機(jī)電系統(tǒng)分析1.5節(jié)所有翻譯

1、1.5機(jī)電一體化的應(yīng)用1.5.1狀態(tài)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的成功主要取決于過程監(jiān)控系統(tǒng)的有效性。在生產(chǎn)系統(tǒng)中，一個(gè)自動(dòng)化工廠需要有不同級(jí)別的傳感器。傳感器幫助生產(chǎn)過程中，通過補(bǔ)償意想不到的干擾，工件的公差變化，或由于產(chǎn)品/工藝問題的其他變化。智能制造系統(tǒng)使用自動(dòng)診斷系統(tǒng)，處理機(jī)械維護(hù)和過程控制操作。狀態(tài)監(jiān)測(cè)被定義為機(jī)器狀態(tài)的確定或設(shè)備狀態(tài)的確定和隨時(shí)間變化的情況，以便在任何特定時(shí)間內(nèi)決定其狀態(tài)。機(jī)器的情況可以通過物理參數(shù)（如刀具磨損、機(jī)器振動(dòng)、噪聲、溫度、油污染和碎片）來決定。其中某一個(gè)參數(shù)的變化可以提供機(jī)器狀態(tài)變化的指示。如果機(jī)器狀態(tài)得到正確的分析，那么在建立維護(hù)時(shí)間表和預(yù)防機(jī)械失效和故障中，可

2、以成為一個(gè)有價(jià)值的工具?？梢栽陬A(yù)定的時(shí)間間隔中連續(xù)測(cè)量和監(jiān)測(cè)診斷參數(shù)。在某些情況下，測(cè)量的二次參數(shù)，如壓力降，流量，和功率可以影響之前參數(shù)的信息，如振動(dòng)，噪聲和腐蝕。來自不同級(jí)別工廠的數(shù)據(jù)提供自動(dòng)化生產(chǎn)的支持。傳感器集成的自適應(yīng)過程控制能力體現(xiàn)在在工廠水平，生產(chǎn)管理水平，控制水平，或感官水平和處理如圖1-7所示的要求的水平。圖1-7 不同生產(chǎn)水平的傳感器分布在傳感器層面，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要做的的任務(wù)是距離測(cè)量，輪廓跟蹤，模式識(shí)別，工藝參數(shù)的識(shí)別，和機(jī)器診斷。表1-2中所示的是傳感原理和參數(shù)的選擇。在制造機(jī)械的情況下，傳感器可以監(jiān)測(cè)加工操作，刀具的切削條件，原料的可用性，以及工作的進(jìn)展。傳感器

3、可以協(xié)助零件、工具和托盤的識(shí)別。它們也可用于生產(chǎn)車間在預(yù)處理的情況下，或在制造過程正在進(jìn)行中。表1-2 自動(dòng)化生產(chǎn)中的傳感參數(shù)實(shí)例圖1-8顯示在生產(chǎn)過程中機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本要素。該監(jiān)控系統(tǒng)可以提供在加工過程中產(chǎn)生的扭矩?cái)?shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)的工具管理。狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以是2種類型。1、 監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)顯示的機(jī)器狀態(tài)，使操作員能夠做出決定。2、 自適應(yīng)控制特性的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。如1-8 經(jīng)典生產(chǎn)線上的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 如圖1-9下圖所示，設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)是用于檢查刀具狀態(tài)，工件裝配，碰撞檢測(cè)，和刀具磨損監(jiān)測(cè)，而特征識(shí)別方法應(yīng)用于檢測(cè)零件類型、工件的形狀、切削工具、類型的對(duì)齊，與自然的托盤。圖1-9 機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)振動(dòng)、

4、溫度和磨損的監(jiān)測(cè) 機(jī)器的振動(dòng)，或噪音識(shí)別，與機(jī)器的健康有很大關(guān)系。軸承座振動(dòng)水平的精確測(cè)量和軸與軸承之間的相對(duì)位移的測(cè)量，可以提供關(guān)于故障的有用信息，如不平衡，錯(cuò)位，缺乏潤滑和機(jī)器的磨損。在渦輪機(jī)械中，共振和振動(dòng)分析是一種現(xiàn)有的診斷狀況惡化的方法。在球軸承中的振動(dòng)頻率可以提供一個(gè)有缺陷的和良好的球軸承之間的比較。振動(dòng)的水平和額外峰值的存在是一個(gè)表明缺陷的跡象。圖1-10和1-11顯示的是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。圖1-10 影子手套圖1-11 聚碳酸酯機(jī)器人對(duì)一臺(tái)機(jī)器而言溫度也是一個(gè)有用的指標(biāo)。在連續(xù)生產(chǎn)過程中，機(jī)器故障會(huì)導(dǎo)致溫度的偏差。熱電偶、RTD、光學(xué)高溫計(jì)、光纖儀表溫度測(cè)量傳感器。熱成像技

