機(jī)電一體化習(xí)題答案

第一章1.什么是機(jī)電一體化？各國的主要觀點有哪些？(P1~3)機(jī)電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(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)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。2.試述機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別。(P2)答：傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理的各種電器來實現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)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(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計算機(jī)為控制中心，在設(shè)計過程中強調(diào)機(jī)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(jī)控制下具有一定的智能性。3.試分析機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及相關(guān)技術(shù)。(P1~3)機(jī)電一體化系統(tǒng)是多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用，是技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程。其技術(shù)組成包括：機(jī)械技術(shù)、檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等?，F(xiàn)代的機(jī)電一體化產(chǎn)品甚至還包含了光、聲、化學(xué)、生物等技術(shù)等應(yīng)用。4.一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含哪些幾個基本要素？答：機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過接口耦合來實現(xiàn)運動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機(jī)融合的一個完整系統(tǒng)。5.試述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法。機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一直要堅持貫徹機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個組成要素間的有機(jī)聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計方法，并用自動控制理論的相關(guān)手段，進(jìn)行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分析，實現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。6.試述現(xiàn)代設(shè)計的概念。（P4）設(shè)計這個詞有兩種概念。廣義的概念是指發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)和達(dá)到的目標(biāo)。狹義的概念指的是將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動，各種產(chǎn)品包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計即屬此類?，F(xiàn)代設(shè)計是過去長期的傳統(tǒng)設(shè)計活動的延伸和發(fā)展，是隨著設(shè)計實踐經(jīng)驗的積累，由個別到一般、具體到抽象、感性到理性，逐步歸納、演繹、綜合而發(fā)展起來的。由于科技進(jìn)步的速度日益增快，特別是計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，人們在掌握事物的客觀規(guī)律和人的思維規(guī)律的同時，運用相關(guān)的科學(xué)技術(shù)原理，進(jìn)行過去難以想象的綜合集成設(shè)計計算，使設(shè)計工作包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。8.現(xiàn)代設(shè)計方法有哪些？（P3?13）現(xiàn)代設(shè)計方法門類眾多且不斷出新。可按所研究解決的問題性質(zhì)分為總體問題和個別性能問題兩大類：1.研究總體設(shè)計的現(xiàn)代設(shè)計方法（1）設(shè)計方法學(xué)(2)價值工程設(shè)計(3)優(yōu)勢設(shè)計(4)綠色設(shè)計(5)計算機(jī)輔助設(shè)計(6)并行工程設(shè)計(7)虛擬設(shè)計(8)反求工程設(shè)計(9)優(yōu)化設(shè)計及其發(fā)展(10)創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)2．研究產(chǎn)品性能的現(xiàn)代設(shè)計方法(1)工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型設(shè)計(2)模塊化設(shè)計(3)相似性設(shè)計(4)摩擦學(xué)設(shè)計(5)三次設(shè)計(6)人機(jī)工程設(shè)計(7)智能設(shè)計(8)動態(tài)設(shè)計(9)可靠性設(shè)計(10)有限元法(11)機(jī)械疲勞設(shè)計9.何為機(jī)電一體化系統(tǒng)的四視圖設(shè)計？（P13）功能視圖、結(jié)構(gòu)視圖、控制視圖和信息視圖第二章1.什么技術(shù)系統(tǒng)？什么是技術(shù)過程？什么是作業(yè)對象？（P27）例如，為了得到某種復(fù)雜形狀的金屬零件，可通過編程在加工中心上對坯料進(jìn)行加工。壞料是作業(yè)對象，加工中心是技術(shù)系統(tǒng)，所完成的加工過程是技術(shù)過程。作業(yè)對象一般可分為三大類：物料、能量和信息2.確定技術(shù)過程的一般步驟是什么？（P27）1）根據(jù)信息集約和調(diào)研預(yù)測的資料，分析確定作業(yè)對象以及主要轉(zhuǎn)換要求。2）分析比較傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的理論和實踐，確定實現(xiàn)主要轉(zhuǎn)換的工作原理。3）明確實現(xiàn)技術(shù)過程的環(huán)境和約束條件。環(huán)境是與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的總和，包括經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)條件、技術(shù)條件、社會條件等。