機電一體化技術進展和技能競賽2015_5講稿第一頁，共118頁。

機電一體化是一個新興的邊緣學科，正處于發(fā)展階段，代表著機械工業(yè)技術革命的發(fā)展方向。一般認為，機電一體化技術是一門跨學科的綜合性高技術，是由微電子技術、計算機技術、信息技術、機械技術及其他技術相融合而構(gòu)成的一門獨立的交叉學科。第二頁，共118頁。美國IEEE于1996年對機電一體化的定義:在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設計和制造中，機械工程和電子與智能計算機控制的協(xié)同集成，包括以下11個方面： （1）成型和設計；（2）系統(tǒng)集成；（3）執(zhí)行器和傳感器；（4）智能控制；（5）機器人；（6）制造；（7）運動控制；（8）振動和噪聲控制；（9）微器件和光電子系統(tǒng)；（10）汽車系統(tǒng)；（11）其他應用第三頁，共118頁。 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，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱”第四頁，共118頁。機電一體化技術的發(fā)展歷程機電一體化的核心技術機電一體化技術的發(fā)展趨勢第五頁，共118頁。機電一體化技術的發(fā)展歷程機電一體化技術的發(fā)展歷程大體上可以分為3個階段。第一階段（又稱初級階段）是20世紀60年代以前，這一時期人們不自覺地利用電子技術并使之得到比較廣泛的承認。第二階段，機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。第三階段，各國均開始極大關注和支持機電一體化技術和產(chǎn)品。第六頁，共118頁。20世紀60年代以前為第一階段，稱其為“萌芽階段”。 在這一時期，人們自覺或不自覺的利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術的結(jié)合，出現(xiàn)了許多性能相當優(yōu)良的軍事用途的機電產(chǎn)品。這些機電結(jié)合的軍事用途的技術，在戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復和技術的進步起到了積極的作用。第七頁，共118頁。70年代到80年代為第二階段。稱其為“蓬勃發(fā)展階段”。在這一時期，人們自覺地、主動地利用計算機技術、通信技術和控制技術，即所謂的3C技術(Computer、Control、Communication簡稱3C)的巨大成果創(chuàng)造新的機電一體化產(chǎn)品。70年代初，日本學者新造了一個英文字：“MechaTronics”(=MECHANICS+ELECTRONICS)。此新名詞反映了多學科融合、交叉的意義，特別是包含了機械學科與信息學科的“滲透”與“融合”。第八頁，共118頁。各國均開始極大關注和支持機電一體化技術和產(chǎn)品。日本和美國在機電一體化技術的發(fā)展及產(chǎn)品開發(fā)和應用方面處于世界領先地位。日本機電一體化技術著重用于家用電器方面，美國則在大型電站設備、航空航天和制造設備方面獨占鰲頭。第九頁，共118頁。機電一體化技術已應用在生活、生產(chǎn)的各個方面第十頁，共118頁。第十一頁，共118頁。電腦繡花機第十二頁，共118頁。雕刻機第十三頁，共118頁。自動麻將機第十四頁，共118頁。從90年代后期開始為第三階段，稱其為“智能化階段”，機電一體化技術向智能化新階段邁進。大量的智能化機械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。光學、通信技術、微細加工技術等進入了機電一體化，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化的新分支。同時對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，以及學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術也為機電一體化技術開辟了廣闊的發(fā)展天地。第十五頁，共118頁。加工中心第十六頁，共118頁。寶馬生產(chǎn)線第十七頁，共118頁。數(shù)控機械手

ABB機械手第十八頁，共118頁。好奇號火星車登陸、探測火星第十九頁，共118頁。機電一體化的核心技術機電一體化技術是信息技術向“機械母體”滲透的結(jié)果，即：

機電一體化＝機械技術母體+信息技術子體1)機械部分——是整個產(chǎn)品的母體，包括機架、工作機構(gòu)、傳動和動力裝置等，具體實現(xiàn)人們最終需要的各種功能；2)信息處理部分——包括控制裝備和計算機，是處理信息的部分，是產(chǎn)品的“神經(jīng)”；3)傳感器部分——包括各種傳感器，是信息的“轉(zhuǎn)換”部分，是產(chǎn)品的“感官”。第二十頁，共118頁。機電一體化的核心技術主要包括以下5個方面：