5、術(shù)是一種技術(shù)，其中的一個(gè)組件的熱圖像。在這個(gè)過程中，一個(gè)紅外線攝像頭是用來監(jiān)測(cè)在渦輪機(jī)，軸承，管道，爐襯，和壓力容器的溫度模式。在一個(gè)屏幕上，顯示任何異常情況（如損壞的絕緣或局部溫度積聚在軸承）的熱圖像。影響制造工藝成本的一個(gè)因素是刀具磨損。在切削過程中，隨著刀具切削刃越來越遲鈍，切削力會(huì)增加。此外，機(jī)床的磨損可以提供機(jī)器目前狀態(tài)的信息。監(jiān)控磨損和使用自適應(yīng)優(yōu)化方法可以提高制造工藝。在汽車應(yīng)用中，可檢測(cè)到與氣缸接觸的滑動(dòng)件的磨損或活塞環(huán)的損壞。直接測(cè)量機(jī)床磨損的方法是通過將一個(gè)電傳感器放置于機(jī)床頂端，觀察其電阻率的變化。聲探針，成像裝置，使用位置傳感裝置，和光纖探頭用于離線測(cè)量。1.5.2在線

6、監(jiān)控精益生產(chǎn)系統(tǒng)的重要性已經(jīng)為自主檢查，制造和決策系統(tǒng)創(chuàng)造了一個(gè)智能的機(jī)會(huì)，決策系統(tǒng)是指執(zhí)行任務(wù)時(shí)無需人工干預(yù)。目前，產(chǎn)品工程周期質(zhì)量的保證在2個(gè)不同的水平。1、 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段：保證產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)計(jì)。使用穩(wěn)妥的設(shè)計(jì)方法。2、 在最后的檢查階段：使用統(tǒng)計(jì)過程控制方法。另一個(gè)層次的質(zhì)量保證，在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)，補(bǔ)充穩(wěn)健設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)控制方法。航空航天關(guān)鍵項(xiàng)目持續(xù)質(zhì)量檢測(cè)工業(yè)和微電子制造的硅器件都是通過在線系統(tǒng)完成的。100%檢查確保所有產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無抽樣誤差。通過鏈接實(shí)現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)故障校正。質(zhì)量監(jiān)控為工業(yè)工廠提供快速糾正問題的能力源。現(xiàn)代制造業(yè)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值

7、意義?？梢蕴岣哔|(zhì)量和生產(chǎn)率，防止損壞機(jī)械。在一個(gè)經(jīng)典狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施中，傳感器被部署到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中去檢測(cè)異常。例如，頻率譜的特性機(jī)械軸承的振動(dòng)可以作為軸承磨損的指示器；某些光譜成分的觀察可以用來檢測(cè)特定的故障機(jī)制的失效。在線監(jiān)測(cè)裝置已經(jīng)出現(xiàn)很多年了，但它們?cè)诠I(yè)上的應(yīng)用還是不普遍的。目前的主要問題是設(shè)備的功能性和可靠性有限，特別是在快速變化的生產(chǎn)條件時(shí)。 近幾年，正在優(yōu)化的制造工藝方法已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。一些相關(guān)的方法包括立體匹配，三維重建和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用?；跉W洲的智能設(shè)備在線和實(shí)時(shí)程序監(jiān)測(cè)、診斷、和加工過程的控制一直嘗試與科學(xué)家，機(jī)床制造商，信號(hào)處理專家，監(jiān)控設(shè)備的開發(fā)和傳感器，以及從事金屬切

8、削行業(yè)最終用戶連接。該網(wǎng)絡(luò)幫助歐洲工業(yè)部門通過削減成本，增加產(chǎn)品和過程質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)或保持全球競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)提供靈活性。以證據(jù)為基礎(chǔ)的診斷 在醫(yī)療保健領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可以幫助醫(yī)生確定病人癥狀的可能原因。一個(gè)這樣的統(tǒng)計(jì)診斷助理，被稱作“伊莎貝爾”， 是由一個(gè)試圖改變?cè)\斷系統(tǒng)的父親發(fā)展的，這個(gè)系統(tǒng)影響對(duì)待他女兒的方式。這個(gè)系統(tǒng)基本上是一個(gè)直觀的系統(tǒng)，具有所有以前的診斷優(yōu)勢(shì)，提供統(tǒng)計(jì)上最有可能的疾?。ü收希┖椭委煟ㄐ蘩恚?。基于狀態(tài)的維修信息系統(tǒng)同樣可以應(yīng)用在軍隊(duì)和軍事中。該系統(tǒng)具有集成車載傳感器信息和診斷設(shè)備的能力，發(fā)展艦隊(duì)廣泛的物流和態(tài)勢(shì)感知，實(shí)施以狀態(tài)為基礎(chǔ)的維修服務(wù)，將增強(qiáng)戰(zhàn)術(shù)的操作性和戰(zhàn)斗

