機(jī)電簡述課件

第一章緒論第一節(jié)機(jī)電一體化的基本概念

機(jī)電一體化的由來

機(jī)電一體化的涵義

機(jī)電一體化的實(shí)質(zhì)第一章緒論第一節(jié)機(jī)電一體化的基本概念機(jī)電一體化的機(jī)電一體化的涵義

國際：①“機(jī)電一體化是指機(jī)械裝置和電子設(shè)備適當(dāng)結(jié)合而構(gòu)成的一種機(jī)械產(chǎn)品或機(jī)電一體與機(jī)信一體的新趨勢(shì)?！雹凇皺C(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)中的機(jī)械學(xué)與電子技術(shù)中的電子學(xué)組合起來的技術(shù)進(jìn)步的總稱。”③“機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)和電子學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，提供更加優(yōu)越的一種技術(shù)。”國內(nèi)：“機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱?！?/p>

綜上所述，機(jī)電一體化包括了兩個(gè)方面的內(nèi)容：機(jī)電一體的技術(shù)；機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化的由來

機(jī)電一體化是隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展而逐漸形成的一門新興的邊緣學(xué)科，其英文名“Mechatronics”，Mechanics詞頭和Electronics的詞尾而創(chuàng)造出來的一個(gè)新的英文單詞。其最早出現(xiàn)在1971年。機(jī)電一體化的涵義綜上所述，機(jī)電一體化包括了兩

技術(shù)——包括技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的、使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。其具體主要包含有：機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)與傳感技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等。

產(chǎn)品

采用機(jī)電一體化技術(shù)，在機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上創(chuàng)造出來的新一代機(jī)電產(chǎn)品。該“產(chǎn)品”主要是機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與微電子系統(tǒng)（或部件與軟件）相互置換或有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的新的“系統(tǒng)”，且賦予其新的功能和性能的新一代產(chǎn)品。機(jī)電一體化的實(shí)質(zhì)

利用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來分析和研究機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)，綜合運(yùn)用各種現(xiàn)代高新技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)，通過各種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各組成部分之間的合理匹配和外部的整體效果最佳。

技術(shù)——包括技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的、使機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)械技術(shù)（機(jī)械學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)）機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域（機(jī)械、微電子、信息技術(shù)的融合）微電子技術(shù)（電子學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、IC、LSI、VLSI）機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域機(jī)電一體化的發(fā)展機(jī)械技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域（機(jī)械、微電子、信息技術(shù)的融合）微第二節(jié)機(jī)電一體化的構(gòu)成功能要素之間的相互關(guān)系機(jī)電一體化產(chǎn)品功能構(gòu)成及基本結(jié)構(gòu)要素第二節(jié)機(jī)電一體化的構(gòu)成功能要素之間的相互關(guān)系機(jī)電一體化產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品功能構(gòu)成及基本結(jié)構(gòu)要素1、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成傳統(tǒng)觀點(diǎn)：原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。現(xiàn)代觀點(diǎn)：主機(jī)、驅(qū)動(dòng)部分、檢測(cè)顯示部分、控制部分2、機(jī)械產(chǎn)品的功能構(gòu)成傳統(tǒng)觀點(diǎn)：①主功能——實(shí)現(xiàn)目的功能所必須具備的功能。②動(dòng)力功能——實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換所需要的功能。③構(gòu)造功能——實(shí)現(xiàn)各功能部件保持規(guī)定的位置關(guān)系的功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品功能構(gòu)成及基本結(jié)構(gòu)要素1、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成傳統(tǒng)現(xiàn)代觀點(diǎn)：主機(jī)、驅(qū)動(dòng)部分、檢測(cè)顯示部分及控制部分組成。機(jī)械產(chǎn)品的功能構(gòu)成：①主功能——實(shí)現(xiàn)目的功能所必須具備的功能。②動(dòng)力功能——實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換所需要的功能。③構(gòu)造功能——實(shí)現(xiàn)各功能部件保持規(guī)定的位置關(guān)系的功能。④計(jì)測(cè)功能——利用檢測(cè)傳感技術(shù)及裝置將機(jī)械設(shè)備或系統(tǒng)在工作過程中的關(guān)鍵參數(shù)顯示、記錄或輸入到控制系統(tǒng)中。⑤控制功能——利用控制裝置使完成其它四種功能的部件協(xié)調(diào)工作。

