域2.3.1數(shù)控機床數(shù)控機床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展,在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現(xiàn)在:總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu),即采用多cpu、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。開放性設(shè)計,即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標(biāo)準(zhǔn),能最大限度地提高用戶的使用效益。wo

26、p技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計,不僅豐富了數(shù)控功能,同時也加強了cnc系統(tǒng)的控制功能。能實現(xiàn)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(wù)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(tǒng)中去。系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡(luò)功能,加強了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)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(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。2.3.2計算機集成制造系統(tǒng)(cims)cims的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合,而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有

27、部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化,各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。2.3.3柔性制造系統(tǒng)(fms)制造系統(tǒng)是柔性計算機化的制造系統(tǒng)，主要由計算機、數(shù)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(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設(shè)計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。2.3.4工業(yè)機器人第1代機器人亦稱示教再現(xiàn)機器人,它們只能根據(jù)示教進(jìn)行重復(fù)運動,對工作環(huán)境和作業(yè)對象的

28、變化缺乏適應(yīng)性和靈活性;第2代機器人帶有各種先進(jìn)的傳感元件,能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息,通過計算機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進(jìn)行反饋控制,表現(xiàn)出低級智能,已開始走向?qū)嵱没?第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業(yè)環(huán)境中獨立行動,與第5代計算機關(guān)系密切。第3章 機電一體化系統(tǒng)的智能化具有人工智能或能模擬人類智能的系統(tǒng)稱之為智能系統(tǒng)。它能對一個過程或其所處環(huán)境各種固有的信息和知識進(jìn)行歸納, 也可將獲得的知識用于估計、分析、處理和控制, 使系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。而人工智能系統(tǒng)是一個知識處理系統(tǒng), 它包括知識表示、知識利用和知識獲取三個基本問題,

29、 其最終的目標(biāo)是模擬人的問題求解、推理、學(xué)習(xí)。 人工智能在機電一體化技術(shù)中的研究日益受到重視, 從智能機器人到數(shù)控機床的智能化, 無不體現(xiàn)了智能化的重要性。目前, 專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法, 是機電一體化產(chǎn)品( 系統(tǒng)) 實現(xiàn)智能化的4 種主要技術(shù)。它們各自獨立發(fā)展又彼此相互滲透。隨著制造自動化程度的不斷提高, 將會出現(xiàn)智能制造系統(tǒng)控制器來模擬人類專家的智能制造活動, 并會對制造中出現(xiàn)問題進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策。3.1 智能控制的理論3.1.1智能控制理論的理論基礎(chǔ)智能控制的研究領(lǐng)域是十分廣泛的, 一個智能系統(tǒng)一般都離不開控制, 因此, 在這個意義上說智能系統(tǒng)都是智能控

30、制系統(tǒng)2。模擬人類模糊邏輯思維的模糊集合論、模擬人的電腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論, 以及模擬人的感知一行動的進(jìn)化論等, 都是研究智能控制理論的新學(xué)科基礎(chǔ)的組成部分。 智能控制理論是建立在被控動態(tài)過程的特征模式識別, 基于知識、經(jīng)驗的推理及智能決策基礎(chǔ)上的控制, 是在如何控制上下功夫。因此, 相對于傳統(tǒng)控制的“模型論”, 智能控制可稱之為控制論。模式識別體現(xiàn)智能特征, 基于知識、經(jīng)驗的推理及智能決策更表現(xiàn)智能行為。因此, 智能控制是以模擬智能為核心的控制, 它的研究重點不再是被控對象, 而是控制器本身。3.1.2智能控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)被控對象及環(huán)境復(fù)雜性和不確

31、定性的程度、性能指標(biāo)要求等劃分為具有不同的結(jié)構(gòu), 本文主要介紹了基本結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。該結(jié)構(gòu)把智能控制系統(tǒng)分為智能控制器和外部環(huán)境兩大部分。智能控制器是由感知信息與處理、數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃與控制決策、認(rèn)知學(xué)習(xí)、控制知識庫、評價機構(gòu)6 部分組成。外部環(huán)境是由廣義被控對象、傳感器和執(zhí)行器組成, 還包括外部各種干擾等不確定性因素。智能控制系統(tǒng)有很多優(yōu)勢: 無模型參考、強魯棒性、自學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)性、超協(xié)調(diào)性、滿意型最優(yōu)等, 這使得智能控制被廣泛應(yīng)用在多個領(lǐng)域。數(shù)據(jù)庫認(rèn)知知識控制知識庫通知信息與處理評價機構(gòu)規(guī)劃與控制決策執(zhí)行器傳感器廣義對象圖1智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.2 機電一體化的智能化應(yīng)用目前機電一體