9、車輛的有效性。1.5.3 基于模型的制造基于模型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常使用一系列的建模方程和估計(jì)算法（如狀態(tài)觀測(cè)器）來估計(jì)有關(guān)機(jī)器性能的重要信號(hào)?；谀Ｐ偷谋O(jiān)測(cè)，模型的目的是指結(jié)構(gòu)的行為也能被外部感測(cè)和記錄。本地傳感器提供有關(guān)測(cè)量的輸出信號(hào)。模型的輸出信號(hào)和實(shí)際過程的輸出信號(hào)之間的差異需要一個(gè)簡單的機(jī)制去診斷，這是一個(gè)有吸引力，可以替代經(jīng)驗(yàn)的決策系統(tǒng)。圖1-12給出一個(gè)基于智能模型的制造系統(tǒng)通用圖。圖1-12圖1-12也顯示了控制器怎樣處理命令，比如各種檢測(cè)值（關(guān)于本機(jī)和/或工藝性能）保持在所需的值。遠(yuǎn)程傳感器可以感測(cè)到在一些難以訪問位置的診斷信號(hào)。在某些情況下，估計(jì)算法的使用是基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和感應(yīng)信號(hào)

10、。建模程序（一些基于以前的知識(shí)）是用來制作簡單，準(zhǔn)確的模型，以提高估計(jì)精度。開放式體系結(jié)構(gòu)的機(jī)電一體化系統(tǒng) 過程和機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)是提高自動(dòng)化程度的關(guān)鍵，也是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。此功能的一個(gè)先決要素是在內(nèi)核中的開放接口。今天，開放式數(shù)控內(nèi)核接口的控制方式可以在市場(chǎng)上得到，然而，不允許在不同的控制重復(fù)使用同一個(gè)監(jiān)控軟件。模塊化、開放式的架構(gòu)機(jī)控制器的發(fā)展，如圖1-13所示，改善了對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)克服開放式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的接口控制器集成的局限性。這一趨勢(shì)也加快了在制造智能中傳感器的使用。圖1-13帶有傳感器的智能控制系統(tǒng)可用于評(píng)估，以控制制造過程，并提供一個(gè)鏈接到基本設(shè)計(jì)。的制造方法的多元環(huán)境通常不產(chǎn)生該過程

11、的良好的分析模型。然而，附加信息通常被作為一個(gè)典型的工廠底層引入制造自動(dòng)化的結(jié)果產(chǎn)生的，和用于建模的數(shù)據(jù)變得可用。仔細(xì)收集數(shù)據(jù)，并使用知識(shí)基礎(chǔ)的可視化仿真環(huán)境，使得它可以集成設(shè)計(jì)，控制和檢查，以及規(guī)劃活動(dòng)。圖1-14所示用于集成異構(gòu)系統(tǒng)，它涉及到一種位置和速度控制的機(jī)器方法，一個(gè)過程的局部檢驗(yàn)，一個(gè)過程的全部檢查。圖1-141.5.4監(jiān)控結(jié)構(gòu)除了影響產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方式，機(jī)電一體化的發(fā)展創(chuàng)造了自主檢查和智能制造的機(jī)會(huì)。圖1-14顯示了其中控制器的位置和速度在機(jī)器程度，力和磨損的水平，和在產(chǎn)品層面的質(zhì)量控制問題。這種分層控制結(jié)構(gòu)由伺服，過程和監(jiān)督控制。最低水平是伺服控制，其中，相對(duì)于工件的切削工具的運(yùn)

12、動(dòng)（如它的位置和速度）被控制。這涉及到的大約1毫秒的循環(huán)時(shí)間。在所述過程控制水平，過程變量（如切削力和刀具磨損）被控制以約10毫秒的典型循環(huán)時(shí)間。在沒有明確考慮的因素下，控制級(jí)策略旨在補(bǔ)償在伺服和過程級(jí)控制器的設(shè)計(jì)。最高水平是監(jiān)督水平，直接測(cè)量產(chǎn)品相關(guān)的變量（如部分尺寸和表面粗糙度）。檢測(cè)水平也執(zhí)行功能，如震顫檢測(cè)和刀具監(jiān)控。檢測(cè)水平約1秒周期時(shí)間進(jìn)行操作。最后，所有這些信息都可以被用來實(shí)現(xiàn)在車間和工廠控制水平的加工過程的在線優(yōu)化。在機(jī)電一體化的趨勢(shì)是由所有的信息集成到一個(gè)共同的數(shù)據(jù)庫，以優(yōu)化從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體制造工藝的檢查。例如，部件的幾何形狀的知識(shí)，作為包含在CAD系統(tǒng)，可以被用于確定過程變

