機(jī)械電子工程原理第一章緒論

1、機(jī)械電子工程原理機(jī)械電子工程原理第一章第一章 緒論緒論21.1機(jī)械電子工程的概念及發(fā)展過程機(jī)械電子工程的概念及發(fā)展過程 nMechatronics（機(jī)械電子工程或機(jī)械電子學(xué)）是（機(jī)械電子工程或機(jī)械電子學(xué)）是20世紀(jì)世紀(jì)70年代首先在日本被提出來用于描述機(jī)械年代首先在日本被提出來用于描述機(jī)械工程和電子工程有機(jī)結(jié)合的一個(gè)術(shù)語，這個(gè)詞的工程和電子工程有機(jī)結(jié)合的一個(gè)術(shù)語，這個(gè)詞的英文原名是取機(jī)械學(xué)（英文原名是取機(jī)械學(xué)（Mechanics）的前半部分和）的前半部分和電子學(xué)（電子學(xué)（Electronics）的后半部分組合而成的。）的后半部分組合而成的。 Mechanics+ Electronics= Me

2、chatronics3機(jī)械工程的演進(jìn)機(jī)械工程的演進(jìn)n有史以來，機(jī)械系統(tǒng)就進(jìn)入了人類社會(huì)的每個(gè)角落。最簡有史以來，機(jī)械系統(tǒng)就進(jìn)入了人類社會(huì)的每個(gè)角落。最簡單的機(jī)械裝置，如齒輪、滑輪、彈簧及車輪組成了工具的單的機(jī)械裝置，如齒輪、滑輪、彈簧及車輪組成了工具的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。n十八世紀(jì)末第一次技術(shù)革命以來，機(jī)械工程逐步發(fā)展成為十八世紀(jì)末第一次技術(shù)革命以來，機(jī)械工程逐步發(fā)展成為重要的基礎(chǔ)工業(yè)部門，并為其它工業(yè)部門提供基本裝備。重要的基礎(chǔ)工業(yè)部門，并為其它工業(yè)部門提供基本裝備。n機(jī)械工程可分為兩大類，即制造類的機(jī)械工程和動(dòng)力類的機(jī)械工程可分為兩大類，即制造類的機(jī)械工程和動(dòng)力類的機(jī)械工程。機(jī)械工程。制造類的機(jī)械

3、工程可分為毛坯制造、機(jī)械加工和裝配等三個(gè)生產(chǎn)制造類的機(jī)械工程可分為毛坯制造、機(jī)械加工和裝配等三個(gè)生產(chǎn)過程；過程；動(dòng)力類的機(jī)械工程主要研究的是各種發(fā)動(dòng)機(jī)，如蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)動(dòng)力類的機(jī)械工程主要研究的是各種發(fā)動(dòng)機(jī)，如蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。4制造類的機(jī)械工程發(fā)展階段制造類的機(jī)械工程發(fā)展階段n制造類的機(jī)械工程發(fā)展可劃分為四個(gè)時(shí)期：制造類的機(jī)械工程發(fā)展可劃分為四個(gè)時(shí)期：手工機(jī)械時(shí)期手工機(jī)械時(shí)期蒸汽動(dòng)力的簡單機(jī)械時(shí)期蒸汽動(dòng)力的簡單機(jī)械時(shí)期電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密化和半自動(dòng)化時(shí)期電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密化和半自動(dòng)化時(shí)期數(shù)控和群控的自動(dòng)化時(shí)期。數(shù)控和群控的自動(dòng)化時(shí)期。5機(jī)械與電子

4、的結(jié)合機(jī)械與電子的結(jié)合n隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，對(duì)動(dòng)力或動(dòng)作控制的要求也越來越高，因此，機(jī)械工對(duì)動(dòng)力或動(dòng)作控制的要求也越來越高，因此，機(jī)械工程越來越緊密地和電子技術(shù)、尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)系程越來越緊密地和電子技術(shù)、尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)系在一起。在一起。n電子技術(shù)完全是屬于電子技術(shù)完全是屬于20世紀(jì)的。迄今為止，電子技術(shù)世紀(jì)的。迄今為止，電子技術(shù)一直被用來提高機(jī)械系統(tǒng)的性能，但重點(diǎn)仍放在機(jī)械一直被用來提高機(jī)械系統(tǒng)的性能，但重點(diǎn)仍放在機(jī)械系統(tǒng)上，從來沒有如何實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的主導(dǎo)計(jì)劃。系統(tǒng)上，從來沒有如何實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的主導(dǎo)計(jì)劃。n過去

