您所在的位置:首頁 > 電大教育 > 機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)有哪些(機(jī)電一體化概念及相關(guān)技術(shù)綜述)

機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)有哪些(機(jī)電一體化概念及相關(guān)技術(shù)綜述)
廣東成人教育在線(http://m.super-tennis.com) 發(fā)布時(shí)間:2021-08-19 17:40

高精度、高性能復(fù)雜機(jī)電裝備被廣泛應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、高新技術(shù)等重要領(lǐng)域,其設(shè)計(jì)與制造水平是國(guó)家整體科技水平與實(shí)力的重要體現(xiàn)。

機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)有哪些(機(jī)電一體化概念及相關(guān)技術(shù)綜述)

復(fù)雜機(jī)電裝備主要包括兩大類:

一類是以機(jī)械性能為主,電性能服務(wù)于機(jī)械性能的機(jī)電裝備,如大型數(shù)控機(jī)床、加工中心等加工裝備,以及兵器、化工、船舶、農(nóng)業(yè)、能源、挖掘與掘進(jìn)等行業(yè)重大裝備,主要是運(yùn)用電子信息技術(shù)來改造、武裝、提升傳統(tǒng)裝備的機(jī)械性能。

另一類則是以電性能為主,機(jī)械性能服務(wù)于電性能的電子裝備,如雷達(dá)、通信、計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航、天線、射電望遠(yuǎn)鏡等,其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要用于保障特定電磁性能的實(shí)現(xiàn),被廣泛應(yīng)用于陸、海、空、天等各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域,發(fā)揮著不可替代的作用。

這兩大類裝備從廣義上講,均屬于機(jī)電結(jié)合的復(fù)雜裝備,是機(jī)電一體化技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用的典型代表。

機(jī)電一體化(Mechatronics)概念,最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代,其英文是將Mechanical與Electronics兩個(gè)詞掐頭去尾組合而成,體現(xiàn)了機(jī)械與電磁(氣)技術(shù)不斷融合的內(nèi)涵演進(jìn)和發(fā)展趨勢(shì)。

伴隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展,相繼出現(xiàn)了諸如機(jī)-電-液一體化、流-固-氣一體化、生物-電磁一體化等概念,雖然說法不同,但實(shí)質(zhì)上基本還是機(jī)電一體化,目的都是研究不同物理系統(tǒng)或物理場(chǎng)之間的相互關(guān)系,從而提高系統(tǒng)或設(shè)備的整體性能。

高性能復(fù)雜機(jī)電裝備的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)從出現(xiàn)至今,經(jīng)歷了機(jī)電分離、機(jī)電綜合、機(jī)電耦合三個(gè)不同的發(fā)展階段。在高精度與高性能電子裝備的發(fā)展上,這三個(gè)階段的特征體現(xiàn)得尤為突出。

機(jī)電分離(independent between mechanical and electronic technologies,IMET),指電子裝備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電磁設(shè)計(jì)分開、獨(dú)立進(jìn)行,但彼此間的信息可實(shí)現(xiàn)在(離)線傳遞、共享,即機(jī)械結(jié)構(gòu)、電磁性能的設(shè)計(jì)仍在各自領(lǐng)域獨(dú)立進(jìn)行,但在邊界或域內(nèi)可實(shí)現(xiàn)信息的共享與有效傳遞,例如反射面天線的結(jié)構(gòu)與電磁、有源相控陣天線的電磁-結(jié)構(gòu)-溫度等。

需要指出的是,這種信息共享在設(shè)計(jì)層面上仍是機(jī)電分離的,故傳統(tǒng)分離設(shè)計(jì)固有的諸多問題依然存在,最明顯的有兩點(diǎn):

一是電磁設(shè)計(jì)人員提出的對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造精度的要求往往太高,時(shí)常超出機(jī)械的制造加工能力,而機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)人員因缺乏對(duì)電磁知識(shí)的深入了解,只能千方百計(jì)地設(shè)法去滿足,帶有一定的盲目性。

