機電一體化系統(tǒng)設計綜合訓練項目1(共10頁)

1、PAGE 機電(jdin)一體化系統(tǒng)(xtng)設計課程(kchng)綜合訓練項目報告綜合訓練項目 機電系統(tǒng)智能化發(fā)展研究 一、綜合(zngh)訓練項目任務書綜合訓練項目 機電系統(tǒng)智能化發(fā)展研究目的和要求：學生在了解機電一體化系統(tǒng)結構和組成功能要素的基礎上，理解機電一體化各組成結構的特點，發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，特別是其智能化的發(fā)展方向，對各結構功能要素的要求及表現(xiàn)。能夠結合實例（機器人、數(shù)控機床等）研究其智能化發(fā)展趨勢及系統(tǒng)構建。成果形式：機電系統(tǒng)智能化發(fā)展研究報告(不少于5000字)。相關參數(shù)：參看工程機械智能化技術，呂廣明等著，中國電力出版社。詳細設計要求：（1）機電一體化系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2、；（2）機電一體化性存在的問題及解決技術、方法；（3）機電一體化系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢；（4）機電系統(tǒng)智能化系統(tǒng)構建。二、指導(zhdo)教師評閱(pngyu)意見 指導教師簽字：三、綜合訓練項目設計內(nèi)容機電系統(tǒng)智能化發(fā)展研究報告機電一體化系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀目前,國內(nèi)一些研究單位,如浙江大學、華中科技大學等單位,在機械產(chǎn)品概念設計及計算機輔助創(chuàng)新設計方面進行了研究,但對機電一體化產(chǎn)品概念設計方面的問題基本沒有進行研究。上海交通大學從1996年開始,對機電一體化產(chǎn)品概念設計的理論與方法進行了較為深入的研究,并取得了初步的研究成果。在機電一體化技術方面我國已經(jīng)取得了一定的成就，特別是在

3、數(shù)控技術方面、機器人方面和計算機集成制造系統(tǒng)方面尤為顯著，在數(shù)控技術方面。從 1985 年我國開始研究數(shù)控技術。在堅持自我開發(fā)與借鑒國外先進技術和經(jīng)驗的基礎上，目前我國已經(jīng)基本具備了自我研發(fā)能力，并在國內(nèi)建立了多處數(shù)控研發(fā)和生產(chǎn)基地?？梢哉f，我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)已經(jīng)基本成形。到目前，我國數(shù)控技術行業(yè)已經(jīng)具有年生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3000 多套、主軸與進給裝置 5000 多套的能力，成為促進國民經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)品。掌握關鍵數(shù)控技術并形成自我研發(fā)和生產(chǎn)能力，對于發(fā)展民用工業(yè)和國防工業(yè)都有著不可替代的作用，同時也增強了我國的綜合國力。在機器人方面。1986年，我國將機器人的研發(fā)列入了國家科技計劃。經(jīng)過 20 多年

4、的發(fā)展，我國已經(jīng)掌握了機器人操作的設計制造技術、控制技術和軟件編程等關鍵技術。目前，機器人已經(jīng)被廣泛應用于工業(yè)上，并逐步涉及到醫(yī)療和水下探測等方面，在國防上也占有一席之地。特別值得一提的是，目前我國很多高校的自動化專業(yè)都在研究各種各樣的機器人。比如說，國防科技大學研發(fā)出了類人機器人，北京航空航天大學與海軍總醫(yī)院聯(lián)合研發(fā)了醫(yī)用機器人，哈爾濱工業(yè)大學研發(fā)出了足球機器人，哈爾濱工程大學研發(fā)出了水下機器人并在撫仙湖水下遺址探測上得到了成功應用等等。在計算機集成制造系統(tǒng)方面。目前，我國已經(jīng)在清華大學建成了國家 CIMS 工程研究中心，在國內(nèi)其他高校和科研單位建立了 7 個 CIMS 單元技術實驗室和 8

