《智能機電系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)》課件 第一章-緒論

1.1概述1.2智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢1.3智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程第一章緒論1.智能機電系統(tǒng)的基本概念及組成1.1概述

基本概念

智能機電系統(tǒng)通常是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能的基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)，將機械裝置和電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而成的系統(tǒng)。智能機電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于制造、汽車、航空、航天、航海、醫(yī)療、食品等領(lǐng)域，例如數(shù)控機床、智能汽車、火星探測器、深海探測器、機器人以及裝配生產(chǎn)線等。1.智能機電系統(tǒng)的基本概念及組成1.1概述

系統(tǒng)組成

一個典型的智能機電系統(tǒng)通常由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、感知系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)五個子系統(tǒng)組成。機械系統(tǒng)主要包括支承部件、傳動部件和執(zhí)行部件等，用于連接其他要素并形成一個有機整體。1.智能機電系統(tǒng)的基本概念及組成1.1概述

驅(qū)動系統(tǒng)：主要包括電力驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動等幾種類型，其作用是為機械系統(tǒng)提供所需要的運動和動力。

1.智能機電系統(tǒng)的基本概念及組成1.1概述

動力系統(tǒng)：為驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供動力源，以確保其他系統(tǒng)正常工作，如電源、液壓源、氣源等。

1.智能機電系統(tǒng)的基本概念及組成1.1概述

感知系統(tǒng)：利用傳感器及檢測等技術(shù)將產(chǎn)品運行過程中自身和外界環(huán)境中的各種參數(shù)。1.智能機電系統(tǒng)的基本概念及組成1.1概述

控制系統(tǒng)：利用計算機、運動控制卡、以及輸入輸出設(shè)備等硬件和控制軟件，對來自傳感系統(tǒng)的反饋信息和外部輸入命令進行處理、運算和決策。2.智能機電系統(tǒng)的主要特點及應(yīng)用1.1概述

綜合性、系統(tǒng)性強結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，效率高精度高，功能全可靠性高、穩(wěn)定性好自動化、柔性化、智能化程度高

主要特點

2.智能機電系統(tǒng)的主要特點及應(yīng)用1.1概述

工業(yè)生產(chǎn)

應(yīng)用

2.智能機電系統(tǒng)的主要特點及應(yīng)用1.1概述

社會服務(wù)

2.智能機電系統(tǒng)的主要特點及應(yīng)用1.1概述

科學(xué)探索

1.關(guān)鍵技術(shù)1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

機械技術(shù)

機械技術(shù)是智能機電系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的基礎(chǔ)，主要包括機械設(shè)計、加工工藝和制造技術(shù)等。感知技術(shù)

感知技術(shù)是指對產(chǎn)品運行狀態(tài)和環(huán)境進行實時檢測及反饋的技術(shù)，主要包括傳感信號的感知、辨識、提取與處理技術(shù)等，是產(chǎn)品實現(xiàn)自動化、智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)1.關(guān)鍵技術(shù)1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

伺服驅(qū)動技術(shù)

伺服驅(qū)動技術(shù)的主要研究對象是伺服驅(qū)動單元及其驅(qū)動裝置，作用是根據(jù)控制指令，控制驅(qū)動元件使機械運動部件按照指令要求動作，并保持良好的工作性能。自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)主要包括自動控制方法、控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)、現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)及運行測試技術(shù)等方向。常見控制方法有程序控制、PID控制、前饋控制、自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制等方法。1.關(guān)鍵技術(shù)1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)主要是指產(chǎn)品在工作過程中信息的交換、存取、運算、診斷和決策等技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（InternetofThings，IoT）是指通過信息傳感設(shè)備實時采集物體或過程中的各種有用信息，并按約定協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)連接，通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能的技術(shù)。1.關(guān)鍵技術(shù)1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

故障診斷技術(shù)

故障診斷技術(shù)是指綜合利用各種監(jiān)測、檢查和測試手段，進行故障發(fā)現(xiàn)、故障診斷、故障預(yù)測的技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)

系統(tǒng)總體技術(shù)是指圍繞系統(tǒng)整體目標，使用系統(tǒng)工程設(shè)計方法，將系統(tǒng)分解成相互有機聯(lián)系的若干功能單元，找出各功能單元的具體實現(xiàn)技術(shù)方案，然后再把功能和技術(shù)方案組合并進行分析、評價和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。2.發(fā)展趨勢1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會經(jīng)濟的進步，我們已經(jīng)或即將邁入全面數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化時代。面向我國智能機電行業(yè)領(lǐng)域需求的不斷擴大和對產(chǎn)品功能、性能要求的不斷提高，未來的智能機電系統(tǒng)將向高性能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、微型化、集成化、綠色化以及人性化等方向發(fā)展。2.發(fā)展趨勢1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

