機電一體化的發(fā)展與應用

浙江理工大學繼續(xù)教育學院企業(yè)人才班畢業(yè)設計（論文）摘要機電在我國各行各業(yè)已有了廣泛的應用，對我國經(jīng)濟的發(fā)展有重要的影響。本文從課題研究的相關背景入手，最開始就應該要了解機電一體化的在現(xiàn)代社會的發(fā)展，還有現(xiàn)目前在經(jīng)濟中的發(fā)展現(xiàn)狀，還有其將來的發(fā)展趨勢，最后就要著手看待它的在未來的市場上的前景和新的發(fā)現(xiàn)認識。關鍵詞：機電一體化；應用；發(fā)展趨勢

AbstractMechanicalandelectricalinallwalksoflifehavewideapplicationinourcountry,haveimportantinfluenceontheeconomicdevelopmentofChina.Thisarticleobtainsfromthebackgroundofthethesis,first,detailedelaboratesonthedevelopmentofelectromechanicalintegrationtechnology,thenthespecificresearchintothepresentsituationoftheapplicationofelectromechanicalintegration,andthenanalyzesthedevelopmenttrendoftheelectromechanicalintegration,finallydiscussestheapplicationprospectofelectromechanicalintegrationandnewunderstanding.Keywords:mechanicalandelectricalintegration;Application;Thedevelopmenttrend

目錄摘要 IAbstract II第1章機電一體化的發(fā)展 11.1機電一體化的基本概念 11.2機電一體化系統(tǒng)的基本結構要素 11.3機電一體化技術，相關技術，經(jīng)濟和社會效益 11.4機電一體化在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)結構中的地位和作用 11.5機電一體化中起主導作用的PLC 21.6國外發(fā)達國家機電一體化發(fā)展的方向和策略 21.6.1發(fā)展方向 31.6.2政策優(yōu)惠及保護策略 3第2章機電一體化的應用現(xiàn)狀 42.1計算機數(shù)控機床 42.2工業(yè)機器人 42.3先進制造系統(tǒng) 52.4汽車的機電一體化 52.5智能控制系統(tǒng) 6第3章機電一體化的發(fā)展趨勢 73.1計算機集成制造系統(tǒng) 73.2智能制造技術 73.3精益生產(chǎn)方式和敏捷制造技術 73.4快速零件制造技術 83.5面向21世紀的制造模式 8結語 9參考文獻 10PAGE1第1章機電一體化的發(fā)展1.1機電一體化的基本概念如果想要清楚地知道機電一體化是怎樣發(fā)展起來的，那就可以從電路和微電子技術等方面說起，因為它是在這樣大規(guī)模的模式下還有現(xiàn)在發(fā)展最迅速的微型計算機的的環(huán)境下產(chǎn)生的，并且隨之不管在傳統(tǒng)的工業(yè)方面，還是在現(xiàn)代工業(yè)的基礎上，機電一體化都有一個很好的發(fā)展。它是一個很好的，多方面的綜合體，不僅有機械，微電子，自動控制還有其他部分的電子信息技術，它能夠在特定的環(huán)境下實現(xiàn)特定功能價值的系統(tǒng)工程技術，其具有高功能，高質(zhì)量，高可靠性，低耗能的現(xiàn)實意義。在這樣情況下就產(chǎn)生了機電一體化系統(tǒng)的產(chǎn)品，它的主要部件就是1個以微電子技術為主導的現(xiàn)代高科技技術。1.2機電一體化系統(tǒng)的基本結構要素想要擁有一個完整的機電一體化系統(tǒng)，就應該要具備本體，動力，測試傳感，執(zhí)行，驅動幾部分和最后的控制信息處理單元和接口等幾部分因素。各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。1.3機電一體化技術，相關技術，經(jīng)濟和社會效益機電一體化是一種十分復雜的又具有交叉性能的技術密集型系統(tǒng)工程，其領域也有很多種。機電一體化為什么能夠取得如此大的優(yōu)化效果，就是因為在考慮發(fā)展的過程中，發(fā)揮了它自己本身的優(yōu)點，然后讓自己的優(yōu)點來補缺點，學習其他公司的優(yōu)點，因此就產(chǎn)生了社會和技術經(jīng)濟效益。