機電一體化概論

1、1董長雙2013.12機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院2 機電一體化系統(tǒng)的基本概念機電一體化系統(tǒng)的基本概念 機電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)機電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù) 機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計 機電一體化技術(shù)概論機電一體化技術(shù)概論3 機電一體化（機電一體化（Mechatronics）的基本概念）的基本概念 機電一體化是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸機電一體化是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成的一個新概念，是各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的一種形成的一個新概念，是各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的一種新形式。機電一體化（新形式。機電一體化（Mechatronics）這個名詞的）這個名詞的起源于日本，在起源于日

2、本，在1971，日本，日本機械設(shè)計機械設(shè)計雜志副刊雜志副刊就提出了就提出了“Mechatronics”這一名詞，這一名詞，1976年以廣年以廣告為主的日本雜志告為主的日本雜志Mechatronics Design News開始使用，其中的開始使用，其中的“Mechatronics”是由是由“Mechanics”的前半部和的前半部和“Electronics”的后半部的后半部組合而成。翻譯為機電一體化或機械電子學(xué)。組合而成。翻譯為機電一體化或機械電子學(xué)。一、一、Mechatronics Mechatronics 的基本含義的基本含義4“機電一體化機電一體化”是機械技術(shù)、微電子技術(shù)相互交是機械技術(shù)、

3、微電子技術(shù)相互交叉、融合的產(chǎn)物。叉、融合的產(chǎn)物。機械技術(shù)機械技術(shù)（機械學(xué)（機械學(xué)機構(gòu)學(xué)）機構(gòu)學(xué)）機電一體化機電一體化技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域微電子技術(shù)微電子技術(shù)（半導(dǎo)體技（半導(dǎo)體技術(shù)、計算機術(shù)、計算機技術(shù)）技術(shù)）5機電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個階段機電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個階段2020世紀世紀7070年代至年代至8080年代為第二階段。年代為第二階段。 “蓬勃發(fā)展階段蓬勃發(fā)展階段”從從2020世紀世紀9090年代后期開始為第三階段。年代后期開始為第三階段。 “智能化階段智能化階段”2020世紀世紀6060年代以前為第一階段。年代以前為第一階段。 “萌芽階段萌芽階段”機電一體化技術(shù)發(fā)展史

4、機電一體化技術(shù)發(fā)展史61 1、六十年代，日本通產(chǎn)省為擴大機械功能，在機械、六十年代，日本通產(chǎn)省為擴大機械功能，在機械上采用電氣和電子技術(shù)，曾結(jié)合數(shù)控機床做過不少上采用電氣和電子技術(shù)，曾結(jié)合數(shù)控機床做過不少實驗，但末能獲得成功。實驗，但末能獲得成功。2 2、七十年代，微電子技術(shù)成熟，微機商品化，大規(guī)模、七十年代，微電子技術(shù)成熟，微機商品化，大規(guī)模集成電路問世，構(gòu)成微機的基本單元集成電路問世，構(gòu)成微機的基本單元CPUCPU、ROMROM、RAMRAM和和接口電路已經(jīng)模塊化，自己接口電路已經(jīng)模塊化，自己 制造制造 計算機成為可能。計算機成為可能。機電一體化得以現(xiàn)實。機電一體化得以現(xiàn)實。3 3、197

5、11971年，日刊工業(yè)新聞社發(fā)行年，日刊工業(yè)新聞社發(fā)行機電一體化入門機電一體化入門和和機電一體化機電一體化月刊，專門刊載機電一體化新產(chǎn)品。月刊，專門刊載機電一體化新產(chǎn)品。74 4、19761976年，機電一體化正式命名年，機電一體化正式命名 “” ” (Mechatronics(Mechatronics、機電一體化）。、機電一體化）。5 5、19711971到到19781978年日本政府頒發(fā)年日本政府頒發(fā)“機電法機電法”和和“機信機信法法”，對機電一體化的發(fā)展起到積極推動作用。，對機電一體化的發(fā)展起到積極推動作用。6 6、八十年代，在、八十年代，在“機信法機信法”指導(dǎo)下，機電一體化的指導(dǎo)下，機