13、量的參考值。從各種工藝相關(guān)的傳感器的信息可以被集成，以提高傳感器的信息的可靠性和質(zhì)量。此共享信息（例如，一個(gè)部件的幾何形狀和距離的CAD / CAM數(shù)據(jù)庫中使用的材料的數(shù)據(jù)）可在選擇最佳的加工過程中，工具的選擇，和精加工操作中使用。最后，所有的這些信息都可以被用來實(shí)現(xiàn)加工過程的在線優(yōu)化。與刀具磨損和質(zhì)量檢驗(yàn)的自動(dòng)化監(jiān)控相結(jié)合，該系統(tǒng)有助于確保高效的制造工藝和更高質(zhì)量的產(chǎn)品。這將最終降低總的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生更好的利潤率。1.5.5開放式體系結(jié)構(gòu)方面同機(jī)電型號(hào)：速度和復(fù)雜性不論角色，機(jī)電一體化起著單個(gè)或多個(gè)微控制器處理機(jī)床或多個(gè)機(jī)器人的汽車組裝線的可能性。這種模擬復(fù)雜的系統(tǒng)使設(shè)計(jì)人員能夠開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)

14、沒有最后確定硬件。仿真程序可以作為一個(gè)“假設(shè)”場(chǎng)景時(shí)，硬件不存在。有考慮兩個(gè)關(guān)鍵問題：速度和復(fù)雜性。較大的系統(tǒng)涉及更多詳細(xì)的模擬和具體的系統(tǒng)要求。模擬速度和精度水平之間權(quán)衡根據(jù)可用的系統(tǒng)資源是必要的。仿真變得速度更快的處理器速度更快，并利用多核系統(tǒng)的幫助模擬（MacCleery和馬圖爾）。在接下來的頁面，圖1-15示出了在生產(chǎn)線，并在許多其它的工業(yè)應(yīng)用中使用的平臺(tái)的例子。在這種情況下，有有效的兩個(gè)模型：模擬的物理模型和應(yīng)用模型。物理模型占基于物理學(xué)的模擬環(huán)境。應(yīng)用模型與該環(huán)境交互以模擬真實(shí)的字應(yīng)用。 Simulink和MATLAB作為基于模型的開發(fā)工具;因此應(yīng)用程序是通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造工

15、具（如CATIA，歐特克®和SolidWorks）物理世界所代表的model.The基本設(shè)計(jì)有先進(jìn)的仿真工具，雖然他們對(duì)物理結(jié)構(gòu)，而不是過程控制為導(dǎo)向集成（下頁圖1-16）。該仿真平臺(tái)可以檢查動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下的壓力。它也是解決非線性分析（如偏轉(zhuǎn)和影響）用柔性材料（如泡沫，橡膠和塑料）。在許多情況下，物理實(shí)體的模擬和分析是在不包括基于計(jì)算機(jī)的控制裝置的設(shè)計(jì)是有用的。由National Instruments的貢獻(xiàn)有利于這便于設(shè)計(jì)工程師在機(jī)械元件帶來（如齒輪，凸輪，和致動(dòng)器），而程序員集中在反饋和控制算法，將處理系統(tǒng)中的電機(jī)和致動(dòng)器的一個(gè)主要的集成。鏈接各種objectstogether使

16、模型進(jìn)行互動(dòng)。渲染的提供允許在行動(dòng)模型的可視化。當(dāng)創(chuàng)建大型模型，建模環(huán)境可以要求顯著的計(jì)算能力。大型模型的創(chuàng)建可以是計(jì)算一個(gè)挑戰(zhàn)。在此階段，開放架構(gòu)主機(jī)可以做出顯著差異。一些基于模型的CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的接口軟件，需要多個(gè)核心的優(yōu)勢(shì)。利用大量的內(nèi)核和集群系統(tǒng)已經(jīng)在先進(jìn)的軟件架構(gòu)是一個(gè)挑戰(zhàn)。主要的挑戰(zhàn)是核之間的通信。基礎(chǔ)的機(jī)電模擬的要求是在分布式環(huán)境中的各種對(duì)象之間的時(shí)間同步。模擬在多芯環(huán)境又是當(dāng)共享存儲(chǔ)器不能處理同步的一個(gè)挑戰(zhàn)。通常情況下，有一個(gè)在物理空間中的限制量。一種機(jī)器人線裝配仿真可在其區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)良好，但它有能力有限，如果有與其他細(xì)胞相互作用?；趫D形模型的編程可以協(xié)助聯(lián)的多個(gè)小區(qū)。1.

