机电一体化系统的基本概念和基本构成,共性关键技术,以及发展
《机电一体化》课程标准
《机电一体化系统》课程标准课程名称：机电一体化适用专业：机电技术应用一、前言（一）课程性质《机电一体化系统》是机电一体化技术三年制中职专业设置的核心课程之一，是一门高度“机电”结合的课程，将学生所学“机”与“电”的知识与技能，在微电子的控制手段下高度的“融合”，全面提升学生机电一体化知识与技能。
本课程开设一学期，教学时数为64学时，周学时4节。
（二）设计思路本课程的设计思路是：通过实践，强化理论教学，使学生掌握岗位技能。
为此，在教学中主要采取以下方式：1、理论与实践相结合将理论知识与实际应用相结合，每节课的知识点都通过实际应用案例进行讲解，分析应用环境，演示操作方法，再辅导学生练习。
2、理论与实习相结合以小组的形式进行辅导，让学生3-5人为一个学习小组，以小组为单位安排学生到公司和企业去参加实践活动。
3、教学与工程实际相结合利用学校、公司和企业资源，为学生安排岗位培训和训练，使学生的理论知识与实际应用相结合，提高了学生的学习积极性，同时也检验了学生的学习效果。
从近几届毕业生反馈的情况来看，采用以上方式，效果较好，基本上达到了实践教学的设计目的。
二、课程目标1、知识目标（1）了解机电一体化系统所代表的产品范围，分类及发展趋势。
（2）掌握模块化机电一体化产品装配、调试、维护、维修的基本理论和基本方法。
（3）掌握电气设备安装调试的应知、应能的知识和技能。
（4）使学生能够系统地学习与掌握机电一体化产品中相关技术的联系和接口关系，了解产品开发的方法。
2、能力目标（1）具有机电一体化设备拆装、调试和操作的基本技能；（2）了解机电一体化技术的系统思维体系，学会用系统的观点分析问题的能力。
（3）了解机电一体化前沿技术，学会探索性学习和终身学习的方法。
3、素质目标（1）掌握机电一体化技术行业操作规范，具有良好的职业素养；（2）通过知识教学的过程培养学生爱岗敬业与团队合作的基本素质。
三、内容标准与要求序号项目名称课程内容知识目标能力目标教学方法与手段参考学时1 项目一机电一体化概述任务一机电一体化概述任务二校内设备情况简介1、机电一体化系统的基本概念2、机电一体化系统的共性关键技术及功能构成3、机电一体化系统设计的考虑方法和设计类型4、机电一体化系统设计程序、流程、准则和规律以及现代设计方法1、机电一体化系统的共性关键技术及功能构成2、机电一体化系统设计的考虑方法和设计类型3、机电一体化系统设计程序、流程、准则和规律以及现代设计方法教学一体化62 项目二皮带输送机调速安装任务一皮带轮的安装任务二变频器认识任务三皮带输1、学会如何用变频器来实现皮带输送机按不同的速度运行1、机电一体化系统教学一体化1送的调整2、学会如何用 PLC 来实现皮带输送机按不同的速度运行的结构2、拆装皮带输送机3 项目三工件分拣任务一调试工件识别装置任务二工作的分拣1、了解工件分拣设备的工作原理2、学会编写分拣、装配、生产程序3、了解气动元件的基本知识4、学会绘制电气控制原理图1、根据工作流程编写相关的编序2、根据电气控制原理图安装电路3、根据工作过程要求编写 PLC 自动控制程序教学一体化84 项目四机械手动作任务一机械手的安装任务二机械手的动作1、学会气缸活塞的检测2、学会如何拆卸和组装机3、如何连接机械手的气路4、如何连接机械手的控制电路1、学会机械手搬运工件的动作程序的编写与调试2、掌握如何搞到机械手工作效率的方法教学一体化85 项目五供料与机械手搬动任务一料盘的安装与接线任务二供料与搬运1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展
机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展机电一体化系统的基本构成包括机械结构、电气系统、控制系统和信息系统。
其中，机械结构是整个系统的物理基础，包括各种机械部件和装置；电气系统则负责提供与机械结构相应的电力能源和能量转换；控制系统通过感知、决策和执行三个过程，实现对机械结构和电气系统的控制；信息系统负责处理和管理系统中产生的各种数据和信息。
1.传感与感知技术：传感器用于感知机械结构和电气系统的状态和参数，并将其转化为可供控制系统处理的信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、速度传感器等。
2.信号与信息处理技术：通过对传感器采集到的信号进行采样、滤波、放大、调理等处理，提取有用的信息，并进行信号分析和处理，为控制系统提供准确的输入信号。
3.控制与决策技术：控制系统根据传感器提供的信号和经过信号处理的信息，通过控制算法对机械结构和电气系统进行控制和调节。
决策技术包括对系统当前状态的分析和判断，以及根据系统的要求和约束进行决策的能力。
4.执行与操作技术：执行与操作技术包括执行机构和执行器的设计、选择和控制。
执行机构负责根据控制信号执行相应的动作，执行器则负责将电气信号转化为机械动作。
5.通信与网络技术：通信与网络技术用于实现机械结构、电气系统、控制系统和信息系统之间的数据传输和交互。
常见的通信方式包括有线通信和无线通信。
1.集成化与智能化：随着科技的发展，机电一体化系统越来越趋向于集成化与智能化，即将机械结构、电气系统、控制系统和信息系统集成在一起，并通过智能算法实现对系统的自动控制和优化调节。
2.网络化与远程监控：通过网络技术，可以实现机械设备的远程监控和远程操控。
