机电一体化的发展与应用

浙江理工大学继续教育学院企业人才班毕业设计（论文）摘要机电在我国各行各业已有了广泛的应用，对我国经济的发展有重要的影响。本文从课题研究的相关背景入手，最开始就应该要了解机电一体化的在现代社会的发展，还有现目前在经济中的发展现状，还有其将来的发展趋势，最后就要着手看待它的在未来的市场上的前景和新的发现认识。关键词：机电一体化；应用；发展趋势

AbstractMechanicalandelectricalinallwalksoflifehavewideapplicationinourcountry,haveimportantinfluenceontheeconomicdevelopmentofChina.Thisarticleobtainsfromthebackgroundofthethesis,first,detailedelaboratesonthedevelopmentofelectromechanicalintegrationtechnology,thenthespecificresearchintothepresentsituationoftheapplicationofelectromechanicalintegration,andthenanalyzesthedevelopmenttrendoftheelectromechanicalintegration,finallydiscussestheapplicationprospectofelectromechanicalintegrationandnewunderstanding.Keywords:mechanicalandelectricalintegration;Application;Thedevelopmenttrend

目录摘要 IAbstract II第1章机电一体化的发展 11.1机电一体化的基本概念 11.2机电一体化系统的基本结构要素 11.3机电一体化技术，相关技术，经济和社会效益 11.4机电一体化在现代产业结构中的地位和作用 11.5机电一体化中起主导作用的PLC 21.6国外发达国家机电一体化发展的方向和策略 21.6.1发展方向 31.6.2政策优惠及保护策略 3第2章机电一体化的应用现状 42.1计算机数控机床 42.2工业机器人 42.3先进制造系统 52.4汽车的机电一体化 52.5智能控制系统 6第3章机电一体化的发展趋势 73.1计算机集成制造系统 73.2智能制造技术 73.3精益生产方式和敏捷制造技术 73.4快速零件制造技术 83.5面向21世纪的制造模式 8结语 9参考文献 10PAGE1第1章机电一体化的发展1.1机电一体化的基本概念如果想要清楚地知道机电一体化是怎样发展起来的，那就可以从电路和微电子技术等方面说起，因为它是在这样大规模的模式下还有现在发展最迅速的微型计算机的的环境下产生的，并且随之不管在传统的工业方面，还是在现代工业的基础上，机电一体化都有一个很好的发展。它是一个很好的，多方面的综合体，不仅有机械，微电子，自动控制还有其他部分的电子信息技术，它能够在特定的环境下实现特定功能价值的系统工程技术，其具有高功能，高质量，高可靠性，低耗能的现实意义。在这样情况下就产生了机电一体化系统的产品，它的主要部件就是1个以微电子技术为主导的现代高科技技术。1.2机电一体化系统的基本结构要素想要拥有一个完整的机电一体化系统，就应该要具备本体，动力，测试传感，执行，驱动几部分和最后的控制信息处理单元和接口等几部分因素。各要素和环节之间通过接口相联系。1.3机电一体化技术，相关技术，经济和社会效益机电一体化是一种十分复杂的又具有交叉性能的技术密集型系统工程，其领域也有很多种。机电一体化为什么能够取得如此大的优化效果，就是因为在考虑发展的过程中，发挥了它自己本身的优点，然后让自己的优点来补缺点，学习其他公司的优点，因此就产生了社会和技术经济效益。经过时间的发展，机电一体化突出表现在很多方面，尤为重要的是提高密度，增加功能，提高效率，降低成本等。1.4机电一体化在现代产业结构中的地位和作用第一，机电一体化可以让一些产品实现它的最新系统和进行一定的升级使用，这样就可以使产品的性能变得更好。如果原来是处于中低端的产品就会一下上升到高端等级，竞争力就会随之增加。还有就是，它能够根据在市场环境下经济发展单位需要来进行产品的生产。这样做的原因就是是能耗的损失达到最低，还有最重要的生产成本也是一样。这些都是能够使其增强生产产品之间的经营和企业与企业之间的竞争。所以，它本身所具有的相对于其他的优势就是本身发展的切点，它的特殊技术就能在一定程度上使现代化的在制造业方面的产品结构和装备发生变化。就拿现目前发展得很好的数控机床来说，这就能很明显的看出它在现代制造业中的重要性。1.5机电一体化中起主导作用的PLC其中有一种主要是以微型处理机为基础，还有就是在综合计算机的技术和自动化发展的过程中产生的一种可行单位工业控制器。