17、5.6交互建模圖形環(huán)境的關(guān)鍵方面是，系統(tǒng)分區(qū)和相互作用的視覺表示適合于機(jī)電應(yīng)用程序。他們還降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性從開發(fā)者的角度來看，允許應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)濃度。例如，一個(gè)模擬工具（如的Simscape TM）被用作限定部件相對(duì)于顯式編程規(guī)范像C和C +以及圖形化數(shù)據(jù)流的語言，如LabVIEW TM語言之間的隱含關(guān)系的聲明性語言。目標(biāo)的Simscape協(xié)同仿真，其中編程和CAD相交。這種多領(lǐng)域工具聯(lián)系在了一起的電子，機(jī)械傳動(dòng)部件，和機(jī)械和液壓工具。例如，前面討論的Stewart平臺(tái)仿真可以結(jié)合在除了系統(tǒng)的軟件控制的電氣，液壓，機(jī)械，和信號(hào)流支持。通過減少專門用于開發(fā)機(jī)電一體化應(yīng)用所需的金額和開發(fā)人員在其

18、他領(lǐng)域所花費(fèi)的時(shí)間和精力。同樣，有一個(gè)模型環(huán)境允許的理念和產(chǎn)品更好的交流。其中的區(qū)別是，該模型中的交換對(duì)象進(jìn)行機(jī)電應(yīng)用已經(jīng)變得更加容易?？梢允褂媚M完整的可編程反饋（當(dāng)一個(gè)模型包括應(yīng)用程序代碼，甚至應(yīng)用程序界面）。同時(shí)還提供一個(gè)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，其中斷言塊能夠被納入模型中，以便系統(tǒng)能夠確定系統(tǒng)中的一個(gè)對(duì)象的使用是否正確（下頁圖1-17）?；ソＪ窃O(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵，它可以在真實(shí)和虛擬對(duì)象都合并混合環(huán)境發(fā)生。一個(gè)真正的機(jī)器人臂可以耦合與虛擬流水線，例如，如果當(dāng)前的任務(wù)是，以確定是否在所述機(jī)器人臂手可重新定位的對(duì)象。機(jī)器人臂可能參與端板的激光焊接。關(guān)鍵是讓虛擬對(duì)象及其控制的同行與代碼的遠(yuǎn)程設(shè)備上運(yùn)行的真實(shí)對(duì)象

19、進(jìn)行交互。曾經(jīng)專為工廠車間的機(jī)電控制系統(tǒng)已經(jīng)變得無處不在。例如，設(shè)計(jì)者可以回答通過添加加強(qiáng)件關(guān)于振動(dòng)的問題。在一個(gè)集成的機(jī)電的過程，但是，小的機(jī)械變化可能會(huì)增加該部分的質(zhì)量;它也可能會(huì)影響該控制系統(tǒng)坡道的速度向上馬達(dá)速度和部分代替保存返回之前多久。許多頂尖的操作機(jī)電一體化也使用的軟件，航線，航跡和股份的工作。最常見的是工作流工具，它可以自動(dòng)路由工作包，并通知期限和/或更改的權(quán)利人。許多公司利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具來管理的多學(xué)科的材料帳單。1.5.7一次成功的虛擬機(jī)樣機(jī)硬件在半實(shí)物便于置換數(shù)字設(shè)備常規(guī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制裝置。機(jī)械系統(tǒng)由先進(jìn)的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的得到軟件運(yùn)行的數(shù)字智能的嵌入式處理器上越來越多的控制

