畢業(yè)論文---機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢

1、<p><b>　　畢</b></p><p><b>　　業(yè)</b></p><p><b>　　論</b></p><p><b>　　文</b></p><p>　　題 目：機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢</p><

2、;p>　　二O一 一 年 六 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機電一體化是一種復(fù)合技術(shù)，是機械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物，是機電工業(yè)反戰(zhàn)的必然趨勢。本文主要從：機電一體化的發(fā)展歷程、發(fā)展趨勢、應(yīng)用要領(lǐng)、發(fā)展前景、面臨的形勢以及相應(yīng)對策等諸多方面全面介紹了機電一體化，并討論了在機械工程領(lǐng)域,由于微電子技術(shù)和計

3、算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化,使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化,使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征發(fā)展階段。</p><p>　　迄今為止，世界各國都在大力推廣機電一體化技術(shù)。在人們生活的各個領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，并以蓬勃的生機向前發(fā)展，不僅深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟、社會和軍事的發(fā)展，而且也深刻影響著機電一體化的發(fā)展趨勢

4、。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】機電一體化技術(shù) 機電電氣化 應(yīng)用 發(fā)展趨勢</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Mechatronics is a complex technology, mechanical technology and microelectronic technology, a

5、product of mutual penetration of information technology, anti-war is the inevitable trend of mechanical and electrical industry. In the field of mechanical engineering, microelectronics and computer technology since the

6、rapid development and penetration of the machinery industry formed by mechanical and electrical integration, the technical structure of the machinery industry, the product organization, </p><p>　　So far, all

7、 the world to promote mechanical and electrical integration technologies. In all areas of people's lives has been widely used, and vigor forward, not only a profound impact on the global technological, economic, soci

8、al and military development, but also a profound impact on the development trend of mechanical and electrical integration. </p><p>　　【Key words】history of mechanical and electrical integration, application,

9、development trends </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前 言- 1 -</p><p>　　1 機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程- 1 -</p><p>　　2 機電一體化發(fā)展趨勢- 2 -</p><p>　　2.1 光機電一體化- 2

10、 -</p><p>　　2.2 自律分配系統(tǒng)化——柔性化- 2 -</p><p>　　2.3 全息系統(tǒng)化——智能化- 3 -</p><p>　　2.4“生物一軟件”化——防生物系統(tǒng)化- 3 -</p><p>　　2.5 微型機電化——微型化- 3 -</p><p>　　3 機電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

11、- 3 -</p><p>　　3.1 數(shù)控機床- 3 -</p><p>　　3.1.1高速化- 4 -</p><p>　　3.1.2 高精度化- 4 -</p><p>　　3.1.3 復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)- 5 -</p><p>　　3.1.4數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理- 5 -</

12、p><p>　　3.2計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)- 5 -</p><p>　　3.2.1 CIMS體系功能構(gòu)成- 5 -</p><p>　　3.2.2 CIMS體系分系統(tǒng)- 6 -</p><p>　　3.2.3 CIMS的遞階梯控制體系- 6 -</p><p>　　3.3 自動機與自動生產(chǎn)線- 7 -

13、</p><p>　　3.4 柔性制造系統(tǒng)（FMS）- 8 -</p><p>　　3.5 汽車電子化產(chǎn)品- 8 -</p><p>　　3.6 機器人- 9 -</p><p>　　4 機電一體化技術(shù)發(fā)展前景- 10 -</p><p>　　4.1智能化- 10 -</p><p>

14、　　4.2 系統(tǒng)化- 10 -</p><p>　　4.3 微型化- 10 -</p><p>　　4.4模塊化- 11 -</p><p>　　4.5網(wǎng)絡(luò)化- 11 -</p><p>　　4.6 綠色化- 11 -</p><p>　　5 我國“機電一體化”面臨的形勢、任務(wù)以及其相應(yīng)對策- 11 -&l

15、t;/p><p>　　5.1 我國“機電一體化”面臨的形式- 11 -</p><p>　　5.2 我國“機電一體化”面臨的任務(wù)- 12 -</p><p>　　5.3 我國“機電一體化”需要的對策- 12 -</p><p>　　5.3.1 加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)發(fā)展計劃- 12 -</p><p>　　5.3.2強