1)機械制造技術這是機電一體化技術的基礎。它和后面的其他幾項技術的關系，是皮和毛的關系。機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。第二十一頁，共118頁。機械本體機械部分是系統(tǒng)的一個重要部分，需從實現(xiàn)最優(yōu)控制的角度將機械部分與電氣控制部分一體化進行考慮。機械結(jié)構(gòu)要求具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機床采用塑料減摩導軌、滾動導軌或靜壓導軌，以提高運動的平穩(wěn)性并使低速運動時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。由于采用了寬調(diào)速的進給伺服電動機和寬調(diào)速的主軸電動機，可以不用或少用齒輪傳動和齒輪變速，這就簡化了機床的傳動機構(gòu)。第二十二頁，共118頁。a)線性滑軌 b)滾珠絲杠c)自潤式絲杠 d)線性軸承第二十三頁，共118頁。靜壓軸承 靜壓導軌磨床第二十四頁，共118頁。單軸定位系統(tǒng) 直線電機2軸定位系統(tǒng)第二十五頁，共118頁。2)信息處理技術主要是計算機，特別是單片機技術、嵌入式系統(tǒng)芯片技術。概而述之，在機電一體化技術中“電”代表的技術內(nèi)涵大體上可以用下面的公式來加以表示；

單片機（嵌入式芯片）技術+PLC技術+通信技術這里應特別注意通信技術在機電一體化技術中的意義。近年來蓬勃發(fā)展的現(xiàn)場總線技術(FIELDBUS)，不僅是一種技術，更重要的是一種思想。它不僅對過程控制系統(tǒng)有重要意義，在單體裝備上的應用也取得很大的成功。第二十六頁，共118頁?？刂破鳈C電一體化產(chǎn)品中的控制器，多采用微型計算機或?qū)Ｓ眉呻娐?。視系統(tǒng)規(guī)模及實際需要決定，可以是各種不同的型式，如PLC、工業(yè)控制機、CNC、通用或?qū)Ｓ玫膯纹嬎銠C以及嵌入式芯片等第二十七頁，共118頁。工控機嵌入式一體式工作站

第二十八頁，共118頁?？删幊炭刂破鳎≒LC）第二十九頁，共118頁。4軸運動控制卡步進/伺服運動控制卡第三十頁，共118頁。嵌入式芯片CPU卡第三十一頁，共118頁。人機界面是在操作人員和機器設備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機械設備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設備目前的狀況，使操作變的簡單生動，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設備。使用人機界面還可以使機器的配線標準化、簡單化，同時也能減少PLC控制器所需的I/O點數(shù)，降低生產(chǎn)的成本同時由于面板控制的小型化及高性能，相對的提高了整套設備的附加價值。人機界面的應用第三十二頁，共118頁。觸摸屏第三十三頁，共118頁。第三十四頁，共118頁。文本顯示器第三十五頁，共118頁。圖形顯示器第三十六頁，共118頁。組態(tài)畫面第三十七頁，共118頁。統(tǒng)計報表第三十八頁，共118頁。操作面板第三十九頁，共118頁。動態(tài)曲線第四十頁，共118頁。工業(yè)控制網(wǎng)絡的應用工業(yè)控制網(wǎng)絡是一種把整個工廠中各個生產(chǎn)流程和自動化控制系統(tǒng)通過各種通信設備組織為一個整體的一種通信網(wǎng)絡。在這個通信網(wǎng)絡中，可有各種不同結(jié)構(gòu)、遵守各種不同通信協(xié)議的通信系統(tǒng)存在，其中主要是工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線（Profibus、CAN、CC-Link等）。第四十一頁，共118頁。工業(yè)以太網(wǎng)IndustrialEtherenet－－按IEEE802.3標準建立的開放的通信系統(tǒng)，用于傳輸大量數(shù)據(jù)，可與遠程網(wǎng)絡連接工業(yè)現(xiàn)場總線FieldBUS－－按現(xiàn)場總線標準建立的開放的通信系統(tǒng)，用于現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)交換點到點通信PtP－－用于2個點之間的通信，如PLC與PLC、PLC與PC、PLC與人機界面、打印機、條碼掃描器、讀卡器等設備連接。第四十二頁，共118頁。西門子PLC的通信網(wǎng)絡第四十三頁，共118頁。利用工業(yè)控制網(wǎng)絡技術，可把各機電一體化設備通過網(wǎng)絡組成一個整體，實現(xiàn)車間或生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)控制和遠程控制。