20、。獲得機(jī)電設(shè)計(jì)權(quán)需要多學(xué)科的團(tuán)隊(duì)合作和團(tuán)隊(duì)成員之間高超的溝通。就像選擇一個(gè)絲杠傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)的一項(xiàng)決定整個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)并影響其他系統(tǒng)的性能。為了幫助促進(jìn)一個(gè)更加一體化的設(shè)計(jì)過程中，我們需要運(yùn)動(dòng)仿真功能添加到CAD環(huán)境，以創(chuàng)造一個(gè)更加統(tǒng)一的機(jī)電一體化的工作流程。與CAD集成運(yùn)動(dòng)仿真簡化了設(shè)計(jì)，因?yàn)槟M使用已經(jīng)存在于CAD模型，如裝配體配合，聯(lián)軸器，和材料質(zhì)量特性的信息。添加一個(gè)高層次的功能塊語言編程的運(yùn)動(dòng)輪廓提供更容易獲得控制這些組件。這個(gè)概念被稱為虛擬機(jī)原型設(shè)計(jì)。它匯集了運(yùn)動(dòng)控制軟件和仿真工具創(chuàng)建的虛擬模型機(jī)電機(jī)中的操作。虛擬樣機(jī)可幫助設(shè)計(jì)人員通過定位系統(tǒng)級(jí)問題，尋找相互依存關(guān)系，并評(píng)估性

21、能折衷（圖1-18），降低風(fēng)險(xiǎn)。1.5.8評(píng)估貿(mào)易關(guān)閉模擬使大家在完成第一個(gè)原型之前開發(fā)工作。工程師可以使用模擬，從應(yīng)力和應(yīng)變的分析力和扭矩?cái)?shù)據(jù)來驗(yàn)證機(jī)械部件是否有足夠的剛度，以處理運(yùn)行期間的負(fù)荷。機(jī)電系統(tǒng)分析ppt翻譯29到33頁他們可以通過模擬控制系統(tǒng)邏輯和時(shí)間驗(yàn)證整個(gè)操作周期的機(jī)器，他們可以計(jì)算周期時(shí)間表現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的估計(jì)和比較的現(xiàn)實(shí)局限性的傳動(dòng)部件和電機(jī)的力和力矩?cái)?shù)據(jù)。從 CAD 環(huán)境中此信息可以幫助您識(shí)別缺陷和驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。模擬仿真還簡化評(píng)價(jià)工程設(shè)計(jì)不同概念之間的權(quán)衡取舍。例如，SCARA 機(jī)器人是可取的四軸笛卡爾門式機(jī)器人系統(tǒng)嗎？每當(dāng)你進(jìn)行設(shè)計(jì)更改時(shí)，仿真速度更快，可以再次運(yùn)行?？紤]到底鉛

22、絲桿升降機(jī)的扭矩負(fù)荷分析。使用模擬軟件,你可以找到所有組件安裝在導(dǎo)螺桿的質(zhì)量, 通過創(chuàng)建一個(gè)引用位于導(dǎo)螺桿的中心的坐標(biāo)系統(tǒng)。確定產(chǎn)生的質(zhì)心坐標(biāo)系統(tǒng),并計(jì)算的質(zhì)量特性。根據(jù)這些信息,你可以計(jì)算導(dǎo)螺桿上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩引起的重力懸臂負(fù)載。如果你違反由制造商指定的限制,可能達(dá)不到機(jī)械傳動(dòng)部分的使用生命周期。評(píng)估動(dòng)態(tài)扭矩引起的運(yùn)動(dòng)很重要,因?yàn)樗沁h(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜態(tài)轉(zhuǎn)矩負(fù)載。現(xiàn)實(shí)的運(yùn)動(dòng)概要文件將幫助我們。基于運(yùn)動(dòng)的概要文件它可以提供更精確的轉(zhuǎn)矩和速度要求以及質(zhì)量,摩擦,齒輪傳動(dòng)比的屬性傳播要求。有時(shí),設(shè)計(jì)師可能會(huì)考慮他設(shè)計(jì)的組件的合規(guī)問題,但關(guān)于力和扭矩可能會(huì)導(dǎo)致不正確的假設(shè)問題。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,合規(guī)問題有

23、兩種主要形式:旋轉(zhuǎn)合規(guī)和線性合規(guī)。機(jī)械傳動(dòng)組件的靈活性是受旋轉(zhuǎn)遵從性影響的,如連桿和耦合。各轉(zhuǎn)動(dòng)部分就像一個(gè)有特定剛度的彈簧、和整個(gè)傳動(dòng)系就像一系列彈簧串聯(lián)連接。線性合規(guī)問題影響的機(jī)械組件的靈活性,如夾持臂的拿起和放下。力臂的長度,有效載荷的重量和速度運(yùn)動(dòng)都發(fā)揮一定作用。另一個(gè)現(xiàn)象是方向的反彈，后者引起交配組件 （齒輪齒與齒） 之間的間隙發(fā)生變化。合規(guī)和反彈問題使比例積分微分反饋設(shè)備無法調(diào)整,導(dǎo)致在操作系統(tǒng)上的嗡嗡聲。如果通過減少PID大小來避免問題的發(fā)生,周期時(shí)間的性能就會(huì)受到影響。1.5.9嵌入式傳感器和致動(dòng)器隨著微機(jī)電系統(tǒng)和無線信息和其他支持技術(shù)的進(jìn)步，新的傳感器系統(tǒng)能夠更精確的感知信息