4）確定主要技術(shù)過程和其他輔助過程。5）根據(jù)高效、經(jīng)濟(jì)、可靠、美觀、使用方便等原則，初步規(guī)定技術(shù)系統(tǒng)的邊界及工作范圍。3.試述功能設(shè)計方法和主要步驟。（P28~30）功能是對技術(shù)系統(tǒng)中輸入和輸出的轉(zhuǎn)換所作的抽象化描述。只有用抽象的概念來表述系統(tǒng)的功能，才能深入識別需求的本質(zhì)，辨明主題，發(fā)散思維，啟發(fā)創(chuàng)新，總功能逐步分解為比較簡單的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能樹(1)功能分析(2)功能元求解1．選擇工作原理2．構(gòu)思功能載體(3)方案綜合4.功能設(shè)計的工具有哪些？(P30)1．設(shè)計目錄(1)對象目錄(2)作業(yè)日錄(3)解法目錄2．知識庫(1)數(shù)據(jù)庫(2)設(shè)計詞典(3)手冊5.試分析設(shè)計與技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)系。設(shè)計若是為了對作業(yè)對象完成某種技術(shù)過程，設(shè)計對象就是人造技術(shù)系統(tǒng)。第三章1.結(jié)構(gòu)設(shè)計有哪些內(nèi)容？(P78)宏觀地看，結(jié)構(gòu)設(shè)計大致有以下三方面內(nèi)容:(1)功能設(shè)計以各種具體的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能要求。(2)質(zhì)量設(shè)計兼顧各種要求和限制，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)質(zhì)量和性能(3)優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法系統(tǒng)地構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化模型，用創(chuàng)造性設(shè)計思維方法進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化和創(chuàng)新。2.機(jī)電一體化系統(tǒng)中運動聯(lián)系結(jié)構(gòu)的基本單元有哪些？(P87)需要聯(lián)軸器、減速、變速裝置及運動換向與轉(zhuǎn)換裝置等基本傳動結(jié)構(gòu)3.滾動導(dǎo)軌副的品質(zhì)用那幾方面來衡量？(P108)(1)導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標(biāo)。移功件在沿導(dǎo)軌運動時，不論有無載荷，部應(yīng)保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。各種設(shè)備對導(dǎo)軌副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相應(yīng)的規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)可以參照。(2)耐磨性導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動導(dǎo)軌副的主要失效形式是磨損。因此，耐磨性是衡量滾動導(dǎo)軌副性能的主要指標(biāo)之一。(3)剛度為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型、尺寸及其組合。選用可調(diào)整間隙和能夠預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。(4)工藝性導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。4.結(jié)構(gòu)設(shè)計品質(zhì)是指在那些方面應(yīng)注意的問題？(P116)結(jié)構(gòu)設(shè)計品質(zhì)是指結(jié)構(gòu)強度和靜剛度、結(jié)構(gòu)動剛度、結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性等四大方面應(yīng)注意的問題第四章1.機(jī)電一體化系統(tǒng)中控制器的作用是什么？它的基本功能應(yīng)包括那些？(P149~150機(jī)電一體化機(jī)械的控制器是一個以計算機(jī)為核心的測量和控制系統(tǒng)它將來自各傳感器的檢測信號與外部輸人命令進(jìn)行集中，存儲、分析、轉(zhuǎn)換，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。它的基本功能應(yīng)包括以下幾點1)實時的信息轉(zhuǎn)換和控制功能2)人機(jī)交互功能。3)和機(jī)電部件接口的功能。4)對控制軟件運行的支持功能。2.單板機(jī)模式的控制系統(tǒng)有哪些特點？(P150)1)結(jié)構(gòu)形態(tài)的隨意性。2)空間位置的隨意性。3)形態(tài)規(guī)模的隨意性。4)最佳的經(jīng)濟(jì)性。3.組合模式的控制系統(tǒng)有哪幾種模式？(P150~151)采用商品化硬件模塊通過總線母板組合成控制系統(tǒng)．具有多種靈活的組成模式，它可以自成系統(tǒng)，即采用獨立模式；也可以方便地作為其他小型、微型計算機(jī)的前端控制機(jī)，或者組成分布式系統(tǒng)的典型的分散系統(tǒng)。4.在工控機(jī)中對存儲器有哪些要求？(P153)像個人計算機(jī)存儲代碼和數(shù)據(jù)供CPU或其他設(shè)備讀寫(1)可靠性高即抗干擾能力強，能在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下準(zhǔn)確進(jìn)行讀寫操作。(2)實時性好能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對存儲器訪問的要求。(3)功耗低降低自然發(fā)熱造成的溫升，并可用電池供電。(4)數(shù)據(jù)存儲器非易失性這并不是對全局存儲器的要求，但系統(tǒng)中至少有局部非易失數(shù)據(jù)段或程序代碼段，以便能長期保存數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)突然停電后再重新啟動時能迅速恢復(fù)現(xiàn)場運行5.I/O子系統(tǒng)的作用是什么？按其物理量的形式分成哪兩大類？(P153~154)控制器除了基本系統(tǒng)以外，還應(yīng)包括各種檢測、控制量的輸入輸出接口，這部分功能稱為I/O子系統(tǒng)。按其物理量的形式來分，一般可分成開關(guān)量（數(shù)字量）1/0即DI/DO、模擬量I/O即AI/AO兩大類。6.什么是總線？控制系統(tǒng)中包括哪些總線？各總線作用是什么？（P154~155）所謂總線是指一組信號線的集合，是一種按規(guī)定協(xié)議傳送信息的公共通道，由數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線組成。7.簡述控制系統(tǒng)的基本組成。（P152?155）（一）