6、電一體化的產(chǎn)品如雨后春筍不斷涌現(xiàn)。產(chǎn)品如雨后春筍不斷涌現(xiàn)。7 7、九十年代，集成度提高，價格下降，機電一體化技、九十年代，集成度提高，價格下降，機電一體化技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展，機電一體化技術(shù)遍及術(shù)在世界范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展，機電一體化技術(shù)遍及社會各個領(lǐng)域。全盛時期開始。社會各個領(lǐng)域。全盛時期開始。8 機電一體化的定義在日本多種多樣。但機電一體化的定義在日本多種多樣。但最具有指導(dǎo)性的定義是日本機械振興協(xié)最具有指導(dǎo)性的定義是日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所提出的。會經(jīng)濟研究所提出的。1、日本關(guān)于、日本關(guān)于Mechatronics的定義的定義 “機電一體化這個詞乃是在機械的主功能、機電一體化這個詞乃

7、是在機械的主功能、動力功能、信息與控制功能上引進了電子動力功能、信息與控制功能上引進了電子技術(shù)，并將機械裝置與電子設(shè)備以及軟件技術(shù)，并將機械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機結(jié)合而成的系統(tǒng)的總稱等有機結(jié)合而成的系統(tǒng)的總稱”。9 美國是機電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用的最早的國美國是機電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用的最早的國家。如世界上第一臺數(shù)控機床家。如世界上第一臺數(shù)控機床(1952）、第一）、第一個工業(yè)機器人（個工業(yè)機器人（1962）。）。2、美國關(guān)于現(xiàn)代機械系統(tǒng)的定義、美國關(guān)于現(xiàn)代機械系統(tǒng)的定義“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的,用于完成包用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機

8、械括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和和(或或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)” 。 美國機械工程師協(xié)會的一個專家組于美國機械工程師協(xié)會的一個專家組于1984年年 在給美國國家科學(xué)基金會的報告中，提出了現(xiàn)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。代機械系統(tǒng)的定義。10 113、我國對機電一體化的理解、我國對機電一體化的理解 機電一體化是機電一體化技術(shù)及其產(chǎn)品的統(tǒng)稱機電一體化是機電一體化技術(shù)及其產(chǎn)品的統(tǒng)稱,還將柔性制造系統(tǒng)還將柔性制造系統(tǒng)(FMS)(Flexible Manufacturing System)和計算機集成制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS

9、)(Computer Integrated Manufacturing System)包括在內(nèi)。包括在內(nèi)。 機電一體化是在機械產(chǎn)品中的機構(gòu)主功能、動機電一體化是在機械產(chǎn)品中的機構(gòu)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(shù)力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)和計算機技術(shù)和計算機技術(shù),并將機械裝置和電子設(shè)備以及計算機并將機械裝置和電子設(shè)備以及計算機軟件等有機結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。軟件等有機結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。 863863計劃計劃 機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù) 工業(yè)機器人工業(yè)機器人 計算機幾集成制造系統(tǒng)計算機幾集成制造系統(tǒng)12二、機電一體化系統(tǒng)二、

10、機電一體化系統(tǒng)1、定義：、定義： 機電一體化系統(tǒng)是一種比較復(fù)雜的工程系統(tǒng)，它是機電一體化系統(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、若干種類的元素由相互關(guān)聯(lián)的、若干種類的元素(機械、流體、電、磁、機械、流體、電、磁、光、熱、聲等光、熱、聲等)組成的，具有特定目標的有機整體。組成的，具有特定目標的有機整體。整體性整體性(集合性集合性)、關(guān)聯(lián)性、目的性和相對性。、關(guān)聯(lián)性、目的性和相對性。1 1）屬性）屬性13系統(tǒng)系統(tǒng)控制控制物質(zhì)物質(zhì)能量能量信息信息物質(zhì)物質(zhì)能量能量信息信息（人）（人）工業(yè)三大工業(yè)三大要素要素具有所需具有所需特性特性2）系統(tǒng)目的功能）系統(tǒng)目的功能三大目三大目的功能的功能變換功能變

