机电一体化论文

班级：电气工程及其自动化091 姓名： ##

摘要：机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体，是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。关键字：机电一体化技术；设计过程；发展方向和应用领域

引言机电一体化技术是在以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展向机械工业领域迅猛渗透并与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

1.机电一体化基本概况 1.1 简单介绍

机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。五大组成要素：一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。

1.2 基本内容（1）机械技术。其着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。

（2）计算机与信息技术。其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

（3）系统技术。从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

（4）自动控制技术。在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

（5）传感检测技术。传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。

（6）伺服传动技术。包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。 1.3 基本原则

机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。由于信息模式不同无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。

1.4 基本作用

机电一体化的作用是：是将电子技术特别是微机电子技术、计算机等新的技术成果应用于传统机械行业中。使传统机械产品自动化、智能化、微型化。

2.设计过程

2.1 设计创新层次

（1）任务创新：分析、发现市场的新需求。（2）功能创新：一个是通过对市场需求信息和设计任务书的创造性分析而得到的新的功能需求。另一个则是指对产品总功能的创造性描述和抽象，从而更易于引发不同的求解思路，有可能导致更佳的产品方案。（3）原理创新：实现原理可细分为工作原理和技术原理2类：工作原理是指该产品赖以实现功能的根本性原理，或者说物理性原理；技术原理则是为保证该工作原理的实现而采用的技术手段。（4）行为创新（工艺动作过程创新）。（5）结构创新：是技术原理创新和行为创新的延伸和具体实现。（6）控制创新：信息处理的新方法，新的控制算法的使用和创新，往往能使机电一体化系统的性能大幅度提高，可以认为是结构创新向软件的进一步延伸。

2.2 系统设计的原则

（1）安全可靠（2）操作维护方便（3）实时性强（4）通用性好（5）经济效益高

2.3 设计的步骤

（1）工程顶目与控制任务的确定阶段（2）工程项目的设计阶段（3）离线仿真和调试阶段

（4）在线调试和运行阶段

2.4 工程设计与实现

（1）系统总体方案设计：硬件总体方案设计，软件总体方案设计，系统总体方案。

（2）硬件的工程设计与实现：选择系统的总线和主机机型，选择输入输出通道模板，选择变送器和执行机构。

（3）软件的工程设计与实现：数据类型和数据结构规划，资源分配，实时控制软件设计。

（4）系统的调试与运行：[1]离线仿真和调试：硬件调试，软件调试，系统仿真。[2]在线调试和运行。

3.发展方向和应用领域

20世纪xx年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。

3.1 应用领域

机电一体化技术的主要应用领域有：数控机床，计算机集成制造系统，柔性制造系统，工业机器人。

3.2 未来机电一体化的主要发展方向有： 1.系统化:其特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。

2.微型化：微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

3.智能化：是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

4.模块化：从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

5. 网络化：现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统。使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。

6.绿色化:在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。

4.学习心得

随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。机电一体化专业是一个宽口径专业，适应范围很广，学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外，还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试，充分体现重视技能培养的特点。机电一体化专业培养德、智、体、美全面发展，具有创业、创新精神和良好职业道德的高等专门人才，掌握机械技术和电气技术的基础理论和专业知识；具备相应实践技能以及较强的实际工作能力，熟练进行机电一体化产品和设备的应用、维护、安装、调试、销售及管理的第一线高等技术应用型人才。

第二篇：机电一体化论文

Harbin Institute of Technology

机电一体化系统设计

院系：机电学院

班级： ##

设计者： ##

学号： ##

哈尔滨工业大学

机电一体化技术在机床领域的应用现状与发展趋势

摘要：随着机电一体化技术的发展和完善，机电一体化产品的概念已不再局限于某一具体产品的范围，而是逐步扩大到控制系统和被控制系统相结合的产品制造和过程控制的大系统，数控机床就是机电一体化技术在机床领域的具体应用。

关键字：机电一体化数控机床发展趋势

机电一体化产品（或系统）是指机械系统和微电子系统有机结合，从而产生新功能和新性能的新产品。此类产品和传统的机电系统相比，其主要特点是实现了机电系统在微电子技术基础上的信息驱动，在工作过程中可以对本身和外界环境的各种信息惊醒采集，处理和分析，系统的行为则完全取决于在信息分析基础上所做出的控制决策。微电子技术的应用是实现信息采集，处理，分析和智能化控制决策的根本保证。

机电一体化的最大优点就在于其的生产能力和工作质量的提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度，精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和较高的产品合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5~6倍，柔性制造系统的生产设备利用率可提高1.5~3.5倍，机床数量可减少约50%,节省操作人员数量约50%，缩短生产周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于机电一体化工作方式具有可通过调整软件来适应需求的良好柔性，特别适合于多品种小批量产品的生产，是缩短产品开发周期，加速更新换代的重要途径。

数控机床是采用了数控技术的机床，是机电一体化的典型应用，国际信息处理联盟第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装了程序控制系统的机床。该控制系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。数控机床是典型的数控化设备，一般由信息载体，计算机数控系统，伺服系统和机床本体四部分组成。

数控机床的研制最早是从美国开始的。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升飞机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制时空机床的初始设想。1949年，在美国空军部门的支持下，帕森斯公司正式接受委托，于麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验型样机。后又经过三年的改进和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。一直到20世纪50年代末，由于价格和技术上的原因，数控机床仅局限在航空工业中应用，品种也多为连续控制系统。到了20世纪60年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床，冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机，火焰切割机等，是数控技术不断地扩展其应用范围。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征；而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国际民生的一些重要行业（IT，汽车，轻工，医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

当前世界上数控技术及其装备的发展呈现如下发展趋势。

1.高速，高精密化

新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短切削工时，才可能进一步提高其生产率。超高速加工，特别是超高速铣削，与新一代高速数控机床，特别是高速加工中心的开发，应用紧密相关。20世纪90年代以来，欧，美，日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。依靠快速，准确的数字量传递技术，对高性能的机床执行部件进行高精密度，高响应速度的实时处理。效率和质量是先进制造技术的主体。高速，高精度加工技术可极大地提高效率，产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此，日本先端技术研究所将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

2.高可靠性

高可靠性是指数控系统的可靠性，要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。

3.数控机床设计CAD化

随着计算机应用的普及及软件技术的发展，计算机辅助设计技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成浩繁的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选拔和大件整机的静，动态特性的分析，计算，预测和优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上，在设计阶段就可以看到产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低成本，增加产品的市场竞争能力。数控机床的设计是一项要求较高，综合性强，工作量大的工作，故应用CAD技术就更有必要和迫切。