这样可以提高系统的运行效率，减少维护成本，同时也方便了对系统的管理和维护。
3.精密化与高效化：精密化是指机械结构和电气系统的精度和响应速度不断提高，从而提高系统的定位精度和运行效率。
高效化则是指系统在保证精确性的基础上，通过优化设计和控制算法，实现能源的高效利用和减少能量消耗。
机电一体化概论
机电一体化概论第一章机电一体化概述2•机电一体化的发展趋势:智能化，模块化，网络化，微型化,绿色化，系统化.3•机电一体化的基本含义: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徽电子技术，并将机核装置与电子设备以及相关软件有机结合而构成的系统总称。
5•机电一体化的相关技术：机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术。
6.机电一体化系统的基本要素及其功能：8•机电一体化一词最早于1971年出现在日本。
它是取机械学的前半部和电子学的后半部拼合而成，但是，机电一体化并非机械技术和电子技术的简单叠加，而是有着自身体系的新型学科。
第二章机电一体化的相关技术L机电一体化系统中的机械系统：传动部分、导向机构、执行机构、轴系、机座或机架。
2.机电一体化中机械系统的基本要求：高精度、小惯量、大刚度、快速响应性、良好的稳定性。
9•传感器的定义：传感器是一种能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。
13•常见的接近开关及其应用：电涡式接近开关（金属）、电容式接近开关（导体和非导体）、霍尔接近开关（磁性物件）、光电开关：透射型，反射型（统计产量，检测包装，精确定位等）。
16.在控制系统中根据系统信号相对于时间的连续性，通常分为连续时间系统和离散时间系统（连续系统和离散系统）。
18•计算机控制系统的类型及计算机担当的角色：操作指导控制系统（助手）、宜接数字控制系统（DDC,决策者，操作者）、监督计算机控制系统（SCC, 操作指导系统与DDC系统的综合与发展，决策人）、分级控制系统、集散控制系统（DCS）、工厂自动化（FA）系统。
25•接口的分类（1）根据接口的变换和调整功能特征：零接口、被动接口、主动接口、智能接口。
（2）根据接口的输入\输出功能的性质：信息接口、机械接口、物理接口、环境接口。
（3）按照所联系的子系统不同：人机接口、机电接口。
概述机电一体化的概念及发展历程
概述机电一体化的概念及发展历程机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。
今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异。
一、机电一体化基础定义机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术，现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
中国机电设计迈入PLM全新阶段，正挑战着了前所未有的，不可预测的难题，一个个久战沙场经久不衰精兵良将正褪去了昨日英雄的光环，唯有CAMEL VIEW 能够胜任军统三国，光复旧业的重任，此时数系科技与德国iXtronics GmbH公司携手共同开拓机电设计领域的新篇章，CAMEL VIEW 作为机电一体化设计系统，从产品的概念设计到产品性能的测试、验证、通过都是一体化的，流程化的、规范化的，在满足用户设计的前提下，数值实验的仿真与结果的验证无不精确化，支持复杂环境下，多工况，多耦合场设计。
二、机电一体化的主要内容1、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机电一体化术相适应，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。
2、电脑技术其中信息交换、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。
3、自动技术其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，机电一体化现场调试，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。
机电一体化技术的基本概念和现状分析
机电一体化技术的基本概念和现状分析机电一体化技术是近年来兴起的一种新型技术，是在机械、电子与计算机技术的基础上，将机械与电子集成在一起，实现信息化与智能化的协调发展，是一种具有高度智能化的集成技术。
机电一体化技术集成了传统的机械、电子、信息工程等多种学科，实现了不同领域的知识交叉融合。
这种技术在大中型机械制造和现代工业自动化领域具有广泛的应用。
机电一体化技术的基本概念是指，将机械元件与电子控制系统集成在一体，通过计算机控制和信息交互，实现机械自动化、准确化和智能化。
机电一体化技术的本质是将传统制造业数字化，实现从进程到产品的数字化。
机电一体化技术的现状分析1.发展趋势明显随着信息技术的不断发展和现代制造业的快速发展，机电一体化技术也得到了迅猛发展。
目前，机电一体化技术已经成为现代制造业的重要组成部分。
越来越多传统企业通过机电一体化技术升级，提高生产效率，降低生产成本，以适应市场竞争的需要。
同时，一些新产业和新业态的形成也推动了机电一体化技术的应用和发展。
