【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子技術(shù)及 其他 新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化 ,仍屬傳統(tǒng)機(jī)械 ,其主要功能依然是代替和放大的體系。但是 ,發(fā)展到機(jī)電一體化后 ,其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外 ,還被賦予許多新的功能 ,如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與 保護(hù)等。也就是說 ,機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸 ,還是人的感官與頭腦的延伸 ,智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別 。機(jī)電一體化技術(shù) 以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)為核心而引發(fā)的智能化、仿生物系統(tǒng)化方向、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、帶源化、綠色化、人性化，不僅深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和軍事的發(fā)展，而且也深刻影響著機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì) 。 、機(jī)電一體化技術(shù)的 核心 機(jī)電一體化主要包括軟件和硬件兩方面。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)單元等部分組成。因此，為加速 推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手。 1） 機(jī)械本體技術(shù) 機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬?gòu)?fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。 2） 驅(qū)動(dòng)技術(shù) 電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件 傳感器 電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動(dòng)單元 。 3） 信息處理技術(shù) 機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備，特別是計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模 /數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。 4） 傳感技術(shù) 傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢(shì)。對(duì)外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測(cè)技術(shù)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系 統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如缺少這些傳感器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和對(duì)信息精確而可靠的自動(dòng)檢測(cè)，系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無(wú)法談及和實(shí)現(xiàn) 5） 接口技術(shù) 為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。目前開發(fā)低成本、高速串行的接口，來解決信號(hào)電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。 6 ） 軟件技術(shù) 軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本 ，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、推行軟件工程等 。 第 3章 機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 . 1 數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù) 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(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： ① 總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，即采用多 CPU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。 ② 開放性設(shè)計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)，能最大限度地提高使用效益。 ③ WOP 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(shí)現(xiàn)三維日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 加工 過程的動(dòng)態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機(jī)制。 ④ 大容量存儲(chǔ)器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不僅豐富了數(shù)控功能，同時(shí)也加強(qiáng)了 CNC系統(tǒng)的控制功能。 ⑤ 能實(shí)現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺(tái)和多種機(jī)床的能力，并將刀具破損檢測(cè)、物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。 ⑥ 系統(tǒng)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。 ⑦ 以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置 。 ⑧ 直接數(shù)控（ DNC）是直接數(shù)控（ Direct Numerical Control） 的英文簡(jiǎn)稱。它是用電子計(jì)算機(jī)對(duì)具有數(shù)控裝置的機(jī)床群直接進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制和管理，英文縮寫 DNC。直接數(shù)控又稱群控，控制的機(jī)床由幾臺(tái)至幾十臺(tái)。直接數(shù)控是在數(shù)控 (NC)和計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS） CIMS的實(shí)現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合，而是全局動(dòng)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(shí)現(xiàn)從經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的有機(jī)結(jié)合。 CIMS體系結(jié)構(gòu)是用來描述研究對(duì)象整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分和各個(gè)方面 的相互關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)，從大系統(tǒng) 理論角度研究，將整個(gè)研究對(duì)象分為幾個(gè) 子系統(tǒng) ，各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立自治、分布存在、并發(fā)運(yùn)行和驅(qū)動(dòng)等。我們可以從功能結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)來認(rèn)識(shí) CIMS體系結(jié)構(gòu)。從功能層方面分析， CIMS大致可以分為六層：生產(chǎn) /制造系統(tǒng)，硬 事務(wù)處理系統(tǒng) ，技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，軟事務(wù)處理系統(tǒng)，信息服務(wù)系統(tǒng)，決策管理系統(tǒng)。 如下圖： 圖表 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS 構(gòu)成框圖 柔性制造系統(tǒng)（ FMS） 柔性制造系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器機(jī)電一體化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) 6 人、料盤、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。它可以隨機(jī)地、實(shí)時(shí)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(jì)更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn) 。 自動(dòng)機(jī)與自動(dòng)生產(chǎn)線 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)生產(chǎn)線及各種自動(dòng)化設(shè)備，是當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一具體體現(xiàn)。如： 2021～ 80000瓶 /h的啤酒自動(dòng)生產(chǎn)線； 18000～ 120210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(dòng)分撿處理生產(chǎn)線；易拉罐自動(dòng)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，這些自動(dòng)機(jī)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)。如可編程序控制器，變頻調(diào)速器，人機(jī)界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等。我國(guó)的自動(dòng)機(jī)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(dá)到或超過發(fā)達(dá)國(guó)家上一世紀(jì) 80年代后期的水平。使用這些自動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多，對(duì)維護(hù)和管理這些設(shè)備的相關(guān)人員的需求也越來越多 。 工業(yè)機(jī)器人 目前，被廣泛應(yīng)用的為第 3代機(jī)器人即 智能機(jī)器人 ，具有 多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)，與第 5代計(jì)算機(jī)關(guān)系密切 。 第 4章 機(jī)電一體化技術(shù)的 發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn) 狀 機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段 :(1)20世紀(jì) 60年代以前為第一階段 ,這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期 ,人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間 ,戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合 ,這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù) ,戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用 ,對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí) ,研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā) 狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平 ,機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展 ,已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。 (2)20世紀(jì) 70—80年代為第二階段 ,可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期 ,計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、 通信 技日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 術(shù)的發(fā)展 ,為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn) ,為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是 :mechatronics一詞首先在日本被普遍接受 ,大約到 20世紀(jì)