機電一體化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2022年5月2021/5/281目錄一、機電一體化的定義二、機電一體化技術(shù)的戰(zhàn)略地位三、機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀四、機電一體化的發(fā)展趨勢2021/5/282一、機電一體化的定義日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機電一體化技術(shù)”這一概念，當(dāng)時他們?nèi)∶麨椤癕echatronics”，即結(jié)合應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。

Mechanics（機械學(xué)）+Electronics

（電子學(xué)）目前,國際上普遍采用日本機械振興協(xié)會的定義：“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù),并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱?！?021/5/283機電一體化技術(shù)是多種現(xiàn)代技術(shù)的融合

機械制造技術(shù)電子技術(shù)信息處理技術(shù)測試傳感器技術(shù)控制技術(shù)接口技術(shù)計算機技術(shù)伺服驅(qū)動機電一體化技術(shù)2021/5/284機電一體化技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用機電一體化技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用從一般的數(shù)控機床、加工中心和機械手發(fā)展到智能機器人、柔性制造系統(tǒng)（FMS,FlexibleManufacturingSystem

）、無人生產(chǎn)車間和將設(shè)計、制造、銷售、管理集于一體的計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS,ComputerIntegratedManufactureSystem)2021/5/285機電一體化系統(tǒng)的組成機電一體化系統(tǒng)的組成要素及功能

(a）

機電一體化系統(tǒng)的組成要素;(b）

機電一體化系統(tǒng)的功能

2021/5/286機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用美國機器協(xié)會（RIA）：

機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動作來執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力的多功能操作機。1．國際上關(guān)于機器人的幾種定義（1）：2021/5/287日本工業(yè)機器人協(xié)會：工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的、能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用1．國際上關(guān)于機器人的幾種定義（2）：2021/5/288國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）：機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機，這種操作機具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。

機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用1．國際上關(guān)于機器人的幾種定義（3）：2021/5/289中國：機器人是一種擬人功能的機械電子裝置。機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用1．國際上關(guān)于機器人的幾種定義（4）：2021/5/28109、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2月-232月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:27:4316:27:4316:272/3/20234:27:43PM11、人總是珍惜為得到。2月-2316:27:4316:27Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。16:27:4316:27:4316:27Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2月-232月-2316:27:4316:27:43February3,202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20234:27:43下午16:27:432月-2315、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月234:27下午2月-2316:27February3,202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/316:27:4316:27:4303February202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。4:27:43下午4:27下午16:27:432月-239、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2月-232月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:27:4316:27:4316:272/3/20234:27:43PM11、人總是珍惜為得到。2月-2316:27:4316:27Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。16:27:4316:27:4316:27Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2月-232月-2316:27:4316:27:43February3,202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20234:27:43下午16:27:432月-2315、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月234:27下午2月-2316:27February3,202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/316:27:4316:27:4303February202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。4:27:43下午4:27下午16:27:432月-231958年，美國推出了世界上第一臺工業(yè)機器人實驗樣機。1967年，日本引進了美國的工業(yè)機器人技術(shù)，經(jīng)過消化、仿制、改進、創(chuàng)新，到1980年，機器人技術(shù)在日本取得了極大的成功與普及。80年代以來，國際機器人的發(fā)展速度平均保持在25％~30％年增長率，所生產(chǎn)的機器人主要用于改善惡劣的工作條件。我國機器人技術(shù)起步較晚，1987年，北京首屆國際機器人展覽會上，我國展出了10余臺自行研制或仿制的工業(yè)機器人。經(jīng)過“七五”、“八五”攻關(guān)，我國研制和生產(chǎn)的工業(yè)機器人已達到了工業(yè)應(yīng)用水平。2．機器人工業(yè)發(fā)展史：機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用2021/5/2813數(shù)控技術(shù)：用數(shù)字信號構(gòu)成的控制程序?qū)δ骋粚ο筮M行控制的一門技術(shù)，簡稱NC(NumericalControl）。它所控制的一般是位移、角度、速度等機械量，也可以是溫度、壓力、流量、顏色等物理量。采用數(shù)控技術(shù)進行控制的生產(chǎn)機床即為數(shù)控機床。機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用3．?dāng)?shù)控機床的定義：2021/5/2814隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對制造機械產(chǎn)品的設(shè)備－機床提出了三高要求（高性能、高精度、高自動化）。現(xiàn)代生產(chǎn)中，單件和小批量產(chǎn)品占到70％－80％，而且產(chǎn)品改型相當(dāng)頻繁，這些都要求機床能夠適應(yīng)產(chǎn)品的變化。原來這些產(chǎn)品都是在通用機床、組合機床和自動機床上生產(chǎn)，這種加工方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用4．?dāng)?shù)控機床的產(chǎn)生（1）：2021/5/2815現(xiàn)代生產(chǎn)往往是單件、小批量、精度高、復(fù)雜型面零件的加工。1952年美國PARSONS公司和MIT研制了第一臺三坐標(biāo)的數(shù)控銑床。這種機床對于不同零件的加工只需要改變加工程序，而不需改變機床硬件。機器人和數(shù)控機床是