2.应用范围广泛机电一体化技术在工业生产领域应用范围非常广泛，涉及到食品、纺织、医药、汽车、机床、航空航天、能源等多个行业。
核心应用领域包括数控机床、智能家居、工业机器人、智能仓储、电动汽车、智能楼宇等。
可以预见，这个领域的应用前景将会越来越广阔和多样化。
3.技术水平不断提高随着机电一体化技术的不断深入和应用，更多的科技创新向这一领域倾斜，带来了巨大的技术水平提升。
现代科技的广泛应用，如计算机、反应控制器、传感器等，使机电一体化技术更为完善。
尤其是现在各国都开始步入产业4.0的道路，这也将有力地推动机电一体化技术的发展和应用。
4.旧设备升级改造越来越重要机电一体化技术在现今的时代背景下得以广泛应用，部分原因是旧设备升级改造的市场需求。
很多中小制造企业的设备老化、生产效率低下等问题，通过升级改造，更多地实现了现代化生产，彻底改变了原有的生产模式和生产效率。
第一章机电一体化技术导论
概述
第一章 机电一体化技术导论
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4.机电一体化与机械电气化的区别
•① 电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与机械的 内在联系； • ② 机械和电气装置之间界限分明，以机械联结为主，装 置是刚性的； • ③ 装置的控制以基于电磁学原理的各种电器；
•④机电一体化产品具有“智能化” 本质差别。
概述 第一章 机电一体化技术导论
理论基础与关键技术
第一章 机电一体化技术导论
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执行元件有：电动、气动和液压等 执行元件 一方面通过接口电路装置与计算机相联，接收 控制系统的指令 一方面通过机械接口与执行机构相联，以实现 规定的动作
理论基础与关键技术
第一章 机电一体化技术导论
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5.接口技术
从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其它 系统之间的接口； 从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将 各组成要素的输入/输出联系成一体的系统；
接口（物理）
第一章 机电一体化技术导论
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机电一体化
一种以产品和过程为基础的技术 以机械为主体，以微电子技术，特别是 计算机技术为核心 强调各种技术的协同和集成 贯穿于设计与制造全过程
第一章 机电一体化技术导论
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三、机电一体化系统的分类（执行机构）
数控机械类 电子设备类 机电结合类 电液伺服类 信息控制类
基本组成
第一章 机电一体化技术导论
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基本组成
第一章 机电一体化技术导论
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机电一体化系统构成要素与人体构 成要素的对应关系
机电一体化 系统要素
功能 控制（信息存储、处理、 传送）
检测（信息收集与变换） 驱动（操作） 提供动力（能量） 支撑与联接
01机电一体化基本概念
突出体现：
1）当产品的某一功能单靠某一种技术无法实现时， 必须进行机械与电子及其它多种技术有机结合的一体 化设计； 2）当产品的某一功能有多种可行的技术方案时， 必须应用机电 一体化技术对 各种技术方案 进行分析和评 价。
电 脑 绣 花 机
3．机电一体化的特点和范畴（1）
（1)特点 从机电一体化的定义和技术体系可以看出如下特点： 1）机电 有机结合 机电一体化是机械技术和电子技术有机结合的的高级技术。 例如：
机器的精密定位
传统机械技术————通过提高齿轮和丝杆螺母等穿传动机 构的加工和安装精度实现，定位精度受机械传动精度限制 机电一体化————用传感器实时地对定位误差进行检测， 把误差信号反馈给具有误差处理能力的控制器，利用控制手 段对定位误差进行修正和补偿，达到提高精度。
3．机电一体化的特点和范畴（2）
3．机电一体化的特点和范畴（3）
3） 系统工程的方法
系统工程的观点和方法是机电一体化的基本方法。 系统是典型的高新技术的。 比较复杂的工程系统，具有系统的 集合性 （整体性）、 关联性 、 目的性 和 相对性 等 四个基本属性。 因此，设计开发机电一体化系统，一开始就要运 用系统工程的观点和方法来进行分析。
传感器的发展方向是————
集成化
智能化
3.检测与传感技术(3)
集成化的含义 一是指将传感器、放大器、补偿电路、运算器等 组件集成在一起，形成一体化传感器； 二是指把一些相同的传感器装成一列或矩阵，形 成一维或二维传感器。CCD矩阵
例如，由一些单个光传感器组成的合成光学传感 器，用于检测和显示不同视野的物体。集成化传感器 的性能稳定、可靠性高、功能强、成本低，为检测装 置小型化开辟了新路。
机 电 一 体 化
机电一体化课程总结
机电一体化课程总结第一篇：机电一体化课程总结课程总结一、机电一体化的基本概念机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。