16、化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用- 13 -</p><p>　　5.3.3優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度- 13 -</p><p>　　5.3.4 突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”- 13 -</p><p>　　參考文獻- 14 -</p><p>　　致 謝- 15 -</p><p>　　機電一體化技術(shù)發(fā)展

17、歷程及其趨勢</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　自電子技術(shù)一問世,電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,"機電一體化"技術(shù)之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意。</p><p>　　關(guān)于“機電一體化”這個名詞的起源，說

18、法很多。早在1971年，日本“機械設(shè)計”雜志副刊就提出了“Electronics”這一名詞，從圖47.6-1可見它是融合機械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體的新興的技術(shù)。采用機電一體化技術(shù)設(shè)計和制造出的產(chǎn)品，稱之為機電一體化產(chǎn)品。</p><p>　　進入90年代，通信技術(shù)進入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡(luò)化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可

19、兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展，和半導(dǎo)體技術(shù)以光刻為基礎(chǔ)的方法以及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術(shù)的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進入了21世紀。</p><p>　　1 機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程</p><p

20、>　　自電子技術(shù)一問世,電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,"機電一體化"技術(shù)之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.</p><p>　　“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業(yè)注冊時最先創(chuàng)用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結(jié)合。國內(nèi)早期將“機電一體化技術(shù)”與“機械

21、電子學(xué)”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。</p><p>　　80年代，信息技術(shù)嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產(chǎn)品所采用，典型的機電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機床、工業(yè)機器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機作為關(guān)鍵技術(shù)引入了飛行器系統(tǒng)后，使機械-電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)于“機電一體化”這個名詞的起源，說法很多。

22、早在1971年，日本“機械設(shè)計”雜志副刊就提出了“Electronics”這一名詞，從圖47.6-1可見它是融合機械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體的新興的技術(shù)。采用機電一體化技術(shù)設(shè)計和制造出的產(chǎn)品，稱之為機電一體化產(chǎn)品。</p><p>　　從系統(tǒng)科學(xué)的觀點來看，機電一體化產(chǎn)品又可稱之為機電一體化系統(tǒng)，它是集機械元件和電子元件于一體的復(fù)合系統(tǒng)?！　⌒畔⒓夹g(shù)驅(qū)使機械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫，連洗衣機和

23、其他消費品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動系統(tǒng)。這樣，對機電一體化的系統(tǒng)設(shè)計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計和控制的實施日顯重要。此外，光學(xué)也進入了機電一體化，產(chǎn)生了“光機電一體化”的新領(lǐng)域。 </p><p>　　進入90年代，通信技術(shù)進入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡(luò)化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和

24、執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展，和半導(dǎo)體技術(shù)以光刻為基礎(chǔ)的方法以及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術(shù)的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進入了21世紀。</p><p>　　2 機電一體化發(fā)展趨勢</p><p>　　2.1 光機電一體化</p>

25、<p>　　一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的.因此,引進光學(xué)技術(shù),實現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢. 二、機電一體化的發(fā)展進程。</p><p>　　2.2 自律分配系統(tǒng)化——柔性化</p><p>　　未來的機電一體化產(chǎn)品,控制和執(zhí)

26、行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。</p><p>　　2.3

27、全息系統(tǒng)化——智能化</p><p>　　今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)(尤其是軟件及芯片技術(shù))的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復(fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。</p><p>　　2.4“生物一軟件”化——防生物系統(tǒng)化</p><p>　　今后的機電一體化裝置對信息

28、的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構(gòu)可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領(lǐng)域稱為“生物——軟件”或“生物——系統(tǒng)”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割?？磥?/p>

29、，機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。</p><p>　　2.5 微型機電化——微型化</p><p>　　目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種

30、微型機械學(xué)是機電一體化的重要發(fā)展方向。</p><p>　　3 機電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域</p><p><b>　　3.1 數(shù)控機床</b></p><p>　　目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數(shù)控機床只占約5%且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達國家數(shù)控機床占10%）</p><p>　　數(shù)控機床及相

31、應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展,在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現(xiàn)在:</p><p>　　總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu),即采用多C PU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。開放性設(shè)計,即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。</p><p>　　W O P技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真,并引入

32、在線診斷、模糊控制等智能機制。</p><p>　　大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計,不僅豐富了數(shù)控功能,同時也加強了C N C系統(tǒng)的控制功能。</p><p>　　能實現(xiàn)多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務(wù)或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。</p><p>　　系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡(luò)功能,加強了