24、。智能傳感器芯片的概念包括板載的校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償,自測(cè)功能,嵌入式軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和無線通信接口提供一個(gè)有用的輸出信號(hào)時(shí)適當(dāng)?shù)母兄獢?shù)據(jù)。智能傳感器系統(tǒng)有能力測(cè)量生物或化學(xué)成分的存在，并處理數(shù)據(jù)來評(píng)估這藥劑濃度。結(jié)合其他芯片上的軟件, 控制算法包括用從同一芯片上的多個(gè)傳感器的遙感數(shù)據(jù)更新的模型。此外,通過無線數(shù)據(jù)注入從鄰近的智能傳感器、智能傳感器可以生成一個(gè)適當(dāng)?shù)妮敵鲇|發(fā)各種行動(dòng)。幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器是共享信息的。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件失效,他們有內(nèi)置的機(jī)制系統(tǒng)重新配置嗎？這種技術(shù)的例子有壓電薄膜嵌入在工作夾具中進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)控制或渦流探頭安裝在刀架中來進(jìn)行刀具磨損檢測(cè)。MEMS直線電機(jī)的控制熱變形誤差精度水

25、平達(dá)到納米級(jí)。電子產(chǎn)品帶寬的增加,極大地提高網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用,制造車間的關(guān)節(jié)位置和過程的監(jiān)控/控制系統(tǒng)不再是必須的。1.5.10快速成型的機(jī)械電子產(chǎn)品快速成型技術(shù)和硬件仿真是當(dāng)今產(chǎn)品開發(fā)過程的組成部分。硬件仿真測(cè)試為設(shè)計(jì)師提供了任何假設(shè)的模型是正確的保證?；趐c的集成系統(tǒng)得益于使用圖形化編程創(chuàng)建虛擬儀器的各種軟件包。在一個(gè)虛擬環(huán)境中，硬件仿真也是一個(gè)成本效益好的方法來進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。當(dāng)代碼直接移植到最終目標(biāo)平臺(tái)，它演示對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模有一定的相互作用是不可能的。當(dāng)被測(cè)試的組件插入到閉環(huán)系統(tǒng)中，數(shù)學(xué)模型代替大部分的組件系統(tǒng)的環(huán)境。如果任何的假設(shè)是不正確的,設(shè)計(jì)師也有機(jī)會(huì)繼續(xù)之前的優(yōu)化設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)

26、。目前有兩種方法用于完成硬件仿真測(cè)試。一個(gè)方法是虛擬儀器儀表基于用戶界面加上標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和控制接口。實(shí)際的車間環(huán)境代替車間仿真模型，實(shí)際的傳感器和執(zhí)行器是靠計(jì)算機(jī)關(guān)聯(lián)在一起的。圖1-20顯示了一個(gè)典型的此類型硬件環(huán)形仿真。另一種完成半實(shí)物測(cè)試的方法是交叉編譯控制算法實(shí)時(shí)控制嵌入式處理器，嵌入式處理器平臺(tái)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器和I / O定制的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品。交叉編譯的代碼下載到嵌入式處理器中，傳感器連接到輸入口，執(zhí)行器連接在輸出口?？祻?fù)沃克機(jī)電動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，沃克康復(fù)設(shè)備(如圖21所示)是一個(gè)意圖幫助醫(yī)院的康復(fù)患者重新學(xué)習(xí)走路的設(shè)備。這個(gè)裝置和控制系統(tǒng)符合工業(yè)質(zhì)量要求，將來可以實(shí)現(xiàn)全部使用現(xiàn)成的零件

27、。沃克康復(fù)設(shè)備背后的想法是,在日常生活中病人行走時(shí)，它將支撐一定百分比的病人的體重類似于提升機(jī)。提升機(jī)是使用應(yīng)變式傳感器的反饋進(jìn)行控制的。當(dāng)病人在房間大小龍門范圍內(nèi)行走時(shí)，提升機(jī)將跟隨在病人旁邊。架空龍門運(yùn)動(dòng)中的 x 和 y 方向如圖 1-22。閉環(huán)電機(jī)通過在起重機(jī)吊線上的多軸傾斜傳感器進(jìn)行感知反饋。如果患者要下降，提升機(jī)系統(tǒng)會(huì)消除病人的體重滿負(fù)荷?？刂葡到y(tǒng)的基礎(chǔ)是由一個(gè)國家的基礎(chǔ)儀器緊湊的可重構(gòu)輸入輸出可編程自動(dòng)化控制器(CRIO)組成。CRIO 系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列陣列 (FPGA) 底板和一個(gè)實(shí)時(shí)控制器組成。底板接受模塊執(zhí)行各種 I/O 功能。選擇模塊與康復(fù)沃克傳感器進(jìn)行交互，以及

