第一篇：數控車床是機電一體化的典型產品

數控車床是機電一體化的典型產品，是集機床、計算機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術為一身的自動化設備。其中主軸運動是數控車床的一個重要內容，以完成切削任務，其動力約占整臺車床的動力的70%～80%。基本控制是主軸的正、反轉和停止，可自動換檔和無級調速。

普通機床經經歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術、計算機技術及自動化，精密機械與測量等技術的發(fā)展與綜合應用，生產了機電一體化的新型機床一一數控機床。數控機床一經使用就顯示出了它獨特的優(yōu)越性和強大生命力，使原來不能解決的許多問題，找到了科學解決的途徑。

數控車床是數字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的萬能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點于一身，是國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，也是是一種通過數字信息，控制機床按給定的運動軌跡，進行自動加工的機電一體化的加工裝備，經過半個世紀的發(fā)展，數控機床已是現代制造業(yè)的重要標志之一，在我國制造業(yè)中，數控機床的應用也越來越廣泛，是一個企業(yè)綜合實力的體現

摘要：機電一體化是現代科學技術發(fā)展的必然結果。簡述了機電一體化技術的基本概要和發(fā)展背景，綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：機電一體化；技術；現狀；發(fā)展趨勢

ABSTRACT:Mechatronics is the inevitable result of the development of modern science and technology.This paper outlines thebasic profile and development contextoverviewing the current situation of mechatronics technology at home and abroadanalysing the cur－rent trends in mechatronics development．

KEYWORDS:mechatronics technology；technology；the current situation；production；manufacturing technology；developmental trend

現代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。

1機電一體化概要

機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學（Mechanics）的前半部分與電子學（Electronics）的后半部分組合而成。機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化的概念被廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展。現在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密結合的一門技術，它的發(fā)展使冷冰冰的機，器人性化、智能化。機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)總稱。

機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。

由此而產生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產品。

因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其他新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區(qū)別。

2機電一體化的發(fā)展狀況

機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。

特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰(zhàn)后轉為民用，對戰(zhàn)后經濟的恢復起了積極的作用，那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經開發(fā)的產品也無法大量推廣。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列入“863計劃”中。

在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時，充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

3機電一體化的發(fā)展趨勢

3.1智能化智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要方向。對人工智能在機電一體化中的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要的應用。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。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產品，同時也可以擴大生產規(guī)模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業(yè)，還是對生產機電一體化產品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3.3全息系統(tǒng)化———智能化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育及人們日常生活都帶來了巨大的變革。網絡將全球經濟、生產連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到、質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網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就是機電一體化產品。

今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形式為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

3.4微型機電化———微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

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。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時，機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。

3.5綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環(huán)境和資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

3.6“生物—軟件”化———仿生物系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統(tǒng)協(xié)調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。

未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義，一層是機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體壓產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。

這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物—軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點是硬件（肌體）—軟件（大腦）一體，不可分割?？磥?，機電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。

3．7自律分配系統(tǒng)化———柔性化未來的機電一體化產品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時，具有本身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件做出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生產力發(fā)展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發(fā)展前景也將越來越光明

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[3]畢業(yè)論文定稿

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第二篇：典型的機電一體化產品

第2章典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(tǒng)(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化基礎元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。下面，我將針對其中的幾種產品的進一步發(fā)展趨勢進行詳細說明。

2.1數控機床

目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數控機床只占約5％且大多數是普通數控（發(fā)達國家數控機床占10％）。近些年來數控機床為適應加工技術的發(fā)展，在以下幾個技術領域都有巨大進步。

1．高速化。由于高速加工技術普及，機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移動速度由過去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，由過去一般機床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達15G；直線電機在機床上開始使用，主軸上大量采用內裝式主軸電機。

2．高精度化。數控機床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亞微米級機床達到0.0005mm左右；納米級機床達到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數控系統(tǒng)和機床已問世。

數控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯動出的圓弧都可以達到1u的圓度，插補前多程序預讀，大大提高了插補質量，并可進行自動拐角處理等。

3．復合加工，新結構機床大量出現。如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結構，包括6軸虛擬軸機床，串并聯絞鏈機床等，采用特殊機械結構，數控的特殊運算方式，特殊編程要求。