33、系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。</p><p>　　近些年數(shù)控機床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展，在以下幾個技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進步：</p><p><b>　　3.1.1高速化</b></p><p>　　由于高速加工技術(shù)普及，機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉(zhuǎn)速有3000～40

34、00r/min以上;提高到8000～10000r/min;銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min提高到12000～40000/min以上;快速移動速度由過去的10～20m/min提高到48m/min，60m/min，80m/min，120m/min：在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，由過去一般機床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達15G;直線電機在機床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機

35、。</p><p>　　3.1.2 高精度化</p><p>　　數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.01～0.02m提高到0.008左右：亞微來級機床達到0.0005m左右；納米級機床達到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已問世。</p><p>　　數(shù)控中兩軸以上插補技術(shù)大大提高，納米級插補使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達

36、到lu的圓度，插補前多程序預(yù)讀，大大提高了插補質(zhì)量，并可以進行自動拐角處理等。</p><p>　　3.1.3 復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)</p><p>　　如5軸5面體復(fù)合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類型零件。同時派生出各種新穎的機床機構(gòu)，包括6軸虛擬軸機床，串并聯(lián)鉸鏈機床等，采用特俗機械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運算方式，特殊編程要求。</p><p>　　3.1.4數(shù)

37、控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理</p><p>　　數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機床的開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等新技術(shù)都在數(shù)控機床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。</p><p>　　3.2計算機集成制造系統(tǒng)(CIM

38、S)</p><p>　　CIMS的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合,而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化,各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。</p><p>　　3.2.1 CIMS體系功能構(gòu)成</p

39、><p>　　CIMS是現(xiàn)代制造企業(yè)的一種生產(chǎn)、經(jīng)營和管理模式。它以計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)將制造企業(yè)的經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)等全部生產(chǎn)活動集成起來，實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，達到實現(xiàn)企業(yè)全局優(yōu)化、提高企業(yè)綜合效益和提高市場競爭能力的目的。因此，CIMS的組成包含三個要素，即人/機構(gòu)、經(jīng)營與技術(shù)。在三要素的相交部分需要解決四類集成問題: </p>&l

40、t;p>　　使用技術(shù)以支持經(jīng)營：</p><p>　　使用技術(shù)以支持人員工作和組織機構(gòu)的運行：</p><p>　　人員/機構(gòu)設(shè)置協(xié)調(diào)工作以支持經(jīng)營活動：</p><p>　　統(tǒng)一管理實現(xiàn)經(jīng)營、人員、技術(shù)的集成優(yōu)化運行。</p><p>　　從系統(tǒng)總體功能方面分析，CIMS的功能構(gòu)成 。</p><p>　　3.

41、2.2 CIMS體系分系統(tǒng)</p><p>　　CIMS是由4個功能分系統(tǒng)以及2個支撐分系統(tǒng)等6個部分有機地集成起來的。 </p><p>　?、?管理信息分系統(tǒng)(CIMS/MIS)：它是CIMS的上層管理系統(tǒng)，它不僅需要根據(jù)廠情、國情和國際市場的需求信息作出生產(chǎn)決策、確定生產(chǎn)計劃和估算產(chǎn)品成本和生產(chǎn)效益，而且需要做出物料、能源、設(shè)備、人員的計劃安排，保證生產(chǎn)的正常運行。CIMS/MIS

42、的基本結(jié)構(gòu) 。</p><p>　?、?工程設(shè)計集成分系統(tǒng)(CIMS/EDIS)：此分系統(tǒng)的目標是使產(chǎn)品開發(fā)活動能夠高效、優(yōu)質(zhì)、自動地進行。它在CIMS系統(tǒng)信息流程中的位置。</p><p>　?、?制造自動化分系統(tǒng)(CIMS/MAS)：該分系統(tǒng)的目標是使產(chǎn)品制造活動最優(yōu)化。在CIMS環(huán)境中:，MAS分系統(tǒng)運行過程的本質(zhì)是產(chǎn)品的物化(形成) 過程:MAS 中的數(shù)據(jù)是連接產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)過程控

