机电一体化技术PPT

一、Mechatronics的基本含义
机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐 形成的一个新概念，是各相关技术有机结合的一种新 形式。关于机电一体化（Mechatronics）这个名词的 起源，说法很多。早在1971，日本《机械设计》杂志 副刊就提出了“Mechatronics”这一名词，1976年以广 告为主的日本杂志《Mechatronics Design News》开 始使用，其中的“Mechatronics”是由“Mechanics”的 前半部和“Electronics”的后半部组合而成。翻译为机 电一体化或机械电子学。
过程控制系统与仪表 第1章
“机电一体化”是机械技术、微电子技术相互交叉、 融合的产物。
机械 技术 （机 械学 பைடு நூலகம்构 学）
机电一 体化技 术领域
微电子 技术
（半导 体技术、 计算机 技术）
过程控制系统与仪表 第1章
机电一体化技术发展史
机电一体化技术的发展大体上可分为三个阶段
20世纪60年代以前为第一阶段。 ——“萌芽阶段”
20世纪70年代至80年代为第二阶段。 ——“蓬勃发展阶段”
从20世纪90年代后期开始为第三阶段。 ——“智能化阶段”
过程控制系统与仪表 第1章
1、六十年代，日本通产省为扩大机械功能，在机械 上采用电气和电子技术，曾结合数控机床做过不少 实验，但末能获得成功。
2、七十年代，微电子技术成熟，微机商品化，大规模 集成电路问世，构成微机的基本单元CPU、ROM、RAM和 接口电路已经模块化，自己"制造"计算机成为可能。 机电一体化得以现实。
构 功
质
能
动力功能
控制功能 能
能
量
量
信
信
息
能量输入
信息输入 信息输出
息
CNC过机程床控内制部系统功与能仪构表成第实1例章
热、振动
热、振动、切屑
毛坯 （物质）
输入
切削加工 （加工机构）
位置检测
电源
控制器
工件 （物质）
输出
外部电源
CNC程序
输入 （信息） 输出
控制
控制
人（操作）
过程控制系统与仪表 第1章
过程控制系统与仪表 第1章
机电一体化技术
主讲 张博 2015.12
第一部分 机电一体化技术简介
过程控制系统与仪表 第1章
主要内容
机电一体化系统的基本概念 机电一体化系统的发展过程 机电一体化系统的关键性技术 机电一体化产品的设计
过程控制第系一统与节仪表 机第1电章 一体化（ Mechatronics）的基本概念
1）属性
整体性(集合性)、关联性、目的性和相对性。
过程控制系统与仪表 第1章
2）系统目的功能
物质
工业三大
物质
具有所需
能量
要素
系统
特性
(变换、传递、储存）
能量
信息
信息
（人） 控制
三大目 的功能
储存功能:保持、积蓄、记录 变换功能:加工、处理
传递功能:移动、输送
过程控制系统与仪表 第1章
2、功能构成原理
美国机械工程师协会的一个专家组于1984年 在给美国国家科学基金会的报告中，提出了现
代机械系统的定义。 “由计算机信息网络协调与控制的,用于完成包 括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械 和(或)机电部件相互联系的系统” 。
过程控制系统与仪表 第1章
3、我国对机电一体化的理解
机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称, 还将柔性制造系统(FMS)(Flexible Manufacturing System)和计算机集成制造系统(CIMS)(Computer Integrated Manufacturing System)包括在内。
3、1971年，日刊工业新闻社发行《机电一体化入门》 和《机电一体化》月刊，专门刊载机电一体化新产品。
过程控制系统与仪表 第1章
4、1976年，机电一体化正式命名 “メカトロニケス” (Mechatronics、机电一体化）。
5、1971到1978年日本政府颁发“机电法”和“机信 法”，对机电一体化的发展起到积极推动作用。
过程控制系统与仪表 第1章
4）系统数学模型
y=(x1、x2、…、xn，α1、α2、…、αn，t) y—系统目的或输出； xi—输入； αi—环境或约束条件。
过程控制系统与仪表 第1章
1）系统框图
输入x 外部环境
系统 （特性）
直接输出y 间接输出
过程控制系统与仪表 第1章
2）系统结构框图
大系统
系统1
分系统1 （单元）
单元1 （部件）
元件1
系统k
分系统h
单元m
元件n
过程控3制）系机统电与一仪体表化第系1章统功能构成原理图
干扰
排放物
输入
输出
主功能（变换、传递、保存）
物
结物
质
检测功能
机电一体化是在机械产品中的机构主功能、动 力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术 和计算机技术,并将机械装置和电子设备以及计算机 软件等有机结合起来构成的系统总称。
过程控制系统与仪表 第1章
二、机电一体化系统
1、定义：
机电一体化系统是一种比较复杂的工程系统，它是 由相互关联的、若干种类的元素(机械、流体、电、磁、 光、热、声等)组成的，具有特定目标的有机整体。
6、八十年代，在“机信法”指导下，机电一体化的 产品如雨后春笋不断涌现。
7、九十年代，集成度提高，价格下降，机电一体化技 术在世界范围内得到迅猛发展，机电一体化技术遍及 社会各个领域。全盛时期开始。
过程控制系统与仪表 第1章
1、日本关于Mechatronics的定义
机电一体化的定义在日本多种多样。但 最具有指导性的定义是日本机械振兴协 会经济研究所提出的。
结论：有五种内部功能。
主 功 能：实现系统目的功能直接必需的功能，主要是对物质、 能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。
动力功能：向系统提供动力、让系统得以运转的功能。
检测功能：获取系统内、外部信息的功能。
控制功能：对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施目的 功能。
构造功能：使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和 空间上的相互关系所必须的功能。
“机电一体化这个词乃是在机构的主功能、 动力功能、信息与控制功能上引进了电子 技术，并将机械装置与电子设备以及软件 等有机结合而成的系统的总称”。
过程控制系统与仪表 第1章
2、美国关于现代机械系统的定义
美国是机电一体化产品开发和应用的最早的国 家。如世界上第一台数控机床(1952）、第一 个工业机器人（1962）。