以上五種功能稱為機(jī)電一體化產(chǎn)品的內(nèi)部功能（功能構(gòu)成），其內(nèi)部功能都由相應(yīng)的功能部件（或結(jié)構(gòu)要素）來實(shí)現(xiàn)，由內(nèi)部功能實(shí)現(xiàn)目的功能。目的功能內(nèi)部功能功能部件功能實(shí)現(xiàn)圖現(xiàn)代觀點(diǎn)：主機(jī)、驅(qū)動(dòng)部分、檢測(cè)顯示部分及控制部分組成。

機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）由機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子信息處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）、動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力源）、傳感檢測(cè)系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電機(jī)）等5個(gè)子系統(tǒng)組成。通過傳感器直接檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行反饋控制的系統(tǒng)稱為全閉環(huán)系統(tǒng)，但只檢測(cè)某一部位（如伺服電動(dòng)機(jī)）運(yùn)動(dòng)并反饋稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）由機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子信息處理系統(tǒng)（變換、傳遞、儲(chǔ)存）控制物質(zhì)能量信息工業(yè)三大要素物質(zhì)能量信息特定形式產(chǎn)品目的功能圖機(jī)電一體化系統(tǒng)是由若干具有特定功能的機(jī)械與微電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人們使用要求的功能（目的功能）。根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息（即工業(yè)三大要素）進(jìn)行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動(dòng)、輸送）功能；②儲(chǔ)存（保持、積蓄、記錄）功能。下圖為系統(tǒng)目的功能圖。系統(tǒng)（變換、傳遞、儲(chǔ)存）控制物質(zhì)工業(yè)三大要素物質(zhì)特定形式產(chǎn)品以物料搬運(yùn)、加工為主，輸入物質(zhì)（原料、毛坯等）、能量（電能、液能、氣能等）和信息（操作及控制指令等）。經(jīng)過加工處理，主要輸出改變了位置和形態(tài)的物質(zhì)的系統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為加工機(jī)。例如：各種機(jī)床（切削、鍛壓、鑄造、電加工、焊接設(shè)備、高頻淬火等）、交通運(yùn)輸機(jī)械、食品加工機(jī)械、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、輕工機(jī)械等。系統(tǒng)（變換、傳遞、儲(chǔ)存）控制物質(zhì)能量信息工業(yè)三大要素物質(zhì)能量信息特定形式產(chǎn)品目的功能圖以物料搬運(yùn)、加工為主，輸入物質(zhì)（原料、毛坯等）、能量（電能、以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息，輸出不同能量（或物質(zhì)）的系統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為動(dòng)力機(jī)。其中輸出機(jī)械能的為原動(dòng)機(jī)，例如電動(dòng)機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。以信息處理為主，輸入信息和能量，主要輸出某種信息（如數(shù)據(jù)、圖像、文字、聲音等）的系統(tǒng)（或產(chǎn)品），稱為信息機(jī)。例如各種儀器、儀表、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)以及各種辦公機(jī)械等。系統(tǒng)（變換、傳遞、儲(chǔ)存）控制物質(zhì)能量信息工業(yè)三大要素物質(zhì)能量信息特定形式產(chǎn)品目的功能圖以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息，輸出不同能量（或物

不管哪類系統(tǒng)（或產(chǎn)品），其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對(duì)物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進(jìn)行變換、傳遞和存儲(chǔ)?！皠?dòng)力功能”是向系統(tǒng)提供動(dòng)力、讓系統(tǒng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)的功能；“檢測(cè)功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)施“目的功能”。不管哪類系統(tǒng)（或產(chǎn)品），其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備五種內(nèi)部功

