機械畢業(yè)論文----機電一體化發(fā)展前景

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文 （設 計）</p><p>　　題 目 機電一體化發(fā)展前景 </p><p>　　院 系 機械與材料工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 機電一體化 <

2、;/p><p><b>　　二零一一年十二月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　【 摘要】1</b></p><p><b>　　【關鍵詞】1</b></p><p><b>

3、　　前言1</b></p><p>　　第一章 機電一體化概要1</p><p>　　1.1機電一體化技術發(fā)展1</p><p>　　1.2、機電一體化產品2</p><p>　　第二章 機電一體化的現狀和發(fā)展趨勢2</p><p>　　2.1機電一體化發(fā)展2</p><p&

4、gt;　　2.2機電一體化發(fā)展趨勢3</p><p>　　第三章 我國“機電一體化”工作面臨的形勢4</p><p>　　3.1一體化面臨的形式4</p><p>　　第四章 機電一體化的未來發(fā)展5</p><p>　　4.1機電一體化系統(tǒng)的結構5</p><p>　　4.2我國“機電一體化”工作面臨的形勢

5、6</p><p>　　第五章 我國“機電一體化”工作的任務6</p><p>　　5.1發(fā)展機電一體化的對策6</p><p>　　5.2強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協會”作用7</p><p>　　5.3、優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度7</p><p>　　5.4突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”7</p>

6、<p>　　5.5一體化的發(fā)展方向7</p><p>　　第六章 機電一體化的核心技術8</p><p>　　6.1一體化技術8</p><p>　　第七章 機電一體化技術的應用9</p><p>　　7.1 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)9</p><p>　　7.2 開放式控制系統(tǒng)(OCS)9&

7、lt;/p><p>　　7.3 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)9</p><p>　　7.4 現場總線技術(ＦBT)10</p><p>　　7.5 交流傳動技術10</p><p>　　7.6機電一體化技術的主要應用領域10</p><p>　　7.6.1機電一體化在鋼鐵企業(yè)中的應用10</p>

8、<p>　　7.6.2機電一體化在數控方面的應用11</p><p>　　7．6.3 工業(yè)機器人11</p><p><b>　　結束語12</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　【 摘要】</b></p&

9、gt;<p>　　在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(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)的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階。</p><p>　　【關鍵詞】：機電 一體化 發(fā)展 系統(tǒng)</p><p><b>　　前言</

10、b></p><p>　　機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發(fā)展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能

11、耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。</p><p>　　因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術有純技術發(fā)展到機械電

12、氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區(qū)別。</p><p>　　第一章 機電一體化概要</p>

13、<p>　　機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。</p><p>　　機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發(fā)展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電

14、子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。</p><p>　　1.1機電一體化技術發(fā)展</p><p>　

15、　機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。</p><p>　　1、 數字化　　微控制器及其發(fā)展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發(fā)展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化

16、產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。</p><p>　　2、 智能化　　即要求機電產品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。</p><p>　　3、 模塊化　　由于

17、機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產品。</p><p>　　4、 網絡化　　由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的

18、終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發(fā)展。給人們帶來無窮的知識和方便。</p><p>　　5、 人性化　　機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了

19、完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。</p><p>　　6、 微型化　　微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等

20、于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。 </p><p>　　7、 集成化　　

21、集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。</p><p>　　8、 帶源化　　是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能。帶源化是機電一體化產品的發(fā)展方向之一。</p><p>

22、　　9、 綠色化　　科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現可持續(xù)發(fā)展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。</p>&l

23、t;p>　　1.2、機電一體化產品</p><p>　　機電一體化產品分系統(tǒng)(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析從略。<

24、;/p><p>　　第二章 機電一體化的現狀和發(fā)展趨勢 </p><p>　　2.1機電一體化發(fā)展</p><p>　　機電一體化發(fā)展至今已經成為一門自成一體的新型學科, 隨著科學技術的不斷發(fā)展, 必將被賦一予新的內容。但其基本特征可概括為機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā), 綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、、汁算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口