4．使用各種高效特殊功能的刀具使數控機床“如虎添翼”。如內冷轉頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉頭切削刃和排除切屑，在轉深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達1000m/min，加工鋁件能達5000m/min。

5．數控機床的開放性和聯網管理。數控機床的開放性和聯網管理已是使用數控機床的基本要求，它不僅是提高數控機床開動率、生產率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網絡制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術都在數控機床基礎上發(fā)展起來，這必然成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。

第三篇：數控系統(tǒng)是多種先進技術的機電一體化典型產品

數控系統(tǒng)是多種先進技術的機電一體化典型產品，是數控機床的心臟。本文介紹了機床數控系統(tǒng)的組成，重點介紹了數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。引言

近幾年來，機械加工業(yè)大量采用數控機床取代傳統(tǒng)的普通機床進行機械加工，普通機械逐漸被數控機械所代替。數控機床綜合了微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制、電機與拖動，電子和電力、精密測量、氣液壓及現代機械制造技術等多種先進技術的機電一體化產品，是數控機床的心臟。具有高精度，高效率，柔性自動化等特點決定了今后發(fā)展數控機床是我國機械制造業(yè)技術改造的必由之路，是工廠自動化的基礎。數控機床在各個機械制造企業(yè)已成為大、中型企業(yè)的主要技術裝備。機床數控系統(tǒng)，即計算機數字控制(cnc)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的硬件數控(nc)的基礎上發(fā)展起來的。它主要由硬件和軟件兩大部分組成。通過系統(tǒng)控制軟件與硬件的配合，完成對進給坐標控制、主軸控制、刀具控制、輔助功能控制等。cnc系統(tǒng)利用計算機來實現零件程序編輯、坐標系偏移、刀具補償、插補運算、公英制變換、圖形顯示和固定循環(huán)等。使數控機床按照操作設計要求，加工出需要的零件。1 數控系統(tǒng)的組成

是由系統(tǒng)程序、輸入輸出設備、通信設備、數控裝置、可編程控制器、伺服驅動裝置和測量裝置等組成。數控裝置是數控系統(tǒng)的核心，數控裝置有兩種類型：一是完全由硬件邏輯電路的專用硬件組成的數控裝置即nc裝置；二是由計算機硬件和軟件組成的計算機數控裝置即cnc裝置。由于計算機技術的不斷發(fā)展，尤其是微處理器和微型計算機應用于數控裝置后，現在nc裝置已逐步被cnc裝置所取代。

數控系統(tǒng)的硬件除了一般計算機具有的cpu、eprom、ram接口外，還具有數控位置控制器、手動數據輸入(mda)接口、視頻顯示(crt或lcd)接口和plc接口等。所以cnc裝置是一種專用計算機。目前cnc系統(tǒng)大都采用體積小，成本低，功能強的微處理機。系統(tǒng)主要由微機及其相應的i／o設備、外部設備、機床控制及其i／o通道組成。

數控系統(tǒng)的軟件分為管理軟件和控制軟件兩種。管理軟件用來管理零件程序的輸入、輸出、刀具位置、系統(tǒng)參數、零件程序顯示、機床狀態(tài)及報警，故障診斷等。控制軟件由譯碼、插補運算、刀具補償、速度控制、位置控制等軟件組成。系統(tǒng)程序存于計算機內存儲器。所有的數控功能基本上都依靠該程序來實現。硬件是軟件活動的物理基礎。而軟件則是整個系統(tǒng)的靈魂，整個cnc裝置的活動均依靠系統(tǒng)軟件來指揮。2 數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，數控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展，其主要研究熱點有以下幾個方面： 2.1 性能發(fā)展方面

2.1.1 高精高速高效化速度

效率、質量是先進制造技術關鍵的性能指標，是先進制造技術的主體。若采用高速cpu芯片、risc芯片、多cpu控制系統(tǒng)、高分辨率檢測元件、交流數字伺服系統(tǒng)、配套電主軸、直線電機等技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。在今后的幾年，超精密數控機床正在向精密化、高速化、智能化和納米化發(fā)展，匯合而成的新一代數控機床。2.1.2 柔性化

數控系統(tǒng)采用新一代模塊化設計，功能覆蓋面更寬，可靠性更強，可滿足不同用戶的需求。同一群控系統(tǒng)能根據不同生產流程，自動進行信息流動態(tài)調整，發(fā)揮群控系統(tǒng)的功能。2.1.3 多軸化