5、，機(jī)械和電子一體化是通過相互沒有直接聯(lián)系的過去，機(jī)械和電子一體化是通過相互沒有直接聯(lián)系的“塊和塊塊和塊”之間的結(jié)合來完成的。然而最近由于電子之間的結(jié)合來完成的。然而最近由于電子學(xué)和用它來簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)方面引人注目的進(jìn)展，技術(shù)學(xué)和用它來簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)方面引人注目的進(jìn)展，技術(shù)界和學(xué)術(shù)界開始重新評(píng)價(jià)機(jī)械和電子這兩種原理的有界和學(xué)術(shù)界開始重新評(píng)價(jià)機(jī)械和電子這兩種原理的有機(jī)結(jié)合。機(jī)結(jié)合。6機(jī)械與電子的結(jié)合機(jī)械與電子的結(jié)合n現(xiàn)在對(duì)機(jī)械電子系統(tǒng)的看法是：除了現(xiàn)在對(duì)機(jī)械電子系統(tǒng)的看法是：除了“塊塊與塊與塊”之間的動(dòng)力（肌肉）聯(lián)系之外，還之間的動(dòng)力（肌肉）聯(lián)系之外，還有信息（神經(jīng)）之間的相互聯(lián)系，并由具有信息（神經(jīng)

6、）之間的相互聯(lián)系，并由具有數(shù)值運(yùn)算和邏輯推理能力的計(jì)算機(jī)來對(duì)有數(shù)值運(yùn)算和邏輯推理能力的計(jì)算機(jī)來對(duì)機(jī)械電子系統(tǒng)的所有信息進(jìn)行智能處理。機(jī)械電子系統(tǒng)的所有信息進(jìn)行智能處理。n機(jī)械電子工程的本質(zhì)是：機(jī)械與電子技術(shù)的規(guī)劃機(jī)械電子工程的本質(zhì)是：機(jī)械與電子技術(shù)的規(guī)劃應(yīng)用和有效的結(jié)合，以構(gòu)成一個(gè)最優(yōu)的產(chǎn)品或系應(yīng)用和有效的結(jié)合，以構(gòu)成一個(gè)最優(yōu)的產(chǎn)品或系統(tǒng)統(tǒng) 。7機(jī)械電子的設(shè)計(jì)思想機(jī)械電子的設(shè)計(jì)思想n在激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中，只有用電子學(xué)和機(jī)械工程在激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中，只有用電子學(xué)和機(jī)械工程有效結(jié)合生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才有可能取勝。有效結(jié)合生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才有可能取勝。n一般說來，在這種結(jié)合過程中，一般說來，在這種結(jié)合過程中，

7、一個(gè)易犯的錯(cuò)誤一個(gè)易犯的錯(cuò)誤是：電子學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用受到遏制是：電子學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用受到遏制。n在許多產(chǎn)品的革新中，人們總是先從機(jī)械部分在許多產(chǎn)品的革新中，人們總是先從機(jī)械部分（硬件）著手，但實(shí)際上最好的方法應(yīng)該是在設(shè)（硬件）著手，但實(shí)際上最好的方法應(yīng)該是在設(shè)計(jì)初期用電子學(xué)、控制工程和計(jì)算機(jī)等技術(shù)進(jìn)行計(jì)初期用電子學(xué)、控制工程和計(jì)算機(jī)等技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。n這種打破傳統(tǒng)束縛的機(jī)械和電子工程結(jié)合的核心這種打破傳統(tǒng)束縛的機(jī)械和電子工程結(jié)合的核心在于采用機(jī)械電子工程的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在于采用機(jī)械電子工程的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且這并且這也是對(duì)當(dāng)今發(fā)展深刻領(lǐng)會(huì)的關(guān)鍵。也是對(duì)當(dāng)今發(fā)展深刻領(lǐng)會(huì)的關(guān)鍵。 8產(chǎn)品開發(fā)和