11、換功能:加工、處理加工、處理傳遞功能傳遞功能:移動、輸送移動、輸送 儲存功能儲存功能:保持、積蓄、記錄保持、積蓄、記錄(變換、傳遞、儲存）變換、傳遞、儲存）142、功能構(gòu)成原理、功能構(gòu)成原理1）系統(tǒng)框圖）系統(tǒng)框圖系統(tǒng)系統(tǒng)（特性）（特性）輸入輸入x外部環(huán)境外部環(huán)境直接輸出直接輸出y間接輸出間接輸出152）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖大系統(tǒng)大系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)1分系統(tǒng)分系統(tǒng)1（單元）（單元）單元單元1（部件）（部件）元件元件1系統(tǒng)系統(tǒng)k分系統(tǒng)分系統(tǒng)h單元單元m元件元件n16主功能主功能（變換、傳遞、保存）（變換、傳遞、保存）動力功能動力功能控制功能控制功能輸入輸入輸出輸出結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)功能干擾干擾排放物排放

12、物能量輸入能量輸入信息輸入信息輸入 信息輸出信息輸出物質(zhì)物質(zhì)能量能量信息信息物質(zhì)物質(zhì)能量能量信息信息3）機電一體化系統(tǒng)功能構(gòu)成原理圖）機電一體化系統(tǒng)功能構(gòu)成原理圖檢測功能檢測功能17CNC機床內(nèi)部功能構(gòu)成實例機床內(nèi)部功能構(gòu)成實例18結(jié)論：有五種內(nèi)部功能。結(jié)論：有五種內(nèi)部功能。主主 功功 能：實現(xiàn)系統(tǒng)目的功能直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能：實現(xiàn)系統(tǒng)目的功能直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、 能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。動力功能：向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能。動力功能：向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能。檢測功能：獲取系統(tǒng)內(nèi)、外部

13、信息的功能。檢測功能：獲取系統(tǒng)內(nèi)、外部信息的功能?？刂乒δ埽簩φ麄€系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施目的控制功能：對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施目的 功能。功能。構(gòu)造功能：使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和構(gòu)造功能：使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和 空間上的相互關(guān)系所必須的功能?？臻g上的相互關(guān)系所必須的功能。194）系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型）系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型y=(x1、x2、xn，1、2、n，t)y系統(tǒng)目的或輸出；系統(tǒng)目的或輸出；xi輸入；輸入；i環(huán)境或約束條件。環(huán)境或約束條件。20 機械本體機械本體3、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)組成 動力部分動力部分 測試傳感部分測試傳感部分 控制及信息

14、處理單元控制及信息處理單元 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 接口接口 驅(qū)動部分驅(qū)動部分211）機械本體）機械本體 是所有功能元素的機械支持結(jié)構(gòu)，包括機身、框架、機是所有功能元素的機械支持結(jié)構(gòu)，包括機身、框架、機械連接、機械運動部件等。械連接、機械運動部件等。 2）動力部分）動力部分 在控制系統(tǒng)的控制下，為系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正在控制系統(tǒng)的控制下，為系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。常運行。3）測試傳感部分）測試傳感部分 在系統(tǒng)運行中對系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)在系統(tǒng)運行中對系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)過分進行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻?/p>

15、理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。224）執(zhí)行機構(gòu)）執(zhí)行機構(gòu)接收控制系統(tǒng)的控制信息和指令，完成要求的動作。接收控制系統(tǒng)的控制信息和指令，完成要求的動作。5）驅(qū)動部分）驅(qū)動部分 在控制信息作用下，提供動力并實現(xiàn)功率匹配，驅(qū)動在控制信息作用下，提供動力并實現(xiàn)功率匹配，驅(qū)動各執(zhí)行機構(gòu)完成各種動作和功能。各執(zhí)行機構(gòu)完成各種動作和功能。6）控制及信息處理單元）控制及信息處理單元 將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定中、存儲、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程

16、序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)按要求實的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)按要求實現(xiàn)有序地運行?，F(xiàn)有序地運行。7）接口）接口 系統(tǒng)中各單元和環(huán)節(jié)之間進行物質(zhì)、能量和信息交系統(tǒng)中各單元和環(huán)節(jié)之間進行物質(zhì)、能量和信息交換的連接界面，是外部設(shè)備和數(shù)控裝置之間的橋梁。換的連接界面，是外部設(shè)備和數(shù)控裝置之間的橋梁。23內(nèi)臟內(nèi)臟手腳手腳五官五官骨骼骨骼動力動力系統(tǒng)系統(tǒng)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)檢測檢測部分部分機械機械本體本體大腦大腦24機電一體化系統(tǒng)各構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系機電一體化系統(tǒng)各構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系25第二節(jié)第二節(jié) 機電一體化產(chǎn)品機電一體化產(chǎn)品一、機電一體化產(chǎn)品的分類一、機電一

