淺談機電一體化技術在工程機械中的應用及發展

梁仕添

摘要：現代工程施工中，工程機械的性能、自動化程度及其經濟性等可以直接影響到施工工藝的好壞，而工程機械的電氣與電子控制系統質量與性能優劣又直接影響到工程機械的施工質量、生產效率及使用壽命等。所以，機電一體化技術是現代科學技術發展的必然結果。

關健詞：機電一體化；技術；工程機械；應用

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著相關技術的不斷發展，其內容將不斷更新。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、光學技術、電力電子技術、接口技術等群體技術，合理配置各功能單元，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，并使整個系統最優化的系統工程技術，它使工業生產由“機械電氣化”邁人了“機電一體化”為特征的發展階段。本文主要介紹了機電一體化技術在工程機械中的應用及發展。

1、機電一體化技術在工程機械中的作用

1.1 電子監控、自動報警及故障自診

即對工程機械的發動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的運行狀態監控，工作中一旦出現異常現象，能自動報警并準確地指出故障的部位，從而改善駕駛員的工作條件，提高機器的工作效率，簡化設備維護檢查工作，降低使用維修費用，縮短停機維修時問，延長設備的使用壽命。

1.2 節能降耗，提高生產率

傳統工程機械的能量利用率較低.例如液壓挖掘機的燃料能量利用率僅為30%左右.如此低的能量利用率迫使工程機械的發展必須著眼于節能。日本小松公司挖掘機采用新型節能控制器。具有良好的節能效果，燃料可節省23%；日本日立公司挖掘機節能控制系統采用了卡特電子效率控制系統，通過對發動機和泵的綜合控制，使功率的利用率可達98% .同時生產率也大大提高。

1.3 保證成品的作業精度

電子控制系統應用到工程機械設備上，可以使稱量變得更為精確，使稱量過程自動化，避免了人工測量誤差較大的弱點，使成品的作業精度明顯提高。電子自動測量還節約了人力資源，降低了施工人員的工作強度，高效、快捷，符合現代工程施工的要求。

1.4 降低勞動強度

機電一體化技術的引入，使工程機械施工操作過程實現自動化或者半自動化。操作者可以更好地借助機械設備完成各種工作，勞動強度降低，工作效率卻提高了，也減少了由于技術原因而導致的失誤，實現了自動化、標準化的操作。工程質量和精度得到了充分保證，勞動力資源也可以得到更加合理的配置。

2、機電一體化在工程機械中的應用

機電一體化技術從20世紀70年代中期開始在國外工程機械上得到應用。80年代以微電子技術為核心的高新技術的興起.推動了工程機械制造技術的迅速發展，特別是隨著微型計算機及微處理技術、傳感與檢測技術、信息處理技術等的發展及其在工程機械上的應用，從根本上改變了工程機械的面貌，極大促進了產品性能的提高，使工程機械進入了一個全新的發展階段。以微機或微處理器為核心的電子控制系統目前在國外工程機械上的應用已相當普及，并已成高性能工程機械不可缺少的組成部分。工程機械的機電一體化和智能化將是今后的發展方向現代工程施工中，工程機械的性能、自動化程度及其經濟性等可直接影響到施工工藝的好壞：而工程機械的電氣與電子控制系統部分質量與性能的優劣又直接影響到工程機械的動力性、經濟性、可靠性、施工質量、生產效率及使用壽命等。電子控制系統已成為現代工程機械技術水平的一個重要依據。隨著科學技術的不斷發展及對產品性能要求不斷提高，電子控制系統在工程機械中所占的比重將會越來越大.其功能將會越來越強，應用范圍也將越來越廣，而且其復雜程度也隨之提高，這樣就對使用與維修人員提出了更高的要求。

3.機電一體化技術的發展趨勢

3.1 智能化趨勢

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。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。

3.2 微型化趨勢

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展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發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。

3.3 網絡化趨勢

網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了翻天覆地的變化。機電一體化新產品一經研制出來，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視技術迅速發展起來，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡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，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。這也使機電一體化技術朝著網絡化方向發展成為必然趨勢。

3.4 系統化趨勢

系統化的特點之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構，系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。系統化的特點之二是通信功能的大大加強，即未來的機電一體化更加注重產品與人的關系。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。

3.5數字化趨勢

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

3.6人性化趨勢

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

4、結語

總之，機電一體化技術具有廣闊的發展前景和極高的應用價值，對機電一體化專業人才的需求也是社會發展的必然趨勢。如何把機電一體化技術應用到工程機械乃至更廣泛的領域中，為社會經濟發展做出更大的貢獻，為人們的生活提供更多的便利和樂趣，這是現代科學技術發展的必然結果。

參考文獻：

[1]黃宋義.工程機械中機電一體化的應用[J]. 科技資訊. 2009

[2王軍.談機電一體化在工程機械中的應用[J].黑龍江科技信息，2009