8、工程設(shè)計(jì)過程產(chǎn)品開發(fā)和工程設(shè)計(jì)過程n產(chǎn)品開發(fā)和工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品開發(fā)和工程設(shè)計(jì)是包括許多技術(shù)和學(xué)是包括許多技術(shù)和學(xué)科在內(nèi)的相互作用的科在內(nèi)的相互作用的復(fù)雜過程復(fù)雜過程 圖圖1.1 產(chǎn)品開發(fā)過程產(chǎn)品開發(fā)過程圖圖1.2 工程設(shè)計(jì)過程工程設(shè)計(jì)過程9機(jī)械電子的設(shè)計(jì)思想機(jī)械電子的設(shè)計(jì)思想n機(jī)械電子工程并不是一機(jī)械電子工程并不是一門有嚴(yán)格界線并且獨(dú)立門有嚴(yán)格界線并且獨(dú)立的工程學(xué)科，而是在設(shè)的工程學(xué)科，而是在設(shè)計(jì)過程中一個(gè)綜合的思計(jì)過程中一個(gè)綜合的思想。在完成這種綜合的想。在完成這種綜合的過程中，機(jī)械電子工程過程中，機(jī)械電子工程把它的核心部分把它的核心部分機(jī)械機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算工程、電子工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)機(jī)技

9、術(shù)與許多種不同與許多種不同的領(lǐng)域，如制造技術(shù)、的領(lǐng)域，如制造技術(shù)、管理技術(shù)和生產(chǎn)加工實(shí)管理技術(shù)和生產(chǎn)加工實(shí)踐等結(jié)合在一起。踐等結(jié)合在一起。10機(jī)械電子設(shè)計(jì)思想實(shí)例機(jī)械電子設(shè)計(jì)思想實(shí)例n事實(shí)上，用機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出來的事實(shí)上，用機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出來的機(jī)械系統(tǒng)比全部采用機(jī)械裝置的方法更簡單，所機(jī)械系統(tǒng)比全部采用機(jī)械裝置的方法更簡單，所包含的元件和運(yùn)動(dòng)部件較少。例如，在以機(jī)電方包含的元件和運(yùn)動(dòng)部件較少。例如，在以機(jī)電方法設(shè)計(jì)的一臺(tái)縫紉機(jī)內(nèi)，利用一塊單片集成電路法設(shè)計(jì)的一臺(tái)縫紉機(jī)內(nèi)，利用一塊單片集成電路控制針腳花樣，可以代替老式縫紉機(jī)約控制針腳花樣，可以代替老式縫紉機(jī)約350個(gè)部件

10、。個(gè)部件。 111.2機(jī)械電子工程在產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)中的應(yīng)用機(jī)械電子工程在產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)中的應(yīng)用n本課程所討論的機(jī)電系統(tǒng)，是以完成動(dòng)作的傳遞、本課程所討論的機(jī)電系統(tǒng)，是以完成動(dòng)作的傳遞、變換，以及機(jī)械能的利用為其主要功能的變換，以及機(jī)械能的利用為其主要功能的 。n早期的機(jī)電一體化產(chǎn)品主要強(qiáng)調(diào)的是物理上和動(dòng)早期的機(jī)電一體化產(chǎn)品主要強(qiáng)調(diào)的是物理上和動(dòng)力上的聯(lián)結(jié)，而力上的聯(lián)結(jié)，而20世紀(jì)世紀(jì)80年代末以來，機(jī)電產(chǎn)品年代末以來，機(jī)電產(chǎn)品越來越強(qiáng)調(diào)基于傳感器信息的驅(qū)動(dòng)，這樣可以實(shí)越來越強(qiáng)調(diào)基于傳感器信息的驅(qū)動(dòng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的動(dòng)作。現(xiàn)更加精準(zhǔn)的動(dòng)作。n對(duì)目前已有的機(jī)電產(chǎn)品，有必要把它們區(qū)分為以對(duì)目前已有

11、的機(jī)電產(chǎn)品，有必要把它們區(qū)分為以下兩類情況：下兩類情況：用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造以提高其性能；用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造以提高其性能；用機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)開發(fā)全新的產(chǎn)品。用機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)開發(fā)全新的產(chǎn)品。12用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造n照相機(jī)：增加自動(dòng)調(diào)焦、調(diào)光圈和快門系統(tǒng)，因照相機(jī)：增加自動(dòng)調(diào)焦、調(diào)光圈和快門系統(tǒng)，因此，拍照時(shí)只需找到被攝物體的位置而不需要掌此，拍照時(shí)只需找到被攝物體的位置而不需要掌握任何專門攝影技術(shù)。握任何專門攝影技術(shù)。膠卷相機(jī)膠卷相機(jī)數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)13用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造n加工

