论制造业的一枝独秀机电一体化.docx
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论制造业的一枝独秀机电一体化
电子科技大学
毕业设计（论文）
论文题目：
论制造业的一枝独秀——机电一体化
学习中心（或办学单位）：
电子科技大学重庆学习中心
指导老师：
樊磊职称：
讲师
学生姓名：
周亚学号:
v07642942152
专业：
机械设计制造及自动化
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
2009年5月1日
电子科技大学
毕业设计（论文）任务书
题目：
论制造业的一枝独秀——机电一体化
任务与要求：
第一：
找资料，第二步：
整理资料，第三：
设计论文，第四：
排版
第五：
把排版好的论文上交给指导老师
时间：
2009年2月8日至2009年5月10日共13周
学习中心（或办学单位）：
电子科技大学重庆学习中心
学生姓名：
周亚学号：
v07642942152
专业：
机械设计制造及自动化
指导单位或教研室：
电子科技大学重庆学习中心
指导教师：
樊磊职称：
讲师
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
2009年3月20日
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
2月8日至3月2日
查找资料确定论文研究方向
良好
3月2日至3月4日
确定论文题目
良好
3月4日至4月15日
收集资料
良好
4月16日至4月24日
整理所收集的资料并完成初稿
良好
4月25日至5月10日
对初稿进行整理并完成排版
良好
教师对进度计划实施情况总评
签名
年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
电子科技大学毕业设计（论文）中期检查记录表
学生填写
毕业设计（论文）题目:
论制造业的一枝独秀—机电一体化
学生姓名:
周亚
学号：
V07642942152
专业：
机械设计制造及自动化
层次:
专升本
教学中心名称:
电子科技大学网络教育重庆学习中心
指导教师姓名及职称:
樊磊老师
教师指导毕业设计（论文）时间及地点:
电子科技大学网络教育重庆学习中心
检查
教师填写
毕业设计（论文）题目工作量
饱满
一般
不够
毕业设计（论文）题目难度
大
适中
不够
毕业设计（论文）题目涉及知识点
丰富
比较丰富
较少
毕业设计（论文）题目价值
很有价值
一般
价值不大
学生是否按计划进度独立完成工作任务
学生毕业设计（论文）工作进度填写情况
学生出勤情况及出勤的考核办法
学生与指导教师见面接受指导次数
学生工作态度
认真
一般
较差
教师毕业设计（论文）指导日志是否齐全
其他检查内容：
存在问题及采取措施:
检查教师签字:
年月日
教学中心意见:
学院审核意见（加盖公章）:
年月日
摘要
机电一体化的发展趋势是随着当代科学技术的突飞猛进而不断发展完善的，传统的产品隶属行业界线已被打破，不同设计构思、结构新颖的新产品层出不穷、日新月异，微电子、信息、激光等新技术加紧向机械行业渗透，自动控制和计算机技术迅速在机械产品和生产过程中得到推广应用。
本文结合我国“机电一体化”现状，主要分析和综述了机电一体化系统的组成和具体内容，以及出现在机电一体化中的高新技术及机械技术、计算机信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术以及伺服传技术的基本原理、特点以及应用现状等。
分析了机电一体化的发展历程，从光电一体化、自律分配系统、全息系统化和“生物——软件”仿生物系统化四个方面分析了机电一体化的未来发展趋势，以及我国发展机电一体化的对策，提出了机电一体化应该加强统筹安排、协调发展计划、强化行业管理、优化发展环境、突出发展重点以及向智能化不断迈进的必然趋势。
机电一体化是现代科学技术发展的必然趋势和结果。
关键词机电一体自动控制 传感 驱动 拖动
Abstract
Mechanicalandelectricalintegrationwiththedevelopmenttrendoftherapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,thetraditionallineofproductsundertheindustryhasbeenbroken,differentdesign,thestructureofinnovativenewproductsandstyles,witheachpassingday.Microelectronics,information,laserandothernewtechnologiestothemachineryindustrytostepupinfiltration.Automationandcomputertechnologyrapidlyinmechanicalproductsandpromotetheuseoftheproductionprocess.Combinationof"mechatronics,"thestatusquo.Thispaperanalyzesandsummarizesthecompositionanditssystemintegrationinthehigh-techmechanicalandelectricalmechanicaltechnology;ComputerInformationTechnology;systemtechnology;automationtechnology;sensingdetectiontechnologyandservotechnology,thebasicprinciplesofmass,characteristicsandapplicationsuchasthestatusquo.Analysisofmechanicalandelectricalintegrationofthedevelopmentprocess,aswellaspassonthemechanicalandelectricalintegrationofourapproach,theIntelligentMechatronicsforwardtothetrend.Mechanical-electricalintegrationofmodernscienceandtechnologyistheinevitabletrendofdevelopmentandresults.