17、體化產(chǎn)品的分類（1）產(chǎn)業(yè)機械：用于生產(chǎn)的電子控制機械。）產(chǎn)業(yè)機械：用于生產(chǎn)的電子控制機械。1、按機電一體化產(chǎn)品的用途分類、按機電一體化產(chǎn)品的用途分類（2）信息機械：用于信息處理、存儲的電子機械產(chǎn)品）信息機械：用于信息處理、存儲的電子機械產(chǎn)品 。（3）民生機械：用于生活領(lǐng)域的電子機械產(chǎn)品或機械電子產(chǎn)品。）民生機械：用于生活領(lǐng)域的電子機械產(chǎn)品或機械電子產(chǎn)品。 262、按機電一體化產(chǎn)品的功能分類、按機電一體化產(chǎn)品的功能分類（1）在原有機械本體上采用微電子控制裝置的產(chǎn)品。）在原有機械本體上采用微電子控制裝置的產(chǎn)品。（2）用電子裝置局部取代機械控制裝置。）用電子裝置局部取代機械控制裝置。（3）用電子裝置

18、取代原來執(zhí)行信息處理功能的機構(gòu)。）用電子裝置取代原來執(zhí)行信息處理功能的機構(gòu)。（4）用電子裝置取代了機械的主功能的產(chǎn)品。）用電子裝置取代了機械的主功能的產(chǎn)品。（5）信息設(shè)備和電子裝置有機結(jié)合的信息電子設(shè)備。）信息設(shè)備和電子裝置有機結(jié)合的信息電子設(shè)備。（6）檢測裝置、電子裝置和機構(gòu)有機結(jié)合的檢測用電子機械設(shè)備。）檢測裝置、電子裝置和機構(gòu)有機結(jié)合的檢測用電子機械設(shè)備。 27二、機電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點二、機電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點1、主要構(gòu)成、主要構(gòu)成1）機械系統(tǒng)）機械系統(tǒng)4）信息處理及控制系統(tǒng)）信息處理及控制系統(tǒng)3）傳感與檢測系統(tǒng)）傳感與檢測系統(tǒng)5）執(zhí)行機構(gòu)）執(zhí)行機構(gòu)2）動力系統(tǒng)）動力系統(tǒng)28

19、2、特點、特點1）安全性、可靠性高）安全性、可靠性高2）生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量高）生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量高3）使用性能好）使用性能好4）有復(fù)合功能）有復(fù)合功能5）便于調(diào)整和維護）便于調(diào)整和維護29第三節(jié)第三節(jié) 機電一體化的技術(shù)體系機電一體化的技術(shù)體系 機電一體化技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處機電一體化技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、電力電子理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、電力電子技術(shù)和機械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)技術(shù)和機械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程的一種高新技術(shù)。密集型系統(tǒng)工程的一種高新技術(shù)。30一、機械技術(shù)一、機械技術(shù)1.內(nèi)涵：指

20、機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造。內(nèi)涵：指機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造。2.作用：完成機電一體化系統(tǒng)間的連接以及如何作用：完成機電一體化系統(tǒng)間的連接以及如何與機電一體化的其它技術(shù)相適應(yīng)，并利用其它技與機電一體化的其它技術(shù)相適應(yīng)，并利用其它技術(shù)來更新概念，從而實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、材料、性能上術(shù)來更新概念，從而實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、材料、性能上的最優(yōu)化，以滿足減少重量、縮小體積、提高精的最優(yōu)化，以滿足減少重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善性能的要求。度、提高剛度、改善性能的要求。31二、信息處理技術(shù)二、信息處理技術(shù)（計算機與信息處理技術(shù)）（計算機與信息處理技術(shù)）1.內(nèi)涵：信息的變換、存取、運算、判斷和決策；內(nèi)涵：信息的變換、存取

21、、運算、判斷和決策；計算機的軟件技術(shù)和硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技計算機的軟件技術(shù)和硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。此外，人工智能技術(shù)、專術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。此外，人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等也屬于該范疇。家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等也屬于該范疇。2.作用：是促進機電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的作用：是促進機電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的 最活躍的因素。最活躍的因素。 32三、檢測與傳感器技術(shù)三、檢測與傳感器技術(shù)1.內(nèi)涵：研究如何將各種物理量轉(zhuǎn)換成與之成比例內(nèi)涵：研究如何將各種物理量轉(zhuǎn)換成與之成比例的電量；研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。的電量；研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。2.作用：傳感與檢測