12、設(shè)備加工設(shè)備 ：動(dòng)力裝置（如鉆孔機(jī)床）具有速度和：動(dòng)力裝置（如鉆孔機(jī)床）具有速度和扭矩控制，正反轉(zhuǎn)和加速度控制等特點(diǎn)。扭矩控制，正反轉(zhuǎn)和加速度控制等特點(diǎn)。數(shù)控鉆銑床數(shù)控鉆銑床立式鉆床立式鉆床14用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造用機(jī)械電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改造n發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置：發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力控制系統(tǒng)可以發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置：發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力控制系統(tǒng)可以減少排放物、提高燃料效率、防止在低速狀態(tài)下減少排放物、提高燃料效率、防止在低速狀態(tài)下注入過多的燃料而引起驅(qū)動(dòng)裝置誤動(dòng)作，并且具注入過多的燃料而引起驅(qū)動(dòng)裝置誤動(dòng)作，并且具有反鎖制動(dòng)和換檔等特點(diǎn)。有反鎖制動(dòng)和換檔等特點(diǎn)。 15用機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)開發(fā)全新的產(chǎn)品用

13、機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)開發(fā)全新的產(chǎn)品n袖珍式光盤放像機(jī)：該系統(tǒng)中的激光系統(tǒng)用來從袖珍式光盤放像機(jī)：該系統(tǒng)中的激光系統(tǒng)用來從盤上讀取數(shù)字編碼信號(hào)，其控制是由一個(gè)微處理盤上讀取數(shù)字編碼信號(hào)，其控制是由一個(gè)微處理系統(tǒng)完成的，此系統(tǒng)還具有磁道選擇、掃描和預(yù)系統(tǒng)完成的，此系統(tǒng)還具有磁道選擇、掃描和預(yù)檢等功能。檢等功能。 16用機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)開發(fā)全新的產(chǎn)品用機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)開發(fā)全新的產(chǎn)品n模塊化機(jī)器人：普通工模塊化機(jī)器人：普通工業(yè)機(jī)器人的幾何結(jié)構(gòu)限業(yè)機(jī)器人的幾何結(jié)構(gòu)限制了其功能，而模塊化制了其功能，而模塊化機(jī)器人，由于其眾多的機(jī)器人，由于其眾多的結(jié)構(gòu)單元和執(zhí)行器是由結(jié)構(gòu)單元和執(zhí)行器是由一個(gè)中央控制器控制的，一

14、個(gè)中央控制器控制的，克服了普通機(jī)器人的缺克服了普通機(jī)器人的缺點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需要來選擇單元。的需要來選擇單元。17機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)思想機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)思想n在第一類產(chǎn)品中，由于在最初的設(shè)計(jì)中只考慮了在第一類產(chǎn)品中，由于在最初的設(shè)計(jì)中只考慮了動(dòng)力之間的聯(lián)系，而沒有考慮動(dòng)力之間的聯(lián)系，而沒有考慮“信息驅(qū)動(dòng)信息驅(qū)動(dòng)”，因，因此傳感器和控制器是在后來的改造中加上去的，此傳感器和控制器是在后來的改造中加上去的，某些時(shí)候就有可能因?yàn)榱悴考蛟骷男阅芑蚰承r(shí)候就有可能因?yàn)榱悴考蛟骷男阅芑蛘甙惭b空間不能滿足要求而使改造失敗。者安裝空間不能滿足要求而使改造失敗。n而對(duì)第二