机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。
与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。
（一）使用安全性和可靠性提高。
机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。
在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。
（二）生产能力和工作质量提高。
机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。
同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。
例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5 ～6 倍。
（三）使用性能改善。
机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。
机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。
高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。
（四）具有复合功能并且适用面广。
机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。
机电一体化的认知
机电一体化的认知一、机电一体化基本概念机电一体化是指在机械、电子、计算机、自动控制、信息处理等多个领域的基础上，通过技术交叉融合，实现机械技术与电子技术的有机结合，形成的一种新型的综合技术。
它主要涵盖了机械技术、电子技术、信息技术等多个方面，是现代制造业发展的重要方向之一。
二、机电一体化核心技术1.机械技术：机械技术是机电一体化的基础，包括机械设计、机械制造、机械动力学等多个方面。
2.电子技术：电子技术是实现机电一体化的关键技术之一，包括电子线路设计、电子器件制造、电子测量与控制等多个方面。
3.信息技术：信息技术是实现机电一体化的重要技术之一，包括计算机硬件、计算机软件、数据处理等多个方面。
4.自动控制技术：自动控制技术是实现机电一体化的重要技术之一，包括控制系统设计、控制系统实现等多个方面。
5.传感技术：传感技术是实现机电一体化的重要技术之一，包括传感器设计、传感器制造等多个方面。
三、机电一体化在各领域的应用1.工业领域：机电一体化在工业领域的应用非常广泛，如机器人、自动化生产线、智能仓储等。
这些应用可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。
2.农业领域：机电一体化在农业领域的应用也日益广泛，如农业机械自动化、智能化农业等。
这些应用可以提高农业生产效率，减轻劳动强度，提高农产品质量。
3.服务业领域：机电一体化在服务业领域的应用也越来越多，如智能家居、智能交通等。
这些应用可以提高服务效率，提升服务质量，满足人们日益增长的生活需求。
四、机电一体化发展趋势与挑战1.发展趋势：随着科技的不断发展，机电一体化将会朝着更加智能化、数字化、模块化的方向发展。
例如，通过引入人工智能技术，可以实现机器自主决策和自我优化；通过数字化技术，可以实现机器的远程监控和管理；通过模块化技术，可以提高机器的可维护性和可扩展性。
2.挑战：机电一体化发展也面临着一些挑战，如技术更新换代速度快、跨学科交叉融合难度大、对安全性能要求高等。
机电一体化技术-第01章 概论
自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化与实用化，这 是由于现实世界中的被控对象往往与理论上的控制模型之间存在较大差 距，使得从控制设计到控制实施往往要经过多次反复调试与修改，才能 获得比较满意的结果。
产品的各功能单元通过接口联接成一个有机的整体。接口包括电气接 口、机械接口、人—机接口。电气接口实现系统间电信号连接；机械 接口则完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接；人—机接 口提供了人与系统间的交互界面。
第五节 机电一体化系统设计
Mechatronics System Design
机电一体化系统是从简单的机械产品发展而 来，其设计方法、程序与传统的机械产品类似， 一般要经过市场调查、方案设计、详细设计、样 机试制、小批量生产和正常生产几个阶段。
机电一体化产品:
(product of Mechatronics)
是由机械系统（或部件）与电子系统（或部件）及信息处理单元（硬 件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
数控机床伺服系统组成
机械 部件
第二节 机电一体化发展概况
机电一体化技术的发展 ：分为萌芽阶段、快 速发展阶段和智能化阶段三个阶段。
系统总体技术 System overall technology 是一种从整体目标出发，用系统工程的