多軸聯動加工，零件在一臺數控機床上一次裝夾后，可進行自動換刀、旋轉主軸頭、旋轉工作臺等操作，完成多工序、多表面的復合加工，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。2.1.4 軟硬件開放化

用戶可根據自己的需要，對數控系統(tǒng)軟件進行二次開發(fā)，用戶的使用范圍不再受生產商的制約。2.1.5 實時智能化

在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等方面發(fā)展。如編程專家系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，當系統(tǒng)出了故障時，診斷、維修等實現智能化。

數控機床發(fā)展史

數控機床

數字控制機床是用數字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數控機床。特點

數控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以精確加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經濟效果。隨著數控技術的發(fā)展，采用數控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。發(fā)展簡史

1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司在美國麻省理工學院（MIT）伺服機構研究室的協(xié)助下，開始數控機床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數控銑床，不久即開始正式生產，于1957年正式投入使用。這是制造技術發(fā)展過程中的一個重大突破，標志著制造領域中數控加工時代的開始。數控加工是現代制造技術的基礎，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數控加工技術的研究和發(fā)展。當時的數控裝置采用電子管元件，體積龐大，價格昂貴，只在航空工業(yè)等少數有特殊需要的部門用來加工復雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數控裝置進入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡單和經濟的點位控制數控鉆床，和直線控制數控銑床得到較快發(fā)展，使數控機床在機械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。我國于1958年開始研制數控機床，成功試制出配有電子管數控系統(tǒng)的數控機床，1965年開始批量生產配有晶體管數控系統(tǒng)的三坐標數控銑床。

1965年，出現了第三代的集成電路數控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數控機床品種和產量的發(fā)展。60年代末，先后出現了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數控系統(tǒng)（簡稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數控系統(tǒng)（簡稱CNC）,使數控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。

1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數控裝置（簡稱MNC），這是第五代數控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，出現了能進行人機對話式自動編制程序的數控裝置；數控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。

數控機床發(fā)展趨向

高速化、高精度化、高可靠性、復合化、智能化、柔性化、集成化和開放性是當今數控機床行業(yè)的主要發(fā)展方向。

數控技術的問世已有40多年的歷史，它是由機械學、控制學、電子學、計算機科學四大基礎學科發(fā)展起來的一門綜合性新型學科。技術發(fā)展的需要對21 世紀的數控技術提出了更高的要求。

一、個性化的發(fā)展趨勢

1.高速化、高精度化、高可靠性

高速化：提高進給速度與提高主軸轉速。

高精度化：其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(高可靠性：一般數控系統(tǒng)的可靠性要高于數控設備的可靠性在一個數量級以上，但也不是可靠性越高越好，因為商品受性能價格比的約束。

2.復合化

數控機床的功能復合化的發(fā)展，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、攻絲、絞孔和擴孔等多種操作工序，從而提高了機床的效率和加工精度，提高生產的柔性。

3.智能化

智能化的內容包括在數控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化；為提高驅動性能及使用連接方便等方面的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。

4.柔性化、集成化

當今世界上的數控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段車間獨立制造島FA)、體（CIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。

二、個性化是市場適應性發(fā)展趨勢

當今的市場，國際合作的格局逐漸形成，產品競爭日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級，用戶的個性化要求日趨強烈，專業(yè)化、專用化、高科技的機床越來越得到用戶的青睞。

三、開放性是體系結構的發(fā)展趨勢

新一代數控系統(tǒng)的開發(fā)核心是開放性。開放性有軟件平臺和硬件平臺的開放式系統(tǒng)，采用模塊化，層次化的結構，并通過形式向外提供統(tǒng)一的應用程序接口。

為解決傳統(tǒng)的數控系統(tǒng)封閉性和數控應用軟件的產業(yè)化生產存在的問題。目前許多國家對開放式數控系統(tǒng)進行研究，數控系統(tǒng)開放化已經成為數控系統(tǒng)的未來之路。目前開放式數控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數控系統(tǒng)功能庫以及數控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年的一個新的焦點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機。

