【文章內(nèi)容簡介】 感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。 柔性化方向 未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)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) ” 。在這系統(tǒng)中，各子系統(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)不同環(huán)境條件做出不同反應(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，具有 “ 行動 ” 是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。 智能化方向 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。這主要得益于模糊技術(shù)與信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。 仿生物系統(tǒng)化方向 今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往在結(jié)構(gòu)上處于 “ 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(dāng)控制系 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 35 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便 “ 死亡 ” ，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產(chǎn)品雖然有仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。 微型化方向 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(dāng)這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要再區(qū)分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以 “ 融合 ” 機體，執(zhí)行結(jié)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。這種微型化是機電一體化的重要發(fā)展方向。 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用 機電一體化技術(shù)的應(yīng)用 1. 在 現(xiàn)代 機械制造業(yè)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)機械制造業(yè)是建立在規(guī)模 經(jīng)濟 的基礎(chǔ)上，靠 企業(yè) 規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強調(diào)資源的有效利用，以低成本獲得高質(zhì)量和高效率，其生產(chǎn)盈利是靠機器取代人力，靠復(fù)雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo)，采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術(shù)和先進組織管理形式的全新的機械制造業(yè)，其特征是全球化、 網(wǎng)絡(luò) 化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造。現(xiàn)代制造業(yè)集成了現(xiàn)代 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，充分利用電子計算機技術(shù)，使制造技術(shù)提高到新的高度。近年來，制造工程領(lǐng)域的新技術(shù)相繼誕生，如計算機數(shù)字控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、柔性制造技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。 2. 在飲料行業(yè)中的應(yīng)用 機電一體化技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最快、應(yīng)用前景最為廣泛的技術(shù)之一。機電一體化技術(shù)在食品、飲料包裝機械的開發(fā)、設(shè)計和制造過程中的應(yīng)用。不僅使單機的自動化程度大大提高，而且使整條包裝生產(chǎn)線的自動化控制水平、生產(chǎn)能力得到很大提高，使其競爭能力遠遠超過傳統(tǒng)的機械控制的同類設(shè)備?？梢源蟠蟾纳剖称凤嬃习b生 產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其國內(nèi)、國際競爭能力。 3. 在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 35 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ① 計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS) 鋼鐵企業(yè)的 CIMS 是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。 ② 現(xiàn)場總線技術(shù) (FBT) 現(xiàn)場總線技術(shù)是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級控制系統(tǒng)之間在共 同的通信媒體上進行雙向傳送。 ③ 交流傳動技術(shù) 隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)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(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴大。 ④ 開放式控制系統(tǒng) “ 開放 ” 意味著對一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。 ⑤ 分布式控制系統(tǒng) (DCS) 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(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。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(dāng)前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。 隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，各種產(chǎn)品與裝置實現(xiàn)了機電一體化，有利實現(xiàn)整體優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，縮短開發(fā)新產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，加速科技成果向商品轉(zhuǎn)化，有利推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻變革，同時，隨著新產(chǎn)品的研發(fā)及高精密等設(shè)備的發(fā)展，要求新一代機電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮?經(jīng)濟 效益與社會效益 。 機電一體化 產(chǎn)品 的發(fā)展趨勢 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 35 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 智能化即要求機電產(chǎn)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。例如在 CNC 數(shù)控機床上增加人機對話功能，設(shè)置智能I/O 接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、心 理學(xué) 、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等人工智能技術(shù)的進步與發(fā)展，為機電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。 2. 微控制器和接口技術(shù)的發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造 鋪平了道路，如虛擬設(shè)計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能 力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程控制操作、診斷和修復(fù) 。 是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)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(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化 單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。從而避免利益的沖突，并能使之標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。 轉(zhuǎn) 化 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速 發(fā)展 給社會各個領(lǐng)域帶來了巨大變革。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，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)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(shù)帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 5. 自源化 自源化是指機電一體化產(chǎn)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，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。 6. 人性化 人性化是各類產(chǎn)品的必然發(fā)展方向。機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說更 自然 ， 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 35 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 更接近生活習(xí)慣。 7. 微型化 微型化是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、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、通信和電源等于一體的微型器件和系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活， 在生物醫(yī)療、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。 8. 綠色化 工業(yè) 發(fā)達給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果，所以綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。 典型機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢 3． 數(shù)控機床 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％）。近些年來數(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。 高速化。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～ 4000r/min 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 12020～ 40000r/min 以上；快速移動速度由過去的 10～20m/min 提高到 48m/min， 60m/mni， 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 （重力加速度）提高到 ～ 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。 高精度化。數(shù)控機床的定位精度已由一般的 ～ 提高到 左右；亞微米級機床達到 左右；納米級機床達到 ～ ；最小分辨率為1nm（ ）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已問世。 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到 1u 的圓度，插補前多程序預(yù)讀，大大提 高了插補質(zhì)量，并可進行自動拐角處理 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 35 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 等。 復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)。如 5 軸 5 面體復(fù)合加工機床， 5 軸 5 聯(lián)動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結(jié)構(gòu)，包括 6 軸虛擬軸機床，串并聯(lián)絞鏈機床等，采用特殊機械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運算方式，特殊編程要求。 使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機床 “ 如虎添翼 ” 。如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑，在轉(zhuǎn)深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達 1000m/min，加工鋁件能達 5000m/min。 數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理。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、并行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為 21世