观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系 的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续 分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把 功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价 和优选的综合应用技术。
机电一体化技术ppt课件
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
再选几个方案按照机电一体化系统设计评价原则
和评价方法进行深入的综合分析评价，最后确定 实施方案。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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。
1.5 机电一体化系统设计
机电一体化概述汇总
机电一体化概述汇总单元一机电一体化概述1. 1. 1机电一体化的定义“机电一体化是在机械主功能、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。
”“机电一体化”是将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基础上相互渗透、有机结合而形成和发展起来的一门新的边缘技术学科。
1. 1. 3机电一体化的内容机电一体化包含了技术和产品两方面的内容，首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。
1. 1. 4机电一体化的特点机电一体化产品的显著特点是多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又具有轻、薄、细、小、巧的优点，其目的是不断满足人们生产生活的多样性和省时、省力、方便的需求。
1. 2机电一体化系统的基本组成1. 2. 1机电一体化系统的功能组成传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流的问题。
机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息(即所谓工业三大要素)按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。
机电一体化系统的主功能包括变换(加工、处理)、传递(移动、输送)、储存(保持、积蓄、记录)三个目的功能。
主功能也称为执行功能，是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
机电一体化系统还应具备动力功能、检测功能、控制功能、构造功能等其他功能。
加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质(原料、毛坯等)、能量(电能、液能、气能等)和信息(操作及控制指令等)，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系统(或产品)。
动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主，输入能量(或物质)和信息，输出不同能量(或物质)的系统(或产品)。
信息机是以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息(如数据、图像、文字、声音等)的系统(或产品)。
1. 2. 2机电一体化系统的构成要素机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成，各部分之间通过接口相联系。
机电一体化基本结构要素
机电一体化设备结构要素及关键技术一、机电一体化基本结构要素1，机械本体包括机身、框架、机械联接等在内的产品支持结构。
2，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，包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。
3，检测与传感装置包括各种传感器及其信号检测电路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功能。
4，控制与信息处理装置据产品的功能和性能要求以及传感器的反馈信息，进行处理、运算和决策，对产品运行施以相应的控制，实现控制功能。
包括计算机及其相应硬、软件所构成的控制系统。
5，执行机构包括机械传动与操作机构，在控制信息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
二、机电一体化共性关键技术1.机械技术机电一体化产品中的主功能和构造功能，通常是以机械技术为主实现的。
现代设计方法不断发展和完善，以满足机电一体化产品对减轻重量、缩小体积、提高精高和刚度、改善性能等多方面的要求。
2.计算机与信息处理技术计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行。
具有信息的交换、存取、运算、判断和决策等功能，包括计算机硬件技术和软件技术、网络与通信技术、数据库技术等。
3.检测与传感技术检测与传感技术的研究对象是传感器及其信号检测装置。
将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置反馈给控制及信息处理装置。