第四篇：機電一體化典型實例

8機電一體化系統(tǒng)典型實例

8.1 機器人

8.1.1概述

機器人是能夠自動識別對象或其動作，根據識別，自動決定應采取動作的自動化裝置。

它能模擬人的手、臂的部分動作，實現抓取、搬運工件或操縱工具等。它綜合了精密機械技

術、微電子技術、檢測傳感技術和自動控制技術等領域的最新成果，是具有發(fā)展前途的機電

一體化典型產品。機器人技術的應用會越來越廣，將對人類的生產和生活產生巨大的影響。

可以說，任何一個國家如不擁有一定數量和質量的機器人，就不具備進行國際競爭所必需的工業(yè)基礎。

機器人的發(fā)展大致經過了三個階段。第一代機器人為示教再現型機器人，為了讓機器人

完成某項作業(yè)，首先由操作者將完成該作業(yè)所需的各種知識（如運動軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)

順序、作業(yè)時間等）通過直接或間接的手段，對機器人進行示教，機器人將這些知識記憶下

來，然后根據再現指令，在一定的精度范圍內，忠實地重復再現各種被示教的動作。第二代

機器人通常是指具有某種智能（如觸覺、力覺、視覺等）的機器人，即由傳感器得到的觸覺、聽覺、視覺等信息經計算機處理后，控制機器人完成相應的操作。第三代機器人通常是指具

有高級智能的機器人，其特點是具有自學習和邏輯判斷能力，可以通過各類傳感器獲取信息，經過思考做出決策，以完成更復雜的操作。

信息處理機

圖8-1機器人三要素 圖8-2生物空間

一般認為機器人具備以下要素：思維系統(tǒng)（相當于腦），工作系統(tǒng)（相當于手），移動系

統(tǒng)（相當于腳），非接觸傳感器（相當于耳、鼻、目）和接觸傳感器（相當于皮膚）（圖8-1）。

如果對機器人的能力評價標準與對生物能力的評價標準一樣，即從智能、機能和物理能三個

方面進行評價，機器人能力與生物能力具有一定的相似性。圖8-2是以智能度、機能度和物

理能度三座標表示的“生物空間”，這里，機能度是指變通性或通用性以及空間占有性等；物

理能度包括力、速度、連續(xù)運行能力、均一性、可靠性等；智能度則指感覺、知覺、記憶、運算邏輯、學習、鑒定、綜合判斷等。把這些概括起來可以說，機器人是具有生物空間三座

標的三元機械。某些工程機械有移動性，占有空間不固定性，因而是二元機械。計算機等信

息處理機，除物理能之外，還有若干智能，因而也屬于二元機械。而一般機械都只有物理能，所以都是一元機械。

8.1.2機器人的組成及基本機能

機器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，檢測傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成，各系統(tǒng)功能如下所述。① 執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)是完成抓取工件（或工具）實現所需運動的機械部件，包括手部、119

腕部、臂部、機身以及行走機構。

② 驅動系統(tǒng)。驅動系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機構提供動力。隨驅動目標的不同，驅動系統(tǒng)的傳動方式有液動、氣動、電動和機械式四種。

③ 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是機器人的指揮中心，它控制機器人按規(guī)定的程序運動?？刂葡到y(tǒng)可記憶各種指令信息（如動作順序，運動軌跡，運動速度及時間等），同時按指令信息向各執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時還可對機器人動作進行監(jiān)視，當動作有誤或發(fā)生故障時即發(fā)出警報信號。

④ 檢測傳感系統(tǒng)。它主要檢測機器人執(zhí)行系統(tǒng)的運動位置、狀態(tài)，并隨時將執(zhí)行系統(tǒng)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達到設定的位置狀態(tài)。

⑤ 人工智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要賦予機器人自動識別、判斷和適應性操作。8.1.4BJDP-1型機器人

該機器人是全電動式、五自由度、具有連續(xù)軌跡控制等功能的多關節(jié)型示教再現機器人，用于高噪聲，高粉塵等惡環(huán)境的噴砂作業(yè)。

該機器人的五個自由度，分別是立柱回轉（L）、大臂回轉（D）小臂回轉（X）、腕部俯仰（W1）和腕部轉動（W2），其機構原理如圖8-3所示，機構的傳動關系如圖8-4所示。R