15、類產(chǎn)品，由于在一開始設(shè)計(jì)的時(shí)候就同而對(duì)第二類產(chǎn)品，由于在一開始設(shè)計(jì)的時(shí)候就同時(shí)考慮了動(dòng)力和信息之間的聯(lián)系，特別是強(qiáng)調(diào)了時(shí)考慮了動(dòng)力和信息之間的聯(lián)系，特別是強(qiáng)調(diào)了通過通過“嵌入式嵌入式”設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)“機(jī)電一體機(jī)電一體”，產(chǎn)品，產(chǎn)品性能得到了極大的提高。性能得到了極大的提高。n用機(jī)械電子方法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的核心是將電子技用機(jī)械電子方法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的核心是將電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來。術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來。18構(gòu)成機(jī)械電子系統(tǒng)的模塊構(gòu)成機(jī)械電子系統(tǒng)的模塊 n工程設(shè)計(jì)中的機(jī)械電工程設(shè)計(jì)中的機(jī)械電子方法與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的子方法與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的配置有關(guān)，在這種方配置有關(guān)，在

16、這種方法中，可以實(shí)現(xiàn)各種法中，可以實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)的集成，并對(duì)其技術(shù)的集成，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。為達(dá)到這進(jìn)行評(píng)估。為達(dá)到這個(gè)目的，通常采用一個(gè)目的，通常采用一種基于信息的自頂向種基于信息的自頂向下的策略，就可以將下的策略，就可以將系統(tǒng)分解成一些模塊。系統(tǒng)分解成一些模塊。19構(gòu)成機(jī)械電子系統(tǒng)的模塊構(gòu)成機(jī)械電子系統(tǒng)的模塊n在設(shè)計(jì)過程中的每一階段在設(shè)計(jì)過程中的每一階段(級(jí)級(jí))，能夠確定每個(gè)模，能夠確定每個(gè)模塊提供的信息特征，這樣，就可以按特征塊提供的信息特征，這樣，就可以按特征(而不是而不是形式形式)來傳遞信息。在較高級(jí)上所定義的模塊其本來傳遞信息。在較高級(jí)上所定義的模塊其本身就構(gòu)成了一個(gè)機(jī)械電子系統(tǒng)。在這

17、種情形下，身就構(gòu)成了一個(gè)機(jī)械電子系統(tǒng)。在這種情形下，對(duì)下一級(jí)的詳細(xì)描述，就構(gòu)成了進(jìn)一步的模塊子對(duì)下一級(jí)的詳細(xì)描述，就構(gòu)成了進(jìn)一步的模塊子集。集。n采用這種方法，整個(gè)系統(tǒng)中的每個(gè)部件的設(shè)計(jì)，采用這種方法，整個(gè)系統(tǒng)中的每個(gè)部件的設(shè)計(jì)，都可以從與該部件與其它部件的相關(guān)處著手。而都可以從與該部件與其它部件的相關(guān)處著手。而管理這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜的問題，至管理這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜的問題，至今還沒有切實(shí)可行的通用解決辦法。今還沒有切實(shí)可行的通用解決辦法。 201.3機(jī)械電子工程在制造業(yè)中的應(yīng)用機(jī)械電子工程在制造業(yè)中的應(yīng)用 n要使制造業(yè)能快速適應(yīng)市場(chǎng)，要求生產(chǎn)的產(chǎn)品品要使制造業(yè)能快速適應(yīng)市場(chǎng)

18、，要求生產(chǎn)的產(chǎn)品品種多、轉(zhuǎn)產(chǎn)快，就需要有與之相適應(yīng)的制造系統(tǒng)。種多、轉(zhuǎn)產(chǎn)快，就需要有與之相適應(yīng)的制造系統(tǒng)。 n在制造業(yè)的廣大領(lǐng)域內(nèi)，采用機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)在制造業(yè)的廣大領(lǐng)域內(nèi)，采用機(jī)械電子方法設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是：制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)易于改變，且產(chǎn)的主要優(yōu)點(diǎn)是：制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)易于改變，且產(chǎn)品的質(zhì)量可以順利地上檔次。品的質(zhì)量可以順利地上檔次。 n近年來，英、美等國的基礎(chǔ)制造業(yè)由于缺乏應(yīng)變近年來，英、美等國的基礎(chǔ)制造業(yè)由于缺乏應(yīng)變能力而受到了嚴(yán)重的影響，在與日本同行競(jìng)爭(zhēng)中能力而受到了嚴(yán)重的影響，在與日本同行競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)處于劣勢(shì) 。 n日本人認(rèn)為產(chǎn)品革新的未來屬于那些能將電子系日本人認(rèn)為產(chǎn)品革新的未來屬于那些