32、化的智能化應(yīng)用已成為趨勢, 智能機器人和數(shù)控機床就是例子。智能機器人是通過視覺、觸覺和聽覺等各類傳感器檢測工作狀態(tài), 根據(jù)實際變化過程反饋信息并做出判斷與決定。數(shù)控機床的智能化體現(xiàn)在各類傳感器對切削加工前后和加工過程中的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測, 并通過計算機系統(tǒng)做出判斷, 自動對異?，F(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整與補償, 以保證加工過程的順利進(jìn)行, 并保證加工出合格的產(chǎn)品。3.2.1國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展?fàn)顩r在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中, 各發(fā)達(dá)國家提出了新的模式, 他們認(rèn)為: 數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù), 它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體。它具有高精度、高效率、柔性自動化等特點, 對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、

33、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前, 在集成化基礎(chǔ)上, 數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化; 在智能化基礎(chǔ)上, 綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制, 加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù), 實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。 長期以來, 我國的數(shù)控系統(tǒng)仍為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu), 加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定, 加工程序在實際加工前用手工方式或自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下, 加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù), 無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機

34、因素實時動態(tài)調(diào)整, 影響工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。因此, 對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。3.2.2數(shù)控機床的智能化在數(shù)控機床中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)控技術(shù), 是一種采用計算機對機械加工過程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運算、處理, 并通過高性能的驅(qū)動單元對機械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動化控制的高新技術(shù)。當(dāng)前已有大量機械加工裝備采用了數(shù)控技術(shù), 其中最典型而應(yīng)用面最廣的是數(shù)控機床。由于機械加工工藝的多樣性和加工零件的復(fù)雜性, 使數(shù)控機床的規(guī)格、品種多樣, 性能差異極大, 控制參數(shù)復(fù)雜, 調(diào)試操作繁瑣, 因此, 在將不斷飛速發(fā)展的通用計算機技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代自動控制理論及現(xiàn)代的電力電子技術(shù)應(yīng)用于新一代數(shù)控機床時, 我們

35、希望它能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。 所謂智能化數(shù)控系統(tǒng), 是指具有模擬人智能的特征, 在數(shù)控系統(tǒng)中具有模擬、延伸、擴(kuò)展的智能行為的知識處理動能, 如自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自尋優(yōu)、自鎮(zhèn)定、自識別、自規(guī)劃、自修復(fù)、自繁殖等。智能數(shù)控系統(tǒng)可以對影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境, 快速做出實現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策, 對進(jìn)給速度、切削深度、坐標(biāo)移動、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實時控制, 使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)所需要的功能將不只是高的性能( 高速、高精度、高可靠性) , 而且還包括許多智能功能, 如加工運動規(guī)劃、推理、決策能力以及加工環(huán)境的感知能

36、力、制造網(wǎng)絡(luò)通信能力( 包括與人的交互) 、智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控等。 實踐證明, 上述的“智能化”技術(shù), 在21 世紀(jì)還要應(yīng)用于新一代數(shù)控機床的調(diào)整、使用與維修等各個環(huán)節(jié), 使人工參與大為簡化, 要應(yīng)用“智能化”技術(shù), 對人機界面進(jìn)行包裝, 要充分利用自然語言、視窗界面和簡單化的人工運作, 使機床的調(diào)整、使用與維修趨于現(xiàn)代化。 綜上所述, 智能化是機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機械自動化技術(shù)的主要區(qū)別之一, 也是21 世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的主要方向, 必將會為系統(tǒng)科學(xué)的研究提供新的思路第4章 探索plc在機電一體化中的重要作用可編程序控制器(programmable log controll

37、er)簡稱plc，是采用微電腦技術(shù)制造的通用自動控制設(shè)備。它是一種帶有指令存儲器、數(shù)字或模擬的輸入輸出接口，以運算為主能完成邏輯順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等功能，用以機器或生產(chǎn)過程自動控制和監(jiān)視的裝置。它以優(yōu)越的功能，良好的控制精度和高可靠性，在工業(yè)自動化控制中獨領(lǐng)風(fēng)騷。程序控制技術(shù)是工業(yè)自動化中重要的基礎(chǔ)技術(shù)。plc既能控制開關(guān)量，也能控制模擬量，用于替代繼電器控制邏輯、二極管矩陣邏輯以及便于接線的數(shù)字邏輯。由于plc是專門為工業(yè)自動化控制設(shè)計的一種工業(yè)用微電腦，所以在工業(yè)自動化控制中，plc比單板機、微型計算機的使用更可靠。4.1.plc的主要功能及技術(shù)指標(biāo)plc是控制技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)