KEYWORDElectricalandintegratedsensor-drivenautomationdrag
目录
第一章绪言1
第二章机电一体化系统组成2
第一节机械本体2
第二节检测传感部份2
第三节电子控制单元2
第四节执行器和动力源2
第三章 机电一体化技术的具体内容3
第一节机械技术3
第二节计算机与信息技术3
第三节系统技术3
第四节自动控制技术3
第五节传感检测技术4
第六节伺服传动技术4
第四章机电一体化的发展历程及趋势5
第一节机电一体化的发展历程5
第二节机电一体化的发展趋势5
第五章我国发展机电一体化的对策7
第一节加强统筹安排，协调发展计划7
第二节强化行业管理，发挥“协会”作用7
第三节优化发展环境，增大支持力度7
第四节突出发展重点，兼顾“两个层次”8
结束语9
谢辞10
参考文献11
第一章绪言
人类进入了一个新的世纪──21世纪。
回顾过去的20世纪，人类的经济和科学技术发展成果超过了过去所有世纪的总和。
传统的学科正在脱胎换骨，新的学科不断问世，技术的融合程度比任何一次技术革命都高。
机电一体化技术产生于这一背景之下，自然符合科技发展的规律，也是机械学科发展的必然结果。
它使古老的机械工业焕发青春，也对社会的发展产生着极为深刻的影响。
机电一体化（Mechatronics）一词最早（20世纪70年代初）起源于日本。
它取英语Mechanics（机械学）的前半部和Electronics（电子学）的后半部拼合而成，字面上表示机械学与电子学两个学科的综合，我国通常称为机电一体化或机械电子学。
但是，“机电一体化”并非是机械技术与电子技术的简单叠加，而是有着自身体系的新型学科。
目前，人们对“机电一体化”存在着各种不同的认识，随着生产和科学技术的发展“机电一体化”本身的涵义也还在被赋予新的内容。
因此，“机电一体化”这一术语尚无统一的定义，不过其基本概念和涵义可概括为：
机电一体化是在大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高度发展，向传统机械工业领域迅速渗透，机械电子技术深度结合的现代工业基础上，综合应用机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号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结构目标，合理配置布局机械本体、执行机构、动力驱动单元、传感测试元件、控制元件、微电子信息接收、分析、加工、处理、生产、传输单元和线路以及衔接接口文件等硬件元素，并使之在软件程序和微电子电路逻辑的有目的的信息流向导引。
第二章机电一体化系统组成
第一节机械本体
机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。
与纯粹的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强，这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。
第二节检测传感部份
检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。
第三节电子控制单元
电子控制单元又称ECU（ElectricalControlUnit），是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。
第四节执行器和动力源
执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。
执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。
动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。
提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。
第三章 机电一体化技术的具体内容
第一节机械技术
机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，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，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。
在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术；机电一体化技术的基本概念是指将机械学、电子学、信息处理和控制及专用软件等当代各种新技术进行综合集成的一种群体技术。
机电一体化系统主要有五个组成部分:
动力、机构、执行器、计算机和传感器,组成一个功能完善的柔性自动化系统,其中计算机、传感器和计算机软件是机电一体化技术的重要组成要素。
机电一体化系统具有结构简单、功能多、效率高、精度高、能耗低的特点。
第二节计算机与信息技术
其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
第三节系统技术
系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
第四节自动控制技术
其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
第五节传感检测技术
传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。
其功能越强，系统的自动化程序就越高。
现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。
第六节伺服传动技术
包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
它们应用广泛，种类繁多。
性能各异，分类方法也很多。
电机常用的分类方法主要有两种：
一种是按功能用途分，可分为发电机、电动机、压器和控制电机四大类。
电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%～70%。
另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类，可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类。
交流电机又分为同步电机和异步电机。
在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。
拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。
由于电力拖动具有控制简单、调节性能好、耗损小、经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。
第四章机电一体化的发展历程及趋势
自电子技术一问世，电子技术与机械技术的结合就开始了，只是出现了半导体集成电路，尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后，“机电一体化”技术之后有了明显进展，引起了人们的广泛注意。
