毕业论文机电一体化技术的应用与发展电气与电子工程

毕业论文机电一体化技术的应用与发展电气与电子工程内容摘要：

感系统、能源系统和信息处理系统。 柔性化方向 未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的 “ 冗余度 ” ，有较强的 “ 柔性 ” ，能较好地应付突发事件，被设计成 “ 自律分配系统 ”。 在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的 “ 自律性 ” ， 可根据不同环境条件做出不同反应。 其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有 “ 行动 ” 是可以改变的。 这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。 智能化方向 今后的机电一体化产品 “ 全息 ” 特征越来越明显，智能化水平越来越高。 这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。 仿生物系统化方向 今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往在结构上处于 “ 静态 ” 时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。 这有点类似于活的生物 ：当控制系 毕业设计（论文）报告纸 共 35 页 第 13 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 统（大脑）停止工作时，生物便 “ 死亡 ” ，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。 就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。 微型化方向 目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。 那时，机械和电子完全可以 “ 融合 ” 机体，执行结构、传感器、 CPU 等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。 这种微型化是机电一体化的重要发展方向。 机电一体化技术的应用 机电一体化技术的应用 1. 在 现代 机械制造业中的应用 传统机械制造业是建立在规模 经济 的基础上，靠 企业 规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。 先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、 网络 化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。 现代制造业集成了现代 科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。 近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。 2. 在饮料行业中的应用 机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。 机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。 不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。 可以大大改善食品饮料包装生 产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。 3. 在钢铁企业中的应用 毕业设计（论文）报告纸 共 35 页 第 14 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ① 计算机集成制造系统 (CIMS) 钢铁企业的 CIMS 是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。 ② 现场总线技术 (FBT) 现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。 采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级控制系统之间在共 同的通信媒体上进行双向传送。 ③ 交流传动技术 随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。 由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。 交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 ④ 开放式控制系统 “ 开放 ” 意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。 开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 ⑤ 分布式控制系统 (DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。 利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。 分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的 经济 效益与社会效益。 机电一体化 产品 的发展趋势 毕业设计（论文）报告纸 共 35 页 第 15 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 智能化即要求机电产品有一定的智能 ，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。 例如在 CNC 数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。 随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心 理学 、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 2. 微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造 铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。 数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能 力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。 是一项重要而艰巨的工程。 由于机电一体化产品种类和生厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。 如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。 这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化 单元迅速开发出新的产品。 从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。 转 化 网络技术的兴起和飞速 发展 给社会各个领域带来了巨大变革。 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。 而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以 计算 机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 5. 自源化 自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池 、燃料电池和大容量电池。 由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。 6. 人性化 人性化是各类产品的必然发展方向。 机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更 自然 ， 毕业设计（论文）报告纸 共 35 页 第 16 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 更接近生活习惯。 7. 微型化 微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。 微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。 微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活， 在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。 8. 绿色化 工业 发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。 绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。 在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 典型机电一体化产品的发展趋势 3． 数控机床 目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 320 万台），但数控机床只占约 5％且大多数是普通数控（发达国家数控机床占 10％）。 近些年来数控机床为适应加工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 高速化。 由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。 车床主轴转速有 3000～ 4000r/min 提高到 8000～ 10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～ 8000r/min 提高到 12020～ 40000r/min 以上；快速移动速度由过去的 10～20m/min 提高到 48m/min， 60m/mni， 80m/min， 120m/min；在提高速度的 同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的 （重力加速度）提高到 ～ 2G，最高可达 15G；直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 高精度化。 数控机床的定位精度已由一般的 ～ 提高到 左右；亚微米级机床达到 左右；纳米级机床达到 ～ ；最小分辨率为1nm（ ）的数控系统和机床已问世。 数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1u 的圆度，插补前多程序预读，大大提 高了插补质量，并可进行自动拐角处理 毕业设计（论文）报告纸 共 35 页 第 17 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 等。 复合加工，新结构机床大量出现。 如 5 轴 5 面体复合加工机床， 5 轴 5 联动加工各类异形零件。 同时派生出各种新颖的机床结构，包括 6 轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 “ 如虎添翼 ”。 如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大提高效率。 加工刚件切削速度能达 1000m/min，加工铝件能达 5000m/min。 数控机床的开放性和联网管理。 数控机床的开放性和联 网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是 企业 合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。 因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21世。