机械电子工程关键技术与系统构成要素

1.机械电子工程涵义一.机械电子技术的理论基础和方法论系统工程控制论信息论二.机械电子工程的主要目的使系统（产品）高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，结构轻、薄、短、小化。2.机械电子工程关键技术传感检测技术（研究传感器及其信号处理装置）传感器开发的三个重要方面：传感原理、传感材料、加工制造装配技术与计算机技术相比，传感检测技术的发展较缓慢

信息处理技术研究方向：提高处理速度、可靠性、抗干扰能力、智能化程度、标准化程度2.机械电子工程关键技术自动控制技术自动控制指在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动按预定规律运行。技术难点：现代控制理论的工程化和实用化，优化控制模型的建立伺服驱动技术

主要研究机械电子产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题。

主要研究问题:提高机电转换部件的精度、可靠性和快速响应性；提高DC伺服电机的性能；交流调速系统的研究（变频调速、电子逆变、矢量变换等）；功率器件的研制；微型电磁离合器的研制等。2.机械电子工程关键技术机械技术

是机械电子的基础。现代机械应实现结构上、材料上、性能上、功能上的改善，满足减轻重量，缩小体积，提高精度、刚度。需研究的主要问题：研究机械零部件的动静态刚性和热变形问题；提高关键零部件的精度并使之能批量生产；超精加工与精密测量；高性能、超硬、复合刀具材料的开发和生产；摩擦磨损与润滑；零部件的模块化、标准化和规格化（提高互换性）2.机械电子工程关键技术系统总体技术

从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统分解为相互有机联系的若干功能单元，并将功能单元作为子系统继续分解，直至找到可实现的技术方案，再把各方案组合，进行分析、评价、综合优选。系统总体性能不仅与各构成要素的功能、精度、性能相关，而且有赖于各构成要素间是否很好的协调与融合。需研究的问题：软件开发与应用；接插件技术；通用接口与数据总线标准化；控制系统成套性和成套设备自动化；软件标准化等。全闭环控制系统3.机械电子系统的构成要素与功能构成

半闭环控制系统3.机械电子系统的构成要素与功能构成

系统的五个子系统机械系统检测传感系统电子信息处理系统（控制系统）执行元件系统动力系统机械电子系统三大目的功能变换（加工、处理）功能；传递（移动、运输）功能储存（保持、积蓄、记录）功能图1－5系统目的功能工业三大要素物质能量信息系统分类动力机——以能量转换为主，插入能量(或物质)和信息，输出不同能量加工机——以物料搬运、加工为主，输入物质(原料、毛坯等)、能量(电能、液能、气能等)和信息(操作及控制指令等)，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系统(或产品)信息机——以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息系统的五种内部功能主功能检测功能控制功能构造功能动力功能图1－6系统五种内部功能图1－7CNC机床的内部功能构成目的功能：搬运、加工、处理毛坯主功能构造功能动力功能检测功能控制功能图1－8机械电子系统(产品)的五大要素及其相应的五大功能图1－9机械电子系统(产品)的五大要素实例一、接口构成机械电子系统的各子要素或子系统相接处必须具备的联系条件。二、接口的作用实现机械电子系统中各子系统间的物质、能源、信息的传递与转换，达到系统所需的目的功能。4.机械电子系统构成要素的相互连接三、接口功能广义的接口功能：输入/输出变换/调整1.4机械电子系统构成要素的相互连接零接口无源接口有源接口智能接口机械接口物理接口信息接口环境接口接口设计的核心——“匹配”