例：啤酒罐裝生產(chǎn)線第四十四頁，共118頁。

3)傳感器技術包括各種物理量的傳感器，特別是“數(shù)字傳感器”技術。這里要特別指出“光纖傳感器”近年來取得了長足的進展，對機電一體化技術有重要影響。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電磁干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術。第四十五頁，共118頁。傳感器檢測部分把系統(tǒng)在工作過程中包括本身和外界環(huán)境的各種信息收集起來送往控制裝置?？刂蒲b置可以根據(jù)這些信息來確定下一步的動作。這些信息包括溫度、濕度、壓力、流量、位置、速度、電壓、電流、光強、顏色等各種與控制相關的物理量及其變化情況，需由敏感元件進行檢測。但由于控制器一般只能接受一定規(guī)格的電信號(例如0～5V的電壓信號、4～20mA的電流信號等)，而各種敏感元件卻往往只能輸出各種不同的電氣參數(shù)，因此必須通過特定的裝置－－變送器將各種電參數(shù)轉(zhuǎn)換為規(guī)格化的電量。敏感元件和變送器的結(jié)合即稱之為傳感器。第四十六頁，共118頁。常用傳感器磁尺及位置量測器 電感式接近開關

第四十七頁，共118頁。電容式接近開關第四十八頁，共118頁。光電開關。第四十九頁，共118頁。光纖傳感器第五十頁，共118頁。光電編碼器第五十一頁，共118頁。壓力傳感器第五十二頁，共118頁。角度傳感器扭力傳感器第五十三頁，共118頁。溫度傳感器第五十四頁，共118頁。雙軸傾角傳感器Range:±15°Percision:digital:+/-0.01°Resolution:0.001°Temperaturestability:Zeropoint:Sensitivity:<5*10-4°/K<1*10-3°/KDigitalOutput:RS232indegreesTransmissionrate:2400or9600BaudFormat:ASCIIOperatingtemp.Range:Storagetemp.Range:-25°C...+85°C-40°C...+85°CSupplyvoltage:+5VDC...+24VDCCurrentconsumption:ca.35mAProtectionclass:IP65Connection:ConnectororPigtail第五十五頁，共118頁。磁性開關第五十六頁，共118頁。超聲波傳感器

在液罐上方安裝空氣傳導型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。第五十七頁，共118頁。超聲波液位傳感器第五十八頁，共118頁。物料疊放高度測量第五十九頁，共118頁。超聲波多普勒測量車速第六十頁，共118頁。視覺、觸覺傳感器的應用高速機械手第六十一頁，共118頁。目前傳感器技術已經(jīng)在越來越多的領域得到應用，被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、軍事領域（目標跟蹤、導彈制導、自動探測、通信指揮系統(tǒng)等）

、航空航天（衛(wèi)星測控、海洋探測）、現(xiàn)代辦公設備、智能樓宇、生物工程、環(huán)境保護、安全防范和家用電器等領域?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，需要用各種傳感器監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個參數(shù)，傳感器是機電一體化系統(tǒng)的關鍵基礎器件，直接影響到機電一體化技術的水平。第六十二頁，共118頁。 4)自動控制技術這是近年來最活躍的技術領域。特別是人工智能控制技術有了很快的發(fā)展，對機電一體化技術產(chǎn)生了深遠的影響。現(xiàn)在，“模糊控制”技術已經(jīng)相當普遍，甚至還出現(xiàn)了“混沌”控制的產(chǎn)品。第六十三頁，共118頁。“模糊控制”技術：經(jīng)典控制理論中向來是通過傳遞函數(shù)之類的數(shù)學模型對目標（輸出）進行控制，從而達到期望值，但是模糊控制理論與此不同，模糊控制的意思可用頂棍的技巧來類比：再向左一點，棍子就不倒了，或向右一點根子就不倒了，類似這種不精確，不能準確使用數(shù)學模型進行量化的控制方法，大體上就稱之為模糊控制。 模糊控制器的設計參數(shù)容易選擇調(diào)整。算法簡單，執(zhí)行快，容易實現(xiàn)。不需要很多的控制理論知識，容易普及推廣。正因為模糊控制具有以上顯著的優(yōu)點，很多國際著名的專家學者指出：“模糊控制是21世紀的控制技術”，將有非常廣闊的發(fā)展前途和產(chǎn)品市場。第六十四頁，共118頁。