機電一體化的最重要應(yīng)用4．?dāng)?shù)控機床的產(chǎn)生（2）：2021/5/2816二、機電一體化技術(shù)的戰(zhàn)略地位實現(xiàn)機電一體化,可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液,帶來新的活力,把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來,實現(xiàn)文明生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)是立國之本，工業(yè)是強國之路。機電一體化技術(shù)又是現(xiàn)代工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。2021/5/2817機電一體化技術(shù)的戰(zhàn)略地位機電一體化占據(jù)主導(dǎo)地位是制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢,而制造產(chǎn)業(yè)是整個科學(xué)技術(shù)和國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè),因而機電一體化在當(dāng)前激烈的國際政治、軍事、經(jīng)濟競爭中起著舉足輕重的作用,受到各工業(yè)國家的極大重視。

2021/5/2818三、機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.國外機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1）機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)發(fā)達國家,數(shù)控機床占機床總數(shù)的30%～40%;工業(yè)機器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展,數(shù)量在未來十年將以25%～30%的速度增長。智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領(lǐng)域。2021/5/2819背包機器人

PackBot裝配工業(yè)機器人

1.國外機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2820美國陸軍“魔爪”武裝機器人

武裝機器人“劍”

美軍在伊拉克和阿富汗已經(jīng)部署了5000多臺機器人1.國外機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2821目前日本的工業(yè)機器人生產(chǎn)量占全世界工業(yè)機器人的70%左右，與工業(yè)機器人相關(guān)的專利則有90%以上掌握在日本企業(yè)手中。由此也可以看出，日本是名副其實的機器人王國。美國、德國分別居二、三位。1.國外機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2822在數(shù)控機床方面，目前世界最大的3家廠商是：日本FANUC、德國西門子、日本三菱。在重型機床、高精度機床、特種加工機床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機床等領(lǐng)域，日、德、意、美等國居于前列。數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.01~0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級機床達到0.0005mm左右，納米級機床達到0.005~0.01μm，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已有產(chǎn)品。

1.國外機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2823意大利產(chǎn)五軸聯(lián)動立式加工中心2021/5/28242)機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢,它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。CIMS的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合,而是全局動態(tài)的最優(yōu)綜合。1.國外機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28253)激光技術(shù)進入機電一體化領(lǐng)域。光機電一體化是機電一體化技術(shù)發(fā)展的重要方向,是當(dāng)今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結(jié)合點。4)微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備突飛猛進。微機電技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,帶動了大量高新技術(shù)的興起。1.國外機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28261)數(shù)控技術(shù)方面。我國從1985年開始研究數(shù)控技術(shù),經(jīng)過20多年的發(fā)展,基本掌握了關(guān)鍵技術(shù),建立了多處數(shù)控開發(fā)和生產(chǎn)基地,初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2827蘇州市精業(yè)機電設(shè)備有限公司五軸聯(lián)動加工中心2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2828新聞聯(lián)播：通過自主創(chuàng)新，我國數(shù)控機床國內(nèi)市場產(chǎn)量已經(jīng)達到8萬6千多臺，是六年前的8倍。新聞聯(lián)播：中國機床工具工業(yè)協(xié)會總干事長吳柏林：我們有信心在今后5-10年，使我們的數(shù)控機床（國內(nèi)市場）占有率提高到50%以上。2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28292)工業(yè)機器人方面。我國1986年將機器人的研究開發(fā)列入國家科技計劃,現(xiàn)已掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)和軟件編程技術(shù),可生產(chǎn)部分機器人的關(guān)鍵元器件,并開發(fā)出噴漆、焊接、裝配、搬運及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機器人。2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28302022年09我國自主研制的仿人機器人“匯童”，高１．６米，重６３公斤,具有視覺、語音對話、力覺、平衡覺等功能,實現(xiàn)了前進、后退、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上下臺階及未知地面情況下的穩(wěn)定行走。2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28312022年10月，哈工大計算機學(xué)院展出的機器人隨著音樂表演團體操2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/28323）計算機集成制造系統(tǒng)方面。我國經(jīng)過多年的理論和技術(shù)準(zhǔn)備,CIMS已經(jīng)有了較快發(fā)展。目前,已在清華大學(xué)建成國家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究單位建立了7個CIMS單元技術(shù)實驗室和8個CIMS培訓(xùn)中心。2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2833某CIMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀2021/5/2834四、機電一體化的發(fā)展趨勢1.智能化智能機電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。2021/5/28352.系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采