第一节机电一体化的发展历程
（一）数控机床的问世，写下了“机电一体化”历史的第一页；
（二）微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机；
（三）可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础；
（四）激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶；
（五）种扩展频谱系统。
这就是直接序列/跳频（DS/FH）扩展频谱系统。
第二节机电一体化的发展趋势
一、光电一体化
一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。
因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统。
光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。
二、自律分配系统化
自律分配系统化——柔性化，未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。
在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。
其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。
这样，既明显地增加了系统的适应能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
三、全息系统化
全息系统化——智能化。
今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。
这主要收益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。
除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。
四、“生物一软件”仿生物系统化
“生物一软件”化—仿生物系统化。
今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。
这有点类似于活的生物：
当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。
仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。
这一研究领域称为“生物——软件”或“生物——系统”，而生物的特点是硬件（肌体）——软件（大脑）一体，不可分割。
看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。
五、微型机电化——微型化
目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。
届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。
这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。
六、微型机电化
微型机电化——微型化。
目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。
届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。
这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。
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、CAD/CAM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。
一体化产品至少有以下三个优点：
（一）原有的机构产品中增加信息处理装置及相应软件，来替代原有产品的部分机械控制机构，不仅提高了自动化程度,而且能大大提高产品质量，同时也降低了生产成本,提高经济效益。
（二）以机电一体化技术为主的新型产品，与原机械产品相比，不仅结构简单,而且功能更加丰富,精度也得到提高。
（三）将电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来,形成综合性优势,可开发出具有多种功能、智能化的高新技术产品。
第五章我国发展机电一体化的对策
第一节加强统筹安排，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!
第二节强化行业管理，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项目的发标、招标工作。
第三节优化发展环境，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、应用项目优先立项、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。
第四节突出发展重点，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。
结束语
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。
在广泛收集资料，大量阅读有关文献的基础上，总结前人的成就，分析前人的观点，找出以往研究的薄弱之处，提出自己的见解，也可对某些理论原理的应用进行更深层的研究和探讨。
不积跬步何以至千里，不积小流无以成江海；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。
在此向学院机电系的全体老师表示由衷的谢意。
谢辞
不知不觉中四年的大学生活即将结束，这其中有很多的美好回忆，所以有很多的不舍。
所以在这份大学的最后答卷里我们要感谢的很多人，首先要感谢我的学校，感谢在这四年中交给我的做人道理，让我从一个懵懂得高中生变成一个成熟的青年。
还要感谢我的论文指导老师卢敏老师，在她的指导下我完成了论文同时她也教会了我很多其他的东西，从心里感谢她。
还要感谢的是我们辅导员安艳老师，她从大一把我们迎进来，到现在把我们送走，在四年来一直照顾我们的学习和生活，所以在这里也一定要特别感谢她。
最后在要感谢的就是我的父母、同学、朋友，对于他们我更是有千言万语，还是汇聚一句话感谢你们伴随着我。
现在即将挥别我的学校、老师、同学还有我四年的大学生活，虽然依依不舍，但是还是对前面的路充满信心，只想说感谢我的学校和老师，有你们的教诲伴随我，我会更好的成长的！
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。
参考文献
[1]梁静，数控机床设计手册[M]，机械工业出版社，2003.10：
134-140.
[2]师汉民、湛刚、吴雅，机械振动系统一分析·测试·建模·对策（下册）
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