22、裝置是機電一體化系統(tǒng)的作用：傳感與檢測裝置是機電一體化系統(tǒng)的感覺器官，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連，并將感覺器官，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連，并將檢測到的信號輸送到信息處理部分，是實現(xiàn)自檢測到的信號輸送到信息處理部分，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。33四、自動控制技術(shù)四、自動控制技術(shù)1.內(nèi)涵：基本控制理論，對具體控制裝置或系統(tǒng)的內(nèi)涵：基本控制理論，對具體控制裝置或系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試、投入運行。設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試、投入運行。2.作用：實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的目標最優(yōu)化，提作用：實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的目標最優(yōu)化，提高產(chǎn)品的精度、效率。高產(chǎn)品的

23、精度、效率。341.內(nèi)涵：機電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動裝內(nèi)涵：機電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動裝置設(shè)計中的技術(shù)。置設(shè)計中的技術(shù)。五、伺服驅(qū)動技術(shù)五、伺服驅(qū)動技術(shù)2.作用：伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)作用：伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件。執(zhí)行元件一方面通過接口電路與換裝置與部件。執(zhí)行元件一方面通過接口電路與計算機相連，接受控制系統(tǒng)的指令；另一方面通計算機相連，接受控制系統(tǒng)的指令；另一方面通過機械接口與機械傳動和執(zhí)行機構(gòu)相連，以實現(xiàn)過機械接口與機械傳動和執(zhí)行機構(gòu)相連，以實現(xiàn)規(guī)定的動作。伺服驅(qū)動技術(shù)對機電一體化產(chǎn)品的規(guī)定的動作。伺服驅(qū)動技術(shù)對機電一體化產(chǎn)品的動態(tài)性能、穩(wěn)定性

24、能、操作精度和控制質(zhì)量等具動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、操作精度和控制質(zhì)量等具有決定性的影響。有決定性的影響。35六、系統(tǒng)整體技術(shù)六、系統(tǒng)整體技術(shù)1.內(nèi)涵：以整體的概念，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)的內(nèi)涵：以整體的概念，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)。應(yīng)用技術(shù)。2.作用：通過分析、評價、綜合等措施，優(yōu)選出作用：通過分析、評價、綜合等措施，優(yōu)選出最佳的功能技術(shù)方案。最佳的功能技術(shù)方案。36 傳統(tǒng)機電技術(shù)的操作控制主要是通過具有電磁特傳統(tǒng)機電技術(shù)的操作控制主要是通過具有電磁特性的各種電器來實現(xiàn)，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼性的各種電器來實現(xiàn)，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系；機械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整此間

25、的內(nèi)在聯(lián)系；機械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計算機控制。個裝置是剛性的，不涉及軟件和計算機控制。 機電一體化技術(shù)以計算機為控制中心，在設(shè)計過機電一體化技術(shù)以計算機為控制中心，在設(shè)計過程中強調(diào)機械部件和電器部件間的相互作用和影響，程中強調(diào)機械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計算機控制下具有一定的智能性。整個裝置在計算機控制下具有一定的智能性。37 機電一體化技術(shù)將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計機電一體化技術(shù)將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)和檢測技術(shù)在設(shè)計和制造階段算機技術(shù)、控制技術(shù)和檢測技術(shù)在設(shè)計和制造階段就有機地結(jié)合在一起，十分注意機械和其他部件之就

26、有機地結(jié)合在一起，十分注意機械和其他部件之間的相互作用。間的相互作用。 并行工程將上述各項技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊并行工程將上述各項技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊頭并進，只在不同技術(shù)內(nèi)部進行設(shè)計制造，最后通頭并進，只在不同技術(shù)內(nèi)部進行設(shè)計制造，最后通過簡單疊加完成整體裝置。過簡單疊加完成整體裝置。38 自動控制技術(shù)的側(cè)重點是討論控制原理、控制自動控制技術(shù)的側(cè)重點是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。 機電一體化技術(shù)將自動控制原理及方法作為重機電一體化技術(shù)將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件，應(yīng)用要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控