中央處理單元（CPU）（二）存儲器（三）機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)（四）人--機(jī)接口（五）系統(tǒng)支持功能（六）總線8.什么是計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC？）（P155）計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)簡稱CNC系統(tǒng)，它是用計算機(jī)通過執(zhí)行其存儲器內(nèi)的程序來完成數(shù)控要求的部分或全部功能，并配有接口電路、伺服驅(qū)動的一種專用計算機(jī)系統(tǒng)。9.計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC由哪幾部分組成？（P155）CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機(jī)數(shù)字控制裝置（CNC裝置）、可編程序控制器（PLC、）主軸驅(qū)動和進(jìn)給驅(qū)動裝置等組成，第五章1.根據(jù)自動化機(jī)械的基本模型，簡述信息流主要集中在那些子系統(tǒng)中？（P195信息流主要集中在人機(jī)界面、檢測機(jī)構(gòu)和控制器。2.現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)機(jī)械最本質(zhì)的區(qū)別是什么？（P195）現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)機(jī)械最本質(zhì)的區(qū)別是現(xiàn)代機(jī)械中具有信息流。信息系統(tǒng)保證了機(jī)電一體化系統(tǒng)基本單元（MEE的正確運行，也使許多基本MEE耦合組成復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。3.在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計中信息流的作用是什么？（P196）信息系統(tǒng)保證了機(jī)電一體化系統(tǒng)基本單元（MEE的正確運行，也使許多基本MEE耦合組成復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。信息流是軟件總體設(shè)計的基礎(chǔ)。4.信息流是如何分類的？（P196）從信息流的形態(tài)來分，信息流可以是借助于機(jī)、光、聲、電等介質(zhì)傳輸?shù)男盘枺部梢允钦Z言、文字、圖表、圖像等抽象的信號，在計算機(jī)內(nèi)部則是數(shù)據(jù)表示的數(shù)據(jù)流。從信息流的功能來分，有控制信息流、檢測信息流、數(shù)據(jù)信息流、顯示信息流等。以信息流的流向來分，可分為輸入信息流、變換信息流、輸出信息流等。5.分析信息流和數(shù)據(jù)流有什么意義？（P196）1）對機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作原理和工作過程有深刻理解。2）可對系統(tǒng)進(jìn)行深入的總體分析與規(guī)劃，以達(dá)到解耦與集成的目的。3）信息流是軟件總體設(shè)計的基礎(chǔ)。按軟件工程方法，從數(shù)據(jù)流可確定軟件的結(jié)構(gòu)，并定義此結(jié)構(gòu)中包含的程序模塊。同時也可以定義數(shù)據(jù)庫項、格式、規(guī)模和存取方法。特別是“全量程”的定義，即用于兩個以上的程序模塊內(nèi)的那些量的定義.6.分析信息流的基本工具有哪些？（P196?198）（一）信息流的基本環(huán)節(jié)（二）數(shù)據(jù)流程圖（三）信息流和軟件結(jié)構(gòu)7.人機(jī)輸入界面的基本硬件有哪些？（P204）其基本硬件是鍵盤、開關(guān)（包括操作按鈕和觸摸屏等），并通過CRT實現(xiàn)人機(jī)交互。8.輸出界面的信息流中對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信息輸出有哪幾種形式？