要求传感器能快速、精确地获取信息经受各种严酷环境的考验。
4.自动控制技术包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可运行等从理论到实践的整个过程。
包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等控制技术。
5.伺服驱动技术伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。
执行元件有电动、气动、、液压等多种类型，对于电动式执行元件，其驱动装置主要是指各种电动机的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。
6.系统总体技术从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。
机电一体化技术的发展
机电一体化技术的发展机电一体化技术的发展摘要：机电一体化技术是众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。
它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。
其产品具有自动化、智能化和多功能的特性。
其发展趋势是朝智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、系统化方面发展。
关键词：机电一体化; 特点; 发展趋势一、机电一体化的基本概念机电一体化技术是在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，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。
二、机电一体化的发展概况机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。
20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。
在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。
特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。
那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。
由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。
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脚，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。
简议机电一体化技术的分类及组成
简议机电一体化技术的分类及组成第一篇：简议机电一体化技术的分类及组成简议机电一体化技术的分类及组成摘要机电一体化技术是从系统工程出发，应用机械电子信息等有关技术，对它们进行有机地组织与综合，以实现整体最佳化。
关键词机电一体化机械电子系统软件应用软件在科学技术迅速发展的今天，任何一项新技术的产生都是各种技术互相渗透的结果。
机电一体化是一种复合化技术，它是机械技术、微电子技术与信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。
信息技术的引入使古老的机械工业焕发青春，使传统的机械电器产品在功能上、性能上及制造技术上都提高到一个崭新的水平，它所带来的经济效益和社会效益是十分巨大的。
一、机电一体化的概念机电一体化的英文名字是Mechantronics，起源于日本，是日本人创造的名词，它取英语Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分拼合而成，表示机械学与电子学两种学科的综合，我国通常译为机电一体化或机械电子学。
机电一体化这门科学至少应当包括机电一体化技术与机电一体化产品这两个组成部分。
由于计算机技术与通信技术的蓬勃发展，它还应该包括信息化的内容。
因为，在机电一体化产品中往往会引入仪器仪表技术，所以，有时称为“机、电．仪一体化”。
机电一体化这种复合技术，其定义可概述为：是从系统工程出发，应用机械电子信息等有关技术，对它们进行有机地组织与综合，以实现整体最佳化。
机电一体化不是机械与电子的简单叠加，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。
机电一体化的实体部分是机械技术和电子技术，再通过信息技术把两者有机结合在一起，从而构成功能更为先进的技术产品。
按照系统分析的观点，机电一体化就是把机械部分和电子部分各作为一个环节，统一在一个系统之中，为了使该系统的运行达到最优化，应该对构成系统的所有硬件采取最佳组合方式。
为了强化机电一体化产品的功能，从系统化观点出发，应把机械部分和电子部分融合在一起进行整体考虑。
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黑 箱 法 的 表 达
物料 能量 信息
机电一体化产品 （黑箱）
物料′ 能量′ 信息′
伴生输入