27、制部件，應(yīng)用自動控制原理和方法，對機電一體化裝置進行分析自動控制原理和方法，對機電一體化裝置進行分析和性能測算。和性能測算。39 機電一體化技術(shù)只是將計算機作為核心部件應(yīng)機電一體化技術(shù)只是將計算機作為核心部件應(yīng)用，目的是提高和改善系統(tǒng)性能。用，目的是提高和改善系統(tǒng)性能。其研究的是機電其研究的是機電一體化系統(tǒng)，而不是計算機應(yīng)用本身。一體化系統(tǒng)，而不是計算機應(yīng)用本身。 計算機在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用僅僅計算機計算機在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用僅僅計算機應(yīng)用技術(shù)的一部分，它還可以在其他方面得到廣泛應(yīng)用技術(shù)的一部分，它還可以在其他方面得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用。40 機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計二、系

28、統(tǒng)（產(chǎn)品）評價二、系統(tǒng)（產(chǎn)品）評價三、設(shè)計的方法三、設(shè)計的方法四、設(shè)計類型四、設(shè)計類型五、設(shè)計程序、準則和規(guī)律五、設(shè)計程序、準則和規(guī)律一、設(shè)計流程一、設(shè)計流程41根據(jù)系統(tǒng)（產(chǎn)品）的目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格及性能指標根據(jù)系統(tǒng)（產(chǎn)品）的目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格及性能指標開開 始始按系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部五大功能劃分功能部件或功能子系統(tǒng)按系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部五大功能劃分功能部件或功能子系統(tǒng)確定各功能部件或子系統(tǒng)的功能要素確定各功能部件或子系統(tǒng)的功能要素接接 口口 設(shè)設(shè) 計計整整 體體 評評 價價是優(yōu)否是優(yōu)否修修 正正 改改 進進可可 靠靠 性性 復(fù)復(fù) 查查可靠否可靠否試試 制制 與與 調(diào)調(diào) 試試滿意否滿意否結(jié)結(jié) 束束

29、 一、一、 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計流程機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計流程NOYESYESYESNONO42二、系統(tǒng)（產(chǎn)品）的評價二、系統(tǒng)（產(chǎn)品）的評價高附加值化高附加值化高性能化高性能化低價格化低價格化高可靠性化高可靠性化智能化智能化省能化省能化輕薄短小化輕薄短小化機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）主功能主功能計測、控制功能計測、控制功能動力功能動力功能構(gòu)造功能構(gòu)造功能1）評價內(nèi)容）評價內(nèi)容432）系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功能價值評價的方法）系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功能價值評價的方法 系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功能能 評價參數(shù)評價參數(shù)系統(tǒng)（產(chǎn)品）的價值系統(tǒng)（產(chǎn)品）的價值 高高 低低 主功能主

30、功能 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 抗干擾能力抗干擾能力 廢棄物輸出廢棄物輸出 變換效率變換效率 少少 強強 少少 高高 大大 弱弱 多多 低低 動力功能動力功能 輸入能量輸入能量 能能 源源 少少 內(nèi)裝內(nèi)裝 多多 外設(shè)外設(shè) 控制功能控制功能 控制控制I/O口個數(shù)口個數(shù) 手動操作手動操作 多多 少少 少少 多多 構(gòu)造功能構(gòu)造功能 尺寸、重量尺寸、重量 強度強度 小、輕小、輕 高高 大、重大、重 低低 計測功能計測功能 精度精度 高高 低低44a、機電互補法（取代法）、機電互補法（取代法）三、系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計的常用方法三、系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計的常用方法b、結(jié)合（融合）法、結(jié)合（融合）法c、組合法、組合法45四、

31、系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計類型四、系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計類型a、開發(fā)性設(shè)計、開發(fā)性設(shè)計b、適應(yīng)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計c、變異性設(shè)計、變異性設(shè)計 是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計,僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求理和要求,設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品或系統(tǒng)。品或系統(tǒng)。 是在總的方案原理基本保持不變的情況下是在總的方案原理基本保持不變的情況下,對現(xiàn)有系對現(xiàn)有系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)進行局部更改統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)進行局部更改,以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。某些附加價值。 是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下是在設(shè)計方案和功能