5、 個CI 培訓中心。特別是近年來，我國在計算機集成制造系統(tǒng)方面取得了巨大的進步，已經(jīng)掌握了一些關鍵技術。同時，計算機集成制造系統(tǒng)在國內(nèi)多家企業(yè)中得到了廣泛應用，取得了良好的經(jīng)濟效益。但是，我們看到上述成就的同時還應該看到關于計算機集成制造系統(tǒng)的核心技術我們還沒有取得突破，部分產(chǎn)品還主要依靠國外技術的支持才能得以研發(fā)和生產(chǎn)，與日本等先進國家相比仍有相當差距。由于機電一體化系統(tǒng)是一個復雜的動態(tài)系統(tǒng),只有在了解了其動態(tài)性能的基礎上才能進行恰當?shù)脑u價,因此機電一體化產(chǎn)品的建模與仿真問題顯得更為重要.概念設計階段仿真的目的是檢驗系統(tǒng)是否能夠完成給定的功能,以及實現(xiàn)功能所附帶的約束條件.通過分析比較目前通

6、用的各種建模技術(如鍵合圖、方框圖、信號流圖、原理圖等)及各種仿真軟件的優(yōu)缺點,采用Simulink仿真軟件構造了一個面向功能模塊建模方法的,表達機電一體化產(chǎn)品中廣義執(zhí)行機構的概念設計的系統(tǒng)仿真平臺。這一平臺的構建,為機電一體化產(chǎn)品概念設計的整體仿真平臺的建立奠定了基礎。2 國外發(fā)展現(xiàn)狀機電一體化產(chǎn)品概念設計的研究主要集中在歐洲.主要研究機構有:德國Darmstadt大學,英國Lancaster大學工程設計中心,荷蘭Twente大學,比利時Leuven大學,挪威科技大學,丹麥技術大學和芬蘭VTT研究中心等。另外,在美國,與機電一體化系統(tǒng)有關的概念設計工作大多集中在M IT大學, Carnegi

7、e Mellon大學, M ichigan大學和Standford大學。在日本,東京大學的Yoshikawa和Tom iyama兩位學者的研究工作涉及到了一般的機電一體化系統(tǒng)的概念設計。德國Darmstadt大學的R. Iserrmann, H. J.Herpel, M.Held,M. G lesner10等人,對機電一體化產(chǎn)品設計進行了較深入的研究.他們的研究領域主要集中在機電一體化的控制系統(tǒng)的設計方法學上。提出了機電一體化系統(tǒng)的能量流和信息流模型,并將控制系統(tǒng)按層次劃分為管理層、監(jiān)視層、控制層和處理層四個層次。從他們的觀點來看,機電一體化的驅(qū)動器、傳感器及機械部分都是作為控制系統(tǒng)設計的外界

8、環(huán)境而存在的。而控制系統(tǒng)設計是機電一體化的主體.因此在他們的設計中,較少考慮到機械部分的特性、傳感器的特性及驅(qū)動器的特性,也沒有考慮到幾個部分之間的融合設計問題。該觀點不能全面反映以實現(xiàn)運動執(zhí)行功能為主的機電一體化產(chǎn)品概念設計的實質(zhì)。德國HeinzN ixdorf大學的Jurgen Gausemeier, M artin Flath, StefanMohringer等人于2001年構建了機電一體化系統(tǒng)開發(fā)的V型模型,指出在概念設計的早期階段,需要有一種共同的功能描述語言來描述所涉及的不同學科的知識,給出了一種適用于機電一體化產(chǎn)品概念設計的集成方法,即用半規(guī)則式說明語言進行功能原理建模。將該方法

9、已成功用于汽車導航驅(qū)動系統(tǒng)的概念設計過程中。在法國PSA所進行的ESPRIT/ OLMECO (Open Library for Models of Mechatronics Components機電一體化組成元件的模型的開放庫)研究項目,取得了階段性成功。該項目的核心是一個包含了機電一體化系統(tǒng)中各個學科的模型所組成的模型庫。他們把機電一體化的基本功能元件,或者一些已在實踐中得到應用的系統(tǒng)作為基本單元存入模型庫。這個模型庫能夠為工程設計人員提供正確、有效的、可重用的模型單元。在機電一體化設計中可隨時從庫中調(diào)用這些基本元件或系統(tǒng),從而提高了設計效率和準確性,并且在一定程度上降低了設計的難度。該項