而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時(shí)間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能：從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動(dòng)力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出（如廢棄物等）。例如汽車的廢氣和噪音對(duì)環(huán)境的影響，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所計(jì)測(cè)操作構(gòu)造動(dòng)力控制機(jī)電一體化產(chǎn)品五大功能傳感器執(zhí)行件機(jī)構(gòu)動(dòng)力源計(jì)算機(jī)機(jī)電一體化產(chǎn)品功能部件機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能部件又稱為結(jié)構(gòu)要素計(jì)測(cè)操作構(gòu)造動(dòng)力控制機(jī)電一體化產(chǎn)品五大功能傳感器執(zhí)行件機(jī)構(gòu)動(dòng)例1人體五大要素及功能計(jì)測(cè)動(dòng)作構(gòu)造運(yùn)作控制人體五大功能感官手足骨骼內(nèi)臟頭腦人體五大要素食物外界信息例1人體五大要素及功能計(jì)測(cè)動(dòng)作構(gòu)造運(yùn)作控制人體五大功能感例2CNC機(jī)床的內(nèi)部構(gòu)成熱、振動(dòng)熱、振動(dòng)、切屑數(shù)控機(jī)床的內(nèi)部功能構(gòu)成位置檢測(cè)切削加工（加工機(jī)構(gòu)）電源控制器CNC程序毛坯（物質(zhì)）工件（物質(zhì)）外部電源紙帶人（信息）操作機(jī)械結(jié)構(gòu)圖樣信息例2CNC機(jī)床的內(nèi)部構(gòu)成熱、振動(dòng)熱、振動(dòng)、切屑數(shù)控機(jī)床的主功能(目的功能)——切削加工動(dòng)力功能——電能通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能構(gòu)造功能——機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床本體計(jì)測(cè)功能——實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)床內(nèi)部和外部信息控制功能——實(shí)施控制主功能(目的功能)——切削加工動(dòng)力功能——電能通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)電一體化產(chǎn)品的組成要素機(jī)械本體動(dòng)力單元檢測(cè)與傳感裝置控制與信息處理裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元接口機(jī)電一體化產(chǎn)品的組成要素機(jī)械本體動(dòng)力單元檢測(cè)與傳感裝置控制與功能要素之間的相互關(guān)系

在機(jī)械本體（構(gòu)造功能）的支持下，由檢測(cè)傳感裝置（計(jì)測(cè)功能）檢測(cè)出產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境變化，將信息反饋給控制及信息處理裝置（控制功能），控制及信息處理裝置對(duì)各種信息進(jìn)行處理，并按要求控制動(dòng)力源（動(dòng)力功能）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（主功能）進(jìn)行工作。在結(jié)構(gòu)上，各組成要素通過各種接口及相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)構(gòu)在一起，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部匹配、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。功能要素之間的相互關(guān)系在機(jī)械本體（構(gòu)造功第三節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類機(jī)電一體化產(chǎn)品功能尺寸大小微機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品功能附加型功能替代型機(jī)電融合型第三節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類機(jī)電一體化產(chǎn)品功能尺寸微機(jī)電一按功能劃分功能附加型產(chǎn)品在原有機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)使產(chǎn)品功能增加和加強(qiáng)，性能提高。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、電子秤、數(shù)顯量具、全自動(dòng)洗衣機(jī)等。功能替代型產(chǎn)品采用微電子技術(shù)及裝置取代原產(chǎn)品中的機(jī)械控制功能、信息處理功能或主功能，使產(chǎn)品簡化，性能提高，柔性提高。電子縫紉機(jī)、自動(dòng)照相機(jī)采用微電子裝置取代了原有的機(jī)械裝置；電子石英鐘、線切割加工機(jī)床采用微電子技術(shù)取代了原來的機(jī)械主功能。機(jī)電融合型產(chǎn)品根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求及技術(shù)規(guī)范，采用專門設(shè)計(jì)的或具有特定用途的集成電路來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中的控制和信息處理功能。傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、攝相機(jī)、CNC機(jī)床等。按功能劃分功能附加型產(chǎn)品第一章機(jī)電簡述課件第五節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其工程路線一、機(jī)電一體化產(chǎn)品附加值與技術(shù)構(gòu)成的關(guān)系機(jī)械元器件+標(biāo)準(zhǔn)電子電器硬件++專用硬件+軟件發(fā)展歷程機(jī)械元器件為主，1948年出現(xiàn)電子元器件機(jī)械元器件+電子元器件，1974年電子微處理開始應(yīng)用機(jī)械元器件+標(biāo)準(zhǔn)電子電器硬件+軟件，1987年專用集成電路開始應(yīng)用第五節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其工程路線一、機(jī)電一體化產(chǎn)品由圖知：在當(dāng)代機(jī)電一體化產(chǎn)品中，單純的機(jī)械技術(shù)的附加值越來越少，而微電子技術(shù)的附加值越來越高，因此其經(jīng)濟(jì)效益也相應(yīng)增高。由圖知：在當(dāng)代機(jī)電一體化產(chǎn)品中，單純的機(jī)械技術(shù)的附加值越來越二、機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其工程路線1、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化設(shè)計(jì)是按機(jī)電一體化思想，原理和方法進(jìn)行的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，它是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要綜合應(yīng)用各項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)才能完成。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，當(dāng)產(chǎn)品的某一功能單靠某一種技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須進(jìn)行機(jī)械與電子工業(yè)及其它多種技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一體化設(shè)計(jì)。另一方面，當(dāng)產(chǎn)品某一功能的實(shí)現(xiàn)有多種可行的技術(shù)方案時(shí)，也必須應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)各種技術(shù)方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，在充分考慮同其它功能單元的聯(lián)接與匹配的條件下，選擇最優(yōu)的技術(shù)方案。因此，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)必須充分考慮各種技術(shù)方案的等效性、互補(bǔ)性及可比性。二、機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其工程路線1、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)二、機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其工程路線1、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì)是創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，它是在沒有任何樣板可供參照的情況下，根據(jù)功能和性能要求，按照機(jī)電一體化設(shè)計(jì)原理為滿足市場(chǎng)需求所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。最初的錄像機(jī)、攝像機(jī)、電視機(jī)的設(shè)計(jì)就屬于開發(fā)性設(shè)計(jì)。