25、技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術, 根據系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標, 合理配置與布局各功能單元, 在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值, 并使整個系統(tǒng)最終達到最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產生的功能系統(tǒng), 就成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。因此, “ 機電一體化” 涵蓋“ 技術” 和“ 產品” 兩個方面。只是, 機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術, 而不是機械技術、微電子技術以

26、及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別?！　C械 工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化, 仍屬傳統(tǒng)機械, 其主要功能依然是代替和放大的體現。但一一機電一體化的發(fā)展狀況機電一體化的發(fā)展大體可以分為個階段。</p><p>　　世紀年代以前為第一階段, 這一階段稱為初級階段, 在這一時期, 人們不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能, 特別是在第二次世界大

27、戰(zhàn)期間, 戰(zhàn)爭極大地刺激了機械產品與電子技術的結合, 這些機電相結合的軍用技術, 戰(zhàn)后轉為民用, 對戰(zhàn)后經濟的恢復起到了積極的作用。</p><p>　　從當時研制和開發(fā)的總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平, 機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展,已經開發(fā)的產品也無法大量推廣使用。世紀一年代為第二階段, 可稱為蓬勃發(fā)展階段, 這一時期, 計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展,

28、 為機電一體化的發(fā)展奠定了堅實的技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質基礎。</p><p>　　世紀年代后期, 開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段, 機電一體化進人深人發(fā)展時期。一方面, 光學、通信技術等進人了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳, 出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方

29、法,機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時, 由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步, 為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究, 將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。使人們有更好的發(fā)展，給人類帶來生活的方便。</p><p>　　2.2機電一體化發(fā)展趨勢</p><p>　　機電一體化的發(fā)展趨勢機電一體化是集機械、電子、

30、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合, 它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。因此, 機電一體化的主要發(fā)展方向如下智能化智能化是世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設的研究日益獲得重視, 機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“ 智能化” 是對機器行為的描述, 是在控制理論的基礎上, 吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法, 模擬人類智能

31、, 使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力, 以求得到更高的控制目標。</p><p>　　模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多, 研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元, 具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元, 以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣,

32、可利用標準單元迅速開發(fā)出新產品, 同時也可以擴大生產規(guī)模這需要制定各項標準, 以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突, 近期很難制定國際或國內這方面的標準, 但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然, 從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定, 無論是對生產標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產機電一體化產品的企業(yè), 規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。</p><p>　　網絡化世紀年代, 計算機技術等的

33、突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育、日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片, 企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來, 只要其功能獨到, 質量可靠, 很快就會暢銷全球。由于網絡的普及, 基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾, 而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。因此, 機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發(fā)展?！　∥⑿突⑿突d起于世紀年代末,

34、指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng), 泛指幾何尺寸不超過的機電一體化產品, 并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活,在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術, 微機電一體化產品的加工采用精細加工技術, 即超精密技術, 它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。　　綠色化工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面, 物質豐富, 生活舒適另一方面,

35、 資源減少, 生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是, 人們呼吁保護環(huán)境資源, 回歸自然。綠色產品概</p><p>　　系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài), 進行任意剪裁和組合, 同時尋求實現多子系統(tǒng)協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強, 一般除外, 還有、人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系, 機電一體化的人格化。 </p>

36、<p>　　第三章 我國“機電一體化”工作面臨的形勢</p><p>　　3.1一體化面臨的形式</p><p>　　1. 我國用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度</p><p>　　2. 我國用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。</p><p>　　3. 我國用機電一體化產品取代技術含量和

37、附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，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)結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導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)化不出理想的產業(yè)，優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機

38、電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。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，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。</p><p>　　另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、

39、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。</p><p>　　第四章 機電一體化的未來發(fā)展</p><p>　　4.1機電一體化系統(tǒng)的結構</p><p>　　1、 全息系統(tǒng)化全息系統(tǒng)化也即智能化，是對機器的行為描述，即在控制理論的基礎上，吸收計算機科學、模糊數學、運籌學、混沌動力學、人工智能、心理學和生理學等新的學科方法、新的設計思想，從而模擬人類的