38、晶，但是對于熟悉機電控制技術(shù)的工程人員來說，在使用plc時沒有必要完全了解計算機的深層次技術(shù)問題，只需要把plc看作機電控制技術(shù)人員熟悉的繼電器計時器和計數(shù)器的集合即可，所以plc的實際使用簡單方便，適應(yīng)普通的機電控制技術(shù)人員。1plc的主要功能plc的主要功能有：條件控制。plc具有邏輯運算功能，它設(shè)置了與(and)、或(or)、非(not)等邏輯運算指令，能處理繼電器接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)以及并串聯(lián)等各種連接；限時控制。plc具有定時控制功能，它可以提供若干個定時器，并設(shè)置了定時指令，調(diào)用修改靈活方便；計數(shù)控制。plc具有計數(shù)控制功能，它可以提供若干個計數(shù)器，設(shè)置了計數(shù)指令，計數(shù)器的計數(shù)

39、值可以在運行時讀出，也可以在運行時修改；步進(jìn)控制。plc具有步進(jìn)控制功能，可以在一道工序完成后，再進(jìn)行下一步工序，并且設(shè)置了移位寄存器；模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。有些plc具有模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，能完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)；通信和聯(lián)網(wǎng)。有些plc采用了通信技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的i0控制，即plc之間同位鏈接或由一臺計算機和若干臺plc構(gòu)成集中管理，分散控制的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。2plc的主要技術(shù)指標(biāo)單臺plc可控制成千上萬個點，多臺plc的同位鏈接可控制更多個點，平均每個點的處理速度從10 s一1 8，編程容量從幾k字節(jié)上百k字節(jié)，平均無故障時間為3105h 而且編程語言是電氣控制技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言

40、，還配置了較強的監(jiān)控功能，它能記憶某些異常情況，在發(fā)生異常情況時自動終止運行。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過監(jiān)控命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)，隨時調(diào)整定時、計數(shù)等設(shè)定值，為調(diào)試和維護(hù)提供了較強的手段。4.2.plc與繼電器控制邏輯的比較繼電器控制邏輯自2o世紀(jì)20年代問世以來一直是機電順序控制的主流，由于它的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，所以使用范圍甚廣。其缺點是動作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的plc的出現(xiàn)，使得繼電器控制邏輯更加遜色，比較如下：1控制邏輯繼電器控制采用硬接線邏輯，它利用繼電器接點的串連、并聯(lián)，利用延時繼電器的滯后動作組合成控制邏輯，連線復(fù)雜，體積大，功耗也大，當(dāng)一個控制系

41、統(tǒng)研制成功以后，要想再做修改就困難了。這是因為任何控制邏輯的修改都隨著現(xiàn)場連線的改動而改動，特別是想增加一些控制邏輯時就更加困難了。因此，繼電器控制邏輯的靈活性和擴(kuò)展性較差。而plc采用存儲邏輯，除了輸入輸出端以外不與現(xiàn)場連接，控制邏輯以程序的方式存儲在plc的內(nèi)存當(dāng)中，控制邏輯復(fù)雜則程序就會長一一些，因此連線少體積小，plc是由大、中規(guī)模集成電路組裝而成的，功耗也小。由于控制邏輯只與程序有關(guān)，當(dāng)需要對控制邏輯進(jìn)行修改時，只要修改程序就行了，而不需要修改連線，因此靈活性和擴(kuò)展性強。2控制速度繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)的，工作頻率低，觸點的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。而且使用的繼

42、電器越多，反應(yīng)速度越慢，還容易出現(xiàn)觸點抖動問題。而plc是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，由于plc內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會出現(xiàn)抖動問題。3限時控制繼電器控制邏輯利用時間繼電器的滯后動作進(jìn)行限時控制，時間繼電器一般分為空氣阻尼式，電磁式等，還有半導(dǎo)體時間繼電器，用時間繼電器實現(xiàn)定時控制會出現(xiàn)定時的精度不夠，定時時間易受環(huán)境變化的影響和時間調(diào)整困難等問題。有些特殊的時間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不便。而plc使用半導(dǎo)體集成電路作為定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生精度相當(dāng)高，定時器的定時范圍一般在01秒至若干秒、若干分甚至更長。定時值可根據(jù)實際需要