二是工程實(shí)際中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)奇怪的現(xiàn)象,即機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)人員費(fèi)了九牛二虎之力制造出的產(chǎn)品,電性能又時(shí)常出現(xiàn)不滿足的情況。

相反,機(jī)械制造精度未達(dá)要求的產(chǎn)品,電性能又是滿足的。原因何在,知其然而不知其所以然。

因此,實(shí)際工程中,只好采用備份的辦法,最后由電調(diào)來決定選用哪一個(gè)。

這兩個(gè)問題的長(zhǎng)期存在,導(dǎo)致電子裝備研制的性能低、周期長(zhǎng)、成本高、結(jié)構(gòu)笨重,成為長(zhǎng)期制約電子裝備性能提升并影響下一代裝備研制推進(jìn)的一個(gè)懸而未決的制約瓶頸。

隨著電子裝備工作頻段的不斷提高,機(jī)電之間的相互影響愈發(fā)明顯,機(jī)電分離設(shè)計(jì)遇到的問題愈來愈多,矛盾也愈發(fā)突出。

于是,機(jī)電綜合(syntheses between mechanical and electronic technologies,SMET)的設(shè)計(jì)概念出現(xiàn)了。機(jī)電綜合是機(jī)電一體化的較高層次,它比機(jī)電分離前進(jìn)了一大步,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:

一是建立了同時(shí)考慮機(jī)械、電磁、熱等性能的綜合設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,可在設(shè)計(jì)階段有效消除某些缺陷與不足。二是建立了一體化的有限元分析模型,如在高密度機(jī)箱機(jī)柜分析中,可共享相同幾何空間的電磁、結(jié)構(gòu)、溫度的數(shù)值分析模型。

21世紀(jì)初以來,電子裝備呈現(xiàn)出高頻段、高增益,高密度、小型化,快響應(yīng)、高指向精度的發(fā)展趨勢(shì),機(jī)電之間呈現(xiàn)出強(qiáng)耦合的特征。

于是,機(jī)電一體化邁入了機(jī)電耦合的新階段。

機(jī)電耦合(coupling between mechanical and electronic technologies,CMET),是比機(jī)電綜合更進(jìn)一步的理性機(jī)電一體化,其特點(diǎn)主要包括兩點(diǎn):

一是分析中不僅可實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電磁、熱的自動(dòng)數(shù)值分析與仿真,且可保證不同學(xué)科間信息傳遞的完備性、準(zhǔn)確性與可靠性。

二是從數(shù)學(xué)上導(dǎo)出了基于物理量耦合的多物理系統(tǒng)的耦合理論模型,探明了非線性機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)電性能的影響機(jī)理。設(shè)計(jì)是基于該耦合理論模型和影響機(jī)理的機(jī)電耦合設(shè)計(jì)??梢?,機(jī)電耦合與機(jī)電綜合相比具有本質(zhì)不同,有了質(zhì)的飛躍。

從機(jī)電分離、機(jī)電綜合到機(jī)電耦合,機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)生了鮮明的代際演進(jìn),為高端裝備設(shè)計(jì)與制造提供了理論與關(guān)鍵技術(shù)支撐,而復(fù)雜裝備制造的未來發(fā)展,將不斷趨于多物理場(chǎng)、多介質(zhì)、多尺度、多元素的深度融合,機(jī)械、電氣、電子、電磁、光學(xué)、熱學(xué)等融于一體,巨系統(tǒng)、極端化、精密化將成為新的趨勢(shì),以機(jī)電耦合為突破口的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)也將迎來更大的挑戰(zhàn)。

隨著新一代電子技術(shù)、信息技術(shù)、材料、工藝等學(xué)科的快速發(fā)展,未來高性能電子裝備的發(fā)展將呈現(xiàn)出兩個(gè)極端特征。

一是極端頻率,如對(duì)潛通信等極低頻段,天基微波輻射天線等應(yīng)用的毫米波、亞毫米波乃至太赫茲頻段。二是極端環(huán)境,如南北極、深空與臨近空間、深海等。

這些都對(duì)機(jī)電耦合理論與技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn),亟待開展如下研究:

