2017年机电一体化毕业论文

2015 届 华北科技学院 毕 业 设 计（论 文） 设计（论文）题目： 机电一体化技术及其应用研究 姓名： 学号： 专业班级：机电一体化专科班 系（部、院）：华北科技学院 指导教师： 2017 年 4 月 20 日 2015 届毕业设计（论文）任务书 姓名： 专业： 机电一体化 班级： 任务下达时间：2017 年 3 月 1 日 任务完成时间：4 月 20 日 毕业设计（论文）题目：机电一体化技术及其应用研究 题目只要内容：讨论了机电一体化技术在数字化、智能化、模块 化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化、绿色化这些方面 的研究和发展对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并说 明机电一体化技术的智能化技术。 目的要求、只要技术指标：机电一体化是机械、微电子、控制、 计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关 技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、 网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 应完成的只要任务：煤矿企业中，机电一体化系统是以微处理机 为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机 的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化 创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。 主要参考文献：1 李建勇.机电一体化技术 M.北京: 科学出版社, 2004.2 李运华.机电控制M.北京 :北京航空航天大学出版社, 2003.3 洪钟洲.数控系统的发展现状和趁势.机电一体化.19964 项占琴.微电子机械的发展现状及前景.机电工程.1997， 指导老师： 教研室主任： 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 毕业实习评语表 姓名 性别 男 班级 学号 实习单位名称 联系电话 实习单位地址 距海拉尔区约 70km 邮政编码 自 我 鉴 定 学习任务已接近尾声，默然回首，这一年来虽没有轰轰烈烈的战果，但在潜移 默化中仍取得了许多不可磨灭的成绩.为了发扬成绩，弥补不足，以利于今后的 工作和学习，特自我鉴定如下： 从 2015 年入校以来，一直以严谨的态度和满腔的热情投身于学习中，虽然 有成功的喜悦，但也有失败的辛酸。然而日益激烈竟争的社会也使我充分地认 识到：成为一名德智体美劳全面发展的重要性。 现 场 指 导 教 师 评 语 表现良好 指导老师（签字）： 2 017 年 4 月 20 日 实 习 单 位 评 语 表现良好 实习单位（盖章）： 2017 年 4 月 20 日 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 摘要 讨论了机电一体化技术在数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、 集成化、带源化、绿色化这些方面的研究和发展对于改变整个机械制造业面貌所起的 重要作用，并说明机电一体化技术的智能化技术，分布式控制系统、开放式控制系统、 现场总线技术、交流传动技术在煤矿工业中的应用以及发展趋势。经过 20 多年的发展， 机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一，并影响到几 乎全部的工业行业。我国从 80 年代初对机电一体化技术和产品开始予以重视，先后在 国家科技攻关计划、863 高科技计划和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以 研究，并取得了一系列重大科技成果。199。年，国家将用电子技术改造传统产业列为 “八五”及本世纪后十年发展全民经济的重要战略技术措施，机电一体化技术的推广 应用已取得相当进展。 在工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所 形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管 理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征 的发展阶。 关键词 机电一体化；技术；应用； -2- 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 目录 1、 绪论4 1.1 概述4 2、 机电一体化技术发展 4 2.1 数字化.4 2.2 智能化 5 2.3 模块化.5 2.4 网络化 5 2.5 人性化 5 2.6 微型化 6 2.7 集成化.6 2.8 带源化 6 2.9 绿色化 6 3.0 机电一体化产品 7 3、机电一体化的发展趋势 7 4、机电一体化的未来发展8 4.1 全息系统化8 4.2、 我国“机电一体化”工作的任务9 5、机电一体化技术在煤矿企业中应用 .9 5.1 智能化控制技术 9 5.2 分布式控制系统 9 5.3 开放式控制系统10 5.4 计算机集成制造系统.10 5.5 现场总线技术.10 5.6 交流传动技术 11 参考文献11 谢辞11 -3- 1、 绪论 1.1 概述 进入 80 年代以来，关于机电一体化技术的研究和应用已成为全球性的课题，可 以说，从军事到经济、从生产到生活、从简单的日用消费品生产到复杂的社会生产和 管理系统.机电一体化技术几乎达到无所不在、无孔不入的地步。然而， “什么是机电 一体化?” ， 呼机电一体化技术都包括那些特征?” ， “机电一体化技术在各应用领域中 的发展状况如何?”等问题却很难令人回答，这一方面是因为机电一体化技术的研究不 断向深度持续发展，所采用的技术手段越来越先进，无法通过定义来界定其发展潜力; 另一方面是因为机电一体化技术的应用领域不断向户度持续发展，也无法通过定义来 界定其应用范围。 机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电 子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。 机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发 展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发， 综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控 技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据 系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高 可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。 由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此， “机电 一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。 2、机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其 发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块 化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化 2.1 数字化 微控制器及其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 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） -4- 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、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操作、诊断和修复。 2.2 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。随着模糊控制、神经网络、灰色理 论、小波理论、混沌与分岔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。 2.3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，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。 2.4 网络化 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。 2.5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情 感和人性显得愈来愈重要，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，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的 最高境界就是人机一体化。 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） -5- 2.6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统 (Micro Electronic Mechanical Systems，简称 MEMS)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 的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988 年美国 加州大学 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来，国内外在 MEMS 工艺、材料以及微 观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种 MEMS 器件和系统，如各种微型传感器 （压力传感器、微加速度计、微触觉传感器） ，各种微构件（微膜、微粱、微探针、微 连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等） 。 2.7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合， 又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、 小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若 干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将 各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 2.8 带源化 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。