2小臂

M2

諧波減速器R圖8-3機器人的結構原理

圖8-4機器人機構傳動關系

8.2視覺傳感式變量噴藥系統(tǒng)簡介

在農業(yè)方面，近年來發(fā)達國家（如美國、英國）都投入大量資金進行現代農業(yè)技術的開發(fā)。

先后開發(fā)出了精確變量播種機、精確變量施肥機以及精確變量噴藥機等。它們都是與機器人極為相似的自動化系統(tǒng)，是高新技術在農業(yè)中的應用。

視覺傳感變量噴藥系統(tǒng)，是以較少藥劑而有效控制雜草、提高產量、減少成本的一種自動化藥物噴撒機械。近年來，隨著雜草識別的視覺感知技術與變量噴藥控制等技術的成熟，這種視覺傳感式變量噴藥機械也趨于成熟。下面就以這種系統(tǒng)為例，對它的組成及工作原理作一簡要介紹。

（1）系統(tǒng)的組成一般地說，這種機器由圖像信息獲取系統(tǒng)、圖像信息處理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、變量噴撒系統(tǒng)等組成（圖8-5）。各子系統(tǒng)的主要功能如下所述。

① 圖像信息獲取系統(tǒng)。主要由彩色數碼像機（如PULNIX，TMC-7ZX等）和高速圖像數據采集卡（如CX100，IMAGENATION，INC等）組成。采集卡一般置于機載計算機中。

120

② 圖像信息處理系統(tǒng)。是一種基于影像信息的提取算法，由計算機高級語言（如C++等）開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠快速準確地提取出影像數據中包含的人們所需的信息（如雜草密度，草葉數量，無作物間距區(qū)域面積等）。

③ 決策支持系統(tǒng)。也是由高級語言開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠基于信息處理系統(tǒng)，把得到的有用信息與人們的決策要求作綜合判斷，最后作出所需的決策。

④ 變量噴撒系統(tǒng)。是基于視覺信息的控制器，由若干可調節(jié)噴藥流量與霧滴大小的變量噴頭組成。

⑤ 機器行走系統(tǒng)。有發(fā)動機、機身、車輪等組成（圖中省略）。

（2）工作原理

當機器在田間行走時，置于機器上離地面具有一定高度的彩色數碼像機就會掃描一定大小的地面。一般彩色數碼像機可覆蓋2.44m ? 3.05m范圍分辨率可達到0.005m?0.005m。與此同時，高速圖像數據采集卡將彩色數碼像機獲取的信息存入計算機中。然后，由圖像信息處理系統(tǒng)快速地將地面雜草的密度、草葉數量、作物密度以及無植被區(qū)域面積等信息提取出來，并由決策支持系統(tǒng)調用這些信息，經過數據處理得到所需的行走速度、藥液流量和霧滴大小等的決策。這些決策被傳輸給藥滴大小控制器以及流量控制器，隨之它們就控制管路中的壓力和PWM脈寬調制變量噴頭。從而實現了精確變量噴藥。這樣一方面減少了藥量、降低了成本，另一方面保護作物、減少對環(huán)境的污染。據報道，與傳統(tǒng)的噴撒方法比較，變量噴藥系統(tǒng)在雜草高密區(qū)可節(jié)約藥液18 %，在雜草低密區(qū)可節(jié)約藥液17 %。

圖8-5精確變量噴藥系統(tǒng)

8.3數控機床

數控機床是由計算機控制的高效率自動化機床。它綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密測量和新型機械結構等多方面的技術成果，是今后機床控制的發(fā)展方向。隨著數控技術的迅速發(fā)展，數控機床在機械加工中的地位將越來越重要。8.3.1 數控機床的工作原理和組成(1)數控機床的工作原理

數控機床加工零件時，是將被加工零件的工藝過程、工藝參數等用數控語言編制成加工程序，這些程序是數控機床的工作指令。將加工程序輸入到數控裝置，再由數控裝置控制機

21床主運動的變速、起停，進給運動的方向、速度和位移量，以及其它輔助裝置嚴格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數進行工作，從而加工出符合要求的零件。為了提高加工精度，一般還裝有位置檢測反饋回路，這樣就構成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，其加工過程原理如圖8-6所示。

（2）數控機床的組成從工作原理可以看出，數控機床主要由控制介質、數控裝置、伺服檢測系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖如圖8-7所示。

① 控制介質。用于記載各種加工信息（如零件加工的工藝過程、工藝參數和位移數據等），以控制機床的運動，實現零件的機械加工。常用的控制介質有磁帶、磁盤和光盤等?？刂平橘|上記載的加工