可编程序控制器(ProgrammableController)简称PC，是对生产过程进行控制(顺序控制与闭环过程控制)及各类所需信息进行传送、处理的数字式电子装置。它具有很多的有点，就如有着非常简单明了的结构，而且编程十分的简便，最重要的是他具有良好的性能。它能够多功能的运用在许多的工业的生产过程中主要是自动控制系统方面，有治金机械工业，能源，化工等领域。目前国外生产PLC的厂家很多，主要有代表性的是：美国的A-B公司(AllenBradley)、GE公司、GM公司(GouldModiCon)；隶属于日本的三菱，德国的西门子产业，法国的Alstom,英国的PC建造。在国内也有许多著名的产业，比如清华大学，天津的自动化仪表所，电传所和科学院计算所等等。1.6国外发达国家机电一体化发展的方向和策略在竞争越来越激烈的工业化领域，机电一体化的发展必然是在整个制造业中占据着很重要单位地位，而且制造业是国家整体发展做重要的基础工业，所以可想而知现在机电一体化在发展过程的作用有好大，可以说每一个国家的工业都离不开。图1机电一体化1.6.1发展方向许多发展得较好的国家现在的机电一体化水平已经远超于其他国家了，一个顾家想要在这方面发展更好的话，想要本国的高科技技术迅速提升，那么智能和自动化的加工系统就是一个很好的发展方向。像日本这一个国家，他们的在研究高科技领域的问题芯片技术等方面进行研究。还有更先进的西欧的一些国家甚至将研究自动化的民用机器人作为主方向，还有就是设计计算机的辅助功能和工厂的全面自动化。时候，就将一些智能的东西比如传感器，计算机美国也将机器人、传感器、控制技术和CIM作为关键技术，进行深入研究。1.6.2政策优惠及保护策略因为机电一体化这一系统技术领域是属于密集型的高科技技术，所以在刚刚开始发展的过程中所得到的的汇报就很小但是投资却很多，所以这时候政府就给予了许多的优惠政策和支持，这无疑是对机电一体化发展的一个肯定，在其的今后的发展过程中起到的作用并不是一般，所以对提升高科技技术整个产业链的环节有了很大的作用。第2章机电一体化的应用现状这些年来，机电一体化在各个方面取得的成就非常的多，主要表现在下面各个方面。2.1计算机数控机床计算机数控机床是一种非常高技能的高效自动化机床，简称CNC，其主要组成部分就是专用的计算机或是有更为精准的电子计算机装备进行一定的控制。它是一种集优点为一身的令人很青睐的机电一体化产品，因为它整个的发展过程包括了计算机技术的运用，自动控制，经过精细仔细的测量，还有其他机械设计方面的成果。不得不说这一产品的运用必定给机电一体化的发展带来更好的前景，并且使机床发展迅速的必然趋势。不过数控机床的发展也并不是那么轻松的，它的发展主要经过了五代演变，由最初的电子管数控发展到后来的晶体管，集成电路，计算机数控再到如今的微型计算机数控。所以在整个国家的国民经济发展的过程中一盒重要的产品就是计算机数控机床。尤其表现在近10年的发展中，计算机技术领域的发展更是突飞猛进，在自动控制系中的计算机数控机床-机械加工中心（MC）发展得尤为迅速。图2机电一体化2.2工业机器人工业机器人的组成成分也会所比较复杂的，主要有五个部分，包括机械系统，驱动，控制，检测传感和人工智能。它是一种能够模仿人类行为的部分动作的自动化装备，在其系统内部安装一些控制系统，它就能够依据系统的要求进行相应的搬运，操作等工作，这是一种非常具有实践性的机电一体化产品。它能够使工作的效率提升，实现柔化自动化生产，一定程度上提高所有产品的质量，还有就是它能够代替人类在环境比较恶劣的地方进行工作，是其效率达到最大化。这一机器技术的发展，是因为具有使用的效果，能够扩大机电一体化运用的范围，从而得到更进一步的发展。2.3先进制造系统现阶段，先进的制造系统总的来说有三种形式，主要是柔性制造单元（FMC），制造系统（FMS）和柔性生产线。FMC主要是一种装置用于加工中心与自动交换工作，还有就是数控系统当中还增添了一些功能，比如自动检测，和工况监控等。其可以看作是之后组成制造系统的主要部分，不过也能单独的做成自动化加工设备。这些年它的发展速度是难以想象的。其后的制造系统是由许多环节组成的系统，如许多的制造单元，或许有3到20台的CNC机床数量，一些特殊装置，自动化储存仓库等。现在许多国家都拥有这样的制造习题女，并且还在以人们难以预料的速度在发展，不过这样的发展也带来了许多的经济效益和加工的稳定，据统计，没太机器的运用效率都达到了百分之70到90之间，相比之前提升了20左右。我国的第一台制造系统是由北京机床研究所和精密机床厂在1985年共同努力研究出来的，成为我国第一例成功的项目。2.4汽车的机电一体化能够自动的改善和控制汽车的性能，这是现在机电一体化发展中必要要重视的最中心的问题，如果这样做了，就能使汽车的许多功能都达到最大化，在汽车使用时能够让油量降低，从而减少空气中的污染物，增加行驶中的安全性和可靠性。