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 2.9 绿色化 科学技术的发展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，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，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， 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 产品可分解和再生利用。 -6- 3.0 机电一体化产品 机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有： 数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、 CADCAM 系统等。典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控 制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机 电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。 3、机电一体化的发展趋势 机电一体化发展至今已经成为一门自成一体的新型学科, 随着科学技术的不断发 展, 必将被赋一予新的内容。但其基本特征可概括为机电一体化是从系统的观点出发, 综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、 、汁算机技术、信息技术、传感测控 技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术, 根据 系统功能目标和优化组织目标, 合理配置与布局各功能单元, 在多功能、高质量、高 可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值, 并使整个系统最终达到最优化的系统工 程技术。本区别。 机械工程技术由纯技术发展到机械电气化, 仍属传统机械, 其主要功能依然是代 替和放大的体现。但一一机电一体化的发展状况机电一体化的发展大体可以分为个阶 段。 世纪年代以前为第一阶段, 这一阶段称为初级阶段 , 在这一时期, 人们不自觉地 利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能, 特别是在第二次世界大战期间, 战 争极大地刺激了机械产品与电子技术的结合, 这些机电相结合的军用技术, 战后转为 民用, 对战后经济的恢复起到了积极的作用。 世纪年代后期, 开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段, 机电一体化 进人深人发展时期。一方面, 光学、通信技术等进人了机电一体化,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。同时, 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 进步, 为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究, 将促使机电一体化进一 步建 -7- 立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。使人们有更好的发展，给人类带来生 活的方便。 网络化世纪年代, 计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞 速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育、日常生活都带来了巨大的变革。 各种网络将全球经济、生产连成一片, 企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品 一旦研制出来, 只要其功能独到, 质量可靠, 很快就会畅销全球。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。因此, 机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。 微型化兴起于世纪年代末, 指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。 国外称其为微电子机械系统, 泛指几何尺寸不超过的机电一体化产品, 并向微米、纳 米级发展。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。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术, 微机电一体化 产品的加工采用精细加工技术, 即超精密技术, 它包括光刻技术和蚀刻技术两类。 绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面, 物质丰富, 生活舒适另一方 面, 资源减少, 生态环境受到严重污染。于是, 人们呼吁保护环境资源, 回归自然。 绿色产品概念在这种呼声下应运而生, 绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、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。设计绿色的机电一体化产品, 具有远大的发展前 途。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境, 报废后能回收利用。 人们大量倡导绿化工业能够给人们带来的美好的生活，良好的生活品质。 系统化的表现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。 系统可以灵活组态, 进行任意剪裁和组合, 同时寻求实现多子系统协调控制和综合管 理。表现之二是通信功能的大大加强, 一般除外, 还有、人格化。未来的机电一体化 更加注重产品与人的关系, 机电一体化的人格化。 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 4、机电一体化的未来发展 4.1 全息系统化 全息系统化也即智能化，是对机器的行为描述，即在控制理论的基础上，吸收计算机 科 -8- 学、模糊数学、运筹学、混沌动力学、人工智能、心理学和生理学等新的学科方法、 新的设计思想，从而模拟人类的思维能力，使它如同人一样具有思维、意识等能力， 以便达到更高水平的控制目标。随着机电一体化技术的发展，机电一体化产品智能特 征也越来越明显，智能化水平也是日趋上升，新世纪机电一体化技术中的智能化的快 速发展，人工智能在机电一体化的研究中也日益得到重视，其中机器人与数控机床的 智能结合就是一项重要应用。当然，要使机电一体化产品具有与人完全相同的智能永 远是不可能的，也没有这个必要，但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品 具有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而又必要的。 4.2、 我国“机电一体化”工作的任务 我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用机电一 体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品 的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整 作贡献。 总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机 电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。 5、机电一体化技术在煤矿企业中应用 在煤矿企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通 讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统 的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在 煤矿企业中主要应用于以下几个方面： 5.1 智能化控制技术(IC) 由于煤矿工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、 模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于煤矿企业的产品设计、生产、控制、 设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼 钢连铸轧钢综合调度系统、冷连轧等。 5.2 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 -9- 能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。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。随着测控技术的发展，分布式控制 系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生 产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 CS 具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特 点。CS 是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了 系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。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。 5.3 开放式控制系统(OCS) 开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体 系概念。 “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。 5.4 计算机集成制造系统(CIMS) 煤矿企业的 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。目前煤矿 企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源 的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代煤矿生产的要求。未来煤矿企业竞争的 焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减 少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强 成人高等教育专升本（专科）毕业设计（论文） 管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型煤矿企业 在 20 世纪 80 年代已广泛实现 CIMS 化。 5.5 现场总线技术(FBT) 现场总线技术(Fied Bus Technology)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(如 420mA，C 直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更 高 -10- 一级的控制系统之间在共同的通信媒体上