19、能將電子系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來的人們，并已經(jīng)在統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來的人們，并已經(jīng)在這些方面卓有成效。這些方面卓有成效。 21柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)n增加加工過程靈活性的要求，導(dǎo)致了柔性制造系增加加工過程靈活性的要求，導(dǎo)致了柔性制造系統(tǒng)（統(tǒng)（FMS）的產(chǎn)生和發(fā)展。）的產(chǎn)生和發(fā)展。 n柔性制造系統(tǒng)包括許多單元，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器柔性制造系統(tǒng)包括許多單元，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和物流小車等，用這些單元的組合可以成批加人和物流小車等，用這些單元的組合可以成批加工產(chǎn)品。系統(tǒng)中各個(gè)單元之間的信息傳遞是由局工產(chǎn)品。系統(tǒng)中各個(gè)單元之間的信息傳遞是由局域網(wǎng)絡(luò)（域網(wǎng)絡(luò)（LAN）實(shí)現(xiàn)的。在生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)部，這些

20、）實(shí)現(xiàn)的。在生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)部，這些相互聯(lián)系的部分都是作為自動(dòng)化系統(tǒng)的獨(dú)立單元相互聯(lián)系的部分都是作為自動(dòng)化系統(tǒng)的獨(dú)立單元使用的。使用的。 22用于生產(chǎn)控制的分層通訊系統(tǒng)用于生產(chǎn)控制的分層通訊系統(tǒng) n在建立整個(gè)加工過程信息交換模型時(shí)，使用了制造在建立整個(gè)加工過程信息交換模型時(shí)，使用了制造自動(dòng)化通訊協(xié)議（自動(dòng)化通訊協(xié)議（MAP）、技術(shù)管理通訊協(xié)議）、技術(shù)管理通訊協(xié)議（TOP）和開放系統(tǒng)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)（）和開放系統(tǒng)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)（OSI）等標(biāo)準(zhǔn)）等標(biāo)準(zhǔn) 。23機(jī)械電子在制造業(yè)中應(yīng)用范例機(jī)械電子在制造業(yè)中應(yīng)用范例n就化工廠本身而言，可以看作是一個(gè)機(jī)械電子系統(tǒng)，微處就化工廠本身而言，可以看作是一個(gè)機(jī)械電子系統(tǒng)，微處理機(jī)和

21、相關(guān)信息處理技術(shù)的使用，對(duì)分布式控制和局部決理機(jī)和相關(guān)信息處理技術(shù)的使用，對(duì)分布式控制和局部決策能力都起了重要的作用。分布式系統(tǒng)的使用，也使工廠策能力都起了重要的作用。分布式系統(tǒng)的使用，也使工廠的優(yōu)化、基于故障診斷的維護(hù)和數(shù)據(jù)處理方面都發(fā)生了巨的優(yōu)化、基于故障診斷的維護(hù)和數(shù)據(jù)處理方面都發(fā)生了巨大的變化。大的變化。 24機(jī)械電子在制造業(yè)中應(yīng)用范例機(jī)械電子在制造業(yè)中應(yīng)用范例n在加工業(yè)中，基于可編程控制器的廉價(jià)微處理機(jī)作為許多在加工業(yè)中，基于可編程控制器的廉價(jià)微處理機(jī)作為許多工廠的基本控制單元已有多年。并且，傳感技術(shù)方面也有工廠的基本控制單元已有多年。并且，傳感技術(shù)方面也有了長足的發(fā)展，為了滿足高精

22、度的自校正、監(jiān)控、檢測(cè)技了長足的發(fā)展，為了滿足高精度的自校正、監(jiān)控、檢測(cè)技術(shù)要求，大規(guī)模集成電路（術(shù)要求，大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)也被廣泛使用。）技術(shù)也被廣泛使用。25學(xué)習(xí)機(jī)械電子工程的意義與要求學(xué)習(xí)機(jī)械電子工程的意義與要求 n機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)既與初步設(shè)計(jì)有關(guān)，也與具機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)既與初步設(shè)計(jì)有關(guān)，也與具體設(shè)計(jì)有關(guān)。這就需要每個(gè)設(shè)計(jì)者在整個(gè)設(shè)計(jì)過體設(shè)計(jì)有關(guān)。這就需要每個(gè)設(shè)計(jì)者在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)所設(shè)計(jì)部分有充分的了解，以保證最終設(shè)程中對(duì)所設(shè)計(jì)部分有充分的了解，以保證最終設(shè)計(jì)和產(chǎn)品目標(biāo)的順利完成。計(jì)和產(chǎn)品目標(biāo)的順利完成。 n為此，設(shè)計(jì)者必須具備足夠的知識(shí)，充分了解在為此，設(shè)計(jì)者必須具備