經(jīng)過時間的發(fā)展，機電一體化突出表現(xiàn)在很多方面，尤為重要的是提高密度，增加功能，提高效率，降低成本等。1.4機電一體化在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)結構中的地位和作用第一，機電一體化可以讓一些產(chǎn)品實現(xiàn)它的最新系統(tǒng)和進行一定的升級使用，這樣就可以使產(chǎn)品的性能變得更好。如果原來是處于中低端的產(chǎn)品就會一下上升到高端等級，競爭力就會隨之增加。還有就是，它能夠根據(jù)在市場環(huán)境下經(jīng)濟發(fā)展單位需要來進行產(chǎn)品的生產(chǎn)。這樣做的原因就是是能耗的損失達到最低，還有最重要的生產(chǎn)成本也是一樣。這些都是能夠使其增強生產(chǎn)產(chǎn)品之間的經(jīng)營和企業(yè)與企業(yè)之間的競爭。所以，它本身所具有的相對于其他的優(yōu)勢就是本身發(fā)展的切點，它的特殊技術就能在一定程度上使現(xiàn)代化的在制造業(yè)方面的產(chǎn)品結構和裝備發(fā)生變化。就拿現(xiàn)目前發(fā)展得很好的數(shù)控機床來說，這就能很明顯的看出它在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性。1.5機電一體化中起主導作用的PLC其中有一種主要是以微型處理機為基礎，還有就是在綜合計算機的技術和自動化發(fā)展的過程中產(chǎn)生的一種可行單位工業(yè)控制器。可編程序控制器(ProgrammableController)簡稱PC，是對生產(chǎn)過程進行控制(順序控制與閉環(huán)過程控制)及各類所需信息進行傳送、處理的數(shù)字式電子裝置。它具有很多的有點，就如有著非常簡單明了的結構，而且編程十分的簡便，最重要的是他具有良好的性能。它能夠多功能的運用在許多的工業(yè)的生產(chǎn)過程中主要是自動控制系統(tǒng)方面，有治金機械工業(yè)，能源，化工等領域。目前國外生產(chǎn)PLC的廠家很多，主要有代表性的是：美國的A-B公司(AllenBradley)、GE公司、GM公司(GouldModiCon)；隸屬于日本的三菱，德國的西門子產(chǎn)業(yè)，法國的Alstom,英國的PC建造。在國內(nèi)也有許多著名的產(chǎn)業(yè)，比如清華大學，天津的自動化儀表所，電傳所和科學院計算所等等。1.6國外發(fā)達國家機電一體化發(fā)展的方向和策略在競爭越來越激烈的工業(yè)化領域，機電一體化的發(fā)展必然是在整個制造業(yè)中占據(jù)著很重要單位地位，而且制造業(yè)是國家整體發(fā)展做重要的基礎工業(yè)，所以可想而知現(xiàn)在機電一體化在發(fā)展過程的作用有好大，可以說每一個國家的工業(yè)都離不開。圖1機電一體化1.6.1發(fā)展方向許多發(fā)展得較好的國家現(xiàn)在的機電一體化水平已經(jīng)遠超于其他國家了，一個顧家想要在這方面發(fā)展更好的話，想要本國的高科技技術迅速提升，那么智能和自動化的加工系統(tǒng)就是一個很好的發(fā)展方向。像日本這一個國家，他們的在研究高科技領域的問題芯片技術等方面進行研究。還有更先進的西歐的一些國家甚至將研究自動化的民用機器人作為主方向，還有就是設計計算機的輔助功能和工廠的全面自動化。時候，就將一些智能的東西比如傳感器，計算機美國也將機器人、傳感器、控制技術和CIM作為關鍵技術，進行深入研究。1.6.2政策優(yōu)惠及保護策略因為機電一體化這一系統(tǒng)技術領域是屬于密集型的高科技技術，所以在剛剛開始發(fā)展的過程中所得到的的匯報就很小但是投資卻很多，所以這時候政府就給予了許多的優(yōu)惠政策和支持，這無疑是對機電一體化發(fā)展的一個肯定，在其的今后的發(fā)展過程中起到的作用并不是一般，所以對提升高科技技術整個產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)有了很大的作用。第2章機電一體化的應用現(xiàn)狀這些年來，機電一體化在各個方面取得的成就非常的多，主要表現(xiàn)在下面各個方面。2.1計算機數(shù)控機床計算機數(shù)控機床是一種非常高技能的高效自動化機床，簡稱CNC，其主要組成部分就是專用的計算機或是有更為精準的電子計算機裝備進行一定的控制。