“混沌”控制技術混沌理論是近來與相對論、量子力學鼎足而立的三大理論之一。它解決了傳統(tǒng)因果論不能解決的問題。傳統(tǒng)因果論從牛頓的力學開始，認為有怎樣的因，就有怎樣的果。但如果背后影響的因素太復雜，就很難理出有怎樣的因果關系。大自然中有太多無法用因果論來描述的現(xiàn)象，例如急流里面的漩渦，楊柳樹枝隨風飄逸的形狀，一股炊煙變幻的圖形，甚至高速公路上堵車的車陣，這些都不是簡單的因果關系可以描述它接下來的行為。混沌就是指確定性系統(tǒng)產(chǎn)生的一種對初始條件具有敏感依賴性的回復性非周期運動。混沌理論的經(jīng)典是“蝴蝶效應”：巴西有一只蝴蝶拍動翅膀引起的微小氣流，幾星期后可能變成席卷北半球美國得克薩斯州的一場龍卷風。這一思想已被變成了一項非常有用的技術，稱之為混沌控制。實質(zhì)上，混沌控制的思想就是使蝴蝶效應為你所用－－使初始條件的小變化產(chǎn)生隨后行為的大變化。應用“混沌控制”理論使我們有可能設計出能完全實現(xiàn)這一要求的控制方案。第六十五頁，共118頁。

5)傳動技術各種傳動及傳動控制技術，包括：機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和磁力傳動等。這些傳統(tǒng)的技術在微電子技術的支撐下，各顯所長，競相發(fā)展，最終實現(xiàn)人們需要的各種動作和功能。電機作為驅(qū)動機構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機以及“控制專用組件－傳感器－電機”三位一體的伺服驅(qū)動單元。第六十六頁，共118頁。

伺服電機及驅(qū)動器 步進電機數(shù)字驅(qū)動器第六十七頁，共118頁。變頻器第六十八頁，共118頁。液壓伺服缸第六十九頁，共118頁。同步閥第七十頁，共118頁。液壓馬達第七十一頁，共118頁。氣缸及電磁換向閥第七十二頁，共118頁。伺服技術在裝配線上的應用飛鋸日本小松全伺服驅(qū)動折彎機返回目錄頁第七十三頁，共118頁。機電一體化技術的發(fā)展趨勢（一）綠色化

機電一體化技術的功能可歸結(jié)為：①提高機械系統(tǒng)的性能，完成傳統(tǒng)機械系統(tǒng)不能完成的功能；②提高機械系統(tǒng)的智能化程度，使人在更舒適的環(huán)境中工作；③提高機械系統(tǒng)的可回收性；④降低機械系統(tǒng)的原材料消耗；⑤降低機械系統(tǒng)的能耗；⑥降低機械系統(tǒng)對環(huán)境的污染?？梢钥闯銎渲兄辽儆?條以上是和環(huán)境保護有關的。因而，進入21世紀，機電一體化技術的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智能化機械產(chǎn)品，即提供一種能滿足可持續(xù)性發(fā)展的綠色產(chǎn)品。第七十四頁，共118頁。（二）智能化 智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一，也是21世紀機電一體化的發(fā)展方向。

人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。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。第七十五頁，共118頁。（三）網(wǎng)絡化20世紀90年代,計算機技術的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏?，同樣也給機電一體化技術帶來了重大影響，例如通過網(wǎng)絡對機電一體化設備進行遠程控制。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片。由于網(wǎng)絡的普及,基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身也就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢。利用家庭網(wǎng)絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(ComputerIntegratedApplianceSystem,CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。第七十六頁，共118頁。智能家居網(wǎng)絡第七十七頁，共118頁。（四）微型化

