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1、第二章 机电一体化技术的概况第一节 机电一体化技术的发展过程,数控机床 CAM CAD/CAM（1952） （60年代中期）CIMS 机电一体化产品 机器人 FMS （80年代）（1959） （70年代）其它机电一体化产品图21 机电一体化技术发展过程示意图,第二节 机电一体化技术出现和发展的原因一、市场对产品的需求,在商品经济的环境中，市场对产品的需求是生产的最大动力。,消费者对产品的品种、功能、质量等方面的要求越来越高。,生产厂家要以最短的研制周期、最低的生产成本来生产产品，以确保其在市场竞争中的有利地位。,机电一体化技术的出现和发展是与这样的市场经济环境紧密相关的，主要受到下列因素的影响
2、：,1某些产品的功能开发受到制约某些传统的机械产品或以机械功能为主的产品（如机床、手表、照相机等），其功能开发已达到较高的水平，如果继续单纯在机械学领域中进行功能的进一步开发已经比较困难。,因此，引入电子技术对这些产品进行功能开发，可以使这些产品具有更多的功能或更好的性能，以满足用户对高性能产品的需要。,2缩短产品研制周期，提高产品质量传统的用手工绘图、靠图纸组织整个生产过程的技术管理模式造成新产品研制周期长、产品质量不易提高，已不能满足日益激烈的市场竞争的需要。,在这种条件下，计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）系统可以发挥其优势：,利用计算机辅助设计（CAD）缩短设计周期,利用计算机
3、辅助工程（CAE）提高设计质量,利用计算机辅助工艺设计（CAPP）缩短工艺设计周期，提高工艺设计水平,利用数控机床缩短加工周期，提高加工质量,3针对多品种、中小批量产品的生产在机械制造行业中，大批量生产的产品只占1525，而中小批量生产的产品则占7585。,由于中小批量产品不适于传统的自动生产线加工制造，因此其生产效率较低，产品成本较高。,应用柔性制造系统（FMS），成功地解决了多品种、中小批量产品的生产制造问题，降低了生产成本，并且提高了生产效率。,4动态多变的市场环境需要近二十年来，传统的相对稳定的市场已变为动态多变的市场，其主要特点是：,（1）产品生命周期缩短，产品更新加快；,（2）产品
4、品种增加，批量减少；,（3）产品的质量、价格和交货期日益受到重视。,为适应这样的市场特点，制造企业必须以实现多品种、小批量、低成本、高质量和缩短交货期为企业生产管理的目标。,计算机集成制造系统（CIMS）应用统一的计算机系统，对企业的生产系统进行管理和控制，从企业生产系统整体上解决了生产的高度灵活性与高效率之间的矛盾，从而可以实现上述生产管理目标。,二、科学技术发展的必然结果1.科学的发展使得一门学科不可能孤立地存在,十五世纪下半叶，近代科学开始兴起，天文学、力学、物理学、化学、生物学等学科从混为一体的哲学中分离出来，得到迅速发展。,这时，自然科学处于初期阶段，研究自然界主要采用分化方法，即把
5、事物分成各个独立的部分，分门别类地、孤立地进行考察。这种研究方法当时自然科学的发展是必要的，并且起到积极的作用。,二十世纪三十年代以来，自然科学向宏观和微观两个方面纵深发展，科学分化越来越细，而科学综合又越来越显著。科学技术发展到一个新的更高级的阶段。,这样，不仅揭示了事物之间纵向联系，而且揭示了事物之间的横向联系。现在，人类已经进入了以系统论、信息论、控制论等现代科学方法来揭示自然界的时代，某一学科完全孤立于其它学科几乎是不可能的事情。,2. 工程技术的发展使得机、电和计算机等技术结合应用,在工程技术领域中，机械技术、电子技术和计算机技术得到广泛的应用：,许多工业产品和民用产品是由机械装置、
6、电子装置和计算机等组成的,现代的生产设备绝大部分都装备有机械装置、电子装置和计算机,通过三者之间的结合与互补，以期达到增加功能、提高性能的目的。,在现代生产设备的设计、制造、安装、调试和维修等方面，机械技术、电子技术和计算机技术的关系更为密切。,因此，机械、电子、计算机技术所处的重要地位以及它们之间的密切联系，往往是其它学科所无法比拟的。,它们的相互结合既有先天的基础，又有实际应用的价值。,因此，可以说：机电一体化技术的出现和发展是科学技术发展的必然结果。,第三节 怎样正确应用机电一体化技术机电一体化是一门不同于传统技术的新技术，因而从技术、思想方法、思想观念、知识结构等方面都有别于其它技术。
7、,一、技术上趋向更多学科交叉首先，机电一体化技术应该与生产工艺相结合。其次，机电一体化技术应该与管理科学相结合,客观地说，只要适应市场需要和技术发展需要，机电一体化技术扩展到更多学科的交叉和结合是合理的。,二、思想方法上注重整体性所谓整体性是一种系统思想，整体性主张人们不要把一个系统分解成许多孤立的部分，然后把这些部分机械地相加。,整体性要求把系统作为有机整体来考察，从整体与部分、部分与部分之间相互依赖、相互结合、相互制约的关系中揭示系统的特征和运动规律。,整体性实例实例1：米格25战斗机的设计米格25战斗机的整体机能（主要是爬高能力和飞行速度）是世界一流的。,米格25战斗机的零件制造水平远低