信息經輸入裝置輸送

給數控裝置。常用的輸入裝置有磁盤驅動器和光盤驅動器等，對于用微處理機控制的數控機床，也用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工程序直接用鍵盤輸入，并在CRT

顯示器顯示。② 數控裝置。數控裝置是數控機床的核心，它的功能是接受輸入裝置輸送給的加工信息，經過數控裝置的系圖8-7 數控機床的組成 統(tǒng)軟件或電路進行譯碼、運算和邏輯處理后，發(fā)出相應的脈沖指令送給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)控制機床的各個運動部件按規(guī)定要求動作。

③ 伺服系統(tǒng)及位置檢測裝置。伺服系統(tǒng)由伺服驅動電機和伺服驅動裝置組成，它是數控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。由機床的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數控機床的進給系統(tǒng)，它根據數控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量。每個進給運動的執(zhí)行部件都配有一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)之分，在閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，還需配有位置測量裝置，直接或間接測量執(zhí)行部件的實際位移量，④ 機床本體及機械部件。數控機床的本體及機械部件包括：主動運動部件、進給運動執(zhí)行部件（如工作臺、刀架）、傳動部件和床身立柱等支承部件，此外還有冷卻，潤滑、轉位和夾緊等輔助裝置，對于加工中心類的數控機床，還有存放刀具的刀庫，交換刀具的機械手等部件。

8.4計算機集成制造系統(tǒng)

近年來世界各國都在大力開展計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計算機技術和機械制造業(yè)相結合的產物，是機械制造業(yè)的一次技術革命。

(1)CIMS的結構

隨著計算機技術的發(fā)展，機械工業(yè)自動化已逐步從過去的大批量生產方式向高效率、低成本的多品種、小批量自動化生產方式轉變。CIMS就是為了實現機械工廠的全盤自動化和無人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點將整個工廠組成一個系統(tǒng)，用計算機對

2產品的初始構思和設計直至最終的裝配和檢驗的全過程實現管理和控制。對于CIMS，只需輸入所需產品的有關市場及設計的信息和原材料，就可以輸出經過檢驗的合格產品。它是一種以計算機為基礎，將企業(yè)全部生產活動的各個環(huán)節(jié)與各種自動化系統(tǒng)有機地聯系起來，借以獲得最佳經濟效果的生產經營系統(tǒng)。它利用計算機將獨立發(fā)展起來的計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），管理信息系統(tǒng)（MIS）以及決策支持系統(tǒng)（DSS）綜合為一個有機的整體，從而實現產品訂貨、設計、制造、管理和銷售過程的自動化。它是一種把工程設計、生產制造、市場分析以及其它支持功能合理地組織起來的計算機集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術、計算機技術、信息技術和系統(tǒng)科學的基礎上，將制造工廠經營活動所需的各種自動化系統(tǒng)有機地集成起來，使其能適應市場變化和多品種、小批量生產要求的高效益、高柔性的智能生產系統(tǒng)。

由此可見，計算機集成制造系統(tǒng)是在新的生產組織原理和概念指導下形成的生產實體，它不僅是現有生產模式的計算機化和自動化，而且是在更高水平上創(chuàng)造的一種新的生產模式。從機械加工自動化及自動化技術本身的發(fā)展看，智能化和綜合化是未來的主要特征，也是CIMS最主要的技術特征。智能化體現了自動化深度，即不僅涉及物質流控制的傳統(tǒng)體力勞動自動化，還包括了信息流控制的腦力勞動自動化；而綜合化反映了自動化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴展到市場、設計、制造、檢驗、銷售及用戶服務等全部過程。

CIMS系統(tǒng)構成的原則，是按照在制造工廠形成最終產品所必需的功能劃分系統(tǒng)，如設計管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設計信息與管理信息，各子系統(tǒng)相互協(xié)調，并且具有相對的獨立性。因此，從大的結構來講，CIMS系統(tǒng)可看成是由經營決策管理系統(tǒng)、計算機輔助設計與制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等組成的（圖8-8）。經營決策管理系統(tǒng)完成企業(yè)經營管理，如市場分析預測、風險決策、長期發(fā)展規(guī)劃、生產計劃與調度、企業(yè)內部信息流的協(xié)調

