2022年机电一体化大学方案范例 .pdf

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1、机电一体化毕业论文书毕业设计题目：机电一体化现状与趋势专业：班级：姓名：指导教师：完成日期：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 12 页目录引言1 第 1 章机电一体化概述2 1.1 机电一体化的核心技术21.2 机电一体化技术的主要应用领域2第2 章机电一体化技术在钢铁企业中应用42.1 智能化控制技术(IC) 42.2 分布式控制系统(DCS42.3 开放式控制系统(OCS)4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 12 页2.4 计算机集成制造系统(C

2、IMS 4 2.5 现场总线技术 (FBT) 4 2.6 .交流传动技术4 第 3 章我国发展“机电一体化”面临的形势、任务和对策5 3.1 我国“机电一体化”工作面临的形势53.2 我国“机电一体化”工作的任务53.3 我国发展“机电一体化”的对策5第 4 章 机电一体化的发展趋势7 4.1 智能化7 4.2 模块化74.3 网络化74.4 微型化74.5 环保化84.6 系统化8参考文献9 致谢10 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 12 页第 1 章 机电一体化概述机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能

3、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已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，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、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，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

4、方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。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系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。1.1 机电一体化的核心技术机

5、电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。(一)机械本体技术机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主 ,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性 ,减少能量消耗 ,提高效率。(二)传感技术传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器

6、来说 ,目前主要发展非接触型检测技术。(三)信息处理技术机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机 )的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度 ,并解决抗干扰及标准化问题。(四)驱动技术电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器 -电机三位一体的伺服驱动单元。(五)接口技术精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 12

7、 页为了与计算机进行通信 ,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前 ,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。(六)软件技术软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率 ,要逐步推行软件标准化 ,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。1.2机电一体化技术的主要应用领域(一)数控机床1、数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展 ,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高 ,具体表现在 :1、总线式、

8、模块化、紧凑型的结构,即采用多 C PU、多主总线的体系结构。2、开放性设计 ,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。3、W O P 技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真 ,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能 ,同时也加强了C N C 系统的控制功能。5、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。6、系统的多级网络功能 ,加强了系统组合及

9、构成复杂加工系统的能力。7、以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。(二)计算机集成制造系统 (CIMS) C IM S 的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线 ,以制造为基干来控制 “ 物流” 和“ 信息流 ”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。(三)柔性制造系统 (FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机

10、地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。(四)工业机器人第 1 代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性。第2 代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析 ,做出一定的判断 ,对动作进行反馈控制 ,表现出低级智能 ,已开始走向实用化。第3 代机器人即智能机器人 ,具有多种感知功能 ,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动 ,与第 5 代计算机关系密切。精选学习资料 - - - - - -

11、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 12 页第 2 章机电一体化技术在钢铁企业中应用在钢铁企业中，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。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：2.1 智能化控制技术(IC) 由于钢铁工业具有大型化、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钢铁企业的

12、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。2.2 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。DCS 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

13、靠性高等特点。DCS 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。2.3 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

14、场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。2.4 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。目前钢铁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，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁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、管理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

15、- -第 6 页，共 12 页整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20 世纪 80 年代已广泛实现CIMS 化。2.5 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 4 20mA， DC 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一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致 DCS 的

16、变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。2.6 交流传动技术传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。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。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一

17、出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。参考文献1 杨自厚人工智能技术及其在钢铁工业中的应用J冶金自动化，1994（5）2 唐立新 .钢铁工业CIMS 特点和体系结构的研究J冶金自动化，1996（4）3 唐怀斌工业控制的进展与趋势 J自动化与仪器仪表，1996（4）4 王俊普智能控制 M 合肥：中国科学技术大学出版社，1996 5 林行辛钢铁工业自动化的进展与展望J河北冶金，1998（1）6 殷际英光机电一体化实用技术M 北京：化学工业出版社，2003 7 芮延年机电一体化系统设计M 北京：机械工业出版社，2004第 3 章 我国发展“机电一体化”面临的形势、任务和对策精选学习资料 - - - -

18、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 12 页机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其目的是节能、节材，提高工效，提高产品质量，把传统工业的技术进步提高一步；二是开发自动化、数字化、智能化机电产品，促进产品的更新换代。3.1 我国“机电一体化”工作面临的形势我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多

19、门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能

20、满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。3.2 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。3.3 我国发展“机电一体化”的对策3.3.1 加强统筹安排，协调发展计划目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于受各自立

21、足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益，各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的问题，同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车! 3.3.2 强化行业管理，发挥“协会”作用目前，我国“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难哆的。因此，我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会

22、的建设，赋予其行业管理职能。“协会”要进一步扩大领导机构理事会的代表层面和复盖面，要精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 12 页加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制；指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关工程的发标、招标工作3.3.3 优化发展环境、增大支持力度优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电

23、一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、应用工程优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。3.3.4 突出发展重点，兼顾“两个层次”机电一体化产业复盖面非常广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍，有所为，有所不为。要注意抓

24、两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机 )装置，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品起码正做到机电一体化。第 4 章 机电一体化的发展趋势机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：4.1智能化智能化是21 世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在

25、机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“ 智能化 ” 是对机器行为的描述，是在控制理论 的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学 、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。4.2 模块化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 12

26、页模块化是一项重要而艰巨的工程。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、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突，近期很难制定出国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大 企业 逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电

27、一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业，模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。4.3 网络化20 世纪 90 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 等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。现场总线和局域网技术的应用 使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种

28、家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统 (computer integrated appliance system，CIAS) ，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。4.4微型化微型化兴起于20 世纪 80 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（ MEMS ），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微M、纳 M 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、信息等方面具有无可比拟的优势。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

29、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。4.5环保化工业的发达给人们生活带来巨大变化。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，具有远大的发展前景。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。4.6 系统化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

30、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RS232 外，还有RS485 等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 12 页重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。结语机电一体化的发展历程

31、见证了人类走向了高科技的时代，机电一体化化的发展趋势见证了人类对于高智能化的向往。机电一体化不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。在走向高智能化的时代步伐下，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。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高钟毓机电控制工程北京：清华大学出版社，2002精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 12 页致谢本论文在各位老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少资料，才使我的毕业论文工作顺利完成。在此向学院的全体老师表示由衷的谢意。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 12 页