10、目雖然取得了一定的進展,但就模型庫而言,其存儲的是以前得到的、被實踐檢驗的機電一體化產(chǎn)品的組成元件模型,僅對機電一體化數(shù)據(jù)庫的存儲和查找進行產(chǎn)品的概念設計,與智能化概念設計還存在相當?shù)木嚯x,其設計方案缺乏創(chuàng)新性。并且由于缺少機電一體化概念設計理論的支持,該系統(tǒng)并不理想。雖然美國Analogy公司聲稱其開發(fā)的Saber軟件是支持機電一體化系統(tǒng)設計的智能化概念設計軟件,但其實質(zhì)至多是一個機電一體化仿真軟件。它只具有對機電一體化系統(tǒng)建模、性能仿真、靈敏度分析等功能,而不具備產(chǎn)生方案的功能.就其建模功能來講,也基本上集中在信息系統(tǒng)或控制系統(tǒng)領域,目前還沒有看到其能夠用于機械裝置的建模仿真的例子。機電一

11、體化性存在的問題及解決技術、方法1 存在的問題1)礦井供電。隨著礦井延深開采,礦井的垂深平均都在400600之間,有的已達1000左右,多水平提升、接力式排水,造成了供電線路過長、負荷增加、供電網(wǎng)絡復雜的現(xiàn)象。原來的供電系統(tǒng)大多是在20世紀4060年代設計施工的,供電設備大多為老式、屬淘汰設備。同時,預留的饋出備用線位置已滿、供電電源導線截面小、線路長、壓降損耗較大、供電的不合理及可靠性能差、井下的雙回路供電同時存在三專線帶其它負荷及混接現(xiàn)象等;隨著礦井延深開采瓦斯等級增加,安全監(jiān)測系統(tǒng)等諸多問題已不能適應當前礦井深部開采的需要。如果不加強科學管理,不針對性的進行技術改造,不加大安全技術投入,

12、就有可能釀成重大的事故。2)排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)不合理,設施陳舊、效率低,減災能力差,泵房因資金及技術等原因,安全保護檢測裝置不完善,可靠性能差,管網(wǎng)效率低。同時,每一水平都設有排水泵房,所以造成設備維修量增加,崗位工人多,資金投入增大,噸煤成本增加。3)礦井通風系統(tǒng)。礦井通風網(wǎng)絡長、負壓增大,總回風斷面減小,導致通風設施運行不合理。4)提升系統(tǒng)。提升環(huán)節(jié)多,提升絞車原設置的保護不齊全,信號閉鎖、防過卷保護、超速保護,過負荷保護、欠電壓保護、限速保護、深度指示器失效保護、閘瓦磨損保護、松繩報警裝置、后備保護等的部件老化,部分保護靈敏度差;絞車的常用閘和保險閘的制動有的也不能滿足要求;提升鋼絲繩定

13、期試驗和日檢查不符合規(guī)定要求、漏檢超期使用,插接裝置不符合規(guī)程規(guī)定。5)電瓶車和帶式輸送機。井下電瓶車甩保護,聲光信號不全,快速充電插頭內(nèi)保險絲用8#線代替,多拉車現(xiàn)象嚴重,閘瓦和撒沙裝置不全,剎車不采用制動裝置。膠帶不阻燃,其防滑保護、過載保護、煙霧報警、溫度、堆煤保護、自動酒水裝置、防跑偏、過流保護、過速保護、欠電壓保護等可靠性差,保護設置也不全。6)機電備品、備件不足,安全技術措施費用投入嚴重不足。設備老化問題嚴重,缺少必要的備機、備件,機電設備不能夠得到正常的維修及養(yǎng)護。2解決方法1)優(yōu)化礦井供電網(wǎng)絡。礦井至少應有可靠的兩回路電源線路。當任意回路發(fā)生故障停止供電時,其它任一回路應能擔負

