机电一体化设计概论.pptx
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1、 考核方式考核方式课程考核方式:考试以讲课内容为主,以要求自学的内容为辅;考核方式:作业+考勤(30%)卷面考试(70%)推荐参考书目推荐参考书目:1机电一体化系统设计 王茁,李颖卓,张波主编.-北京:化学工业出版社,20052机电一体化设计基础 朱喜林,张代治主编 科学出版社 2004年 3机械电子学.刘政华等编著.国防科技大学出版社,1999 4机电一体化系统设计.赵松年等主编.机械工业出版社,2004.1 5机电一体化技术与系统梁景凯主编,北京,机械工业出版社,1998 机电一体化设计基础.郑堤、唐可洪主编.机械工业出版社,1997.7n 教材教材课程介绍课程性质:专业方向课程先修课程:
2、电工电子技术、机械设计、理论力学、材料力学、工程测试技术、微机原理及接口技术、控制工程、单片机、可编程控制器 等。课程介绍课程学习目标:通过本课程的学习,学生能够掌握机电一体化的基础理论与关键技术,熟悉机电一体化单元技术的接口和运用,了解典型机电一体化系统的结构、性能和特点。通过学习机电一体化系统设计原理和综合集成技术,能够把各项技术有机地结合起来进行简单的机电一体化系统的分析和设计。生活中的机电一体化第一章 概论1 机电一体化基本概念2 机电一体化发展概况3 机电一体化产品的构成4 机电一体化产品的分类5 机电一体化共性关键技术6 机电一体化设计及其工程路线F什么是机电一体化?什么是机电一体
3、化?F机电一体化是怎么产生和发展起来的?机电一体化是怎么产生和发展起来的?F机电一体化产品的组成包括哪几个部分?机电一体化产品的组成包括哪几个部分?F机电一体化产品有哪些种类?机电一体化产品有哪些种类?F机电一体化的关键技术有哪些?机电一体化的关键技术有哪些?F机电一体化产品是怎么开发出来的?机电一体化产品是怎么开发出来的?第一章 概论1 机电一体化基本概念2 机电一体化发展概况3 机电一体化产品的构成4 机电一体化产品的分类5 机电一体化共性关键技术6 机电一体化设计及其工程路线1.1 机电一体化基本概念Mechatronics的含义1.JAPAN:1971“Mechatronics”出现于
4、The supplement of Journal of Machine Design(机械设计杂志副刊):1976一种以广告为主,专门刊载“机电一体化”新产品的杂志在日本正式发行,它的全名被冠以:Mechatronics Design News。Mechatronics=Mechanics+Electronics 机械电子学机械电子学 机电一体化机电一体化1.1 机电一体化基本概念Mechatronics的含义1.JAPAN:TECHNICAL RESEARCH INSTITUTE JAPAN SOCIETY FOR THE PROMOTION OF MACHINE INDUSTRY(日本机
5、械振兴协会经济研究所):1983.3 The Existent Condition of JAPAN Machinery Industry()the Machinery Industry and Electronic(日本机械工业的存在条件()机械工业和电子化):“机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”1.1 机电一体化基本概念Mechatronics的含义1.JAPAN:1980s中期,“Mechatronics”一词开始在欧美各地使用,从此,这个日本人创造的英文单词开始在世界范围内得到普遍承认
6、和接受。1.1 机电一体化基本概念Mechatronics的含义2.the United States:1952,MIT,the First CNC Machine Tool in the world1962,GM,the First Industrial Robot1.1 机电一体化基本概念Mechatronics的含义3.Germany:Precision Engineering Technology 精密工程技术4.CHINA:有多钟理解,但普遍接受日本机械振兴协会所作的解释机电一体化包含两个方面:产品(系统)与技术1.1 机电一体化基本概念机电一体化的定义机电一体化是指机械装置和电子设
7、备适当地组合起来,构成机械产品或机电一体与机信一体的新趋势。机电一体化是把机械学和电子学有机地结合起来,提供更加优越技术的一种技术。机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。1.1 机电一体化基本概念日本学术界一些有影响的人物和学术团体代言人的论述:东京大学名誉教授 渡边茂:机电一体化是在机械工程中采用微电子技术后的体现。富士通法那克公司技术管理部长小岛利夫:机电一体化是把机械学和电子学有机地结合起来,提供更加优越的技术的技术。日经产业新闻发言人:机电一体化是机械技术与电子技术组合起来的技术进步的总称。
8、1.1 机电一体化基本概念日本学术界一些有影响的人物和学术团体代言人的论述:日本机械设计杂志创刊言:机电一体化就是利用微电子技术,最大限度地发挥机械能力的一种技术。1.1 机电一体化基本概念机电一体化的主要目的增加机械系统或装置的 和 。附加值附加值自动化程度自动化程度1.1 机电一体化基本概念产品技术附加值与技术构成机电一体化技术的突出特点在于它在机械产品中注入了过去所没有的新技术,把电子器件的信息处理和自动控制等功能“揉和”到机械装置中去,从而获得了过去单靠某一种技术而无法实现的功能和效果。其技术附加值随机电结合程度的加深而提高。1.1 机电一体化基本概念产品技术附加值与技术构成1.1 机
