机电一体化技术发展与应用研究

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1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：机电一体化技术 发展与应用研究 摘 要 在机械工程领域中，由于微电子技术和计算机技术的发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化。使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化发展至今已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。关键词：机电，一体化，发展目 录摘 要1目 录2第一章 机电一体化的基本概念51.1基本概念51.2 机电产品的优越性51.2.1 使用安全性和可靠性提高51.2. 2生产能力和工作质量提

2、高51.2.3使用性能改善61.2.4具有复合功能并且适用面广61.2.5安装调试方便61.3 机电产品的分类61.3.1数控机械类61.3.2电子设备类61.3.3机电结合类71.3.4电液伺服类71.3.5信息控制类7第二章 机电一体化产品的构成及特点82.1 机械技术82.2 计算机与信息技术82.3 系统技术82.4 自动控制技术82.5 传感检测技术92.6 伺服传动技术9第三章 机电一体化的技术的发展趋势103.1 机电一体化技术的发展历程103.2 机电一体化技术的发展趋势103.2.1光机电一体化方向103.2.2柔性化方向113.2.3仿生物系统化方向113.2.4微型化方向

3、113.2.5 机电一体化技术的应用113.3机电一体化产品的发展趋势123.3.1智能化123.3.2 微控制器和接口技术133.3.3模块化133.3.4网络化133.3.5 自源化133.3.6 人性化133.3.7 微型化133.3.8 绿色化143.4 典型机电一体化产品的发展趋势143.4.1数控机床143.4.2 自动机与自动生产线15第四章 简单机电一体化系统164.1刚性自动化生产164.1.1刚性半自动化单机164.1.2刚性自动化单机164.1.3刚性自动化生产线164.2 柔性制造单元(FMC)164.2.1FMC控制系统164.2.2 FMC的基本控制功能164.3柔

4、性制造系统(FMS)164.3.1自动化加工设备174.3.2工件储运系统174.3.3刀具储运系统174.3.4辅助设备174.3.5多层计算机控制系统174.4柔性制造线(FML)174.4.1柔性制造线的组成174.4.2柔性制造线的主要优点174.5 柔性装配线(FAL)184.5.1装配站184.5.2物料输送装置184.5.3控制系统184.6 计算机集成制造系统（CIMS）194.6.1CIMS的功能构成194.6.2CIMS的关键技术20第五章 我国机电产品概况215.1核心技术是我国机电产品出口的软肋215.1.1核心技术严重依赖进口215.1.2核心技术是利润分配的有力法码

5、215.2 技术壁垒是我国机电产品出口的新拦路虎225.2.1 绿色壁垒使中国企业短期内捉襟见225.2.2意识没有走进到实践之中225.3升值对出口企业的影响225.4 缺乏专业信息平台225.5我国技术体系需完善235.5.1 技术体系不完善235.5.2技术法规执行情况疏于监管23第六章 我国机电一体化面临的形势及任务246.1 我国机电一体化面临的形势246.2 我国机电一体化面临的任务24第七章 我国机电一体化相应的对策257.1 加强统筹安排，协调发展计划257.2 强化行业管理，发挥“协会”作用257.3 优化发展环境、增大支持力度257.4 突出发展重点，兼顾“两个层次”26参

6、考文献27致 谢28第一章 机电一体化的基本概念1.1基本概念机电一体化又称机械电子学，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。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

7、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。1.2 机电产品的优越性与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。1.2.1 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。1.2. 2生产能

8、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56倍。1.2.3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

9、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。1.2.4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。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。1.2.5安装调试方便机电一体化产品

10、在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。1.3 机电产品的分类机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体

11、化产品的功能，可以将其分成下述几类。1.3.1数控机械类主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。1.3.2电子设备类主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。 1.3.3机电结合类主要产品品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。1.3.4电液伺服类主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。 1.

12、3.5信息控制类包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。第二章 机电一体化产品的构成及特点机电一体化是指在结构主功能、动力功能、信息处理功能上引进电子技术，将机械装置与电子设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可以概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用计算机、自动控制技术、机械技术、传感检测技术、伺服传动技术、

13、信息交换技术、以及软件编程技术等交叉的系统技术，应用范围越来越广。机电一体化技术具体包括如下内容：2.1 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。 2.2 计算机与信息技术 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。 2.3 系统技术 系统

14、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。 2.4 自动控制技术 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，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。 2.5 传感检测技术 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。 2.6 伺服传动技术包

15、括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。第三章 机电一体化的技术的发展趋势3.1 机电一体化技术的发展历程“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系

16、统后，使机械电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化

17、方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了21世纪。3.2 机电一体化技术的发展趋势以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：3.2.1光机电一体化方向一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学

18、技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。3.2.2柔性化方向 未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。3.2.3仿生物系统化方向 今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