1.4机械电子系统构成要素的相互连接从某种意义上讲，机械电子技术设计就是“接口设计”。一、机械电子系统设计的目标提高精度增强功能提高生产效率节约能源，降低能耗低能耗机构，最佳调节控制，提高能源利用率1.5机械电子系统设计的目标与方法1.5睛机械电光子系统设常计的目标住与方法一、机岁械电子道系统设桐计的目倘标提高安显全性、胡可靠性自动监膊测、报窜警、诊选断、保颗护功能采用电子赖元器件，惑代替机械巾产品中可掌动及易磨梯损部件（狼遥控悠器、光电惨鼠标、光罪声控开关液、无刷直简流电动机芝等）改善操作猴性和实用侵性减轻劳邻动强度菊，改善流劳动条叮件简化结构绍，减轻重灯量系统功剂能主要并的实现袍途径转斗移：从机械未系统斯微电子两、计算魂机系统粉；硬件系态统舰软虑件系统降低价格增强柔性破应用功能二、机刻械电子易系统设锅计类型1、开具发型设尽计（原牢创型设顽计）将机电毒技术完喜全融合榆形成新鹊的机械观电子产胀品2、适应滩型设计在原有机艺械系统基盒础上采用利微机控制虏，使系统钓性能提高到，功能增利强。（全哭自动洗衣霜机、数控甲机床）用电子装隐置局部替躬代机械传飘动装置和扩机械控制屈装置（变贝频调速器燃代替变速早齿轮）用电子骂装置完割全替代之原来执锦行信息睡处理功晕能的机系构（电骡子秤）用电子灵装置替阁代机械泽的主功悄能，形君成特殊例加工能果力（激弦光切割修机，电环火花加紧工）3、变异务型设计一大趋问势：轻拣薄小巧哨化三、机犬械电子作系统开拨发的设嫩计思想相互匹擦配、相桌互协调伯、有机利结合四、机已械电子默系统设级计方法1、取伟代法（础机电互跪补法）利用电子朽部件取代帝传统机械筹产品中的接复杂机械义功能部件杠或功能子蚁系统（如尤用微机控扭制取代机见械式变速沾机构、凸厦轮机构、广离合器等宏机构）2、整息体设计老法（融削合法）完全从系期统目标考子虑各子系溪统的设计艇，将各构重成要素融顽合在一起庆形成专用息或通用的杰功能部件骡（电机、禁变频器、烟主轴单元欺作为一个未整体来设怖计，即电挖主轴单元气）3、组眉合法选用各哪种标准凳功能模引块，“蚂搭积木问”（如颠工业机贿器人）三种方法筐的特点及捏适用场合楚？1.6劣机械锐电子系伙统的评站价附加价会值是机械电俯子系统饺的综合漆评价指浑标机械电子顺产品的评盯价内容工业三身大要素圈:物质鸣、能量撕、信息工业三图大要素饥与机械品电子的泳三大效岭果1.6贱机肾械电子系降统的评价1.7崇机宋械电子系筝统的设计饱流程1.准版备阶段(1)岗对用户属需求进到行理论窜抽象，掠确定产收品规格驳、性能夏参数对于加工个机械，包历括如下几早个方面：运动参数动力参数品质参数环境参关数结构参数界面参鸽数1.7跳机械曲电子系座统的设裕计流程1.准备个阶段(2)在拟定总蚕体方案黎、划分匹系统功轰能要素盲和功能男模块根据设觉计对象后的要求佛，进行悦技术分库析，拟栋定系统魂总体设霞计方案的，划分忍组成系羡统的各功能要素镰和功能模槐块功能模块是构成系巨统的基本讨单元，在店形式上表漫现为具体赛设备、装激置或电路肚板（硬件耳），具体闹应用子程盲序或软件答包（软件姿）。一个功能要距素可能是风一个功软能模块义，也可罢能由若奔干功能水模块组牌合而成闷，或者犹就是一涌个机械昌电子子防系统。(3)盼方案论铺证、确她定模块题设计目渴标，人峰员组织对各种方研案进行可件行性研究扇对比，确冷定最佳总朗体方案、搞模块设计享目标和设穿计人员的误组织1.7炊机势械电子系是统的设计喇流程2.理论误设计阶段(1)怜接口和花功能模翼块细部刃设计根据设计办目标、功围能要素和功能模块猴，画出系引统工作时会序图和机镰械传动原滨理简图；有过程援控制要冤求的系负统应建驼立各要炒素的数迟学模型稿，确定灶控制算箱法；计算各文功能模衫块间接且口I/旨O参数金，确定叨接口设息计任务盖归属；以功能义模块为逼单元，煮根据接病口参数句要求进束行功能冈模块的位选型、惨组配(2)午理论设绵计总体酸评价对设计结干果进行整戏体技术经捞济评价、劝设计目标许考核和系燥统优化，旷挑选综合半性能指标盆最优的设灶计。1.7旁机械由电子系肿统的设女计流程3.产励品的设愉计实施悲阶段(1)窃功能模宁块制作借、调试根据机繁械、电芳气图样台，制造礼装配各断功能模奴块；模块的调弊试(2)系话统整体安熟装调试，俯可靠性复张核4.设找计定型诞阶段(1)惭工艺定史型