9、电一体化基本概念机电一体化技术的主要特征(1)整体结构最优化机械、电子、计算机、传感技术的有机结合。(2)系统控制智能化自动控制与检测、自动信息处理与误差补偿、自动故障诊断与修复、自动记录与显示、高的自适应能力。(3)操作性能柔性化软件技术高柔性化的应用。(4)产品高性能化高精度、高可靠性、高稳定性、高寿命。1.1 机电一体化基本概念机电一体化的作用(1)实现省能源、省资源、智能化,提高机电产品的附加值。(2)改造传统机电设备开辟了新的途径。(3)加快了机电工业技术水平的发展步伐。(4)改善了机电产品及产品结构。(5)增强了机电企业的竞争和经营能力。第一章 概论1 机电一体化基本概念2 机电一
10、体化发展概况3 机电一体化产品的构成4 机电一体化产品的分类5 机电一体化共性关键技术6 机电一体化设计及其工程路线1.2 机电一体化发展概况发展基础:人类“精益求精”的思想 20世纪信息技术的飞速发展发展阶段:第一阶段,20世纪60年代前,称为“萌芽阶段”第二阶段,70年代到80年代,称为“蓬勃发展阶段”第三阶段,90年代以后,称为“智能化阶段”IT1.2 机电一体化发展概况0.产生的技术背景Mechanical Technology 机械技术The Microelectronics and The Computer Technique 微电子、计算机技术Control Theory 控制理
11、论System Engineering and Mechatronics Engineering 系统工程和机电一体化工程1.2 机电一体化发展概况1.准备阶段(萌芽阶段)1960年代之前In 1952:The First NC Drilling and Milling Machines 数控钻铣床In 1959:The First Programmable Robot 可编程机器人 1.2 机电一体化发展概况2.快速发展阶段1970s-1980sTechnology Foundation技术基础:Computer Technology计算机技术,Control Technology控制技术,
12、Communications Technology通信技术1.2 机电一体化发展概况3.智能化阶段In late 1990s单片机、工片机、工业PC和和PLC快速快速发展,信息展,信息处理和理和计算速度提高,机算速度提高,机电一体化向智能化方向一体化向智能化方向发展展1.2 机电一体化发展概况3.智能化阶段In late 1990sOptical Technology 光学、Communication Technology 通信技术等进入了机电一体化;Micro Processing Technology 微细加工技术也崭露头角;出现了Optic-Mechano-Electronic(Phot
13、o-Mechatronic)光机电一体化和Tiny Mech-Electr System 微机电一体化等新分支;1.2 机电一体化发展概况3.智能化阶段In late 1990s对机电一体化系统的Modeling Design建模设计、Analysis and Integration Method分析和集成方法 of Mechatronics,机电一体化的Subject System学科体系和Development Trend发展趋势of Mechatronics都进行了深入研究。1.2 机电一体化发展概况3.智能化阶段In late 1990s Artificially Intellecti
14、ve Technology 人工智能、Neural Network Technology神经网络技术及Optical Fiber Technology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。这些研究将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。1.2 机电一体化发展概况我国起步较晚1980年代以来,制订了一系列有利于机电一体化发展的政策法规,确定了数控机床、工业自动化控制仪表、工业机器人、汽车电子化等15个优先发展领域及6项共性关键技术的研究方向和课题。我国第一台数控机床是于1958年由清华大学研制出最早的样机。1966年我国诞生了第一台用直线-圆弧
15、插补的晶体管数控系统,1970年初研制成功集成电路数控系统。1.2 机电一体化发展概况我国机机电一体化是科学技一体化是科学技术发展的必然展的必然趋势,并将成,并将成为21世世纪的主流技的主流技术之一。之一。1.2 机电一体化发展概况机电一体化发展趋势高性能化 模块化智能化柔性化、集成化、系统化开放式轻量化及微型化第一章 概论1 机电一体化基本概念2 机电一体化发展概况3 机电一体化产品的构成4 机电一体化产品的分类5 机电一体化共性关键技术6 机电一体化设计及其工程路线1.3 机电一体化产品的构成产品的功能构成1.3 机电一体化产品的构成机电一体化产品的功能构成目目的的功功能能五五种种内内部部
16、功功能能主功能主功能动力功能力功能计测功能功能控制功能控制功能构造功能构造功能1.3 机电一体化产品的构成1.3 机电一体化产品的构成产品的功能构成1.3 机电一体化产品的构成产品的结构要素机电一体化产品五大要素机电一体化产品五大要素 机电一体化产品五大功能机电一体化产品五大功能 个体人个体人的构成要素的构成要素 1 1机械本体机械本体 包括机身、框架机械联接等在内的产品支持 结构属于基础部分,实现产品的构造功能。1.3 1.3 机电一体化产品的构成机电一体化产品的构成u产品的结构要素产品的结构要素2 2动力源动力源 向系统提供能量,并将输入的能量转换成需要 的形式,实现动力功能。要求:高效、
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