机电一体化概论第1章.ppt
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1、机电一体化原理机电一体化原理第一篇第一篇 总论总论第二篇第二篇 机电一体化产品机电一体化产品第三篇第三篇 机电一体化(制造)系统机电一体化(制造)系统主要内容:主要内容:机电一体化技术的概念、发展过程和相关技术机电一体化技术的概念、发展过程和相关技术 机电一体化技术的机电一体化技术的应用对象应用对象:机电一体化产品:机电一体化产品 机电一体化机电一体化(制造制造)系统系统重点:重点:应用机电一体化技术的基本原则与思想方法应用机电一体化技术的基本原则与思想方法特点:特点:案例教学(案例教学(Case Study)目前,在书店能够买到的机电一体化方面的书籍大致可以分目前,在书店能够买到的机电一体化
2、方面的书籍大致可以分为两类:为两类:机电一体化系统设计机电一体化系统设计:主要介绍设计方法、机械和电子元器:主要介绍设计方法、机械和电子元器件及其选用方法。件及其选用方法。机电一体化技术机电一体化技术:主要介绍实现机电一体化技术经常应用的:主要介绍实现机电一体化技术经常应用的电子元器件或计算机类自动控制装置。电子元器件或计算机类自动控制装置。注意:实际上,机电一体化技术的关键是:注意:实际上,机电一体化技术的关键是:机械技术与电子技术的机械技术与电子技术的结合结合应该怎样实现?应该怎样实现?(机械技术与电子技术如何(机械技术与电子技术如何有机地结合有机地结合)?)?There had neve
3、r been any master plan on how the integration would be done.In the past,it had been done on a case-by-case basis.(Hunt V.Daniel,Mechatronics:Japans newest threat)目的:目的:建立概念建立概念什么是机电一体化;什么是机电一体化;开阔眼界开阔眼界机电一体化技术是怎样应用的;机电一体化技术是怎样应用的;掌握思想方法掌握思想方法机电一体化技术应该怎样应用。机电一体化技术应该怎样应用。考试方式:考试方式:1.写一篇写一篇针对机电一体化产品的针对
4、机电一体化产品的案例分析案例分析,内容是对某一机,内容是对某一机电一体化产品组成原理或实现方法的分析。电一体化产品组成原理或实现方法的分析。2.闭卷考试闭卷考试:判断题、填空题、分析题判断题、填空题、分析题第一篇第一篇 总总 论论第一章第一章 机电一体化技术的概念及相关技术机电一体化技术的概念及相关技术第一节第一节 机电一体化的概念机电一体化的概念 机电一体化是一门跨学科的新兴边缘学科。在二十世纪七十机电一体化是一门跨学科的新兴边缘学科。在二十世纪七十年代,日本人首先提出年代,日本人首先提出机电一体化机电一体化的概念。日本人通过他们所创的概念。日本人通过他们所创造的一个英语词汇造的一个英语词汇
5、 Mechatronics 来表达这一概念。来表达这一概念。Mechanics (机械学)(机械学)Electronics (电子学)(电子学)从这个组合词的构成来说,表达了从这个组合词的构成来说,表达了“机械电子学机械电子学”的意义。的意义。需要强调的是,需要强调的是,Mechatronics表达的是表达的是“机械技术与(微)电机械技术与(微)电子技术相结合子技术相结合”的概念,而不是机械与电气(控制)技术的结合。的概念,而不是机械与电气(控制)技术的结合。注意:注意:电气控制包括了电气控制包括了强电强电和和弱电弱电(微电子)两种控制。(微电子)两种控制。在二十世纪七十年代,在二十世纪七十年
6、代,计算机计算机技术从属于技术从属于电子技术电子技术,实际上实际上Mechatronics包括包括机械、电子机械、电子和和计算机技术计算机技术。由于日本人用日语汉字由于日本人用日语汉字機電一體機電一體化化来表示这个组合词,因此来表示这个组合词,因此在中文中常把这个组合词译为在中文中常把这个组合词译为机电一体化机电一体化(也称为(也称为机械电子工程机械电子工程)。注意:注意:从概念来说,从概念来说,机电机电 机电一体化机电一体化定义:定义:机电一体化是在机械的机电一体化是在机械的主功能主功能、动力功能、信息功能动力功能、信息功能和和控控制功能制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用上引进