43、制和實際產(chǎn)品加工制造之間的橋梁，即CIMS中的產(chǎn)品設(shè)計方案和工藝規(guī)劃等工程信息是通過MAS 信息轉(zhuǎn)換為實際產(chǎn)品的。</p><p>　　④ 計算機輔助質(zhì)量保證分系統(tǒng)(CIMS/CAQ)：這是一個保證產(chǎn)品質(zhì)量的全企業(yè)范圍內(nèi)系統(tǒng)。該分系統(tǒng)的目標是保證從產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢驗到售后服務(wù)整個過程的質(zhì)量。CIMS/CAQ的組織結(jié)構(gòu)分為規(guī)劃層、管理層和執(zhí)行層。</p><p>　?、?數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)(C

44、IMS/DBS)：該分系統(tǒng)的目標是管理整個CIMS的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和共享。CIMS環(huán)境下的4個功能分系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)都要在一個結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進行存貯，并通過計算機網(wǎng)絡(luò)提供的系統(tǒng)互通能力，將不同分系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，達到信息交換和共享的目的。</p><p>　　⑥ 網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)(CIMS/DBS)：該分系統(tǒng)的目標是傳遞CIMS各個分系統(tǒng)之間和內(nèi)部的信息，實現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通信功能。只有通過計算

45、機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才能完成動態(tài)控制和管理的各功能分系統(tǒng)的互聯(lián)，實現(xiàn)信息傳輸和交流，使互聯(lián)系統(tǒng)共享工程資源，數(shù)據(jù)庫和存貯空間。一般企業(yè)常見的CIMS的4層結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)流關(guān)系。</p><p>　　3.2.3 CIMS的遞階梯控制體系</p><p>　　由于CIMS的功能和控制要求十分復(fù)雜，采用常規(guī)控制系統(tǒng)很難實現(xiàn)。前美國國家標準局提出了著名的五級遞階梯控制模型，這五級分別是:工廠層、車間層、

46、單元層、工作站層和設(shè)備層。 </p><p>　　（1）工廠層控制系統(tǒng) 這是最高一級控制，履行“廠部”職能。完成的功能包括市場預(yù)測、制定生產(chǎn)計劃、確定生產(chǎn)資源需求、制定資源規(guī)劃、制定產(chǎn)品開發(fā)及工藝過程規(guī)劃、廠級經(jīng)營管理。</p><p>　?。?）車間層控制系統(tǒng) 這一層控制系統(tǒng)主要根據(jù)工廠層生產(chǎn)計劃，負責(zé)協(xié)調(diào)車間的生產(chǎn)和輔助性工作以及這些工作的資源配制，車間層控制主要有兩個模塊:作業(yè)管理、

47、資源分配。</p><p>　?。?）單元層控制系統(tǒng) 這一層控制系統(tǒng)安排零件通過工作站的分批順序和管理物料貯運、檢驗及其它有關(guān)輔助性工作。具體工作內(nèi)容是完成任務(wù)分解、資源需求分析。</p><p>　　（4）工作站層控制系統(tǒng) 這一層主要負責(zé)指揮和協(xié)調(diào)車間中一個設(shè)備小組的活動。一個典型的加工工作站由一臺機器人、一臺機床、一個物料貯運器和一臺控制計算機組成，它負責(zé)處理由物料貯運系統(tǒng)送來的零件托

48、盤，工件調(diào)整控制、工件夾緊、切削加工、切屑清除、加工檢驗、拆卸工件以及清理工作等設(shè)備級各子系統(tǒng)。</p><p>　?。?）設(shè)備控制系統(tǒng) 這一層是“前沿”系統(tǒng)，是各種設(shè)備的控制器。采用這種設(shè)備控制裝置，是為了擴大現(xiàn)有設(shè)備的功能，并使它們符合標準部門規(guī)定的控制和檢測計量方法。</p><p>　　3.3 自動機與自動生產(chǎn)線</p><p>　　在國民經(jīng)濟生產(chǎn)和生活中廣

49、泛使用的各種自動機械，自動生產(chǎn)線及各種自動化設(shè)備，是當前機電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一聚義提現(xiàn)。如2000～8000瓶/h的啤酒自動生產(chǎn)線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產(chǎn)線；各種高速香煙生產(chǎn)線；各種印刷包裝生產(chǎn)線；郵政信函自動分撿處理生產(chǎn)線；易拉罐自動生產(chǎn)線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線等等，這些自表的形式將發(fā)生根本改變，指示形式將演變成一個高清晰度的計算機顯示器。</p><p>　