43、在程序中設(shè)定，定時精度小于10ms，定時時間不受環(huán)境的影響，一旦調(diào)好，不會改變。plc還能完成計數(shù)功能，而繼電器控制邏輯一般沒有計數(shù)功能。4可靠性和可維護(hù)性繼電器控制邏輯使用了大置的機械觸點，連線多，觸點在開閉時會受到電弧的損壞，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而plc采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路完成，體積小，功耗小，壽命長，可靠性高。plc還配備了自檢和監(jiān)控功能，能檢查出自身故障，并隨時顯示出來還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。5邏輯電路的設(shè)計和完成使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，設(shè)計、施工、調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長，而且修改困難?？刂七?/p>

44、輯越復(fù)雜，這一缺點就越突出。而plc完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成以后，現(xiàn)場電路連接和邏輯的設(shè)計(包括繼電器梯形圖和程序設(shè)計)可以同時進(jìn)行，周期短，調(diào)試和修改都很方便。4.3.plc與單板機比較1不如plc容易掌握使用單板機來實現(xiàn)自動控制，一般要使用微處理機的機器指令進(jìn)行編程。這就要求設(shè)計者具有一定的計算機硬件和軟件知識，對于那些只熟悉機電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)一段時間的系統(tǒng)學(xué)習(xí)才能掌握。而plc雖然是微電腦系統(tǒng)。由cpu、rom、ram固件和i0接口等構(gòu)成，但它提供給使用者的卻是電氣控制技術(shù)人員所熟悉的梯形圖語言，使用的術(shù)語仍然是繼電器這一技術(shù)術(shù)語，大部分指令與繼電器接點的串聯(lián)、

45、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等相對應(yīng)，這就使得那些熟悉機電控制的工程技術(shù)人員一目了然，對于使用者來說，不必去關(guān)心微電腦的一些深層次技術(shù)問題，而只要用較短的時間去熟悉plc的指令系統(tǒng)及操作方法即可。2不如plc使用簡單使用單板機來實現(xiàn)自動控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作，如要考慮工程現(xiàn)場與單板機的連接，輸出驅(qū)動，接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等，除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計，還要在單板機的外圍進(jìn)行很多的硬件和軟件的工作才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也比較繁瑣。而plc的輸入輸出接口已經(jīng)做好，輸人接口可以與無電壓開關(guān)直接連接，非常方便，輸出接口具有一定的驅(qū)動能力，如用繼電器輸出，輸出的觸點容量可達(dá)220v、

46、2a，能適應(yīng)一般的控制要求，而且在輸入接口有光電耦合環(huán)節(jié)，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進(jìn)人plc。3不如plc可靠使用單板機進(jìn)行工業(yè)自動控制，最突出的問題是抗干擾性能差，工作環(huán)境條件要求高。而plc是專門用于工業(yè)自動化控制的，在設(shè)計和制造過程中采用了抗干擾措施，穩(wěn)定性和可靠性高。如plc具有較強的自診斷功能，保證在硬件(如cpu、ram、io總線等)都正常的情況下才執(zhí)行控制程序，一旦出現(xiàn)硬件故障則立即給出信號，并停止控制程序的執(zhí)行，等待修復(fù)。有些高檔的plc具有cpu并行操作，一旦某個cpu出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍能正常工作并給出帶病工作信號，要求修復(fù)出現(xiàn)故障的cpu，這就更增加了plc的可靠性。從以上的比

47、較可以看出，plc是一種用于工業(yè)自動化控制的微電腦，具有結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，環(huán)境適應(yīng)范圍廣，控制可靠性高，易于學(xué)習(xí)和掌握，控制邏輯修改容易，調(diào)試方便等優(yōu)點，它在現(xiàn)代機電技術(shù)一體化中占有重要的地位和作用。第5章 計算機以及機電一體化技術(shù)的整合5.1.機電一體化與計算機整合的必然性20世紀(jì)6o年代，以微電子技術(shù)為主導(dǎo)，自動化技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、激光與紅外技術(shù)等高新技術(shù)逐步形成，引發(fā)了第四次技術(shù)革命。在這場新技術(shù)革命的沖擊下，作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機械工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。通過微電子技術(shù)、計算機技術(shù)等信息技術(shù)與機械裝置和動力設(shè)備有機結(jié)合，一方面極大