40、思維能力，使它如同人一樣具有思維、意識等能力，以便達到更高水平的控制目標。隨著機電一體化技術的發(fā)展，機電一體化產品智能特征也越來越明顯，智能化水平也是日趨上升，新世紀機電一體化技術中的智能化的快速發(fā)展，人工智能在機電一體化的研究中也日益得到重視，其中機器人與數控機床的智能結合就是一項重要應用。當然，要使機電一體化產品具有與人完全相同的智能永遠是不可能的，也沒有這個必要，但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品具有低級智能或者人的部分

41、智能，則是完全可能而又必要的。　</p><p>　　2、 微型機電化在實驗室中，目前，通過半導體蝕刻技術，已經制造出亞微米級的機械元件，如果這一成果應用于實際產品時，那么就沒有必要再區(qū)分什么是控制器、什么是機械部分了，這時就完全的實現機械和電子的“融合”，這樣CPU、機體、傳感器、執(zhí)行機構就可以集成在一起，而且體積小，同時組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的一個重要的前進方向，更是機電一體化向微觀領

42、域和微型機器的發(fā)展趨勢，在國外，人們稱其為微電子機械系統(tǒng)，也指外觀尺寸不超過1cm3 的機電一體化產品，一并向微米級、納米級發(fā)展，正因為微機電一體化產品耗能少、體積小、運動靈活，在軍事、生物醫(yī)療、信息等方面占有很高的地位和很大的優(yōu)勢。</p><p>　　3、 光機電一體化光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨勢，因為機電一體化系統(tǒng)是由機械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等部件構成的，因此，在機電一體化技術中

43、引進光學技術，充分利用光學技術的先天優(yōu)點，有效地改進機電一體化系統(tǒng)的能源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。</p><p>　　4、 產品網絡全球化計算機網絡技術的興起和飛速發(fā)展帶動了科學技術的巨大發(fā)展，同時給日常生活都帶來了全新的面貌，全球生產、經濟被各種網絡連成一片，企業(yè)間的競爭也將出現網絡全球化，一旦研制出機電一體化新產品，只要其質量有保證，功能可靠，必然會暢銷全球。因為有了網絡的普及，那么只要是關于網絡的各

44、種遠程監(jiān)視和控制技術也就方興未艾，然而遠程控制的終端設備就是機電一體化產品，因此，機電一體化產品也必然會朝著網絡全球化發(fā)展。</p><p>　　5、 產品綠色化隨著工業(yè)的發(fā)達，人們的生活也發(fā)生了巨大的變化</p><p>　　物質需求豐富，生活舒適可用資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞。因為這些現象的出現，人們開始呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然，那么此時，綠色產品的概念也就應運而生，這是一個時代

45、的綠色化趨勢，在這里，機電一體化產品的綠色化主要是指：使用時不破壞生態(tài)環(huán)境，報廢后還能回收利用。因此，機電一體化綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的過程中，應完全符合生存環(huán)境和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境盡可能的無害或危害極少，資源利用率要極高。由于這種客觀的存在性，設計綠色的機電一體化產品所需要的技術成本很高，但其具有遠大的發(fā)展空間。</p><p>　　6、 機電一體化的人格化，其有兩層含義：①機電一體化產品的

46、使用對象是人，怎樣將人的智能、情感、人性賦予機電一體化產品顯得越來越重要，尤其是家用機器人，其最高境界就是人機一體化;②模仿生物機理，研制出各種機電一體化產品。隨著科技的發(fā)展，機電一體化裝置對信息的依賴性越來越大，很多時候類似于活的生物:當大腦停止工作時，生物便死亡，而大腦工作時，生物就充滿活力，即信息決定系統(tǒng)的工作與否。目前，在仿生學研究領域中已經發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構，可為機電一體化產品提供新型的機體，但是如何使這些新型機體具有