圖8-8 CIMS主要結構框圖

與控制等；計算機輔助設計系統(tǒng)完成產品及零部件的設計、自動編程、機器人程序設計、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計算機輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設計、自動編程、機器人程序設計等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實現信息流和物料流的統(tǒng)一管理，如將CIMS的系統(tǒng)功能細化，可得到如圖8-9所示的框圖。

（2）CIMS的主要技術關鍵

CIMS是一個復雜的系統(tǒng)，它適用于多品種、中小批量的高效益、高柔性的智能化生產與制造。它是由很多子系統(tǒng)組成的，而這些子系統(tǒng)本身又都是具有相當規(guī)模的復雜系統(tǒng)。雖然世界上很多發(fā)達國家已投入大量資金和人力研究它，但仍存在不少技術問題有待進一步探索和解決。歸納起來，大致有以下五個方面。

① CIMS系統(tǒng)的結構分析與設計。這是系統(tǒng)集成的理論基礎及工具。如系統(tǒng)結構組織學和多級遞階決策理論、離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯控制以及面向目標的系統(tǒng)設計方法等。

3② 支持集成制造系統(tǒng)的分布式數據庫技術及系統(tǒng)應用支撐軟件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的數據庫系統(tǒng)，支持分布式多級生產管理調度的數據庫系統(tǒng)，分布式數據系統(tǒng)與實時在線遞階控制系統(tǒng)的綜合與集成。

③ 工業(yè)局部網絡與系統(tǒng)。CIMS系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的互連是通過工業(yè)局部網絡實現的，因此必然要涉及網絡結構優(yōu)化、網絡通信的協(xié)議、網絡的互連與通信、網絡的可靠性與安全性等問題的研究，甚至進一步還可能需要對支持數據、語言、圖像信息傳輸的寬帶通信網絡進行探討。

④ 自動化制造技術與設備。這是實現CIMS的物質技術基礎，其中包括自動化制造設備FMS、自動化物料輸送系統(tǒng)、移動機器人及裝配機器人、自動化倉庫以及在線檢測及質量保障等技術。

⑤ 軟件開發(fā)環(huán)境。良好的軟件開發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)開發(fā)和研究的保證。這里涉及面向用戶的圖形軟件系統(tǒng)、適用于CIMS分析設計的仿真軟件系統(tǒng)、CAD直接檢查軟件系統(tǒng)以及面向制造控制與規(guī)劃開發(fā)的專家系統(tǒng)。

綜上所述，涉及CIMS的技術關鍵很多，制定和開發(fā)計算機集成制造系統(tǒng)是一項重要而艱巨的任務。而對計算機集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項長遠的戰(zhàn)略決策。一旦取得突破，CIMS技術必將深刻地影響企業(yè)的組織結構，使機械制造工業(yè)產生一次巨大飛躍。

圖 8-9CIMS 系統(tǒng)框圖

124

第五篇：新機電一體化典型實例

機電一體化系統(tǒng)典型實例

8.4 計算機集成制造系統(tǒng)

近年來世界各國都在大力開展計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計算機技術和機械制造業(yè)相結合的產物，是機械制造業(yè)的一次技術革命。

(1)CIMS的結構

隨著計算機技術的發(fā)展，機械工業(yè)自動化已逐步從過去的大批量生產方式向高效率、低成本的多品種、小批量自動化生產方式轉變。CIMS就是為了實現機械工廠的全盤自動化和無人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點將整個工廠組成一個系統(tǒng)，用計算機對產品的初始構思和設計直至最終的裝配和檢驗的全過程實現管理和控制。對于CIMS，只需輸入所需產品的有關市場及設計的信息和原材料，就可以輸出經過檢驗的合格產品。它是一種以計算機為基礎，將企業(yè)全部生產活動的各個環(huán)節(jié)與各種自動化系統(tǒng)有機地聯系起來，借以獲得最佳經濟效果的生產經營系統(tǒng)。它利用計算機將獨立發(fā)展起來的計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），管理信息系統(tǒng)（MIS）以及決策支持系統(tǒng)（DSS）綜合為一個有機的整體，從而實現產品訂貨、設計、制造、管理和銷售過程的自動化。它是一種把工程設計、生產制造、市場分析以及其它支持功能合理地組織起來的計算機集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術、計算機技術、信息技術和系統(tǒng)科學的基礎上，將制造工廠經營活動所需的各種自動化系統(tǒng)有機地集成起來，使其能適應市場變化和多品種、小批量生產要求的高效益、高柔性的智能生產系統(tǒng)。