28、處理電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)。工業(yè)放大器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而位置跟蹤是通過正交編碼器反饋完成的。1.5.11光機(jī)電一體化近幾年光學(xué)技術(shù)越來越多地納入機(jī)電一體化系統(tǒng)，造成更多的智能產(chǎn)品。光集成的技術(shù)提供了增強(qiáng)的特點(diǎn)。在下圖 1-23 顯示機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展（直線上面是機(jī)電一體化的發(fā)展，下方是光學(xué)工程的發(fā)展）。有大量可選擇的陣列用來測(cè)量臨界尺寸，從視覺到高科技激光技術(shù)的非接觸式技術(shù)與材料加工一樣提供越來越多的檢驗(yàn)。通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)和編程三維、五軸激光加工技術(shù)已經(jīng)成為有吸引力的研究方向。1.5.12 基于Web的監(jiān)測(cè)是最快的方式把你的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳到Web，提供從工廠車間在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接到Web。具有Web功能的平

29、臺(tái)，是一個(gè)支持實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，并允許靈活的監(jiān)測(cè)和分析的集成，視覺環(huán)境。遠(yuǎn)程監(jiān)視裝置接口和系統(tǒng)技術(shù)需要基于通用設(shè)備模型被開發(fā)。主要目的是盡量減少與分布式應(yīng)用開發(fā)和部署問題斗爭(zhēng)的需要，并允許行業(yè)工程師專注于應(yīng)用程序的功能來代替。該平臺(tái)包含了所有相關(guān)的監(jiān)測(cè)信息機(jī)器，設(shè)備和安裝的數(shù)目。數(shù)據(jù)服務(wù)器。應(yīng)用程序服務(wù)器。Web服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。所有從裝置和機(jī)器收集的數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，它可以與不同的系統(tǒng)集成。35頁：E-制造是一個(gè)方法論體系，使生產(chǎn)運(yùn)營順利通過利用互聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)的功能整合目標(biāo)，提供免費(fèi)連接臂（即無線，網(wǎng)絡(luò)等）和預(yù)測(cè)技術(shù)。 E-制造包括監(jiān)測(cè)車間資產(chǎn)，預(yù)測(cè)變化和性能損失動(dòng)態(tài)重新安排生產(chǎn)和維護(hù)操作

30、，并同步相關(guān)和由此產(chǎn)生的行動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)和上層企業(yè)應(yīng)用之間的完全集成的能力。羅克韋爾自動(dòng)化公司年度報(bào)告概述了需要世界級(jí)公司的能力的陳述。這些都是設(shè)計(jì)，操作，維護(hù)和同步。 E-制造業(yè)應(yīng)包括智能維護(hù)和績效考核系統(tǒng)提供可靠性，可靠性，并縮短停機(jī)時(shí)間，使設(shè)備在其最高性能的流暢運(yùn)行。36頁：1.5.13機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用工業(yè)用機(jī)電系統(tǒng)的例子在許多領(lǐng)域找到。機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已被應(yīng)用到產(chǎn)品，如飛機(jī)，機(jī)床，和汽車。這些系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為測(cè)量植物參數(shù)（如合規(guī)性和慣性），植物狀態(tài)（例如電流和速度），和生產(chǎn)狀態(tài)（如力和磨損）。圖1-26顯示了最近的一個(gè)應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)的用于六自由度液壓擴(kuò)展程序應(yīng)用在裝卸飛機(jī)。值得注意的機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用汽車制造業(yè)車輛診斷和健康監(jiān)測(cè)。各種傳感器被用于檢測(cè)環(huán)境或道路條件;傳感器來監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，溫度和質(zhì)量;發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力，水平，和質(zhì)量;輪胎氣壓;制動(dòng)壓力。壓力，在各種發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力傳動(dòng)位置控制歧管與壓力傳感器溫度傳感;尾氣分析和控制;曲軸的定位;燃油泵壓力和噴油控制;傳動(dòng)力和壓力控制。安全氣囊部署系統(tǒng)。微加速度計(jì)和慣性傳感器安裝在x或y方向上的轎廂的措施汽車減速可以在氣囊展開協(xié)助的底盤上。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，巡航控制系統(tǒng)。位置傳感器，方便防抱死制動(dòng)系統(tǒng);位移和位置傳感器的懸掛系統(tǒng)。座