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机电一体化技术

机电一体化技术

分类: 电子工程
属性: 技术
最后修改时间: 2017年08月30日
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机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展,成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术,目前正向光机电一体化技术(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)方向发展,应用范围愈来愈广泛。

历史发展

日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念,当时他们取名为“Mechatronics”,即结合应用机械技术和电子技术于一体。

随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展,成为一门综合计算机与信息技术自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术,正向光机电一体化技术(Opto-mechatronics)、微机电一体化方向发展,应用范围愈来愈广。

学科来源

机电一体化在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的,它是将英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分结合在一起构成的一个新词,意思是机械技术和电子技术的有机结合。这一名称已经得到包括我国在内的世界各国的承认,我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术,机电一体化技术又称为机械电子技术,是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合,是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面:光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品,具有很高功能和附加值;光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现,使用和发展的技术。

光机电一体化技术是由光学,光电子学,电子信息和机械制造及其他相关技术交叉与融合构成的综合性高新技术是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它丰富和拓宽了光机电一体化技术的内涵和外延。

开设院校

开设机电一体化专业的相关知名院校:东南大学,山东大学,南阳职业学院(两年制),北京工业大学,武汉理工大学,中南大学,北京邮电大学,浙江工业大学,合肥工业大学,南阳理工学院,南京工业职业技术学院,无锡商业职业技术学院。

学术概念

机电一体化技术是在以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展向机械工业领域迅猛渗透并与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上,综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术,从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础,对各组成要素及其间的信息处理,接口耦合,运动传递,物质运动,能量变换进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质的和能量的有规则运动,在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

学科要素

五大组成要素:一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。

机械本体(结构组成要素)是系统的所有功能要素的机械支持结构,一般包括有机身、框架、支撑、联接等。

动力驱动部分(动力组成要素)依据系统控制要求,为系统提供能量和动力以使系统正常运行。

测试传感部分(感知组成要素)对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测,并变成可识别的信号,传输给信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。

控制及信息处理部分(职能组成要素)将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后,按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的的运行。

执行机构(运动组成要素)根据控制及信息处理部分发出的指令,完成规定的动作和功能。

学科原则

机电一体化四大原则:构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。

两个需要进行信息交换和传递的环节之间,由于信息模式不同(数字量与模拟量,串行码与并行码,连续脉冲与序列脉冲等)无法直接传递和交换,必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间,也必须通过接口耦合后,才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递,必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行,因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能,使信息按规定的模式进行交换与传递。

运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间,不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。

在系统中,所谓智能组成要素的系统控制单元,在软、硬件的保证下,完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策,以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。

两个需要进行传输和交换的环节之间,由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流,必须进行能量的转换,能量的转换包括执行器,驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。

发展阶段

模型阶段

模型阶段,所有的系统组件都能够被最优化

在仿真计算的帮助下,可以测试和分析这些组件的适用性;监测响应频率

对模型进行分析。此外,还能够生成一个物理/拓扑系统模型,包括机械、液压和控制导向组件。有必要有一个模型工具,这个工具支持机电一体化系统的物理模型,即当有实物和节点时,这些模型能够以1:1来测试,并且原型设计研究阶段可以在严酷的实时条件下进行。

测试阶段

在系统运行完模型阶段之后,所产生的具体的性能数据可以通过试验台验证。这样就可以测试和检验该系统有关参数波动的鲁棒性,功率储备及连续运行的特征。这样做的话,用户可以进行测试或者使用CAMeL-ViewTestRig进行硬件在回路(的测试)。要进行硬件在回路测试,相关装置的物理特性需要详细确认,这些装置必须是建立在测试平台的基础之上。识别经过测试平台上测试过的组件,容许这些组件在模型中被识别,并确保整个以系统为基础的仿真分析布局。

原型阶段

成功的测试之后,就会建立一个原型。这里要特别关注的是模型特性,这些特性特指通过特别费力的仿真所决定的特性,比如组件损耗(性能)。这些数据结果,为模型基础性分析提供服务,同时为进一步研发提供知识基础。

学科内容

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。

计算机类

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。

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。

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。

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护。

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。

职业领域

可设置的专业方向:机械电子技术、机械制造与计算机控制、机器人应用、机电设备及自动化、数控机床使用和维修、数控设备管理和维护。

从业方向

就业面向:机械制造工艺设计与实施、工装设计与实施、机电一体化设备的管理和维护、数控机床的编程和操作等工作。

深造领域

机电一体化专业是一个宽口径专业,适应范围很广,学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外,还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试,充分体现重视技能培养的特点。学生毕业后主要面向珠江三角洲各企业、公司,从事加工制造业,家电生产和售后服务,数控加工机床设备使用维护,物业自动化管理系统,机电产品设计、生产、改造、技术支持,以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等等。

应用领域

数控机床

1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、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、智能化设计。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、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。

5、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

制造系统

计算机集成制造系统。计算机集成制造系统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。

智能制造系统

柔性制造系统。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。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。

工业机器人

被广泛应用的为第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。

发展方向

20世纪90年代后期,各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面,光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头角,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地,也为产业化发展提供了坚实的基础。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和进步。未来机电一体化的主要发展方向有:1.智能化。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。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,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。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、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能,则是完全可能而必要的。

模块化。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、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。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。这样,可利用标准单元迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。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,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。

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、教育及人们的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。现场总线局域网技术是家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem,CIAS),使人们在家里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。

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1立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。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。

绿色化。工业的发达给人们生活带来了巨大变化。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,具有远大的发展前途。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。

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,特别是“人格化”发展引人注目,即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。机电一体化的人格化有两层含义。一是机电一体化产品的最终使用对象是人,如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理,研制各种机电一体化产品。事实上,许多

发展前景

机电一体化的出现不是孤立的,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。当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

中国是从20世纪80年代初开始进行机电一体化技术方面的研究和应用的。虽然经过20多年的努力取得了一定成果,但与发达国家相比仍有相当差距。为了加快发展、缩小与发达国家的差距,需要我们在产业政策、金融政策和市场导向上,对机电一体化技术和产业予以积极支持,主要包括:国家在政策上对机电一体化技术给予大力支持,特别是涉及基础技术、综合技术等方面,要给予强有力的财政和各种扶助。由于机电一体化技术是各种高新技术的综合和升华,需要多学科、多技术、多种机构协调研发,这也对技术研发机构和产业界的协调能力提出了挑战,因而需要继续发挥主管部门的作用。

要明确机电一体化技术开发和产业化推广的主力军是企业,在这方面,技术和综合实力雄厚的大型企业将发挥举足轻重的作用。有关部门应该在税收、金融和其他方面给予一定的优惠倾斜。

要把发展机电一体化技术作为增强自主创新能力的重要内容,鼓励和促进企业在这个领域有所作为。同时,为缩小与发达国家的差距,可以通过引进、消化、升级来逐步达到提高自主创新能力的目的。有关部门可以通过政府采购、项目设立等措施,达到支持和鼓励自主创新的目标。

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能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.实操性人才缺乏,各企业高薪聘请机电一体化专业人才,在深圳地区例如:富士康、三星、华为、等一线企业拥有大量高薪职位就业前景十分广阔.以下由工控行业网为您进行的机电一体专业就业前景的方向分析

 
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