32、結(jié)構(gòu)不變的情況下,僅改變現(xiàn)僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求求。46五、設(shè)計程序準則和規(guī)律五、設(shè)計程序準則和規(guī)律設(shè)計中一般采用三階段法。設(shè)計中一般采用三階段法。 在試驗性設(shè)計與計算機輔助設(shè)計中，多采用既分階在試驗性設(shè)計與計算機輔助設(shè)計中，多采用既分階段又平行兼顧的設(shè)計，即并行設(shè)計，以便相互協(xié)調(diào)。段又平行兼顧的設(shè)計，即并行設(shè)計，以便相互協(xié)調(diào)。 總體設(shè)計總體設(shè)計部件（零件）的選擇與設(shè)計或初步設(shè)計部件（零件）的選擇與設(shè)計或初步設(shè)計技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計47 1）總體設(shè)計程序）總體設(shè)計程序明確設(shè)計思想；明確設(shè)計思想；分析

33、綜合要求；分析綜合要求；劃分功能模塊；劃分功能模塊；決定性能參數(shù)；決定性能參數(shù)；調(diào)研類似產(chǎn)品；調(diào)研類似產(chǎn)品；擬定總體方案；擬定總體方案；方案對比定型；方案對比定型；編寫總體設(shè)計論證書。編寫總體設(shè)計論證書。482）設(shè)計準則）設(shè)計準則49既然是機電一體化系統(tǒng)，就要打破傳統(tǒng)設(shè)計的既然是機電一體化系統(tǒng)，就要打破傳統(tǒng)設(shè)計的思維方式，綜合機械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特思維方式，綜合機械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特點，達到優(yōu)勢互補，例如在經(jīng)常需要調(diào)整轉(zhuǎn)速點，達到優(yōu)勢互補，例如在經(jīng)常需要調(diào)整轉(zhuǎn)速的場合，用電子調(diào)速裝置代替齒輪變速裝置。的場合，用電子調(diào)速裝置代替齒輪變速裝置。不僅可以提高調(diào)速精度，而且靈活方便；采用不僅可

34、以提高調(diào)速精度，而且靈活方便；采用可編程控制器代替電磁式繼電器，不但可以提可編程控制器代替電磁式繼電器，不但可以提高調(diào)速精度，而且可以減小系統(tǒng)的體積和重量，高調(diào)速精度，而且可以減小系統(tǒng)的體積和重量，給系統(tǒng)設(shè)計提供更大的靈活性，這就要求系統(tǒng)給系統(tǒng)設(shè)計提供更大的靈活性，這就要求系統(tǒng)設(shè)計工作者從機械技術(shù)、電子技術(shù)、硬件技術(shù)設(shè)計工作者從機械技術(shù)、電子技術(shù)、硬件技術(shù)和軟件技術(shù)四個方面權(quán)衡經(jīng)濟和技術(shù)上的利弊和軟件技術(shù)四個方面權(quán)衡經(jīng)濟和技術(shù)上的利弊得失，采取正確的選擇方法。得失，采取正確的選擇方法。(1)(1)機電互補原則機電互補原則50 在系統(tǒng)設(shè)計時，要抓住用戶最關(guān)心的技術(shù)指標，特在系統(tǒng)設(shè)計時，要抓住用戶

35、最關(guān)心的技術(shù)指標，特別是系統(tǒng)的可靠性、實用性，經(jīng)濟性等。對各種相關(guān)技別是系統(tǒng)的可靠性、實用性，經(jīng)濟性等。對各種相關(guān)技術(shù)進行優(yōu)化組合，而不是片面追求高指標、全功能。術(shù)進行優(yōu)化組合，而不是片面追求高指標、全功能。(2)(2)功能優(yōu)化原則功能優(yōu)化原則 高精度、高效率、高可靠性是機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)高精度、高效率、高可靠性是機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的重要指標，因此要求系統(tǒng)在運行過程中能實現(xiàn)自動控的重要指標，因此要求系統(tǒng)在運行過程中能實現(xiàn)自動控制、自動檢測、自動調(diào)節(jié)、自動記錄及自動顯示；在出制、自動檢測、自動調(diào)節(jié)、自動記錄及自動顯示；在出現(xiàn)故障時能進行自動診斷，自動采取應(yīng)急措施，實現(xiàn)自現(xiàn)故障時能進行自動診斷，自