50、　動機或生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用了現(xiàn)代電子技術(shù)與傳感技術(shù)。如可編程控制器，變頻調(diào)速器，人機界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等，我國的自動機與生產(chǎn)線產(chǎn)品的水平，比10多年前躍升了一大步，其技術(shù)水平已達到或超過發(fā)達國家上一世紀80年代后期的水，使用這些自動機和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多，對維護和管理這些設(shè)別的而相關(guān)人員的需求也越來越多。</p><p>　　3.4 柔性制造系統(tǒng)（FMS）</p><p>　　柔性

51、制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng),主要由計算機、數(shù)控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設(shè)計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。</p><p>　　3.5 汽車電子化產(chǎn)品</p><p>　　汽車上比較常用的一般有5種儀表和3種相應(yīng)的傳感器，即電流表、壓力表、水溫表、燃油表、車速里

52、程表等知識儀表和機油壓力傳感器、水溫傳感器和油量傳感器。</p><p>　　目前，電子化儀表已經(jīng)取代機械式儀表，這是由于機械式儀表一旦出現(xiàn)故障將很難處理，而電子化儀表則不同。采用電子化儀表不僅可以改進駕駛員的目視性，還有助于汽車儀表的多樣化，其總的發(fā)展趨勢有以下幾點：</p><p>　?。?）儀表電子化，傳統(tǒng)儀表一般是電機式模擬儀表，只能為駕駛員提供運行中必要而少量的數(shù)據(jù)信息，已經(jīng)遠遠

53、不能滿足現(xiàn)代汽車新技術(shù)、高速度的要求。汽車儀表的功能已不僅僅是單純的只是，而是通過對汽車各部件參數(shù)的監(jiān)測和微處理機配套，達到控制汽車各種運行工況的目的。</p><p>　　隨著現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展，多功能高精度、高靈敏度、讀數(shù)直觀的電子數(shù)字顯示的儀表已經(jīng)不斷地在汽車上得到應(yīng)用，因此，汽車電子化儀表將局部取代常規(guī)的機械式儀表。其特點是：電子化儀表能提供大量復(fù)雜的信息;滿足小型、輕量化要求；具有高精度和高可靠性；一表

54、多用；外星設(shè)計自由度高。</p><p>　　基于以上優(yōu)點，汽車將會越來越多地裝用各種用途的電子儀表。造型新穎別致和功能強大的電子化儀表，將是今后車用儀表的發(fā)展趨勢和潮流。</p><p>　?。?）儀表指示形式將演變成計算機終端顯示器，未來汽車儀表的發(fā)展趨勢，就是充分應(yīng)用光技術(shù)和機電一體化技術(shù)，并突出現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。</p><p>　?。?）儀表功

55、能拓寬，未來汽車儀表的功能將不再局限于現(xiàn)在的車速，歷程、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油量、水溫、方向燈指示、還有可能添加以下功能，即帶ECU（電子控制裝置）的汽車儀表智能化；將防盜系統(tǒng)納入汽車儀表ECU的監(jiān)管之下。</p><p>　　（4）儀表將廣泛應(yīng)用于電光學(xué)技術(shù)。</p><p><b>　　3.6 機器人</b></p><p>　　機器人是20世紀人

56、類最偉大的發(fā)明之一。從某種意義上講，一個國家機器人水平的高低反映了這個國家綜合技術(shù)實力的高低。在計算機技術(shù)和人工智能科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了智能機器人的概念。智能機器人具有多種感知功能,可進行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，是機構(gòu)學(xué)、自動控制、計算機、人工智能、微電子學(xué)、光學(xué)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、仿生學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)的綜合成果‘智能機器人可獲取、處理和識別多種信息，自主地完成較為復(fù)雜的操作任務(wù)，比一般的工業(yè)機器人具有更大的靈活性、機動性和