物料：固体、液体、气体等任何物体； 能量：机械能、电能、热能、化学能、光 能等； 信息：数据、指示值、测量值、控制信号、 波形等。 物料的转换指如何将毛坯、半成品转换成 成品； 能量的转换指如何将其它形式的能量转换 成机械能或机械能变成其它形式能量； 信息的传输或转换指将物理量的测量和显 示、控制信号的传递等。 2、黑箱法求解方法 黑箱法求解过程就是黑箱白化的过程，步
一、市场调研
二、原理方案设计
1．产品方案构思 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。 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，从中再 选几个方案按照机电一体化系统设计评价原则和评 价方法进行深入的综合分析评价，最后确定实施方
机电一体化技术发展方向
1、智能化 2、微型化 3、模块化 4、 网络化 5 人格化
6、 绿色化
智能化：智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要方向。 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新思想、新方法，模 拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维和自主决策等能力， 以求得到更高的控制目标。主要体现在诊断过程的智能化，人 机接口的智能化，自动编程的智能化，加工过程的智能化。 模块化：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。
总功能 Ⅰ层
1
2
3
Ⅱ层
1.1
1.2
1.3
3.1
3.2
Ⅲ层
1.2.1
1.2.2
3.1.1
3.1.2
功能结构示意图
最小的基本分功能或满足功能要求的最小单位称 之为功能元 物理功能元：变换、合并分离、传导隔阻、储存 逻辑功能元：与、或、非 数学功能元：加、减、乘、除、乘方、开方、微 分、积分 2、功能元实施原理方案的选择 各种功能实施的基础：以自然科学原理为基础 的技术效应，例如以物理学为主要技术基础的力 学、机械学、电学、磁学、光学等原理广泛应用 于工程技术的各个领域，即所谓的物理效应。 实施的要点：同一种功能可以用不同的技术效 应来实现，选出最佳的功能元实施原理方案.
1. 与传统的机械产品的区别：机械结构更简单、 机械功能更强、性能更优越。现代机械要求具有更新 颖的结构、更小的体积、更轻的重量，还要求精度更 高、刚度更大、动态、存取、运算、判 断和决策，实现信息处理的工具是计算机，因此计算机技 术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机 的软件技术和硬件技术，网络与通信技术，数据技术等。
1.4 机电一体化的发展
1). 20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段” 工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以提高机械 产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电子的结 合还没有得到广泛的应用。 2). 70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段” 计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了 技术基础。这个时期的特点是： mechatronics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。机电一体化技术和产品得到了极大发 展。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。 3). 90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段” 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 崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。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。
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。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。
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1cm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。
机电一体化技术
天津工业大学机电系 主讲教师: 耿冬寒
2010年9月
参考书目
《机电一体化技术与系统》机械工业出版社 梁景凯等 《机电一体化控制技术与系统》 西安电子科技大学出 版社 计时鸣 《机电一体化设计基础》 科学出版社 朱喜林等 《机电一体化技术》科学出版社，李建勇
第一章 绪论
1.1 机电一体化系统的基本概念 1.2 机电一体化系统的基本构成 1.3 机电一体化共性关键技术 1.4 机电一体化技术发展
1、功能分解
必要功能 功能 非必要功能
基本功能 附加功能
工程设计中常用的的方法是“黑箱法” 1、黑箱法的基本原理：