第一,電子裝備涉及到的電磁場(chǎng)、結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)、溫度場(chǎng)的場(chǎng)耦合理論模型(electro-mechanical coupling,EMC)的建立。

因?yàn)樗鼈冎g存在著相互影響、相互制約的關(guān)系,需揭示它們之間的影響與耦合機(jī)理,廓清多場(chǎng)、多域、多尺度、多介質(zhì)的耦合機(jī)制,多工況、多因素的影響機(jī)理,并描述為定量的數(shù)學(xué)關(guān)系式。

第二,電子裝備存在的非線性機(jī)械結(jié)構(gòu)因素(結(jié)構(gòu)參數(shù)、制造精度)與材料參數(shù),對(duì)電子裝備的電磁性能影響明顯,亟待探索這些非線性因素對(duì)電性能的影響規(guī)律,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)它們對(duì)電性能的影響機(jī)理(influence mechanism,IM)。

第三,機(jī)電耦合設(shè)計(jì)方法。需綜合分析耦合理論模型與影響機(jī)理的特點(diǎn),進(jìn)而提出電子裝備機(jī)電耦合設(shè)計(jì)的理論與方法,這其中將伴隨機(jī)、電、熱各自分析模型以及它們之間的數(shù)值分析網(wǎng)格間的滑移等難點(diǎn)的處理。

第四,耦合度的數(shù)學(xué)表征與度量。理論上講,任何耦合都應(yīng)該是可度量的。

為深入探索多物理系統(tǒng)間的耦合,有必要建立一種通用的度量耦合的數(shù)學(xué)表征方法,進(jìn)而導(dǎo)出可定量計(jì)算耦合度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

第五,應(yīng)用中的深度融合。機(jī)電耦合技術(shù)不僅存在于幾乎所有的機(jī)電裝備中,而且在高端裝備制造轉(zhuǎn)型升級(jí)中扮演著十分重要的角色,是迭代發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù),在裝備制造業(yè)的發(fā)展中有諸多重大行業(yè)應(yīng)用,進(jìn)而貫穿于我國(guó)工業(yè)化與信息化的整個(gè)歷史進(jìn)程中。

隨著新科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的到來,尤其是隨著以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為標(biāo)志的智能制造的出現(xiàn),工業(yè)與信息技術(shù)的深度融合勢(shì)在必行,而該融合在理論與技術(shù)層面上則體現(xiàn)為機(jī)電耦合理論的應(yīng)用,由此可見其意義深遠(yuǎn)、前景廣闊。


在線測(cè)評(píng),看看你適合什么學(xué)歷提升方式?
  • 156****3305
  • 172****8096
  • 182****9533
  • 151****2102
  • 172****5876
  • 173****3040
  • 132****1100
  • 185****5682
  • 134****6516
已獲取測(cè)評(píng)結(jié)果

1、您目前的學(xué)歷?

2、您想考取的層次是?

3、您偏向哪種取證方式?

5分鐘內(nèi),測(cè)評(píng)結(jié)果將以短信形式發(fā)送至您的手機(jī),敬請(qǐng)留意
版權(quán)聲明:本文由作者上傳并發(fā)布(或網(wǎng)友轉(zhuǎn)載),免費(fèi)轉(zhuǎn)載出于非商業(yè)性學(xué)習(xí)目的。未經(jīng)作者許可,不可轉(zhuǎn)載。
標(biāo)簽:
相關(guān)精選
在線測(cè)評(píng),看看你適合什么學(xué)歷提升方式?
  • 156****3305
  • 172****8096
  • 182****9533
  • 151****2102
  • 172****5876
  • 173****3040
  • 132****1100
  • 185****5682
  • 134****6516
已獲取測(cè)評(píng)結(jié)果

1、您目前的學(xué)歷?

2、您想考取的層次是?

3、您偏向哪種取證方式?

5分鐘內(nèi),測(cè)評(píng)結(jié)果將以短信形式發(fā)送至您的手機(jī),敬請(qǐng)留意
Processed in 0.198849 Second , 112 querys.