14、礦井全部負荷。井下各水平中央變(配)電所、主排水泵和下山開采的采區(qū)排水泵房供電的線路不得少于兩路。主通風機、提人立井提升機、抽放瓦斯泵等主要設備應設置雙回路供電。煤炭管理部門要組織一支由技術水平高、業(yè)務能力強的專業(yè)人員組成的過硬隊伍,針對性的對每個煤礦進行“專家會診”,對供電網(wǎng)絡進行認真核查,找出供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡存在的問題,提出科學合理的系統(tǒng)優(yōu)化方案。如:雞西礦業(yè)集團組織專家隊伍對各礦系統(tǒng)網(wǎng)絡進行測算,發(fā)現(xiàn)平崗煤礦使用的22-95供電電源導線不合理,經(jīng)重新驗算后,選用了22-120的導線,保證了供電網(wǎng)絡的安全、可靠性。另外一定要不斷提高科技含量(如:變電所高防開關應采用:-100(200);矸式

15、變壓器采用:2-315/6;饋電采用:9-400;開關選用:-80等一些較先進的設備)。井下供電一定要采用“三專線供電”,三專線上不帶其它動力負荷;對高瓦斯礦井一定要加大資金投入,上齊各種安全瓦斯監(jiān)測、瓦斯抽放及瓦斯斷電儀,決不留任何死角、死面。2)加強礦井技工人員培訓、設備管理和維護保養(yǎng)。隨著科技的不斷提高,要求工人技工不斷掌握新的技術要求(使用和維修),以適應科技的發(fā)展。由于煤礦井下作業(yè)環(huán)境惡劣,空氣濕度大,導致機電設備容易老化,設備故障率高。如排水泵,因礦井水質(zhì)差,對葉輪腐蝕、磨損較大,逆止閥門因銹蝕而不起作用。停泵時,高壓沖擊作用導致水泵葉輪損壞。因此應定期對礦井設備進行性能測試,定期

16、維修設備,堅持執(zhí)行班檢、日檢、月查制度。3)對提升系統(tǒng)加強管理。提升是煤礦運輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)之一,一旦出現(xiàn)問題將影響煤礦的生產(chǎn),甚至造成人員傷亡。因此對提升絞車的限速保護、松繩保護、過流保護、信號閉鎖、潤滑油保護、閘瓦磨損保護、深度指示器保護、連接裝置、鋼絲繩等都要進行班班認真檢查,并對鋼絲繩定期進行試驗,發(fā)現(xiàn)問題及時處理,消除隱患。上、下山運輸,要采用“一坡、三檔(檔車欄要用氣動擋車欄)”,上齊聲光信號,電器設備要有閉鎖裝置。4)加大安全投入,提高裝備水平。提高礦井的裝備水平,就必須有可靠的資金投入,這就要求煤炭生產(chǎn)企業(yè)必須建立安全技術措施“專項費用制度”。礦山安全法要求企業(yè)必須從產(chǎn)品銷售額中按

17、照國家規(guī)定提取安全技術措施專項資金,并全部用于改善礦山安全生產(chǎn),不得挪作它用,在制度上保證用于改善安全生產(chǎn)條件的資金來源。每年年初對各生產(chǎn)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀況進行分析,按照有關規(guī)定提取足額的專項資金費用;制定計劃,列出項目、資金流向、項目負責人等保證措施;更換老化、陳舊的安全設施,逐步健全完善安全生產(chǎn)體系。同時,安全監(jiān)察部門要加大對煤礦企業(yè)安措費用使用情況的監(jiān)察,保證資金專款專用,項目按期完成。5)加強安全、技術培訓,整體提高職工的素質(zhì)。搞好安全生產(chǎn)是保證國家財產(chǎn)和人民群眾生命安全的一件大事,一定要牢記先安全、后生產(chǎn);不安全、不生產(chǎn)的原則。隨著科學技術的不斷發(fā)展和機械化程度的不斷提高,企業(yè)裝備的技術構