高性能化

在產(chǎn)品的高速度、高精度、高效率和高可靠性等方面，一直是產(chǎn)品開發(fā)持續(xù)追求的目標。模塊化主要體現(xiàn)產(chǎn)品零部件的通用性和互換性，提高產(chǎn)品的可裝配性、可維修性，以減少產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)成本。網(wǎng)絡(luò)化主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)分析、智慧管理以及智能服務(wù)等方面。智能化主要體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維護的智能化等方面。2.發(fā)展趨勢1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

微型化

主要體現(xiàn)在微觀領(lǐng)域的發(fā)展。例如，微機電一體化系統(tǒng)（MEMS，一般幾何尺寸不超過1cm3）因體積小、能耗少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有很好的發(fā)展前景。2.發(fā)展趨勢1.2

智能機電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

綠色化

主要體現(xiàn)在低能源消耗、低材料消耗、健康環(huán)保以及可再生利用等方面。人性化主要體現(xiàn)在人-機-環(huán)的協(xié)同上，強調(diào)以人為本，注重使用者在產(chǎn)品的便利性以及心理甚至精神需求方面的尊重和滿足。1.開發(fā)類型1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

智能機電系統(tǒng)種類繁多，覆蓋面極為廣泛，且涉及多學(xué)科專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，其開發(fā)目的是綜合運用各項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品（或系統(tǒng)）內(nèi)部各單元之間的合理匹配和最佳的整體效能。智能機電系統(tǒng)常見的開發(fā)類型分為原創(chuàng)型和適應(yīng)型兩種。1.開發(fā)類型1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

原創(chuàng)型

原創(chuàng)型開發(fā)就是指在既無參考產(chǎn)品又無具體方案的情況下，根據(jù)產(chǎn)品功能、性能等要求進行原創(chuàng)性研究開發(fā)，是一個從無到有的創(chuàng)造過程。例如，最初的新能源汽車、人形機器人、空間站以及天文望遠鏡等均屬于原創(chuàng)型智能機電系統(tǒng)。1.開發(fā)類型1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

適應(yīng)型

適應(yīng)型開發(fā)就是指在產(chǎn)品主要原理和設(shè)計方案基本保持不變的情況下，通過技術(shù)更新、功能及結(jié)構(gòu)改進等方式，使產(chǎn)品功能增加、性能和質(zhì)量提高、成本降低、效率提升等的開發(fā)方式。2.開發(fā)流程1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)展，人們對開發(fā)新產(chǎn)品的要求越來越高，不但要物美、價廉，更要被消費者所接受。因此，基于產(chǎn)品全生命周期管理理念，智能機電系統(tǒng)的開發(fā)一般從市場或需求出發(fā)，其研發(fā)流程通常包括產(chǎn)品規(guī)劃、總體設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)制造以及運營服務(wù)等五個環(huán)節(jié)。2.開發(fā)流程1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

產(chǎn)品規(guī)劃階段

在產(chǎn)品規(guī)劃階段，需要圍繞總體目標開展市場調(diào)研、資料收集、需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、經(jīng)濟性分析以及機理分析等工作，確定產(chǎn)品用途、工作方式、主要參數(shù)、技術(shù)指標以及使用環(huán)境等要求，最終形成設(shè)計任務(wù)書，作為后續(xù)開發(fā)環(huán)節(jié)的依據(jù)。2.開發(fā)流程1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

總體設(shè)計階段

在總體設(shè)計階段，需要根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中提出的一系列要求，從智能機電系統(tǒng)的基本組成入手，進行總體方案設(shè)計與評價。主要包括產(chǎn)品的總體布局設(shè)計、概念設(shè)計等部分。2.開發(fā)流程1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

詳細設(shè)計階段

在詳細設(shè)計階段，是根據(jù)確定后的原理方案從技術(shù)層面完成所有細節(jié)內(nèi)容具體化實現(xiàn)的過程，最終形成產(chǎn)品樣機試制所需全部技術(shù)圖紙、設(shè)計說明書及相關(guān)技術(shù)文件。該階段的目的是為產(chǎn)品樣機試制提供詳細的技術(shù)檔案資料和參考依據(jù)。2.開發(fā)流程1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

生產(chǎn)制造階段

在生產(chǎn)制造階段，需要進行產(chǎn)品的樣機試制、試驗與運行測試、評價與定型等工作。樣機試制主要包括零部件的工藝設(shè)計與加工、外購件的采購以及機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等內(nèi)容。2.開發(fā)流程1.3

智能機電系統(tǒng)的開發(fā)類型及流程

運營服務(wù)階段

在運營服務(wù)階段，主要目標是通過不斷改進和創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高、市場份額的不斷擴大和用戶滿意度的持續(xù)提升，保持產(chǎn)品的競爭力不斷增強。產(chǎn)品運營服務(wù)主要包括市場推廣、銷售、售后服務(wù)、產(chǎn)品改進