（P215）1）直接開關(guān)量的輸出。2）脈沖序列和運動方向控制標(biāo)記。3）直接數(shù)字輸出。4）模擬量輸出。5）其他控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)第六章1.簡述機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計提出的背景。（P229~230）1）新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。2）社會對產(chǎn)品的需求趨于多樣化、個性化和動態(tài)化，順應(yīng)客戶愛好

（也稱客戶化或定制）、多品種中小批量生產(chǎn)已成為生產(chǎn)方式的主流。3）市場對企業(yè)的要求從原來的對質(zhì)量、成本的要求演變?yōu)楝F(xiàn)在的對時間（Time）、質(zhì)量（Quality）、成本（Cost）、創(chuàng)新（Innovation）、服務(wù)（Service和環(huán)境（Environment）等諸多方面的要求，時間已成為競爭力的第一要素，能否在最短的時間內(nèi)開發(fā)出最新的產(chǎn)品并推向市場，是贏得市場競爭的關(guān)鍵。4）可持續(xù)發(fā)展的理念及對生態(tài)環(huán)境方面的關(guān)注，使人們在生產(chǎn)過程和消費過程中更注意生態(tài)和環(huán)境方面的相容性和友善性，綜合考慮產(chǎn)品的環(huán)境影響與資源效率已成潮流。2.什么是可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）?（P230）可重構(gòu)制造系統(tǒng)（ReconfigurableManufacturingSystem,RMS是指能夠通過對制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其組成單元的快速重組或更新，及時調(diào)整制造系統(tǒng)的功能和生產(chǎn)能力,以迅速響應(yīng)市場變化及其他需求的一種制造系統(tǒng)。3.可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）的重構(gòu)分為哪幾個層次？（P230）1）制造系統(tǒng)級的重構(gòu)。2）制造設(shè)備級的重構(gòu)。3）子系統(tǒng)或部件層的重構(gòu)。4?對于可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）而言，可重構(gòu)控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是什么？（P230開放式結(jié)構(gòu)控制器是可重構(gòu)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)技術(shù)。5.機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)是什么？

（P231）1）低的生產(chǎn)成本和重構(gòu)成本的綜合值（cost）。2）短的設(shè)計建造時間和斜升時間（Time）。3）最大限度地利用已有的資源（Resource）。4）在公共地基上達(dá)到物流最優(yōu)（Stream）。6?機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)的特征是什么？

（P231?232）1）

模塊性（Modularity）2）

可集成性（Integrability）3）

可轉(zhuǎn)換性（Convertibility）4）

可診斷性（Diagnosability）5）

客戶化性（Customization）7.可重構(gòu)機(jī)床設(shè)計的主要目的是什么？可重構(gòu)機(jī)床包括那些內(nèi)涵？