23、足夠的知識(shí)，充分了解在某一特殊的技術(shù)領(lǐng)域中，哪些知識(shí)是可資利用的，某一特殊的技術(shù)領(lǐng)域中，哪些知識(shí)是可資利用的，哪些是不能利用的。哪些是不能利用的。 26中型載重卡車中的自適應(yīng)柔性懸掛系統(tǒng)中型載重卡車中的自適應(yīng)柔性懸掛系統(tǒng) n這個(gè)懸掛系統(tǒng)這個(gè)懸掛系統(tǒng)是支撐在空氣是支撐在空氣彈簧之上的，彈簧之上的，每個(gè)彈簧對(duì)應(yīng)每個(gè)彈簧對(duì)應(yīng)其中的一個(gè)輪其中的一個(gè)輪子（該系統(tǒng)的子（該系統(tǒng)的三個(gè)軸上裝有三個(gè)軸上裝有六個(gè)輪子）。六個(gè)輪子）。通過傳感器可通過傳感器可以測(cè)量到每個(gè)以測(cè)量到每個(gè)輪子的垂直位輪子的垂直位置、速度和加置、速度和加速度等當(dāng)前值。速度等當(dāng)前值。 27中型載重卡車中的自適應(yīng)柔性懸掛系統(tǒng)中型載重卡車中的自適

24、應(yīng)柔性懸掛系統(tǒng)n在車載微處理器的控制下，就可使用快速橫向氣在車載微處理器的控制下，就可使用快速橫向氣流閥來調(diào)整各個(gè)彈簧的壓力；電氣切換的雙比阻流閥來調(diào)整各個(gè)彈簧的壓力；電氣切換的雙比阻尼器可調(diào)整車輛的行駛狀態(tài)。尼器可調(diào)整車輛的行駛狀態(tài)。 n系統(tǒng)有三種可能的運(yùn)行模式：系統(tǒng)有三種可能的運(yùn)行模式：靜態(tài)情形：要有靜態(tài)持平能力，能調(diào)節(jié)裝載高度，確靜態(tài)情形：要有靜態(tài)持平能力，能調(diào)節(jié)裝載高度，確保車廂載貨底板處于水平狀態(tài)；保車廂載貨底板處于水平狀態(tài)； 擬靜態(tài)情形：當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎及改道時(shí)，即產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向擬靜態(tài)情形：當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎及改道時(shí)，即產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向加速度，這個(gè)加速度可能會(huì)導(dǎo)致翻車。加速度，這個(gè)加速度可能會(huì)導(dǎo)致翻車

25、。 動(dòng)態(tài)情形：當(dāng)卡車在粗糙的路面上行駛時(shí)，在每個(gè)輪動(dòng)態(tài)情形：當(dāng)卡車在粗糙的路面上行駛時(shí)，在每個(gè)輪子上監(jiān)測(cè)懸掛系統(tǒng)的狀況，就可調(diào)整阻尼比，得到理子上監(jiān)測(cè)懸掛系統(tǒng)的狀況，就可調(diào)整阻尼比，得到理想的行駛狀況。想的行駛狀況。 28中型載重卡車中的自適應(yīng)柔性懸掛系統(tǒng)中型載重卡車中的自適應(yīng)柔性懸掛系統(tǒng)n系統(tǒng)從概念到硬、軟件的實(shí)現(xiàn)，要由許多個(gè)設(shè)計(jì)者來系統(tǒng)從概念到硬、軟件的實(shí)現(xiàn)，要由許多個(gè)設(shè)計(jì)者來完成，這需要他們具有以下各方面的知識(shí)和能力：完成，這需要他們具有以下各方面的知識(shí)和能力： 1) 具有多自由度的質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，具有多自由度的質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，以數(shù)學(xué)方法來完成系統(tǒng)的表達(dá)和編程。以數(shù)學(xué)方法來完成系統(tǒng)的