7、微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件相关软件有机结合而成系统的总称。有机结合而成系统的总称。机械的机械的主功能主功能是指机械的是指机械的结构功能、承载功能、传动功能。结构功能、承载功能、传动功能。“Mechatronics”is a term coined by the Japanese to describe the integration of mechanical and electronic engineering.The concept may seem to be anything but new,since we can all look around us and se
8、e a myriad of products that utilize both mechanical and electronic disciplines.机电一体化技术机电一体化技术是一门新兴的综合性技术,它在技术上并没是一门新兴的综合性技术,它在技术上并没有什么有什么新发明新发明或或新发现新发现,而主要地是把,而主要地是把机械、电子、计算机机械、电子、计算机等有等有关技术综合应用。因此,机电一体化是一门关技术综合应用。因此,机电一体化是一门跨学科跨学科的边缘学科,的边缘学科,是在是在系统论、控制论和信息论系统论、控制论和信息论基础上建立起来的应用学科。基础上建立起来的应用学科。系统理论系
9、统理论(包括(包括系统论、信息论和控制论系统论、信息论和控制论)是第二次世界大)是第二次世界大战后崛起的新兴科学技术。其中:战后崛起的新兴科学技术。其中:系统论系统论的研究目标是要确立适用于系统的一般原则,找出适的研究目标是要确立适用于系统的一般原则,找出适用于一切综合系统或子系统的模式、原则和规律。用于一切综合系统或子系统的模式、原则和规律。信息论信息论用来研究存在于通讯系统和控制系统中普遍存在着的用来研究存在于通讯系统和控制系统中普遍存在着的信息传递的共同规律,以及如何提高各信息传递系统的有效性和信息传递的共同规律,以及如何提高各信息传递系统的有效性和可靠性,并且信息论是控制论的基础。可靠
10、性,并且信息论是控制论的基础。控制论控制论则主要考察控制和通讯的规律。则主要考察控制和通讯的规律。关于机电一体化技术可以从以下几个方面去理解:关于机电一体化技术可以从以下几个方面去理解:1 1机电一体化技术从机电一体化技术从硬件硬件上是由机械装置、电子装置、计上是由机械装置、电子装置、计算机等组合而成。算机等组合而成。2 2为获得最佳的技术效果,应从为获得最佳的技术效果,应从系统系统的观点出发,把机械的观点出发,把机械部分和电子、计算机部分融合在一起,通盘考虑。部分和电子、计算机部分融合在一起,通盘考虑。3 3通过采用电子技术和计算机技术,易于实现对设备或系通过采用电子技术和计算机技术,易于实
11、现对设备或系统的统的控制控制和和管理管理。4 4信息信息是实现控制和管理的基础。因此,信息在机电一体是实现控制和管理的基础。因此,信息在机电一体化技术应用的过程中具有非常重要的地位。化技术应用的过程中具有非常重要的地位。第二节第二节 机电一体化技术的应用对象机电一体化技术的应用对象 目前,机电一体化技术应用较为广泛,应用形式多种多样。归目前,机电一体化技术应用较为广泛,应用形式多种多样。归纳起来,机电一体化技术的纳起来,机电一体化技术的应用对象应用对象主要为主要为机电一体化产品机电一体化产品和和机机电一体化(制造)系统。电一体化(制造)系统。一、机电一体化产品一、机电一体化产品 机电一体化产品
12、机电一体化产品是指采用机械装置、电子装置或计算机等组是指采用机械装置、电子装置或计算机等组合而成的产品,其主要目的是合而成的产品,其主要目的是提高产品性能、增加产品的功能、提高产品性能、增加产品的功能、减小产品的外形尺寸。减小产品的外形尺寸。典型的机电一体化产品有典型的机电一体化产品有数控机床、机器人、电子化的照相数控机床、机器人、电子化的照相机、电子手表、电子化的洗衣机、变频式空调、微电脑控制的电机、电子手表、电子化的洗衣机、变频式空调、微电脑控制的电冰箱、摄像机、录像机、按键式电话机、传真机、复印机、磁盘冰箱、摄像机、录像机、按键式电话机、传真机、复印机、磁盘驱动器、打印机、绘图机等。驱动