二、機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其工程路線1、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)適應(yīng)性設(shè)計(jì)它是在原有產(chǎn)品總的方案原理基本不變的情況下，對(duì)產(chǎn)品的某些局部加以改進(jìn)或變動(dòng)，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以增加功能、提高性能和質(zhì)量或降低成本為目的的設(shè)計(jì)。以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價(jià)值。例如：電子式照相機(jī)采用電子快門、自動(dòng)曝光代替手動(dòng)調(diào)整，使其小型化、智能化；汽車的電子式汽油噴射裝置代替原來的機(jī)械控制汽油噴射裝置，電子式縫紉機(jī)使用微機(jī)控制就屬于適應(yīng)性設(shè)計(jì)。變異性設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變情況下，通過改變尺寸、速度、力或功率等參數(shù)，以滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品規(guī)格方面的需求所進(jìn)行的系列化設(shè)計(jì)。例如，由于傳遞扭矩或速比發(fā)生變換而重新設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)，就屬于變異性設(shè)計(jì)。適應(yīng)性設(shè)計(jì)變異性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者具有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論、豐富的想象力和敏銳的市場(chǎng)洞察力。適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者對(duì)原有產(chǎn)品及相關(guān)的市場(chǎng)需求、變化和技術(shù)進(jìn)步要有充分的了解和掌握。變異性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者注意防止因參數(shù)變化可能對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生的影響。對(duì)設(shè)計(jì)者的要求開發(fā)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)變異性設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)者的要求

進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量以計(jì)算機(jī)為工具，充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、仿真分析、模擬設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法，以提高產(chǎn)品的效率和質(zhì)量。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)同樣也要遵循產(chǎn)品的一般性設(shè)計(jì)原則，即在保證產(chǎn)品目的功能、性能和使用壽命的前提下，盡量降低成本。這意味著，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)并非盲目追求”高、精、尖”,而是在充分分析用戶要求的基礎(chǔ)上，努力以最新的技術(shù)手段，最廉價(jià)的材料或元器件、最簡單的結(jié)構(gòu)、最低能耗，向用戶提供最滿意的產(chǎn)品。處理好產(chǎn)品功能與成本及宜人性的關(guān)系。進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量以計(jì)算機(jī)為工具，充分利2、機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)體系

機(jī)電一體化工程是指應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程體系，機(jī)電一體化工程包括市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品構(gòu)思、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、質(zhì)量規(guī)劃與控制、制造工藝規(guī)范、樣機(jī)試制、正式生產(chǎn)、用戶意見反饋、修改及完善等各個(gè)階段。2、機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)體系機(jī)電一體化工程是指應(yīng)第一章機(jī)電簡述課件三、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)步驟機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的種類不同，其設(shè)計(jì)方法也不同。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，它是以計(jì)算機(jī)為輔助手段進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)的有效方法。