19、处于“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。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。3.2.4微型化方向 目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”机体，执行结构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。3.2.5 机电一体化技术的应用

20、1. 在现代机械制造业中的应用 传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制

21、造、虚拟制造、并行工程等。2. 在饮料行业中的应用 机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。3. 在钢铁企业中的应用（1） 计算机集成制造系统(CIMS) 钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。（2） 现场

22、总线技术(FBT) 现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。（3） 交流传动技术 随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。（4） 开放式控制系统 “开放”意

23、味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。（5） 分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化

24、，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。3.3机电一体化产品的发展趋势3.3.1智能化智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌

25、动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。3.3.2 微控制器和接口技术微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。3.3.3模块化是一项重要而艰巨的工程。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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速

26、、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。3.3.4网络化网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。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，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。3.3.5 自源

27、化 自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。3.3.6 人性化 人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更自然，更接近生活习惯。3.3.7 微型化微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可

28、比拟的优势。3.3.8 绿色化 工业发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。3.4 典型机电一体化产品的发展趋势3.4.1数控机床 目前我国是全世界机床拥有量最多的国家，但数控机床只占约5且大多数是普通数控。近些年来数控机床为适应加工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 1、高速化。由于高速加工

29、技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有30004000r/min提高到800010000r/min；铣床和加工中心主轴转速由40008000r/min提高到1200040000r/min以上；快速移动速度由过去的1020m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G2G，最高可达15G；直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 2、高精度化。数控机床的定位精度已由一般的0.010.02mm提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0

30、005mm左右；纳米级机床达到0.0050.01um；最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已问世。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1u的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，并可进行自动拐角处理等。 3、复合加工，新结构机床大量出现。如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各种新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 4、使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大

31、提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。 5、数控机床的开放性和联网管理。数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。3.4.2 自动机与自动生产线在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：200080000瓶/h的啤酒自动生产线；

32、18000120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现在电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。第四章 简单机电一体化系统4.1刚性自动化生产4.1.1刚性半自动化单机 除上、下料外，机床可

33、以自动完成单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化机床。 4.1.2刚性自动化单机 它是在刚性半自动化单机的基础上增加了自动上、下料等辅助装置而形成的自动化机床。4.1.3刚性自动化生产线 刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。 4.2 柔性制造单元(FMC) 柔性制造单元由单台数控机床、加工中心、工件自动输送及更换系统等组成。4.2.1FMC控制系统 FMC控制系统一般分为两级，分别是单元控制级和设备控制级。 1.设备控制级。 2.单元控制级。4.2.2 FMC的基本控制功

34、能FMC的基本控制功能包括：1.单元中各加工设备的任务管理与调度。 2.单元内物流设备的管理与调度。3.刀具系统的管理。 4.3柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。其基本组成部分有：自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统和多层计算机控制系统等。4.3.1自动化加工设备 组成FMS的自动化加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元。 4.3.2工件储运系统 FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘（工件）缓冲站。工件运输设备包括各种传

35、送带、运输小车、机器人或机械手等;工件更换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。4.3.3刀具储运系统 FMS的刀具储运系统由刀具库、刀具输送装置和交换机构等组成。 4.3.4辅助设备 FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备一般包括自动清洗工作站,自动去毛刺设备,自动测量设备,集中切屑运输系统和集中冷却润滑系统等。4.3.5多层计算机控制系统 FMS的控制系统采用三级控制，分别是单元控制级、工作站控制级、设备控制级。就是一个FMS控制系统实例，系统包括自动导向小车（AGV）、TH6350卧式加工中心、XH714A立式加工中心和仓储设备等。1.设备控制级。 2.工作站控制级。 3.单

36、元控制级。 4.4柔性制造线(FML)4.4.1柔性制造线的组成 柔性制造线由自动化加工设备、工件输送系统和控制系统等组成。 4.4.2柔性制造线的主要优点 具有刚性自动线的绝大部分优点；当批量不很大时，生产成本比刚性自动线低得多；当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性自动线少得多，但建立系统的总费用却比刚性自动线高得多。 1. 自动化加工设备; 2. 工件输送系统; 3. 刀具; 图4-1为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由两台对面布置的数控铣床，四台两两对面布置的转塔式换箱机床和一台循环式换箱机床组成。采用辊子传送带输送工件。这条自动线看起来和刚性自动线没有什么区别，但它具有一定的柔

37、性。FML同时具有刚性自动线和FMS的某些特征，在柔性上接近FMS，在生产率上接近刚性自动线。 图4-1柔性制造线示意图4.5 柔性装配线(FAL) 柔性装配线通常由装配站、物料输送装置和控制系统组成。4.5.1装配站 FAL中的装配站可以是可编程的装配机器人,不可编程的自动装配装置和人工装配工位。4.5.2物料输送装置4.5.3控制系统 FAL的控制系统对全线进行调度和监控，主要控制物料的流向和装配机器人。图4-2是示意图。 图4-2 柔性装配线示意图4.6 计算机集成制造系统（CIMS）4.6.1CIMS的功能构成 CIMS的功能构成包括下列内容(参考图4-3)： 1.管理功能 2.设计功