13、器、打印机、绘图机等。由以上列举的机电一体化产品可以由以上列举的机电一体化产品可以看出,许多家用电器和办公设备都属于机电一体化产品。看出,许多家用电器和办公设备都属于机电一体化产品。二、机电一体化(制造)系统二、机电一体化(制造)系统 机机电电一一体体化化(制制造造)系系统统是是由由机机械械设设备备、电电子子设设备备或或计计算算机机等组成的等组成的制造系统制造系统,用来用来高效、优质、低耗地生产产品。高效、优质、低耗地生产产品。典型的机电一体化系统主要用于机械制造行业,例如:典型的机电一体化系统主要用于机械制造行业,例如:计算机辅助设计与辅助制造计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)系统系
14、统 Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing 柔性制造系统柔性制造系统(FMS)Flexible Manufacturing System 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)Computer Integrated Manufacturing System 尽管我们把机电一体化技术的应用划分为机电一体化产品和尽管我们把机电一体化技术的应用划分为机电一体化产品和机电一体化(制造)系统,但用系统论的观点来看,它们都属于机电一体化(制造)系统,但用系统论的观点来看,它们都属于完整的独立系统完整的独立系统,在思想方法和技术运用方面
15、存在许多共性。,在思想方法和技术运用方面存在许多共性。第三节第三节 机电一体化技术的相关技术机电一体化技术的相关技术 机电一体化技术是由机电一体化技术是由多种学科综合交叉多种学科综合交叉而形成的新兴技术。而形成的新兴技术。在其应用过程中,涉及到多种技术。在其应用过程中,涉及到多种技术。一、机械技术一、机械技术 机械技术是机电一体化技术发展的基础。机械技术是机电一体化技术发展的基础。在机电一体化产品中,在机电一体化产品中,机械技术机械技术在产品在产品的结构、强度、刚度、的结构、强度、刚度、运动、传动、重量和体积运动、传动、重量和体积等方面等方面影响极大。影响极大。因此,因此,机械技术必须机械技术
16、必须适应机电一体化产品的特点适应机电一体化产品的特点,并利用其它高、新技术来更新概念,并利用其它高、新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上的变更,满足机电一体化产品在实现结构上、材料上、性能上的变更,满足机电一体化产品在减减少重量、缩小体积、提高精度、改善性能少重量、缩小体积、提高精度、改善性能等方面的要求。等方面的要求。在制造技术方面,传统的机械制造理论与工艺技术借助于在制造技术方面,传统的机械制造理论与工艺技术借助于计计算机辅助技术,算机辅助技术,形成了新一代的机械制造系统,在形成了新一代的机械制造系统,在提高生产效率、提高生产效率、缩短加工周期、降低产品成本、提高产品精度和改善产品
17、性能缩短加工周期、降低产品成本、提高产品精度和改善产品性能等等方面取得了明显的效果,并把这一新的制造系统和思想推广到其方面取得了明显的效果,并把这一新的制造系统和思想推广到其它制造行业。它制造行业。二、检测技术二、检测技术 在机电一体化技术中,在机电一体化技术中,检测技术检测技术的作用相当于人的的作用相当于人的感受器官感受器官。检测技术通过传感器将被测量(各种物理量、化学量和生物检测技术通过传感器将被测量(各种物理量、化学量和生物量等)变换成与被测量有确定对应关系的有用电信号,输送到系量等)变换成与被测量有确定对应关系的有用电信号,输送到系统的信息处理部分,为系统的统的信息处理部分,为系统的自
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