機(jī)電工程技術(shù)應(yīng)用及其自動(dòng)化問(wèn)題分析

【摘 要】現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，引起了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電工程技術(shù)；應(yīng)用及其自動(dòng)化；問(wèn)題

一、機(jī)電工程的基本概念

現(xiàn)代機(jī)電工程已經(jīng)擺脫了純粹的技術(shù)，開(kāi)始朝著更加普及和適用的方向發(fā)展，無(wú)論是化學(xué)、電子行業(yè)，還是汽車、采礦行業(yè)都同機(jī)電工程有著密不可分的聯(lián)系，這種情況下機(jī)電工程的自身涵蓋范圍也就擴(kuò)大了。不僅涵蓋了原先的設(shè)備工程和動(dòng)力工程，還包括相關(guān)的通風(fēng)工程和管道工程，并且相關(guān)的設(shè)備維修和養(yǎng)護(hù)也都涵蓋在機(jī)電工程的范圍之內(nèi)。

二、機(jī)電工程中的技術(shù)重難點(diǎn)

（一）機(jī)械設(shè)備的安裝：要想保證機(jī)電工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，首先要保證機(jī)電工程的相關(guān)設(shè)備正確的安裝，也就是說(shuō)機(jī)電工程項(xiàng)目的各種機(jī)電設(shè)備要根據(jù)工程的具體需要和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)試和校正，以保證在工程測(cè)試的過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電設(shè)備功能的正常實(shí)現(xiàn)。

（二）母線安裝：所謂母線安裝，就是在機(jī)電設(shè)備的位置按照相關(guān)的工程項(xiàng)目設(shè)備擺放后，對(duì)各種即將連接的母線的情況進(jìn)行檢查，并且要保證母線安裝的環(huán)境完全干燥，任何有水作業(yè)都不能同時(shí)進(jìn)行，不僅要避免影響母線的功能，還要保證施工過(guò)程的安全。

（三）弱電系統(tǒng)安裝：弱電系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)指的是在機(jī)電工程中的一些用電負(fù)荷較小的系統(tǒng)，比如機(jī)電工程的消防系統(tǒng)和警報(bào)系統(tǒng)，還包括機(jī)電工程的監(jiān)控系統(tǒng)等。一般來(lái)說(shuō)，弱電系統(tǒng)在安裝的過(guò)程中，耗費(fèi)的時(shí)間并不長(zhǎng)，但是其相關(guān)設(shè)備的價(jià)值是比較高的，所以有關(guān)部門要加強(qiáng)對(duì)弱電系統(tǒng)的安裝管理，避免元件和設(shè)備的損壞造成的經(jīng)濟(jì)損失。

三、機(jī)電技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容含義

（一）機(jī)器的構(gòu)造及工作原料：生產(chǎn)機(jī)器的構(gòu)造一般都是由主體部位的發(fā)動(dòng)機(jī)、曲柄連桿、配氣、起動(dòng)、傳動(dòng)、行駛、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等構(gòu)成，要提高機(jī)器的工作效率，必須從其主體部位改善性能和提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度等方面考慮。而傳統(tǒng)機(jī)器產(chǎn)品一般以鋼鐵材料為主，已經(jīng)不具備很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。要想改進(jìn)機(jī)器的效率不但要從結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)該多考慮利用非傳統(tǒng)鋼鐵材料為主的生產(chǎn)概念，如用非金屬?gòu)?fù)合材料，或者更高層次的金屬材料。當(dāng)機(jī)器主體重量減輕了，方能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率的最大化，減少不必要的能量消耗，提高機(jī)器的工作效率。

（二）提高弱電控制線路：提高弱電控制線路關(guān)鍵在于提高部件間的綜合性能，可從電機(jī)、傳感器、信息處理設(shè)備、軟件等方面進(jìn)行提高。

驅(qū)動(dòng)機(jī)最為廣泛使用的是電機(jī)，但其工作效率及響應(yīng)速度還存在著諸多間題。我們面對(duì)此類問(wèn)題要更為全面的發(fā)展新型的驅(qū)動(dòng)單位，如驅(qū)動(dòng)單元中裝了編碼器的電機(jī)以及控制專用組件、傳感器等多位一機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)單元。

四、機(jī)電一體化的核心技術(shù)

機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)單元等部分組成。因此，為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：

（一）機(jī)械本體技術(shù)：機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬?gòu)?fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。

（二）傳感技術(shù)：傳感器的問(wèn)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(guān)系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢(shì)。對(duì)外部信息傳感器來(lái)說(shuō)，目前主要發(fā)展非接觸型檢測(cè)技術(shù)。

（三）信息處理技術(shù)：機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備（特別是微型計(jì)算機(jī)）的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。

（四）驅(qū)動(dòng)技術(shù)：電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問(wèn)題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動(dòng)單元。

（五）接口技術(shù)：為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。目前，技術(shù)人員正致力于開(kāi)發(fā)低成本、高速串行的接口，來(lái)解決信號(hào)電纜非接觸化、小型化以及標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。

（六）軟件技術(shù)：軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

五、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景

縱觀國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，機(jī)電一體化將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

（一）智能化：智能化是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化的主要區(qū)別之一，也是21世紀(jì)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機(jī)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(dòng)著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機(jī)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(dòng)。

（二）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(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意的剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強(qiáng)，一般除RS232等常用通信方式外，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要。機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機(jī)體，使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。

（三）微型化：微型機(jī)電一體化系統(tǒng)高度融合了微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，是機(jī)電一體化的一個(gè)新的發(fā)展方向。國(guó)外稱微電子機(jī)械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過(guò)1cm3，并正向微米、納米級(jí)方向發(fā)展。由于微機(jī)電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，可進(jìn)入一般機(jī)械無(wú)法進(jìn)入的空間并易于進(jìn)行精細(xì)操作，故在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國(guó)防等領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用前景。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。

（四）模塊化：模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的事，它需要制訂一系列標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)也可以不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

（五）網(wǎng)絡(luò)化：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)機(jī)電一體化有重大影響，使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類很多，面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

（六）綠色化：工業(yè)的發(fā)達(dá)使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時(shí)也使資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染，于是綠色產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)，其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)危害或危害極小，資源利用率極高。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢時(shí)能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。