38、能 3.制造功能 4.质量控制功能 5.集成控制与网络功能 图4-3 CIMS的组成4.6.2CIMS的关键技术 1.信息集成 2.过程集成 3.企业集成 第五章 我国机电产品概况 2009年，我国机电产品出口继续稳定增长，进出口总额达到12004.6亿美元，比上年同期增长22.8%，净增加2232.8亿美元，占我国外贸进出口总额的55.2%。尽管我国的机电产品出口保持了快速稳定的增长势头，但存在的问题却不容忽视。如出口秩序缺乏有效的约束、加工贸易在我国机电产品出口中比重过大、机电产品出口采用粗放型的增长方式、缺乏自主出口品牌等。5.1核心技术是我国机电产品出口的软肋 5.1.1核心技术严重依

39、赖进口 我国近90%的机电产品出口是通过加工贸易的方式实现的，而其中75%是外商在华投资企业进行的，不少加工贸易出口企业主要从事组装加工，对引进技术的消化吸收工作滞后，开发和创新能力不足，由此难以实现加工贸易的落地生根。如电子信息技术产品是我国机电产品出口的主体，但其核心技术和关键部件却要依赖进口。 尽管我国政府目前加大了对新兴企业在税收上的支持，但这并没有引起一些中小企业的足够重视，在资金的投入和对科研人员的重视程度上也与发达国家相去甚远，科技创造财富体现的并不明显。并且，我国政府在对于科学技术上的投入虽然呈现出强劲的增长势头，但这与发达国家相比仍有很大差距。 5.1.2核心技术是利润分配的

40、有力法码 企业核心竞争力很重要的一个表现就是自主知识产权，没有核心技术就没有灵魂。只有掌握了技术，才能在行业内赢得更多的主动和尊重，得到更多的机会与利润。当今国际分工将生产分为高、中、低三个环节，跨国公司掌握着产品的高端技术环节，把中端和低端转移到国外；在利润的获得上，高、中、低端的比例大体是7：2：1。我国处于中端和低端状态，所以只能购买国外的先进技术，在扣除一定比例的专利费后，企业的利润只表现为可怜的加工费，其最积极意义也就是吸收了大量的剩余劳动力。所以，技术已经成为中国企业发展的一个关键的关卡。没有技术，所谓的“制造大国”仅仅是一个“加工大国”，更是一个“利润小国”，而这也为国民经济发展

41、的合理布局埋下了不稳定因素。 5.2 技术壁垒是我国机电产品出口的新拦路虎 5.2.1 绿色壁垒使中国企业短期内捉襟见 2006年8月13日，欧盟关于报废电子电气设备指令（简称WEEK指令）已经正式实行，向欧盟出口各类机电产品的中国生产企业都将额外承担高额的电子垃圾处理费用。2006年7月1日，另一项涉及机电产品原材料中有害物质限定的指令关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令（ROHS）指令也将实施。欧盟这两项指令涵盖产品十分广泛，它们的实施将直接导致我国出口欧盟的机电产品价格上涨10%，这无疑又给中国企业向欧盟出口的电气电子产品增加了一项不小的成本，使我国产品竞争力下降，抑制了我国同类

42、机电产品出口增长。更严重的是，如果这些措施被美国和日本等国家采纳，将使我国机电产品出口面临更为严峻的挑战。 5.2.2意识没有走进到实践之中 对“绿色经济”的渴望已成为当今全球经济追求的热点。但是我国大部分企业在电子产品采用的材质方面，有一半以上还在使用着有毒材料，以期换来价格上的竞争优势。直到生产的产品无法进入国际市场之后，生产企业才会想到研发或采用无毒无害的材质替代。可见投资者在环保与经济的关系上的不敏感性。 但同时这也将促使我国企业尽快采用新技术，加快与国际标准接轨，使现有资源合理配置，进而从根本上提高我国机电产品的出口竞争力，在“高端”市场上扩大市场份额，优化我国出口商品的市场结构。

43、5.3升值对出口企业的影响 2007年12月底，美元对人民币交易价格已调整为17.4，人民币升值3%，且有进一步提升的势头。我国机电产品出口是以消费电子类产品、家电产品、数据处理设备为主，其往往又是依赖低廉劳动力支撑的价格优势，对汇率波动比较敏感，汇率上涨很容易产生出口替代，流失客户及市场，而且国内原材料和劳动力成本也会提高，这使出口产品的比较成本优势进一步弱化，降低了企业国际竞争力。 同时，尽管人民币升值短期内会减缓我国机电产品出口，但对技术贸易来讲，却可以利用人民币汇率持续增长的时机，大量引进先进技术，反哺加工业，提高企业的利润空间。5.4 缺乏专业信息平台 为了应对反倾销技术壁垒和绿色壁