微型化興起于20世紀80年代末,是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。微機電系統(tǒng)泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級發(fā)展。近十余年來，微機電系統(tǒng)作為機電一體化技術的新尖端分支而倍受重視,它高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，發(fā)展難點在于微機械并不是簡單地將大尺寸的機械按比例縮小，而是由于結(jié)構(gòu)的微型化，在材料、機構(gòu)設計、摩擦特性、加工方法、測試與定位及驅(qū)動方式等方面都產(chǎn)生了一些特殊問題。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活,可進入一般機械無法進入的空間，并易于進行精細操作，因此在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢，在生物醫(yī)學、航空航天、信息技術、工農(nóng)業(yè)乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。第七十八頁，共118頁。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要再區(qū)分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以“融合”，機械本體，執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種智能化的元件。這種微型化是機電一體化的重要發(fā)展方向。第七十九頁，共118頁。微型機器人第八十頁，共118頁。（五）模塊化 機電一體化產(chǎn)品和技術可分為機械、電子和軟件三大部分。模塊化技術是這三者的共同技術。模塊化技術可以減少產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)成本，提高不同產(chǎn)品間的零部件通用化程度，提高產(chǎn)品的可裝配性、可維修性和可擴展性等。融合機械、電子和軟件三大部分的機電一體化模塊代表了未來產(chǎn)品的發(fā)展方向，具有高度自主性、良好的協(xié)調(diào)性和自組織性的特點?？傊K化設計與制造是機電一體化系統(tǒng)的基本方法和發(fā)展趨勢。隨著微處理器性能價格比的迅速提高和微機械電子（MEMS）技術的飛速發(fā)展，各種機電一體化模塊將越來越多地出現(xiàn)在市場上。利用這些模塊，可以迅速方便地設計和制造出各種新的機電一體化產(chǎn)品。第八十一頁，共118頁。機電一體化奔向“工業(yè)4.0”2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上，德國政府正式推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領先機。該戰(zhàn)略已經(jīng)得到德國科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認同，西門子公司已經(jīng)開始將這一概念引入其工業(yè)軟件開發(fā)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)。2015年3月5日，十二屆全國人大三次會議上，提出要借鑒德國版工業(yè)4.0計劃，制定和實施《中國制造2025》規(guī)劃，力爭在2025年將我國從工業(yè)大國轉(zhuǎn)型為工業(yè)強國。第八十二頁，共118頁。工業(yè)4.0時代到來打造未來工廠“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術和信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。（從以設備為主體的大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)型為以產(chǎn)品為主體的多品種小批量生產(chǎn)方式）第八十三頁，共118頁。第四次工業(yè)革命18世紀引入機械制造設備定義為工業(yè)1.0；20世紀初的電氣化為工業(yè)2.0；始于20世紀70年代的生產(chǎn)工藝自動化定義為工業(yè)3.0；以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法，即“工業(yè)4.0”。第八十四頁，共118頁。Industry4.0_工業(yè)發(fā)展的未來工業(yè)4.0，你準備好了嗎第八十五頁，共118頁。RFID(射頻識別：radiofrequencyidentification)是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。RFID的基本工作原理：標簽能在一定范圍內(nèi)主動發(fā)送某一頻率的信號；或者在標簽進入磁場后，通過接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息。解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。