另一方面在汽车的行驶过程中，有更多需要自动控制的环节，如发动机的及时点火，废气循环利用，从而减少环境的污染；汽车能够在行驶中自动的变化速度和控制污染物的排放，能够让汽车的行驶达到最大化；在设计环节增加了防止车轮滑动的控制，能够使汽车在下雨天或是路滑的地面也能安全的行驶；车内还包括有空调等舒适设备，以方便在行驶时的使用。改革开放的这些年来，尤其是许多发展很好的城市对汽车行业的研究也越来越深入，这就使得汽车的一体化有了很大的进展。图3机电一体化技术2.5智能控制系统人工智能和自动控制就构造出了只能控制这一功能，它的主要目的就是让计算机能够像人一样去做一些只能方面的东西。因为现在的科学技术发展得越来越迅速，所以许多的研究者就想要人工智能能够寻找出计算机能做出像人一样的活动，之后就找到了两条不同的途径，一种是仿学脑模型，就是不管在那一方面都仿造人脑来构造，另一种就是不需要将人脑的构造考虑到其中，直接通过一种启发性的程序植入到其中。在智能控制系统种，它又分为了好几种形式，比如多级递阶智能控制，专家控制，仿人智能，自己学习，学习控制，还有神经元网络系统的控制。这些年以来，在各个工程领域中，这种技术的运用越来越广泛，不管是机电设备，还是许多的工程建设中的智能化控制，都很大程度上使用了智能控制技术。第3章机电一体化的发展趋势因为国家发展中的科学技术和工业方面的发展非常迅速，所以学术界开始对机电一体化的发展进行了更深层次的研究。3.1计算机集成制造系统在当代的庞大的计算机信息领域中，产生了一种制造技术和系统，这就是人们所说的计算机集成制造系统，简称CIMS.它的基础是在计算机的程序上来实现的，它能够使企业在整个变动的市场环境下迅速适应，对于产品生产的整个环节，它都是参与其中的，预测产品到设计，生产，再到管理整个过程和售后服务，可以说这是一个采集，传递，设计制造信息的过程。在发展这项技术时，特别需要注意的就是人和机器的融合和一体化。因为在系统中它的地位是非常重要的，必须要控制整个的计算机，还有一些必备的硬件和软件。在软件环节，一定要大程度做到CAD和CAM和硬件的紧密结合。每一个工程的发展都一定要将最基本的技术放在首位，不能一开始就想要达到高层次的效果想要到自动化和数字化，不能好高骛远。这样就会达到机电一体化中的柔性，自动性和全局性。3.2智能制造技术在专家的研究下，使人类和机器有效率的结合在一起，使智能机器和人的智慧相结合达到人机一体化系统这就是专家们所说的智能制造系统，简称IMT，但是需要注意的事机器并没有取代人类。它具有很多的功能去进行相应的工作，比如自律，自组织，自我优化，还有自我修正等功能。许多欧美国家在这方面单位研究已经远远超出了我们的想象，似乎机电一体化的研究已经是一个全球性的热门话题。3.3精益生产方式和敏捷制造技术这种一切都以人类为中心点，一切都从简单明了出发，以达到完美无瑕地步的生产方式就是精益生产方式，简称LP。它包括四个部分，有雇员的介入，保持全面的生产力，生产的及时性和质量的全面管理。还有就是进行企业管理的组织构想，使产品开发的过程变得更有效率，在零散的产品中设计得更合理。不过因为有企业和集团的限制，所以他就具有不好的方面，在这之后就有了跨企业，地域，和全球的的制造技术，也就是敏捷制造技术，简称AM。这就会形成公司的不断变化在市场环境条件下。所以之后就有实现虚拟制造系统的最优化，能够在企业之间实施并行工程。3.4快速零件制造技术快速零件制造技术(RPM)是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。在加工中成型设备是无需专用夹具或工具的通用机器，而且加工过程中较少由人干预或无人干预，它由CAD软件设计零件的三维实体模型的数字模型，然后根据工艺要求，按一定厚度分层，完成从三维实体模型到三维平面的转变，进行加工处理，生成数控加工代码，再以平面加工方式生产每个深层要求，是集计算机技术、数控技术、激光技术、材料技术等先进技术于一体。是零件制造加工技术的前沿技术，是零件制造的一个新的发展方向。3.5面向21世纪的制造模式随着新世纪的到来，人们对制造模式有了新的认识。一次制造成功，采用成组技术和分组作业方式，按质、按量、按时完成，做到零废品、零库存、零设备故障、零环境污染，从以“技术”为中心向以“人”为中心转变，从“金字塔式多层次管理”向“网络式管理”、由顺序工作方式向并行工作方式、由固定组织加工向敏捷制造加工转变，特别是由质量第一向快速响应市场要求的转变。应用先进制造技术(AMT)投资项目的选择及经济评价，使21世纪制造模式成为机电一体化研究的新领域。结语机电一体化已经从单纯研究机械技术、微电子技术、信息技术、材料技术等发展成为一门有机融合各项技术的一个整体。机电一体化是一门应用性很强的技术学科，必将有力促进机电产品的创新和开发，在高科技和经济发展中起着重要作用。机电一体化发展趋势表明，机电一体的应用前景十分广泛。研究机电一体化，可望在以下方面取得成果。进行产品创新设计，推进产品设计的智能化、自动化和快速化，提高产品开发能力。开展机电一体化系统的设计，使机械设