47、生命力還是研究中的一大難題，這一研究領域被稱之為“生物———軟件”或者說“生物系統(tǒng)”，而生物的特點正是“肌體(硬件)———大腦(軟件)”一體，不可分割。機電一體化產品向生物系統(tǒng)化發(fā)展是好，但是目前的技術與理論還是有很大的差距，因此，還需要更加倍的努力。四、我國發(fā)展“機電一體化”面臨的形勢和任務</p><p>　　機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統(tǒng)產業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產品

48、質量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。</p><p>　　4.2我國“機電一體化”工作面臨的形勢</p><p>　?。?）我國用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度</p><p>　?。?）我國用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。</p><p&

49、gt;　?。?）我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，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)結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導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)化不出理想的產業(yè)，優(yōu)選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是

50、發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。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，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。</p><p>　　另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產品

51、的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。</p><p>　　第五章 我國“機電一體化”工作的任務</p><p>　　我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產品，促進機電產品的更新換代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產業(yè)的形成、為我國產業(yè)結構和產

52、品結構調整作貢獻。</p><p>　　總之，機電一體化技術既是振興傳統(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)產品結構、產業(yè)結構調整大門的鑰匙。</p><p>　　5.1發(fā)展機電一體化的對策</p><p>　　目前，我國從事“機電一體化”研究開發(fā)及生產的單位很多。各自都有一套自己的發(fā)展策略。建議各主管部門責成有關單位在進行深入調查研究、科學分析的基礎上

53、，制定出統(tǒng)管全局的“機電一體化”研究、開發(fā)、生產計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復，生產上撞車!以后會發(fā)展順利和正確的發(fā)展機電一體化。</p><p>　　5.2強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協會”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。國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電

54、一體化行業(yè)特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業(yè)管理職能?！皡f會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰(zhàn)略規(guī)劃的擬制；指導行業(yè)布點布局的調整，進行發(fā)展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發(fā)展。</p><p>　　5.3、優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度</p><p&

55、gt;　　增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統(tǒng)產品的發(fā)展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統(tǒng)產業(yè)進行改造，對有關機電一體化技術對傳統(tǒng)產業(yè)乾地改造，對有關技術開發(fā)、應用項目優(yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術開發(fā)、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。　　在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發(fā)應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發(fā)設貸款要多向機電

56、一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業(yè)規(guī)?；ㄔO項目上傾斜；成立“機電一體化”發(fā)展基金，支持機電一體化生產發(fā)展等。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”產業(yè)提供方便；盡可能為興辦開發(fā)、生產機電一體化產品的高新技術企業(yè)開綠燈；盡力為開發(fā)、生產機電一體化產品調配好資源要素等。搞好綠色化發(fā)展，，促使人們提供更好的發(fā)展。</p><

57、;p>　　5.4突出發(fā)展重點，兼顧“兩個層次”</p><p>　　機電一體化產業(yè)復蓋面非常廣，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業(yè)發(fā)展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，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，即用電子信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)進行改造，在傳統(tǒng)的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。

58、第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，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，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。</p><p>　　5.5一體化的發(fā)展方向</p><p>　　機電一體化技術的發(fā)展前景縱觀國內外機電一體化的發(fā)展現狀和高新技術的發(fā)展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。</p><p>　　1、

59、智能化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品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產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><p>　　2、 系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現特征之一就是系統(tǒng)

60、體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統(tǒng)協調控制和綜合管理。表現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,實現遠程及多系統(tǒng)通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優(yōu)良的構造研究某種新型機體,使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。<

61、/p><p>　　3、 微型化微型機電一體化系統(tǒng)高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,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、航空航天、信息技術、工農業(yè)乃至國防等領域,都有廣闊的應用前景。目前,利用半導體器件制造過程中的蝕刻

62、技術,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。</p><p>　　4、 模塊化模塊化也是機電一體化產品的一個發(fā)展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,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品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業(yè)可利用標準單元迅速開發(fā)新產品,同時也可以不斷擴大生產規(guī)模。<

63、;/p><p>　　5、 網絡化網絡技術的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發(fā)展。機電一體化產品的種類很多,面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。</p><p>　　6、 綠色化工業(yè)的發(fā)達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染,于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨

