试探机电一体化技术未来的发展.doc
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1、渤海石油职业学院机电专业毕业论文试探机电一体化技术未来的发展学生姓名: 专业班级:07级机械2班 指导教师:纪武瑜 李新房 完稿日期:2023年4月22日 目录摘要3关键词3 概述3一、机电一体化技术发展历程及其趋势51.1机电一体化”的发展历程51.2“机电一体化”发展趋势5二、典型的机电一体化产品82.1是面向21世纪的技术82.2是面向工业应用的技术 92.3 是驾驭生产过程的系统工程9 2.4是面向全球竞争的技术92.5是市场竞争三要素的统一9三、发展“机电一体化”而临的形势和任务103.1“机电一体化”工作面临的形势103.2机电一体化”工作的任务12四 、发展“机电一体化”的对策1
2、44.1加强统筹安排,协调发展计划144.2强化行业管理,发挥“协会”作用144.3优化发展环境、增大支持力度144.4突出发展重点,兼顾“两个层次”15五、 结束语16试探机电一体化技术未来的发展摘要:机电一体化技术是集计算机、机械、电子、信息、光学、控制等多学科的交叉综合的一项技术,其未来的进步和发展依赖并促进相关技术的进步和发展。本文针对机电一体化技术未来的发展进行简要探索。 是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。本文对我国机械制造技术的现状及技术特点进行分析,并简述了21世纪机械制造技术的发展方向。机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务
3、乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目的,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的规定也发生了很大变化,规定品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化限度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的规定,就必须采用先进的机械制造技术.随着现代科学技术的快速发展,机械制造业面临着不同方面的发展规定:最大限度地和计算机技术、信息技术相结合以实现智能化、自动化、高产、高效、低能耗、无污染的目的,本文从几个方面介绍先进制造技术,指明机械制造业的发展方向。关键词: 智能 机电一体化 先进制造技术 机械设计 计算模式
4、 概述: 机电一体化指的是在机械的主功能、动力功能、控制功能和信息功能的基础上引进微电子技术,并且将机械设备和电子设备用软件有机结合而构成的系统的总称,因此,“机电一体化技术”是机械、微电子和信息三项技术互相融合、交叉的产物,是机械技术、计算机与信息解决技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和系统技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。随着电子技术的迅速发展,微解决器、微型机在各个技术领域已经得到广泛应用,对各个领域的发展起了很大的推动作用,正因电子技术的快速发展,进而带动了机电一体化技术的发展,科技的进步更是依赖于其发展,因此其未来的发展对科技的进步起着至关重要的作用。 ?
5、机械制造业作为一个传统的领域已经发展了很数年,积累了许多理论和实践经验,但随着当今社会的发展,人们的生活水平不断提高,各个方面的个性化需求越来越强烈。作为已经进一步到各行各业并已成为基础工业的机械制造业面临着严峻的挑战。先进制造技术这个概念的提出为机械制造业的发展指明了方向。虽然这个名词没有拟定的定义,但目前被公认的结识是:先进制造技术是传统制造技术不断吸取机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,并取得抱负技术经济效果的制造技术的总称。 传统设计方法是经验、类比式的设
6、计方法。重要采用封闭的收敛设计思维,进行经验类比设计。在计算方面只进行静态分析,并将载荷、应力进行集中解决,对于计算数据的误差采用增长安全系数的做法。传统设计方法以手工设计为主,使用简朴的工具,进行人工计算画图。此外,传统设计是一种串行设计,即一个零件从设计到生产是一个阶段的工作完毕之后才进行下一个阶段的工作。如:一方面进行初期的规划设计,接着进入总体方案设计,然后由结构设计人员设计出零件的结构,之后完毕工艺文献的编制,最后将图纸及工艺规程交给生产工人,加工出零件的原型。如需改善的话再返回零件的改善信息。这样,一种产品从设计到正式投产往往要花很多时间,因此开发周期长,并且串行设计过程中,各个环
7、节之间缺少信息沟通,常导致设计人员之间的合作不协调。 自二战结束以来,世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究,先后产生了许多新概念、新思想、新理论和新技术。从设计方法来看,国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计,相似性设计、智能设计等新概念;从设计准则来看,出现了优化设计、可靠性设计、有限元等概念,从设计的手段来看,出现了计算机辅助设计,不仅普及了二维设计 CAD 软件,并且功能全面的三维造型软件也进入了实用阶段。 近年来,计算机网络技术、 Web 技术和数据库技术的出现和飞速发展,给现代机械设计注入了新的生机和活力,机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。基于 Web 的远程设计
8、正是在这种条件下产生的。它的出现,使得各制造公司可以充足运用 Internet 和 Web 的国际互联性和资源共享性,组建公司间的动态联盟或虚拟设计小组,通过组合分散在各个地区公司的技术优势,发挥各个公司的局部专长,同时不同专业的技术人员可以不受地区的限制,在一个统一且易于访问的平台下进行异地的合作与设计,实现信息的交流和共享,进而快速开发出所需产品,提高产品设计的一次成功率。作为现代设计的一个重要组成部分,远程机械设计是一个综合了多学科、多技术的研究领域,涉及到机械工程及计算机技术等诸多知识领域。从机械设计的角度来说,重要研究设计过程的建模、设计优化理论等。从计算机技术方面来说,应研究如何对
9、现有的设计资源进行组织和发布,使得这些资源能方便异地的设计人员进行查询和调用。这些资源涉及各种专业化的计算、分析程序,供设计使用的数据库和知识库等,所以要研究网络环境下设计资源的获取与调用,设计过程中设计人员之间信息的交流和反馈等,为远程设计中分布式资源的获取和调用提供基础和借鉴。一、 机电一体化技术发展历程及其趋势 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,特别是出现了以微解决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。1.1机电一体化”的发展历程1.1.1数控机床的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页;.1.