在智能制造系統(tǒng)中，某個產(chǎn)品的制造工藝參數(shù)、工序步驟、所需的零配件等信息均已保存在中央信息系統(tǒng)中，憑借附著在工件或托盤上的標簽，利用RFID技術，控制系統(tǒng)可了解某個工件目前的制作狀況及當前的加工要求，把工件送到相應的工位，并提供相應的材料或零部件，進行相應工序的加工制造。RFID技術的應用第八十六頁，共118頁。AGV技術的應用AGV是(AutomatedGuidedVehicle)的縮寫，意即"（自動導引運輸車）"，是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，它能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，AGV屬于輪式移動機器人(WMR――WheeledMobileRobot)的范疇。無人搬運滾筒式自動裝卸小車智能搬運車第八十七頁，共118頁。工業(yè)4.0的核心是互聯(lián)。一些專家預測，到2030年，互聯(lián)網(wǎng)和其他服務聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)將使所有行業(yè)實現(xiàn)智能化，并取代傳統(tǒng)的機械和機電一體化產(chǎn)品服務。第八十八頁，共118頁。工業(yè)4.0是生產(chǎn)設備之間的互聯(lián)：第一臺PLC的使用作為工業(yè)3.0的起點，其核心是各種數(shù)控機床、工業(yè)機器人自動化設備在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的推廣，我們可以把它理解為單機設備智能化水平不斷提升并廣泛普及推廣。工業(yè)4.0的核心是單機智能設備的互聯(lián)，不同類型和功能的智能單機設備的互聯(lián)組成智能生產(chǎn)線，不同的智能生產(chǎn)線之間的互聯(lián)組成智能車間，智能車間的互聯(lián)組成智能工廠，不同地域、行業(yè)、企業(yè)的智能工廠的互聯(lián)組成一個制造能力無所不在的智能制造系統(tǒng)，這些單機智能設備、智能生產(chǎn)線、智能車間及智能工廠可以自由的、動態(tài)的組合，以滿足不斷變化的制造需求。設備和產(chǎn)品的互聯(lián)：產(chǎn)品和生產(chǎn)設備之間能夠通信，使得產(chǎn)品能理解制造的細節(jié)以及自己將被如何使用。同時，它們能協(xié)助生產(chǎn)過程，回答諸如“我是什么時候被制造的”、“哪組參數(shù)應該被用來處理我”、“我應該被傳送到哪”等等問題。虛擬和現(xiàn)實的互聯(lián)：信息物理系統(tǒng)（CPS）是工業(yè)4.0的核心，它通過將物理設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡世界與現(xiàn)實物理世界的融合。第八十九頁，共118頁。機電一體化進一步發(fā)展的方向是互聯(lián)，將機電一體化的產(chǎn)品通過有線/無線等方式納入到信息物理融合系統(tǒng)網(wǎng)絡（CPS）中，使工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測、自我調(diào)整、人機互動并以最優(yōu)生產(chǎn)方式完成生產(chǎn)實踐。機電一體化設備和產(chǎn)品將通過進一步的發(fā)展，迎接工業(yè)4.0的到來，促進“中國制造2025”規(guī)劃的實施和進程。第九十頁，共118頁。技能競賽促進機電一體化的專業(yè)建設通過各類技能競賽，引領機電類、自動化類專業(yè)的專業(yè)建設和課程改革；促進工學結(jié)合人才培養(yǎng)模式的改革、創(chuàng)新與推廣。緊貼產(chǎn)業(yè)需求為社會培養(yǎng)具有實踐能力、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技能型專門人才。第九十一頁，共118頁。賽項簡介星光計劃－工業(yè)控制項目技能大賽（中職）（高職）電氣安裝與維修（中職）機電一體化設備組裝與調(diào)試（中職）自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試（高職）第九十二頁，共118頁。電氣安裝與維修賽項（中職）按照施工單及電氣原理圖完成配用電裝置、照明裝置、電氣控制系統(tǒng)的安裝，按照維修工作票排除生產(chǎn)設備電氣控制電路故障并填寫相關記錄。第九十三頁，共118頁。工業(yè)控制對電氣自動化設備進行安裝、編程、調(diào)試與維修。中職賽項需要掌握基本電路的設計能力、PLC的編程能力和繼電控制回路的故障診斷等能力。高職賽項需要掌握基本電路的設計能力、PLC的編程能力、工業(yè)控制網(wǎng)絡的組網(wǎng)能力、變頻器及人機界面的應用能力和繼電控制回路的故障診斷等能力。第九十四頁，共118頁。在高仿真的工業(yè)裝置中根據(jù)任務書完成自動化生產(chǎn)線安裝、調(diào)試、運行維修；需要掌握基本電路的設計、PLC的編程、PLC之間的通信、變頻器的遠程控制及人機界面的應用等能力自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試（高職）第九十五頁，共118頁。機電一體化設備組裝與調(diào)試（中職）第九十六頁，共118頁。全國職業(yè)院校技能大賽

