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机电一体化产品设计
1.4 共性关键技术
n 1 检测传感技术 n 2 信息处理技术 n 3 自动控制技术 n 4 伺服驱动技术 n 5 机械技术 n 6 系统总体技术
PPT文档演模板机电一体化产品设计来自•1.4 共性关键技术
1、检测传感技术
研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送 器） 作用：感受器官、反馈环节。 要求：能快速、精确地获得信息并在相应的 应用环境中具有高可靠性。
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2020/11/18
机电一体化产品设计
第一章 概论
n 1.1 机电一体化基本概念 n 1.2 机电一体化发展概况 n 1.3 机电一体化系统的构成 n 1.4 机电一体化共性关键技术 n 1.5 机电一体化系统设计 n 1.6 机电一体化对机械工业的影响 n 1.7 机电一体化的发展
机电一体化产品设计
1.7 机电一体化的发展趋势
n 1 智能化
n
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个
重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的
研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化
就是重要应用。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、
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机电一体化产品设计
•1.7 机电一体化的发展趋势
n 4 微型化
n 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，并向微米、纳米级发展。微
机电一体化产品体积小 、耗能少、运动灵
n 机电一体化中包含的关键技术在第四节 中详细介绍。
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数 控 铣 床
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•数控车床
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•焊接机器人
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n 汽车防抱死系统(ABS)
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1.2 发展概况
生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人
类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决
策等能力，以求得到更高的控制目标。
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•1.7 机电一体化的发展趋势
2 模块化
n 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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分 复杂但又是非常重要的事。这需要制定各项标准， 以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突， 近期很难制定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 是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产 机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化 企业带来美好的前程。
n 再如传统的电焊机以电磁原理和手工操作为基础，即使 是一般的自动电焊机，其动作过程也仅为简单的机械动作 和相应的控制。这类电焊机耗能多、效率低、质量不易保 证。采用微型机技术后，发展新颖的电子控制电源以取代 传统的焊接电源，实现焊接电源的节能、高效、小型化、 多样化。
•5 操作改善
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机电一体化产品设计
•1.6 机电一体化对机械工业的影响
n 4 节约能源
n 例如目前我国各类电风扇年产量在200万台左右，如 每台电扇的调速器和定时器(现常用电磁机械式)用电子调 速器和定时器代替，估计每台风扇可节电5W以上，全年 以用扇100天，每天开扇6h计，则每年可节约用电量 600万kW·h，还可节省大批铜材和钢材。
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机电一体化产品设计
1.1 基本概念
n 机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技 术 、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统 工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最 佳化的一门新科学技术。
n 机电一体化不是机械 与电子简单的叠加，而 是在信息论、控制论和 系统论的基础上建立起 来的应用技术
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•1.5 机电一体化系统设计
一、市场调研
n 市场调研包括市场调查和市场预测。所谓 市场调查就是运用科学的方法，系统地、全面 地收集所设计产品市场需求和经销方面的情况 和资料，分析研究产品在供需双方之间进行转 移的状况和趋势，而市场预测就是在市场调查 的基础上，运用科学方法和手段，根据历史资 料和现状，通过定性的经验分析或定量的科学 计算，对市场未来的不确定因素和条件做出预 计、测算和判断，为产品的方案设计提供依据。
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•1.7 机电一体化的发展趋势
3网络化
n 20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网 络技术。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。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方 向发展。
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•1.4 共性关键技术
•4、伺服驱动技术 研究对象：执行元件及其驱动装置
执行元件种类：电动、液压、气压
驱动装置：各种电动机的驱动电源电路 5、机械技术
实现机电一体化产品的主功能和构造功能， 影响系统的结构、重量、体积、刚性、可靠 性等。
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•1.4 共性关键技术
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•1.5 机电一体化系统设计
二、总体方案设计
n 1．产品方案构思 n 产品方案构思完成后，以方案图的形式将设计方
案表达出来。方案图应尽可能简洁明了，反映机 电一体化系统各组成部分的相互关系，同时应便 于后面的修改。
n 2．方案的评价对多种构思和多种方案进行筛选， 选择较好的可行方案进行分析组合和评价，从中
n 6、系统总体技术 n 系统总体技术是一种从整体目标出发，用
系统工程的观点和方法，将系统各个功能模 块有机的结合起来，以实现整体最优。其重 要内容为接口技术。接口包括电气接口、机 械接口、人机接口
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1.5 机电一体化系统设计
n 一、市场调研 n 二、总体方案设计 n 三、详细设计 n 四、样机试制与试验 n 五、小批量生产 n 六、大批量生产
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1.3 机电一体化系统的构成
•CNC
•位置, 速度反
馈
•电 机
•位置,速度 检测单元
•机械 •部件
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•数控机床伺服系统组 成
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1.3 机电一体化系统的构成
•控制 •电子控制单元 •信息
•执行器 •能 量 •动力源
•参数变 •化信息
•检测传 •感部分
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•1.4 共性关键技术
2、信息处理技术 主要完成信息的交换、存取、运算、判断 和决策等.其主要工具是计算机。
传
A
感器 /
3、控制技D术
计 算机
D 执行 /A 装置
关于软件方面的技术，主要以控制理论为
指导，对控制系统设计、仿真、现场调试、可
靠运行等。
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品设计和制造中存在的各种问题后，即可投入大
批量生产。
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1.6 机电一体化对机械工业的影响
n 1 提高性能、扩展功能
今日的数控机床充分发挥计算机的威力，运用 时间序列分析和精度创成等理论建立数学模型。 已有可能实时预报包括随机误差在内的机床误 差，然后自动校正，从而达到前所未有的精度。 采用对阻尼进行预报，一旦接近临界值时就自动 调整切削用量，这又可能出现永不颤振的机床， 保证很高的生产率和良好的加工表面。
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•1.5 机电一体化系统设计
n 五、小批量生产
n
产品的小批量生产阶段实际上是产品的试生
产试销售阶段。这一阶段的主要任务是跟踪调查
产品在市场上的情况，收集用户意见，发现产品
在设计和制造方面存在的问题，并反馈给设计、
制造和质量控制部门。
n 六、大批量生产
n
经过小批量试生产和试销售的考核，排除产
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•电子学 •机
械 学
•机电 一体化
•信息科学
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•1.1 基本概念
n 机电一体化一般包含机电一体化产品 (系统)和机电一体化技术两层含义。
n 典型的机电一体化产品(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。
①mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世 纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；
②机电一体化技术和产品得到了极大发展；
③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支
持。
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机电一体化产品设计
•1.2 发展概况
n 3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段”
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机电一体化产品设计
•1.5 机电一体化系统设计
四、样机试制与试验
n 完成产品的详细设计后，即可进入样机试制与 试验阶段。根据制造的成本和性能试验的要求， 一般制造几台样机供试验使用。样机的试验分为 实验室试验和实际工况试验，通过试验考核样机 的各种性能指标是否满足设计要求，考核样机的 可靠性。如果样机的性能指标和可靠性不满足设 计要求，则要修改设计，重新制造样机，重新试 验。如果样机的性能指标和可靠性满足设计要求， 则进入产品的小批量生产阶段。