它是一種集優(yōu)點為一身的令人很青睞的機電一體化產(chǎn)品，因為它整個的發(fā)展過程包括了計算機技術的運用，自動控制，經(jīng)過精細仔細的測量，還有其他機械設計方面的成果。不得不說這一產(chǎn)品的運用必定給機電一體化的發(fā)展帶來更好的前景，并且使機床發(fā)展迅速的必然趨勢。不過數(shù)控機床的發(fā)展也并不是那么輕松的，它的發(fā)展主要經(jīng)過了五代演變，由最初的電子管數(shù)控發(fā)展到后來的晶體管，集成電路，計算機數(shù)控再到如今的微型計算機數(shù)控。所以在整個國家的國民經(jīng)濟發(fā)展的過程中一盒重要的產(chǎn)品就是計算機數(shù)控機床。尤其表現(xiàn)在近10年的發(fā)展中，計算機技術領域的發(fā)展更是突飛猛進，在自動控制系中的計算機數(shù)控機床-機械加工中心（MC）發(fā)展得尤為迅速。圖2機電一體化2.2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的組成成分也會所比較復雜的，主要有五個部分，包括機械系統(tǒng)，驅動，控制，檢測傳感和人工智能。它是一種能夠模仿人類行為的部分動作的自動化裝備，在其系統(tǒng)內(nèi)部安裝一些控制系統(tǒng)，它就能夠依據(jù)系統(tǒng)的要求進行相應的搬運，操作等工作，這是一種非常具有實踐性的機電一體化產(chǎn)品。它能夠使工作的效率提升，實現(xiàn)柔化自動化生產(chǎn)，一定程度上提高所有產(chǎn)品的質(zhì)量，還有就是它能夠代替人類在環(huán)境比較惡劣的地方進行工作，是其效率達到最大化。這一機器技術的發(fā)展，是因為具有使用的效果，能夠擴大機電一體化運用的范圍，從而得到更進一步的發(fā)展。2.3先進制造系統(tǒng)現(xiàn)階段，先進的制造系統(tǒng)總的來說有三種形式，主要是柔性制造單元（FMC），制造系統(tǒng)（FMS）和柔性生產(chǎn)線。FMC主要是一種裝置用于加工中心與自動交換工作，還有就是數(shù)控系統(tǒng)當中還增添了一些功能，比如自動檢測，和工況監(jiān)控等。其可以看作是之后組成制造系統(tǒng)的主要部分，不過也能單獨的做成自動化加工設備。這些年它的發(fā)展速度是難以想象的。其后的制造系統(tǒng)是由許多環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)，如許多的制造單元，或許有3到20臺的CNC機床數(shù)量，一些特殊裝置，自動化儲存?zhèn)}庫等?，F(xiàn)在許多國家都擁有這樣的制造習題女，并且還在以人們難以預料的速度在發(fā)展，不過這樣的發(fā)展也帶來了許多的經(jīng)濟效益和加工的穩(wěn)定，據(jù)統(tǒng)計，沒太機器的運用效率都達到了百分之70到90之間，相比之前提升了20左右。我國的第一臺制造系統(tǒng)是由北京機床研究所和精密機床廠在1985年共同努力研究出來的，成為我國第一例成功的項目。2.4汽車的機電一體化能夠自動的改善和控制汽車的性能，這是現(xiàn)在機電一體化發(fā)展中必要要重視的最中心的問題，如果這樣做了，就能使汽車的許多功能都達到最大化，在汽車使用時能夠讓油量降低，從而減少空氣中的污染物，增加行駛中的安全性和可靠性。另一方面在汽車的行駛過程中，有更多需要自動控制的環(huán)節(jié)，如發(fā)動機的及時點火，廢氣循環(huán)利用，從而減少環(huán)境的污染；汽車能夠在行駛中自動的變化速度和控制污染物的排放，能夠讓汽車的行駛達到最大化；在設計環(huán)節(jié)增加了防止車輪滑動的控制，能夠使汽車在下雨天或是路滑的地面也能安全的行駛；車內(nèi)還包括有空調(diào)等舒適設備，以方便在行駛時的使用。改革開放的這些年來，尤其是許多發(fā)展很好的城市對汽車行業(yè)的研究也越來越深入，這就使得汽車的一體化有了很大的進展。圖3機電一體化技術2.5智能控制系統(tǒng)人工智能和自動控制就構造出了只能控制這一功能，它的主要目的就是讓計算機能夠像人一樣去做一些只能方面的東西。因為現(xiàn)在的科學技術發(fā)展得越來越迅速，所以許多的研究者就想要人工智能能夠尋找出計算機能做出像人一樣的活動，之后就找到了兩條不同的途徑，一種是仿學腦模型，就是不管在那一方面都仿造人腦來構造，另一種就是不需要將人腦的構造考慮到其中，直接通過一種啟發(fā)性的程序植入到其中。在智能控制系統(tǒng)種，它又分為了好幾種形式，比如多級遞階智能控制，專家控制，仿人智能，自己學習，學習控制，還有神經(jīng)元網(wǎng)絡系統(tǒng)的控制。