技術(shù)預(yù)測(cè)→市場(chǎng)需求→信息分析→科學(xué)類比→系統(tǒng)設(shè)計(jì)→創(chuàng)新設(shè)計(jì)→選擇具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（相似設(shè)計(jì)法、模擬設(shè)計(jì)法、有限元設(shè)計(jì)法、可靠性設(shè)計(jì)法、動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法）→機(jī)電一體化設(shè)計(jì)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。上述步驟的順序不是絕對(duì)的，只是一個(gè)大致的設(shè)計(jì)路線。但現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的某些精華必須予以承認(rèn)，在各個(gè)設(shè)計(jì)步驟中，應(yīng)考慮傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則，如技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及價(jià)值分析、造型設(shè)計(jì)、市場(chǎng)需求、類比原則、冗余原則、自動(dòng)原則（能自動(dòng)完成目的功能并具有自診斷、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)保護(hù)功能等）、經(jīng)驗(yàn)原則（考慮以往經(jīng)驗(yàn)），以及模塊原則（積木式、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)）等。三、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)步驟現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與并行工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）是設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的有力工具。用來設(shè)計(jì)一般機(jī)械產(chǎn)品的CAD的研究成果，包括計(jì)算機(jī)硬件和軟件，以及圖像儀和繪圖儀等外圍設(shè)備，都可以用于機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，需要補(bǔ)充的不過是有關(guān)機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)和制造的數(shù)據(jù)、計(jì)算方法和特殊表達(dá)的形式而已。應(yīng)用CAD進(jìn)行一般機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)時(shí)，都要涉及機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合問題，從這種意義上來說，CAD本身也是機(jī)電一體化技術(shù)的基本內(nèi)容之一。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與并行工程

并行工程（CE一ConcurrentEngineering）是把產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)、制造及其相關(guān)過程作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行綜合（并行）協(xié)調(diào)的一種工作模式。

并行工程（CE一ConcurrentEngine這種工作模式力圖使開發(fā)者們從一開始就考慮到產(chǎn)品全壽命周期（從概念形成到產(chǎn)品（系統(tǒng)）報(bào)廢）內(nèi)的所有因素。并行工程的目標(biāo)是提高產(chǎn)品（系統(tǒng)）的生命全過程（包括設(shè)計(jì)、工藝、制造、服務(wù)）中的全面質(zhì)量，降低產(chǎn)品（系統(tǒng)）全壽命周期內(nèi)（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售、客戶應(yīng)用、售后服務(wù)直至產(chǎn)品報(bào)廢處理等）的成本，縮短產(chǎn)品（系統(tǒng)）研制開發(fā)的周期（包括減少設(shè)計(jì)反復(fù)，縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造及發(fā)送等的時(shí)間）。并行工程與串行工程的差異就在于在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就要按并行、交互、協(xié)調(diào)的工作模式進(jìn)行產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)的.這種工作模式力圖使開發(fā)者們從一開始就考慮到產(chǎn)品全壽命就是說，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)產(chǎn)品（系統(tǒng)）壽命周期內(nèi)的各個(gè)階段的要求要盡可能地同時(shí)進(jìn)行交互式的協(xié)調(diào)。串行工程與并行工程工作模式框圖如下圖(a）和（b）所示。

就是說，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)產(chǎn)品（系統(tǒng)）壽命周期內(nèi)的各個(gè)階虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)

虛擬產(chǎn)品是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新一代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是在基于多媒體的、交互的滲入式或侵入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者不僅能夠直接在三維空間中通過三維操作、語言指令、手勢(shì)等高度交互的方式進(jìn)行三維實(shí)體建模和裝配建模，并且最終生成精確的產(chǎn)品（系統(tǒng)）模型，以支持詳細(xì)設(shè)計(jì)與變型設(shè)計(jì)，同時(shí)能在同一環(huán)境中進(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)

虛擬產(chǎn)品是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是4．綠色設(shè)計(jì)

綠色設(shè)計(jì)是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)新概念。所謂綠色設(shè)計(jì)，就是在新產(chǎn)品（系統(tǒng)）的開發(fā)階段，就考慮其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，從而減少對(duì)環(huán)境的污染、資源的浪費(fèi)、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)將產(chǎn)品（系統(tǒng)）壽命周期內(nèi)各個(gè)階段（設(shè)計(jì)、制造、使用、回收處理等）看成一個(gè)有機(jī)整體，在保證產(chǎn)品良好性能、質(zhì)量及成本等要求的情況下，還充分考慮到產(chǎn)品（系統(tǒng)）的維護(hù)資源及能源的回收利用以及對(duì)環(huán)境的影響等問題。這與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要考慮前者要求而對(duì)產(chǎn)品維護(hù)及產(chǎn)品廢棄對(duì)環(huán)境的影響考慮很少、甚至根本就不予考慮有著大區(qū)別。4．綠色設(shè)計(jì)