64、勢,其目標是使產品從設計、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)是現代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。綜上所述,機電一體化是眾多科學技術發(fā)展的結晶,是社會生產力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革,使傳統(tǒng)的機械設計方法和設計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產品,不僅是改造傳統(tǒng)

65、機械設備的要求,而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。</p><p>　　第六章 機電一體化的核心技術</p><p><b>　　6.1一體化技術</b></p><p>　　1.機械技術：是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能

66、上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。</p><p>　　2.計算機與信息技術：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。</p><p>　　3.系統(tǒng)技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，是實現系統(tǒng)各

67、部分有機連接的保證。</p><p>　　4.自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。</p><p>　　5.傳感檢測技術：是系統(tǒng)的感受器官，是實現自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。</p><p>　　

68、6.伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質量和功能有決定性的影響。</p><p>　　第七章 機電一體化技術的應用</p><p>　　7.1 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)</p><p>　　分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布

69、式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優(yōu)化、生產過程實時調度、生產計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工

70、手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。</p><p>　　7.2 開放式控制系統(tǒng)(OCS)</p><p>　　開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現

71、不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。</p><p>　　7.3 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)</p><p>　　鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發(fā)貨的整個

72、生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統(tǒng)一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產率、節(jié)能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀80年代已廣泛實現CI

73、MS化。</p><p>　　7.4 現場總線技術(ＦBT)</p><p>　　現場總線技術(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線

74、連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。現場總線的引入導致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發(fā)展。</p><p>　　7.5 交流傳動技術</p><p>　　傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電

75、子技術的發(fā)展，交流調速技術的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統(tǒng)的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。</p><p>　　機電一體化技術的應用與發(fā)展前景摘要:機

76、電一體化是一種復合技術,是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物,是機電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。文章簡述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域,并指出其發(fā)展趨勢。關鍵詞:機械工業(yè)；機電一體化；數控；模塊化現代科學技術的發(fā)展極大地推動了不同學科的交叉與滲透,引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發(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)的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式

77、及管理體系發(fā)生了巨大變化,使工業(yè)生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。 </p><p>　　7.6機電一體化技術的主要應用領域</p><p>　　7.6.1機電一體化在鋼鐵企業(yè)中的應用</p><p>　　在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程

78、大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面：2.1 智能化控制技術(IC)</p><p>　　由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業(yè)的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，

79、如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統(tǒng)、冷連軋等。</p><p>　　7.6.2機電一體化在數控方面的應用</p><p>　　數控機床數控機床及相應的數控技術經過40年的發(fā)展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在:1、總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多c pu、多主總線的體系結構。2、開放性設計,即硬件體系結構和功能模塊具有

80、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。3、w o p技術和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態(tài)仿真,并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計,不僅豐富了數控功能,同時也加強了c n c系統(tǒng)的控制功能。5、能實現多過程、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

81、。6、系統(tǒng)的多級網絡功能,加強了系統(tǒng)組合及構成復雜加工系統(tǒng)的能力。7、以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。</p><p>　　7．6.3 工業(yè)機器人</p><p>　　工業(yè)機器人第1代機器人亦稱示教再現機器人,它們只能根據示教進行重復運動,對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件,能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息

82、,通過計算機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智能,已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業(yè)環(huán)境中獨立行動,與第5代計算機關系密切。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生產力發(fā)展到一

83、定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1． 楊自厚． 人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用[Ｊ]．冶金自動化，1994（5）</p><p>　　2． 唐立新

84、.鋼鐵工業(yè)CIMS特點和體系結構的研究[Ｊ]．冶金自動化，1996（4）</p><p>　　3． 唐懷斌． 工業(yè)控制的進展與趨勢 [Ｊ]．自動化與儀器儀表，1996（4）</p><p>　　4． 王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學技術大學出版社，1996</p><p>　　5． 林行辛． 鋼鐵工業(yè)自動化的進展與展望[Ｊ]．河北冶金，1998（1）<