這些年以來，在各個工程領域中，這種技術的運用越來越廣泛，不管是機電設備，還是許多的工程建設中的智能化控制，都很大程度上使用了智能控制技術。第3章機電一體化的發(fā)展趨勢因為國家發(fā)展中的科學技術和工業(yè)方面的發(fā)展非常迅速，所以學術界開始對機電一體化的發(fā)展進行了更深層次的研究。3.1計算機集成制造系統(tǒng)在當代的龐大的計算機信息領域中，產(chǎn)生了一種制造技術和系統(tǒng)，這就是人們所說的計算機集成制造系統(tǒng)，簡稱CIMS.它的基礎是在計算機的程序上來實現(xiàn)的，它能夠使企業(yè)在整個變動的市場環(huán)境下迅速適應，對于產(chǎn)品生產(chǎn)的整個環(huán)節(jié)，它都是參與其中的，預測產(chǎn)品到設計，生產(chǎn)，再到管理整個過程和售后服務，可以說這是一個采集，傳遞，設計制造信息的過程。在發(fā)展這項技術時，特別需要注意的就是人和機器的融合和一體化。因為在系統(tǒng)中它的地位是非常重要的，必須要控制整個的計算機，還有一些必備的硬件和軟件。在軟件環(huán)節(jié)，一定要大程度做到CAD和CAM和硬件的緊密結合。每一個工程的發(fā)展都一定要將最基本的技術放在首位，不能一開始就想要達到高層次的效果想要到自動化和數(shù)字化，不能好高騖遠。這樣就會達到機電一體化中的柔性，自動性和全局性。3.2智能制造技術在專家的研究下，使人類和機器有效率的結合在一起，使智能機器和人的智慧相結合達到人機一體化系統(tǒng)這就是專家們所說的智能制造系統(tǒng)，簡稱IMT，但是需要注意的事機器并沒有取代人類。它具有很多的功能去進行相應的工作，比如自律，自組織，自我優(yōu)化，還有自我修正等功能。許多歐美國家在這方面單位研究已經(jīng)遠遠超出了我們的想象，似乎機電一體化的研究已經(jīng)是一個全球性的熱門話題。3.3精益生產(chǎn)方式和敏捷制造技術這種一切都以人類為中心點，一切都從簡單明了出發(fā)，以達到完美無瑕地步的生產(chǎn)方式就是精益生產(chǎn)方式，簡稱LP。它包括四個部分，有雇員的介入，保持全面的生產(chǎn)力，生產(chǎn)的及時性和質(zhì)量的全面管理。還有就是進行企業(yè)管理的組織構想，使產(chǎn)品開發(fā)的過程變得更有效率，在零散的產(chǎn)品中設計得更合理。不過因為有企業(yè)和集團的限制，所以他就具有不好的方面，在這之后就有了跨企業(yè)，地域，和全球的的制造技術，也就是敏捷制造技術，簡稱AM。這就會形成公司的不斷變化在市場環(huán)境條件下。所以之后就有實現(xiàn)虛擬制造系統(tǒng)的最優(yōu)化，能夠在企業(yè)之間實施并行工程。3.4快速零件制造技術快速零件制造技術(RPM)是由CAD模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維實體的技術總稱。在加工中成型設備是無需專用夾具或工具的通用機器，而且加工過程中較少由人干預或無人干預，它由CAD軟件設計零件的三維實體模型的數(shù)字模型，然后根據(jù)工藝要求，按一定厚度分層，完成從三維實體模型到三維平面的轉變，進行加工處理，生成數(shù)控加工代碼，再以平面加工方式生產(chǎn)每個深層要求，是集計算機技術、數(shù)控技術、激光技術、材料技術等先進技術于一體。是零件制造加工技術的前沿技術，是零件制造的一個新的發(fā)展方向。3.5面向21世紀的制造模式隨著新世紀的到來，人們對制造模式有了新的認識。一次制造成功，采用成組技術和分組作業(yè)方式，按質(zhì)、按量、按時完成，做到零廢品、零庫存、零設備故障、零環(huán)境污染，從以“技術”為中心向以“人”為中心轉變，從“金字塔式多層次管理”向“網(wǎng)絡式管理”、由順序工作方式向并行工作方式、由固定組織加工向敏捷制造加工轉變，特別是由質(zhì)量第一向快速響應市場要求的轉變。應用先進制造技術(AMT)投資項目的選擇及經(jīng)濟評價，使21世紀制造模式成為機電一體化研究的新領域。結語機電一體化已經(jīng)從單純研究機械技術、微電子技術、信息技術、材料技術等發(fā)展成為一門有機融合各項技術的一個整體。機電一體化是一門應用性很強的技術學科，必將有力促進機電產(chǎn)品的創(chuàng)新和開發(fā)，在高科技和經(jīng)濟發(fā)展中起著重要作用。機電一體化發(fā)展趨勢表明，機電一體的應用前景十分廣泛。研究機電一體化，可望在以下方面取得成果。進行產(chǎn)品創(chuàng)新設計，推進產(chǎn)品設計的智能化、自動化和快速化，提高產(chǎn)品開發(fā)能力。開展機電一體化系統(tǒng)的設計，使機械設