48、的提高了機電產(chǎn)品性能和競爭性；另一方面又極大的提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和企業(yè)的競爭能力，促使機械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的技術(shù)革命，產(chǎn)生了機電一體化技術(shù)。20世紀(jì)90年代國際機器與機構(gòu)理論聯(lián)合會rilleinternafionm federation for the theory of machines and mechanism一mm)成立了機電一體化技術(shù)委員會(technical committee onmechatronics)，它給出的定義是：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)計和制造過程中的協(xié)同結(jié)合。1996年3月國際電氣與電子工程師學(xué)會(ieee)與美國機械工程師學(xué)會

49、(asme)聯(lián)合創(chuàng)刊的機電一體化學(xué)報)(ieeeasmetransactions 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)同整合。我們從中可以看到機電一體化技術(shù)是多種技術(shù)融合的產(chǎn)物。它是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上，在計算機、傳感器和軟件技術(shù)三者的支撐下發(fā)展起來的。實際上，機電一體化技術(shù)己經(jīng)不僅僅局限于機械與電子技術(shù)的有機結(jié)合，而是融合檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機械技術(shù)、計算機技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等多種技術(shù)于一體的交叉學(xué)科與綜合技術(shù)。其中，信息處理技術(shù)是機

50、電一體化技術(shù)中必不可少的部分，以微電子技術(shù)和計算機技術(shù)為龍頭的信息處理技術(shù)是使機電一體化產(chǎn)品具有自動化、數(shù)字化和智能化的關(guān)鍵所在。5.2 計算機技術(shù)對機電一體化發(fā)展的推動過程縱觀機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，它是一個以機電整合為主，同時綜合整合其他各類學(xué)科技術(shù)的過程，尤其是以計算機技術(shù)為代表的信息技術(shù)極大的促進(jìn)了機電一體化的發(fā)展?？梢哉f，機電一體化的發(fā)展過程正是與計算機技術(shù)整合的過程。機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程，大體上可以分為三個階段：20世紀(jì)60年代以前為第一階段，稱其為萌芽階段。在這一時期，人們自覺或不自覺的利用電子技術(shù)的初步成果來代替機械產(chǎn)品的性能。特別是在二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了

51、機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了許多性能相當(dāng)優(yōu)良的軍事用途的機電產(chǎn)品。這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的作用。20世紀(jì)70年代到80年代為第二階段。稱其為蓬勃發(fā)展階段。在這一時期，人們自覺地、主動地利用3c技術(shù)的巨大成果創(chuàng)造新的機電一體化產(chǎn)品。在這一階段，應(yīng)該特別指出的是，日本在推動機電一體化技術(shù)的發(fā)展方面起了主導(dǎo)作用。日本政府于1971年3月頒布了特定電子工業(yè)和特定機械工業(yè)振興臨時措施法，要求企業(yè)界應(yīng)特別注意促進(jìn)為機械配備電子計算機和其他電子設(shè)備，從而實現(xiàn)控制的自動化和機械產(chǎn)品的其他功能。這就是日本政府在機械產(chǎn)品中貫徹精益求精思想的檄文。顯然，這里有

52、其商業(yè)意圖。但是，日本的企業(yè)界為了生存，竭盡全力實施了政府的這一法規(guī)。經(jīng)過短短幾年的努力，出現(xiàn)了日本經(jīng)濟(jì)奇跡。這是大家都知道的事實。因而，機電一體化一詞由日本人創(chuàng)造也就不足為奇了。從20世紀(jì)90年代后期開始為第三階段，稱其為智能化階段，機電一體化技術(shù)向智能化新階段邁進(jìn)。由于人工智能技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展天地。大量的智能化機械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)在，模糊控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普遍，甚至還出現(xiàn)了混沌控制的產(chǎn)品?？梢哉f，以智能化為內(nèi)核可以稱作機電一體化在2l世紀(jì)最突出的特征。5.3 計算機與機電一體化技術(shù)整合的表現(xiàn) 縱觀機電一體化的發(fā)展過程可以發(fā)現(xiàn)，它是同時綜合整合其他各類學(xué)科技術(shù)的過程。計算機技術(shù)為代表的信息技術(shù)極大地促進(jìn)了機電體化。早期的機電一體化是在機械電子基礎(chǔ)上整合進(jìn)微電子技術(shù)，1981年日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟(jì)研究所在日本機械工業(yè)的存在條件機械工業(yè)和電子化的報告書中所說的機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，它是將機械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機結(jié)合起來構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。隨著以計算機技術(shù)為主的信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，機電一體化也在不斷地發(fā)展。如1984年美國機械工程師協(xié)會(asme)的一個專