10、1.2.微电子技术为“机电一体化带来勃勃生机;1.1.3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;1.1.4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。1.2“机电一体化”发展趋势1.2.1.光机电一体化。一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息解决系统、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善机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息解决系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。1.2.2自律分派系统化柔性化。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
11、付突发事件,被设计成“自律分派系统”。在自律分派系统中,各个子系统是互相独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有自身的“自律性”,可根据不同的环境条件作出不同反映。其特点是子系统可产生自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,既明显地增长了系统的适应能力(柔性),又不因某一子系统的故障而影响整个系统。1.2.3全息系统化智能化。此后的机电一体化产品“全息”特性越来越明显,智能化水平越来越高。这重要收益于模糊技术、信息技术(特别是软件及芯片技术)的发展。除此之外,其系统的层次结构,也变简朴的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。1.2.4.“生物一软
12、件”化仿生物系统化。此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在“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”尚有待于进一步研究。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。1.2.5微型机电化微型化。目前,运用半导体器件制造过程
13、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。1.2.6全球化。一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越剧烈,例如在机械制造业中,国内外已有不少公司,甚至是知名度很高的公司,在这种无情的竞争中纷纷落败,有的倒闭,有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的公司,不得不扩展新的市场;另一方面,网络通讯技术的快速发展推动了公司向着既竞争又合作的方向发展,这种发展进一步激化了国际间市场的
14、竞争。这两个因素的互相作用,已成为全球化制造业发展的动力,全球化制造的第一个技术基础是网络化,网络通讯技术使制造的全球化得以实现。 1.2.7 网络化。网络通讯技术的迅速发展和普及,给公司的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外,网络通讯技术的快速发展,加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习,推动了公司向着既竞争又合作的方向发展。 1.2.8 虚拟化。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检查。检查产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性,以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目
15、的,进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真,通过仿真软件来模拟真实系统,以保证产品设计和产品工艺的合理性,保证产品制造的成功和生产周期,发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。 1.2.9 自动化。自动化是一个动态概念,目前它的研究重要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造灵敏化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。 1.2.10集成化 计算机集成制造(CIMS)被认为是21世纪制造公司
16、的重要生产方式。CIMS作为一个由若干个互相联系的部分(分系统)组成,通常可划分为5部分: a工程技术信息分系统涉及计算机辅助设计(CAD),计算机辅助工程分析(CAE),计算机辅助工艺过程设计(CAPP),计算机辅助工装设计(CATD)数控程序编制(NCP)等。 b管理信息分系统(MIS)涉及经营管理(BM),生产管理(PM),物料管理(MM),人事管理(LM),财务管理(FM)等。 c制造自动化分系统(MAS)涉及各种自动化设备和系统,如计算机数控(CNC),加工中心(MC),柔性制造单元(FMS),工业机器人(Robot),自动装配(AA)等。 d质量信息分系统涉及计算机辅助检测(CAI
17、),计算机辅助测试(CAT),计算机辅助质量控制(CAQC),三坐标测量机(CMM)等。 1.2.11.智能化 智能制造系统可被理解为由智能机械和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,该系统在制造过程中能进行智能活动,如分析、推理、判断、构思、决策等。在智能系统中,“智能”重要体现在系统具有极好的“软”特性(适应性和和谐性)。在设计和制造过程中,采用模块化方法,使之具有较大的柔性;对于人,智能制造强调安全性和和谐性;对于环境,规定作到无污染,省能源和资源充足回收;对于社会,提倡合理协作与竞争。 1.2.12 灵敏化 灵敏制造是以竞争力和信誉度为基础,选择合作者组成虚拟公司,分工合作,为同一目的
18、共同努力来增强整体竞争能力,对用户需求做出快速反映,以满足用户的需要。为了达成快速应变能力,虚拟公司的建立是关键技术,其核心是虚拟制造技术,即灵敏制造是以虚拟制造技术为基础的。灵敏制造是现代集成制造系统从信息集成发展到公司集成的必由之路,它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平,是现代集成制造系统的发展方向。1.2.13 绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程 、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色解决后加以回收运用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响,同时使原材料和能源的运用效率达成最高。若从节能、降耗、缩短产品开
19、发周期的角度出发,诸如快速成形技术、并行工程及灵敏制造、虚拟制造、智能制造和网络制造等先进制造技术都可纳入绿色制造技术的应用范畴。但是目前能将绿色制造技术真正应用于公司生产的,也是较为成功的应用,只要集中在汽车、家电等支柱产业上。如绿色制造技术在汽车行业上的应用.节约资源方面:将“绿色燃料”天然气作为汽车的能源,它的燃料同汽油相比,CO减少70%,非甲烷类减少80%等,同时也消除了铅、苯等有害物质的产生.采用新设计的加工工艺方面:2023年3月,博世、康明斯、卡特彼勒等国外著名的汽车发动机公司,发动了“绿色柴油机行动”,在技术上作了较大的改善,大大减少了汽车尾气的排放。二、典型的机电一体化产品
20、2.1是面向21世纪的技术 先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展起来的,既保持了过去制造技术中的有效要素,又要不断吸取各种高新技术成果,并渗透到产品生产的所有领域及其所有过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群,它是具有明确范畴的新的技术领域,是面向21世纪的技术。 2.2是面向工业应用的技术 先进制造技术并不限于制造过程自身,它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容,并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最佳的实际效果,其目的是为了提高公司竞争和促进国家经济和综合实力的
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