8、于美国战斗机的零件制造水平。,米格25战斗机的设计师以整体性为原则，合理地进行设计，用较低水平的制造技术，实现了飞机的整体机能最佳的目标。,实例2：阿波罗登月计划,1969年10月美国实施了“阿波罗登月计划”，日本政府派出代表团到美国进行考察，得出的结论是：,在设备和制造技术方面，日本不亚于美国；,在系统工程方面，日本与美国之间存在很大差距。,实例3：都江堰水利工程都江堰水利工程建于公元前250年。,都江堰水利工程的特点：鱼嘴、宝瓶口和飞沙堰三个部分，相辅相成，巧妙地结合为一个整体，实现分流、引灌、排沙、分洪等多种功能。,都江堰水利工程有两项世界之最：至今仍在使用没有水坝和闸门,实例4：丁谓重
9、建皇宫北宋年间，有一次皇宫失火，把皇宫烧毁。皇帝派大臣丁谓主持重建皇宫。,在修建皇宫的工程中，除了建造皇宫以外，还有三个工作量浩大的工程：（1）把大量的木材运到工地；（2）把大量的砖瓦运到工地；（3）把施工后的垃圾运走。,对于这三大工程，丁谓做了如下安排：从皇宫到汴河，挖一条大沟,取土烧砖瓦；引汴河水形成运河，运送木材。,把垃圾填沟，形成大道,结果：节省的经费（银两）以亿万计。,实例5：长江三峡导流明渠于2002年11月上旬截流成功。,每年的11月来年3月是长江的枯水期，其中以每年1月江水流量最小，最有利于截流。,选择截流时间时，还要考虑长江的汛期是每年的5月9月。,如果选定1月截流，其利弊分
10、别为：截流易于完成建坝工期约4个月,如果选定11月截流，其利弊分别为：截流难度稍大建坝工期约6个月,权衡各方面利弊后，确定11月初进行截流。,三、思想观念要更新1实用性第一机电一体化技术本身是一项实用技术，在应用中主要以其应用效果为评判的依据，而不过多地强调理论的系统性和高深程度。,2拿来主义机电一体化技术的一个特点是本身基本没有基础理论，主要通过合理运用其它学科成熟的理论、技术或元器件，组成新的产品或制造系统。,3信息化概念机电一体化技术是在系统理论基础上建立起来的应用学科。系统理论解决问题时，把任何通讯系统和控制系统看作一个信息的传输、加工处理系统，认为正是由于系统内部存在的信息流才使系统
11、维持正常的、有目的性的运动，进而把任何实践活动简化为三股流：人流、物流、信息流。其中信息流起着支配的作用，它调节着人流和物流的数量、方向、速度、目标，驾驭人和物作有目的、有规则的运动。,4服务意识在从事机电一体化技术的工作中，始终要树立用户第一的为用户服务的意识，为用户提供最好的产品和最好的服务。,在为用户服务的过程中：从技术开发的角度考虑怎样为用户提供最好的产品和服务；,提倡换位思考，即要从用户的角度考虑问题，确定什么才是用户真正需要的产品和服务。,Give the customer what he wants, not what you think he wants.,5市场决定一切机电一
12、体化产品和制造系统的使用效果如何，最终取决于在市场中的地位和处境。,但市场也不是一成不变的，市场实际上包括成熟市场和潜在市场：,成熟市场要尽可能多占市场份额；潜在市场则需要进行培育，即引导消费者认识和接受新产品。,四、知识结构要广度与深度结合毫无疑问，从事机电一体化技术的人员必须具有较宽的专业知识面。,但是，如果没有在某一技术方面从事较深入研究工作的经历，他对工程技术的规律和研究开发工作的特点很难有深刻认识和理解，对研究开发工作的困难估计不足，对出现的复杂情况不能妥善处理。,在研究开发工作中，触类旁通的效果不可低估。,因此，要提倡知识结构要广度和深度结合。,五、要防止三种倾向,1.重计算机，轻
13、工艺技术,2.重软件，轻硬件,3.重技能技巧，轻思想方法,第四节 正确应用机电一体化技术的评判标准,从原则上讲，是否正确应用机电一体化技术，首先要看生产的产品或系统在市场上是否受到顾客的欢迎。这是最具有说服力的最终结果。,从工作细节来看，在机电一体化技术研究开发工作过程中随时对自己的工作进行评判的标准主要有两条：,第一，系统的整体性能是否最优；,第二，系统的整体功能是否大于它的组成部分的功能之总和。,一、系统整体性能是否最优,问题：各组成部分都是最优整体最优 ？,实例1：东风2号导弹的研发过程,钱学森提出综合设计的概念，最终解决问题。,实例2：计算机攒机和品牌计算机,系统整体性能最优可分为两种情况：1绝对整体性能最优2相对整体性能最优,二、系统的整体功能是否大于它的组成部分的功能之总和,例如：某一系统由两部分组成，每一部分有两个功能。,这个系统总功能的数目可能存在三种情况：,22 4,实例：某一科学计算计算器有25个函数功能键,SIN 30 = 0.5,SHIFT SIN 0.5 30,251 50,我们应该怎样来评价自己的工作效果呢？,工作很差工作平庸工作出色,