将所要实现给定功能的机电系统看作为一个未知 内部功能结构、功能载体的“黑箱”，通过对输入量 和输出量的分析，逐步掌握输入和输出的基本特征和 转换关系，寻求能实现这种基本特征和转换关系的工 已知 黑色 白化 功能载体求解即： 未知 作原理和功能载体。
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。 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。 机电一体化技术：机电一体化不是机械与电子简单的 叠加从系统的观点出发，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。
绿色化：机电一体化产品的绿色化是指，使用时不污染生态 环境，报废后能回收利用。 人格化：机电一体化的人格化有两层含义。一层是，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，另一层是模仿生物机理， 研制各种机电一体化产品。
机电一体化系统设计
所谓的系统设计,就是用系统思维综合运用各 有关学科的知识、技术和经验,在系统分析的基础 上,通过总体研究和详细设计,实现满足设计目标 的产品研发过程。系统设计的基本原则是使设计 工作获得最优化效果,在保证目的功能要求与适当 使用寿命的前提下不断降低成本。 系统设计的过程就是“目标—功能—结构—效果” 的多次分析与综合的过程。综合可理解为各种解 决问题要素的拼合的模型化过程,这是一种高度的 创造行为。分析是综合的反行为，也是提高综合 水平的必要手段
1.2 系统的基本组成
机械本体 动力与驱动装置
机电一体化系统
执行机构
传感与检测部分 控制与信息处理
1、机械本体
机身、框架、机械联接等产品支持机 构，实现构造功能。 要求：可靠、小型、美观
2、动力驱动 提供能量，转换成需要的形式，实现动力 和驱动功能。 要求：效率高、可靠性好
3、检测传感装置 检测产品内部状态和外部环境，实现计测 功能。 要求：体积小、精度高、抗干扰 4、控制与信息处理
1.机电一体化系统的设计思想与方法 一、机和电融合的设计思想 二、系统的设计思想 三、注重创新的设计思想
2.机电系统总体设计方案的过程
规划阶段 可行性研究 报告、任务书 原理方案图、结构设 计图、总装图 零、部件工作 图、设计技术文件 用户对产 品的需求 总体设 计关键
总体阶段
详细施工阶段
绘制生产图纸、 设计说明书、 使用说明书、 明细表
3. 自动控制技术范围很广，机电系统设计在基本控制 理论指导下，对具体控制装置或控制系统进行设计；对设 计后的系统进行仿真和现场调试，最后使研制的系统可靠 地投入运行。控制系统是指由被控对象和控制装置所构成 的，能够对被控对象的工作状态进行调节、使之具有一定 的状态和性能的系统。
4. 传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系 统的输入端相连并将检测到的信息输送到信息处理部分。 传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节，它的 功能越强，系统的自动化程度就越高。传感与检测的关键 元件是传感器。 5. 伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动 装置，由微型计算机通过接口与这些传动装置相连接，控 制它们的运动，带动工作机械作回转、直线以及其他各种 复杂的运动。 驱动装置主要指各种电动机的驱动电源电路。
6. 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的 观点和全局角度，把功能和技术方案组成方案组进行分析、 评价和优选的综合应用技术。系统总体技术解决的是系统 的性能优化问题和组成要素之间的有机联系问题，即使各 个组成要素的性能和可靠性很好，但如果整个系统不能很 好协调，系统也很难正常运行。
机电一体化技术与传统机电技术的区别：传统机电技 术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现， 如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间 的内在联系；机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是 刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计 算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件 间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定 的智能性。 机电一体化技术与并行工程的区别：机电一体化技 术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检 测技术在设计和制造阶段就有机地结合在一起，十分注意 机械和其他部件之间的相互作用。而并行工程将上述各种 技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行 设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。