57、更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，智能機器人作為新一代生產(chǎn)和服務(wù)工具，在制造領(lǐng)域和非制造領(lǐng)域具有更廣泛、更重要的位置，如核工業(yè)、水下、空間、農(nóng)業(yè)、工程機械（地上和地下）、建筑、醫(yī)用、救災(zāi)、排險、軍事、服務(wù)等方面可替人完成各種工作。同時智能機器人作為自動化、信息化的裝置與設(shè)備，完全可以進入網(wǎng)絡(luò)世界，發(fā)揮更多、更大的作用，這對人類開辟新的產(chǎn)業(yè)，提高生產(chǎn)水平與生活水平具有十分現(xiàn)實的意義。</p><p>　　因此，面向先進制造的工業(yè)機

58、器人和面向非制造業(yè)的先進機器人的研究。開發(fā)和應(yīng)用將成為21世紀智能機器人的兩個重要方向。</p><p>　　目前，圍繞未來的機器人需要研究開發(fā)一些關(guān)鍵技術(shù)：</p><p>　?。?）網(wǎng)絡(luò)機器人技術(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展完全能夠?qū)⒏鞣N機器人連接到計算機網(wǎng)絡(luò)上，并通過網(wǎng)絡(luò)對機器人進行有效的控制，這種技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)遙操作控制技術(shù)、眾多信息組的壓縮與擴展方法及傳輸技術(shù)等。</p>&

59、lt;p>　　（2）虛擬機器人技術(shù)，許多特種機器人在使用時，遙控式一個主要手段?；诙鄠鞲?、多媒體和虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實（或臨場感）的虛擬遙控操作和人機互交，將成為需要共同發(fā)展的一項技術(shù)。</p><p>　　（3）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)。用于實現(xiàn)決策和操作自治性的、由多智能體組成的群行為控制是一個具有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵技術(shù)、這里包括任務(wù)的解釋和表達、學(xué)習(xí)、實時推理和廣義反應(yīng)能力、監(jiān)控和異況處理、多智能體協(xié)調(diào)等。&l

60、t;/p><p>　?。?）微型和微小型技術(shù)，這是一項由技術(shù)驅(qū)動的新領(lǐng)域，盡管微型/小型尺寸的機器人使用化還要等幾年，但是這個時代即將到來</p><p>　?。?）軟機器人技術(shù)。許多特種機器人，特別是用于醫(yī)療和護理、休閑和娛樂等場合時，經(jīng)常處于與人共存的環(huán)境中。現(xiàn)在的大多數(shù)機器人，由于在設(shè)計時未考慮育人共存，用的是金屬等硬材料。軟機器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的控制以及所用的傳感器，在機器人意外

61、地碰撞人或相互碰撞時是“軟”的。增強人對機器人的安全感和親近感。</p><p>　?。?）新型機構(gòu)、新型控制器、新型傳感器及體系結(jié)構(gòu)的研究。</p><p>　　4 機電一體化技術(shù)發(fā)展前景</p><p>　　縱觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。</p><p><b>　　4.1

62、智能化</b></p><p>　　智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一,也是21世紀機電一體化的發(fā)展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件,有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。</p>

63、<p><b>　　4.2 系統(tǒng)化</b></p><p>　　系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強,一般除R S232等常用通信方式外,實現(xiàn)遠程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,如何賦

64、予機電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機體,使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。</p><p><b>　　4.3 微型化</b></p><p>　　微型機電一體化系統(tǒng)高度融合了微機械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù),是機電一體化的一個新的發(fā)展方向。國外稱微電子機械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過1cm 3,并正向微

65、米、納米級方向發(fā)展。由于微機電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作,故在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國防等領(lǐng)域,都有廣闊的應(yīng)用前景。目前,利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù),在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。</p><p><b>　　4.4模塊化</b></p><p>　　模塊化也是機電一體

66、化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項復(fù)雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品,同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。</p><p><b>　　4.5網(wǎng)絡(luò)化</b></p><

67、;p>　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響,使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品的種類很多,面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾,而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。</p><p><b>　　4.6 綠色化</b></p><p>　　工業(yè)的發(fā)達使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態(tài)環(huán)境受

68、到嚴重污染,于是綠色產(chǎn)品應(yīng)運而生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中,對生態(tài)環(huán)境無危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報廢時能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。</p><p>　　5 我國“機電一體化”面臨的形勢、任務(wù)以及其相應(yīng)對策</p><p>　　機電一體化工作主