36、動采取應(yīng)急措施，實現(xiàn)自動保護等；在工作對象變化時，能夠靈活改變其工作狀動保護等；在工作對象變化時，能夠靈活改變其工作狀態(tài)，實現(xiàn)最大限度的柔性化；最大限度地減少人的干預(yù)，態(tài)，實現(xiàn)最大限度的柔性化；最大限度地減少人的干預(yù)，降低人的體力和智力勞動強度，盡可能排除人為的不利降低人的體力和智力勞動強度，盡可能排除人為的不利因素影響。因素影響。(3)(3)自動化、省力化原則自動化、省力化原則51 要在滿足用戶的目標功能和適應(yīng)的使用壽命的前提要在滿足用戶的目標功能和適應(yīng)的使用壽命的前提下，最大限度地降低成本。要合理選用材質(zhì)和零件，正下，最大限度地降低成本。要合理選用材質(zhì)和零件，正確進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡化制造工藝

37、，降低生產(chǎn)成本。積極確進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡化制造工藝，降低生產(chǎn)成本。積極采用先進適用的成熟技術(shù)，提高系統(tǒng)的技術(shù)附加價值，采用先進適用的成熟技術(shù)，提高系統(tǒng)的技術(shù)附加價值，增強系統(tǒng)的競爭力。要使系統(tǒng)運行可靠，維修方便，減增強系統(tǒng)的競爭力。要使系統(tǒng)運行可靠，維修方便，減少消耗，合理利用自然資源，降低用戶的使用成本。要少消耗，合理利用自然資源，降低用戶的使用成本。要實現(xiàn)系統(tǒng)的合理排放，減少對環(huán)境的污染，以提高其社實現(xiàn)系統(tǒng)的合理排放，減少對環(huán)境的污染，以提高其社會效益。會效益。(4)(4)效益最大原則效益最大原則（2）從制造廠的立場出發(fā)降低設(shè)計與制造成本。）從制造廠的立場出發(fā)降低設(shè)計與制造成本。降低成本的措

38、施：降低成本的措施：（1 1）從用戶需求出發(fā)降低使用成本。）從用戶需求出發(fā)降低使用成本。52 要以一組標準、規(guī)范或約定的原則來統(tǒng)一這個系統(tǒng)要以一組標準、規(guī)范或約定的原則來統(tǒng)一這個系統(tǒng)的接口、通信和與外部的連接，使系統(tǒng)能容納不同廠家的接口、通信和與外部的連接，使系統(tǒng)能容納不同廠家制造的設(shè)備及軟件產(chǎn)品，同時又有適應(yīng)未來新技術(shù)的發(fā)制造的設(shè)備及軟件產(chǎn)品，同時又有適應(yīng)未來新技術(shù)的發(fā)展。要使系統(tǒng)具有開放性，在系統(tǒng)設(shè)計時必須選擇并貫展。要使系統(tǒng)具有開放性，在系統(tǒng)設(shè)計時必須選擇并貫徹一系列的標準、規(guī)范和約定，這樣，才能在此基礎(chǔ)上徹一系列的標準、規(guī)范和約定，這樣，才能在此基礎(chǔ)上比較容易地實現(xiàn)軟件的可移植性和可操

39、作性。比較容易地實現(xiàn)軟件的可移植性和可操作性。(5)(5)開放性原則開放性原則533）設(shè)計規(guī)律）設(shè)計規(guī)律設(shè)計要求設(shè)計要求確定離散元素間的邏輯關(guān)系確定離散元素間的邏輯關(guān)系確定離散元素間的物理關(guān)系確定離散元素間的物理關(guān)系確定離散元素間的結(jié)構(gòu)關(guān)系確定離散元素間的結(jié)構(gòu)關(guān)系54智能化智能化模塊化模塊化網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化微型化微型化綠色化綠色化系統(tǒng)化系統(tǒng)化 機電一體化的發(fā)展趨勢機電一體化的發(fā)展趨勢551.智能化 智能機電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能, 具有某種程度的判斷推理、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。 人工智能學(xué)科562.系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài), 進行任意的剪裁和組合, 同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系, 如何賦予機電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要573.微型化 國外稱微電子機械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過1 cm3, 并正向微米、納米級方向發(fā)展。目前, 利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù), 在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。 1962 1962 硅微型壓力傳感器，其后硅微型壓力傳感器，其后50500m50500m齒輪、齒齒輪、齒輪泵、氣動