18、成也在不斷發(fā)生變化,大量高新技術設備被廣泛應用于煤礦各個工作場所。這些設備智能化程度高,要求有高素質(zhì)的人員來操作、管理與維修。如果不懂設備性能、原理、特點,一旦出現(xiàn)問題就不知從何著手處理;而掌握了設備的使用與維修技術,在生產(chǎn)過程中就可以提高設備操作的安全性,避免事故的發(fā)生,創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益,起到事半功倍的效果。6)建立健全各種規(guī)章制度。制度是一種約束機制,是指導職工如何開展工作的尺度,只有制度完善、管理到位、責任到位,才能保障機電設備的正常運轉(zhuǎn)。而安全生產(chǎn)責任制是企業(yè)最基本的一項安全制度。是企業(yè)所有安全生產(chǎn)管理制度的核心。為此應提倡減人提效、建立競爭機制,對技術工種和管理人員應采取競爭上崗

19、,對崗位實行技能工資制,以劃分工資等級同時采取動態(tài)崗位核實制,實行能者上、庸者下的原則。因此,為貫徹落實安全生產(chǎn)方針,必須嚴格落實生產(chǎn)責任制、業(yè)務保安制、工種崗位責任制、事故責任追究制等;實行安全工作人人管理,讓每個人、每個部門都要負起職責范圍內(nèi)的安全工作,使安全工作做到層層有人抓,事事有人管,責任與利益共享,牢固樹立“安全為天”的職責。機電一體化系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢機電一體化產(chǎn)品概念設計理論與方法的研究無疑必將對產(chǎn)品設計師起到重要的指導作用。以歐洲國家為代表的機電一體化產(chǎn)品概念設計理論的研究,多以電子及控制理論為研究出發(fā)點,典型的軟件成果為英國學者推出了Schemebuilder虛擬開發(fā)平臺。

20、國內(nèi)學者從現(xiàn)代機構學的角度出發(fā),針對以運動功能為主功能的一大類機電一體化產(chǎn)品的特點,研究機電一體化產(chǎn)品概念設計理論與方法,取得了初步的研究成果。本文認為機電一體化系統(tǒng)的多學科性及復雜性決定了在概念設計理論研究的初期,不同學科背景的學者會從不同的角度進行研究,但研究的目標是一致的.隨著研究的逐漸深入,不同研究成果的集成必將使機電一體化產(chǎn)品概念設計理論的可操作性和實用性更強,對機電一體化新產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新起重要指導作用。關于機電一體化產(chǎn)品概念設計理論與方法,還有不少問題有待深入研究,但總的研究趨勢是:建立機電一體化產(chǎn)品概念設計的推理方法庫;按實現(xiàn)運動和動作進行廣義執(zhí)行機構的分類,建立驅(qū)動元件庫、廣

21、義執(zhí)行機構庫,以有利于進行驅(qū)動元件、傳動及執(zhí)行機構以及兩者集成的選擇；按被測物理量建立傳感器類型、特點知識庫,以便于選擇傳感器;建立信息處理方法庫和控制方法庫,以便選擇硬件、編制軟件對可控機構子系統(tǒng)進行有效的控制；建立機電一體化產(chǎn)品概念設計不同階段的評價體系,特別是概念設計早期功能原理階段的評價體系。機電系統(tǒng)智能化系統(tǒng)構建用機電系統(tǒng)智能化系統(tǒng)構建煤礦機電設備診斷專家系統(tǒng)，此方法是利用各種類型的診斷知識通過對監(jiān)測到的信息進行分析、處理，對設備運動狀態(tài)進行判斷和推理的軟件系統(tǒng)，一旦設備發(fā)生異常，它可以通過推理判斷找出故障的原因和發(fā)生故障的位置，最后給出診斷推理過程的解釋和故障處理對策，在設備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動實施維修，它為設備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運行提供了可靠的技術和管理保障，司馬煤業(yè)公司機電設備診斷專家系統(tǒng)以設備運行狀況及計算機網(wǎng)絡構成為依據(jù)，以數(shù)據(jù)庫技術和NET技術為手段開發(fā)，采用 C/S模式，應用范圍可涵蓋所有在役設備，主要由設備綜合管理模塊、故障診斷模塊、維修助手模塊、預警提醒模塊等功能模塊或子系統(tǒng)等組成。2.1設備綜合管理模塊設備故障診