由此可見，計算機集成制造系統(tǒng)是在新的生產組織原理和概念指導下形成的生產實體，它不僅是現有生產模式的計算機化和自動化，而且是在更高水平上創(chuàng)造的一種新的生產模式。

從機械加工自動化及自動化技術本身的發(fā)展看，智能化和綜合化是未來的主要特征，也是CIMS最主要的技術特征。智能化體現了自動化深度，即不僅涉及物質流控制的傳統(tǒng)體力勞動自動化，還包括了信息流控制的腦力勞動自動化；而綜合化反映了自動化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴展到市場、設計、制造、檢驗、銷售及用戶服務等全部過程。

CIMS系統(tǒng)構成的原則，是按照在制造工廠形成最終產品所必需的功能劃分系統(tǒng)，如設計管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設計信息與管理信息，各子系統(tǒng)相互協(xié)調，并且具有相對的獨立性。因此，從大的結構來講，CIMS系統(tǒng)可看成是由經營決策管理系統(tǒng)、計算機輔助設計與制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等組成的（圖8-8）。經營決策管理系統(tǒng)完成企業(yè)經營管理，如市場分析預測、風險決策、圖8-8 CIMS主要結構框圖 長期發(fā)展規(guī)劃、生

產

計劃與調度、企業(yè)內部信息流的協(xié)調

與控制等；計算機輔助設計系統(tǒng)完成產品及零部件的設計、自動編程、機器人程序設計、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計算機輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設計、自動編程、機器人程序設計等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實現信息流和物料流的統(tǒng)一管理，如將CIMS的系統(tǒng)功能細化，可得到如圖8-9所示的框圖。

（2）CIMS的主要技術關鍵

CIMS是一個復雜的系統(tǒng)，它適用于多品種、中小批量的高效益、高柔性的智能化生產與制造。它是由很多子系統(tǒng)組成的，而這些子系統(tǒng)本身又都是具有相當規(guī)模的復雜系統(tǒng)。雖然世界上很多發(fā)達國家已投入大量資金和人力研究它，但仍存在不少技術問題有待進一步探索和解決。歸納起來，大致有以下五個方面。

① CIMS系統(tǒng)的結構分析與設計。這是系統(tǒng)集成的理論基礎及工具。如系統(tǒng)結構組織學和多級遞階決策理論、離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯控制以及面向目標的系統(tǒng)設計方法等。

② 支持集成制造系統(tǒng)的分布式數據庫技術及系統(tǒng)應用支撐軟件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的數據庫系統(tǒng)，支持分布式多級生產管理調度的數據庫系統(tǒng)，分布式數據系統(tǒng)與實時在線遞階控制系統(tǒng)的綜合與集成。

③ 工業(yè)局部網絡與系統(tǒng)。CIMS系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的互連是通過工業(yè)局部網絡實

圖 8-9CIMS 系統(tǒng)框圖

現的，因此必然要涉及網絡結構優(yōu)化、網絡通信的協(xié)議、網絡的互連與通信、網絡的可靠性與安全性等問題的研究，甚至進一步還可能需要對支持數據、語言、圖像信息傳輸的寬帶通信網絡進行探討。

④ 自動化制造技術與設備。這是實現CIMS的物質技術基礎，其中包括自動化制造設備FMS、自動化物料輸送系統(tǒng)、移動機器人及裝配機器人、自動化倉庫以及在線檢測及質量保障等技術。

⑤ 軟件開發(fā)環(huán)境。良好的軟件開發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)開發(fā)和研究的保證。這里涉及面向用戶的圖形軟件系統(tǒng)、適用于CIMS分析設計的仿真軟件系統(tǒng)、CAD直接檢查軟件系統(tǒng)以及面向制造控制與規(guī)劃開發(fā)的專家系統(tǒng)。

綜上所述，涉及CIMS的技術關鍵很多，制定和開發(fā)計算機集成制造系統(tǒng)是一項重要而艱巨的任務。而對計算機集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項長遠的戰(zhàn)略決策。一旦取得突破，CIMS技術必將深刻地影響企業(yè)的組織結構，使機械制造工業(yè)產生一次巨大飛躍。