機電一體化設備組裝與調(diào)試

賽項簡介第九十七頁，共118頁。機電一體化設備組裝與調(diào)試競賽設備－－亞龍YL-235光機電一體化實訓考核裝置第九十八頁，共118頁。競賽平臺的硬件配置機電一體化設備組裝與調(diào)試技能競賽演示第九十九頁，共118頁。工作任務：（4H，2人）1.按組裝圖組裝機電一體化設備和相關部件；2.按機電一體化設備電氣控制原理圖連接電路；3.按機電一體化設備的氣動系統(tǒng)圖連接的氣路；4.根據(jù)機電一體化設備的工作說明和要求編寫PLC控制程序與設置變頻器參數(shù)；5.制作觸摸屏頁面，設置通信參數(shù)，實現(xiàn)對機電一體化設備的監(jiān)控；6.對機電一體化設備進行調(diào)試，達到任務書規(guī)定的工作要求和技術要求；7.應用相關的理論知識和工作過程知識，填寫機電一體化設備組裝與調(diào)試記錄。第一百頁，共118頁。專業(yè)知識及技能要求1.機械組裝考查選手機械組裝圖閱讀能力。評價選手機械裝配、調(diào)試的技能與工藝水平。2.電路安裝考查選手電氣控制原理圖和安裝圖的閱讀與理解能力，評價選手按照電路圖安裝與調(diào)試電氣控制電路的技能與工藝水平。3.傳感器及其應用考查選手使用常見的傳感器如電感、電容、光電、光纖傳感器和磁性開關等的能力。第一百零一頁，共118頁。專業(yè)知識及技能要求4.可編程控制器（PLC）及其應用考查選手使用基本指令、步進指令和常用的功能指令，按工作要求編寫PLC控制程序的能力。5.觸摸屏的使用考查選手制作觸摸屏頁面中的部件、設置相關參數(shù)；制作觸摸屏的頁面和實現(xiàn)頁面之間的切換；使用觸摸屏實現(xiàn)對機電一體化設備進行監(jiān)控的能力。第一百零二頁，共118頁。專業(yè)知識及技能要求6.變頻器的使用考查選手根據(jù)電路圖連接變頻器電路，根據(jù)設備的工作要求，設置變頻器的輸出頻率等變頻器的應用能力；7.氣動考查選手氣動元件選擇，氣動系統(tǒng)安裝與調(diào)試的能力。8.機電設備調(diào)試考查選手根據(jù)機電設備的工作要求，調(diào)整機械零件、部件的相對位置，使各機構(gòu)協(xié)調(diào)動作；能根據(jù)機電設備的生產(chǎn)流程和要求，修改控制程序或相關器件的參數(shù)，實現(xiàn)設備功能的能力。第一百零三頁，共118頁。機械構(gòu)件的裝配與調(diào)整★皮帶輸送機的安裝與調(diào)整；★傳動裝置同軸度的調(diào)整；★搬運機械手設備安裝與調(diào)試；★物件分揀設備的安裝與調(diào)試；★送料設備的安裝與調(diào)試；第一百零四頁，共118頁。按照裝配圖尺寸安裝，要注意安裝順序，緊固件的固定方法，定位肩胛對準、硬靠山的位置等。緊固螺絲先不要旋得太緊。第一百零五頁，共118頁。★皮帶輸送機的安裝與調(diào)整（主輥筒與皮帶輥筒的平行、皮帶過松或過緊）；★傳動裝置同軸度的調(diào)整（電機軸與主輥筒軸）第一百零六頁，共118頁?！锇徇\機械手設備安裝與調(diào)試 注意機械手上下高度、前后伸縮、左右旋轉(zhuǎn)位置的調(diào)整定位；左右兩邊緩沖器、靠山、接近開關的位置調(diào)整；懸臂與擺動氣缸轉(zhuǎn)軸的緊固等問題。第一百零七頁，共118頁?！锼土显O備的安裝與調(diào)試； 注意高度尺寸、在桌面的安裝位置、光電開關的安裝位置等第一百零八頁，共118頁?！镂锛謷O備的安裝與調(diào)試 注意安裝尺寸、與對應的氣缸對齊、所接傳感器不能搞錯返回第一百零九頁，共118頁。氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試選用該裝置配置的單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸等氣動執(zhí)行元件和單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥和磁性開關等氣動控