44、垒，由政府、行业协会及出口企业联合建立全面、系统的并且实时性的专业信息平台必不可少。然而，事实上我国恰恰缺少这样一个综合性的信息平台，使政府的调控和监督作用难以有效发挥，行业协会的协调和指导作用也很难到位，所以企业往往会因为对国际标准或进口国标准等信息获得的难度和滞后性而处于被动地位，遭遇技术壁垒和绿色壁垒。5.5我国技术体系需完善5.5.1 技术体系不完善 作为世界上最大的发展中家，我国本身的经济发展水平就不高，技术法规体系也不健全。有许多产品尚未建立技术标准，即便有标准，也存在国内标准不统一或大大低于国际标准的现象。这对于将发达国家作为主要出口对象的中国企业来讲，是一个先天不足。5.5.2

45、技术法规执行情况疏于监管 由于执法不严，使政府难以对市场进行有力的质量监督，从而无法对外形成有效的贸易壁垒，不能利用WTO的相关措施保护本国企业。而且，执法不严也使企业缺乏严格的质量标准意识，或在缺位或监管乏力的情况下生产和出口，直接导致了在国际市场上频频遭遇技术壁垒的境况和对中国企业产品的质量产生怀疑。 我国机电产品出口虽然已经有了长足发展，但问题与机遇并存，对于这个问题的思考和解决，将会对我国机电技术产品层面的提高和市场经济制度的完善及都将不无裨益。第六章 我国机电一体化面临的形势及任务6.1 我国机电一体化面临的形势 我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度我国用机电一体化技术

46、加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。 我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用

47、户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。 另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。6.2 我国机电一体化面临的任务 我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、

48、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。第七章 我国机电一体化相应的对策7.1 加强统筹安排，协调发展计划 目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益，各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的问题，同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和

49、规划，避免开发上重复，生产上撞车！7.2 强化行业管理，发挥“协会”作用 目前，我国“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难哆的。因此，我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。“协会”要进一步扩大领导机构理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制；指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关项目的发标、招标工作7.

50、3 优化发展环境、增大支持力度 优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。 增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。7.

51、4 突出发展重点，兼顾“两个层次” 机电一体化产业复盖面非常广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍，有所为，有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的品起码正做到机电一体化。参考文献1.戴勇. 高职机电一体化技术专业课程开发M. 北京:

52、 机械工业出版社,2004.2.顾京. 现代机床设备M. 北京：化学工业出版社,2001.3.袁中凡. 机电一体化技术M. 北京: 电子工业出版社. 2006.4.芮延年. 机电一体化系统设计M. 北京: 机械工业出版社, 2004.5.李运华. 机电控制M. 北京航空航天大学出版社, 2003.6.王中杰,余章雄,柴天佑. 智能控制综述J. 机械工业出版社, 2006(6).7.章浩. 机电一体化技术的发展与应用J. 化学工业出版社, 2006(7).8.袁中凡. 机电一体化技术J. 电子工业出版社, 2004.致 谢 时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日

53、趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 在这里，首先感谢指导老师梁晓红老师。本论文是在梁晓红老师的亲切关怀与悉心指导下完成的。从课题的选择到论文的最终完成，梁晓红老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。 此外，论文最终得以完成，也是与许多同学对我的帮助分不开的。他们为我论文的选题和内容上面提供了许多意见和建议，在此由衷的感谢他们。在学校的3年生活中，我学到了很多很多。虽然马上就要离开了，但是母校在我心中是永远不会忘记的。 母校是一支永远的乐曲，我们是她一个放飞的音符；无论我们将来汇入哪一首诗歌里，都跳动着她的一节旋律！ 母校是一处温馨的港湾，我们是她怀中驶出的一艘小船，无论我们将来泊在哪个码头，都闪烁着她的一盏航灯！ 母校承载了我们无尽的欢笑和泪水 ，既然我们选择了她 ，就让我们来好好爱她， 呵护她！我们一起在这片土地上拼凑起曾经属于我们的美好回忆 ，留下我们成长的足迹！ 昨天，我们沉浸在艰辛的喜悦，收获了无穷的经验而微笑；今天，我们身体充满了沸腾的血液，压抑了离别时的忧郁；而明天，我们就要朝着自己崭新的梦想，创造属于自己的一片蓝天！最后，祝各位老师身体健康，工作顺利，每天都有好心情，愿所有的同学取得更优异的成绩，祝母校走向更辉煌的明天！ 第 29 页