69、要包括兩個層次：一是用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品，促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代。</p><p>　　5.1 我國“機電一體化”面臨的形式</p><p>　　我國用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度我國用機電一體化技術(shù)加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。</p

70、><p>　　我國用機電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產(chǎn)品的責(zé)任重，有意義。在我國工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重。近年來我國的工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖然幾經(jīng)調(diào)整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領(lǐng)導(dǎo)部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè)，優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問題。上佳的答案早就擺在了這些

71、企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產(chǎn)有關(guān)的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低，且具有柔性，可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革，而無須改換設(shè)備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。</p><p>　　另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、

72、開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的歷史不長，差距較大，許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。</p><p>　　5.2 我國“機電一體化”面臨的任務(wù)</p><p>　　我國在機電一體化方面的任務(wù)可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產(chǎn)品，促進機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代。總的目的是促進機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、

73、為我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整作貢獻。</p><p>　　總之，機電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。</p><p>　　5.3 我國“機電一體化”需要的對策</p><p>　　5.3.1 加強統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)發(fā)展計劃</p><p>　　目前，我國從事“機電一體化”研究

74、開發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套自己的發(fā)展策略。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，各主管部門的有關(guān)計劃和規(guī)劃，也有統(tǒng)一考慮不足，統(tǒng)籌安排不夠的問題，同時缺少綜觀全局的有權(quán)威性的發(fā)展計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，建議各主管部門責(zé)成有關(guān)單位在進行深入調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，制定出統(tǒng)管全局的“機電一體化”研究、開發(fā)、生產(chǎn)計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復(fù)，生產(chǎn)上撞車!</p><p>　　5.3.2

75、強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會”作用</p><p>　　目前，我國“機電一體化”較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，我國有必要明確一個“機電一體化”行業(yè)的統(tǒng)管機構(gòu)，根據(jù)目前國家政治體制改革和經(jīng)濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協(xié)會的建設(shè)，賦予其行業(yè)管理職能?！皡f(xié)會”要進一步擴大領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)——理事會的代表層面和復(fù)蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設(shè)；要通

76、過其精明干練的辦事機構(gòu)、經(jīng)濟實體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制；指導(dǎo)行業(yè)布點布局的調(diào)整，進行發(fā)展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關(guān)項目的發(fā)標、招標工作。</p><p>　　5.3.3優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度</p><p>　　優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業(yè)內(nèi)外都重視、支持“機電一體化”發(fā)展的氛圍，如盡快為外商到我國投資發(fā)展“機電一體化”產(chǎn)業(yè)提供方便；盡

77、可能為興辦開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)開綠燈；盡力為開發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品調(diào)配好資源要素等。</p><p>　　增大支持力度，在技術(shù)政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展，對未采用機電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，對有關(guān)機電一體化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)乾地改造，對有關(guān)技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用中做出貢獻的單位領(lǐng)導(dǎo)、科技

78、人員進行表彰獎勵等。</p><p>　　5.3.4 突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”</p><p>　　機電一體化產(chǎn)業(yè)復(fù)蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應(yīng)分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設(shè)備上植入或嫁接上微電子

79、(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術(shù)在淺層次上結(jié)合。第二個層次是“提高”工作，即在新產(chǎn)品設(shè)計之初，就把“機械”與“電子”統(tǒng)一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結(jié)合，生產(chǎn)出來的新產(chǎn)品起碼正做到機電一體化。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]鄭鏈，2006, 《信息識別技術(shù)》，出版社：機械工業(yè)出版社.</p&g

80、t;<p>　　[2]袁中凡，2004, 《機電一體化技術(shù)》，出版社：電子工業(yè)出版社.</p><p>　　[3]陳子銀，2007,陳為華，《數(shù)控機床結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用》，出版社：北京理工大學(xué)出版社.</p><p>　　[4]魯遠棟，2004, 《機床電器控制技術(shù)》，出版社：電子工業(yè)出版社.</p><p>　　[5]章浩,張西良,周士沖. 2006(7

81、), 《機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J] 》.農(nóng)機化研究.</p><p>　　[6]梁俊彥,李玉翔. 2007(9),《機電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]》.科技資訊.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先要感謝學(xué)校給我們這次論文機會，讓我們對自己的知識結(jié)構(gòu)有了新的認識。本課題的研究工作是在我的老師指導(dǎo)下進行的