綠色設(shè)計(jì)是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的

下圖為傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)（a）與綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)（b）之比較。綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)含有一系列的具體的技術(shù)，如全壽命周期評(píng)估技術(shù)、面向環(huán)境的設(shè)計(jì)技術(shù)、面向回收的設(shè)計(jì)技術(shù)、面向維修的設(shè)計(jì)技術(shù)和面向拆卸處理的設(shè)計(jì)技術(shù)等。

下圖為傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)（a）與綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)（b）之比快速響應(yīng)設(shè)計(jì)

快速響應(yīng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要一環(huán)?？焖夙憫?yīng)工程是企業(yè)面對(duì)瞬息萬變的市場(chǎng)環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應(yīng)市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品、以保證企業(yè)在激烈競(jìng)爭環(huán)境中立于不敗之地的重要工程。實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是有效開發(fā)和利用各種產(chǎn)品（系統(tǒng)）信息資源。人們利用迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和通訊技術(shù)所提供的對(duì)信息資源的高度存儲(chǔ)、傳播及加工的能力，主要采取三項(xiàng)基本策略，以達(dá)到對(duì)產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)需求的快速響應(yīng)。這三項(xiàng)策略是：①利用產(chǎn)品信息資源進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)或變異性設(shè)計(jì)；②虛擬設(shè)計(jì)——利用數(shù)字化技術(shù)加快設(shè)計(jì)過程；③遠(yuǎn)程協(xié)同、分布設(shè)計(jì)。概括講，這些策略就是信息的資源化、產(chǎn)品（系統(tǒng)）的數(shù)字化、設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化。

快速響應(yīng)設(shè)計(jì)

快速響應(yīng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要一

機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，通常可分為新穎性／創(chuàng)新設(shè)計(jì)和適應(yīng)性／變異性設(shè)計(jì)兩大類：創(chuàng)新設(shè)計(jì)也屬于前面所講的開發(fā)性設(shè)計(jì)。無論是創(chuàng)新設(shè)計(jì)還是變異性設(shè)計(jì)，均體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性思維?？焖夙憫?yīng)設(shè)計(jì)就是充分利用已有的信息資源和最新的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化工具，用最快的速度進(jìn)行創(chuàng)新性和變異性設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)方法。

機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，通常可分為新穎性／創(chuàng)新5．反求設(shè)計(jì)

反求設(shè)計(jì)思想屬于反向推理、逆向思維體系。反求設(shè)計(jì)是以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有的產(chǎn)品（系統(tǒng)）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。5．反求設(shè)計(jì)

反求設(shè)計(jì)思想屬于反向推理、逆向思維體

如某種產(chǎn)品（系統(tǒng)），僅知其外在的功能特性而沒有其設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)詳細(xì)設(shè)計(jì)資料即其內(nèi)部構(gòu)成為一“暗箱”，在某種情況下需要進(jìn)行具體的反向推理來設(shè)計(jì)具有同等外在功能特性的產(chǎn)品（系統(tǒng)）時(shí)，運(yùn)用反求設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)極為合適。從某種意義上來說，反求設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)者根據(jù)現(xiàn)有機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的外在功能特性，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)該外在功能特性要求的內(nèi)部子系統(tǒng)并構(gòu)成整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)。如某種產(chǎn)品（系統(tǒng)），僅知其外在的功能特性而沒有其設(shè)計(jì)第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)一、機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求高精度快速響應(yīng)

指機(jī)械系統(tǒng)在接收到控制系統(tǒng)的指令后，能在盡可能短的時(shí)間里完成所要求的動(dòng)作。（慣性?。┝己玫姆€(wěn)定性

此外還要求機(jī)械系統(tǒng)具有較大剛度、良好的可靠性和重量輕、體積小、壽命長。第一節(jié)概述一、機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求高精度快速響應(yīng)良好的穩(wěn)定性

為達(dá)到上述要求，應(yīng)采取的措施1、采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件。如采用滾珠絲杠副，滾動(dòng)導(dǎo)向支承、動(dòng)（靜）壓導(dǎo)向支承等。2、縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度。如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副的傳動(dòng)與支承剛度；采用大