機電一體化技術現狀和發展趨勢研究

雷曉競

(陜西陜煤蒲白礦業公司物資供應公司，陜西 渭南 715517)

當前的科學技術發展比較迅猛，而且各個學科之間的聯系愈發緊密，這使得工程領域發生了重大變革。機械工程領域涉及的技術比較多，最關鍵的是微電子技術和計算機技術的互相結合，其促進了機械工業不斷向機電一體化的方向發展，而且在很大程度上改變了機械工業的技術結構、功能和構成、生產方式、管理體系以及產品結構等，這些都是機電一體化的發展特征。

一、概述機電一體化

所謂機電一體化，指的就是把電子技術引入到機構(包括主功能、信息處理功能、控制功能和動力功能)的各個功能上，把機械裝置和電子化設計以及軟件結合起來所形成的系統。其特征為:它從系統的觀點入手，綜合運用各種技術(包括微電子技術、機械技術、計算機技術、傳感測控技術、借口技術、信息以及其變換技術、軟件編程技術、電力電子技術等)通過系統功能和優化組織的目標，實現各功能單元的合理配置和布局，還有實現其他特定功能，同時優化整個系統。以上所述而產生的系統構成機電一體化系統，或者是機電一體化產品。所以，機電一體化是以產品和技術為主，而后者是在以上群體技術的基礎上進行有機融合，而不是單純的技術組合和拼湊，而機械電氣化和機電一體化的本質不同就在于此，機械工程技術仍然是屬于傳統機械，最主要的功能還是代替體力，而機電一體化除了能夠通過微電子裝置取代一些機械部件的之前功能外，還賦予了很多其他新的功能(例如自動顯示記錄、自動診斷和保護、自動調節和控制、自動處理信息以及自動檢測等)。從某種意義上來講，機電一體化既延伸了人的手和肢體，也延伸了感官和頭腦，實現了智能化，這是真正與機械電氣化的區別。

二、機電一體化的發展情況

從其發展情況上來看，大致可分三個階段。第一階段是在二十世紀六十年代，是初級階段，這個時候，人們通過電子技術不斷對機械產品的性能進行完善，尤其是二戰的時候，戰爭加速了電子技術和機械產品的結合，最先是運用在軍隊上，然后開始民用，這對戰后經濟的快速恢復來說是件好事。可是當時的電子水平一般，兩者的結合還不夠深入，所以對開發的產品也不能廣泛推廣。第二階段是在二十世紀七八十年代，這是一個迅速發展的階段，此時，控制技術、通信技術、計算機技術都為機電一體化的發展奠定了基礎，很多集成電路和微型計算機都不斷發展，這樣的物質基礎促進了機電一體化的發展。第三階段是在二十世紀九十年代，這個階段最明顯的特征就是機電一體化向智能化邁進，因為此時光學還有通信技術被引入到機電一體化當中，而且微細加工技術也在機電一體化中開始發揮作用，同時建模設計、分析和集成方法、機電一體化的學科體系都開始逐漸成熟，另外，例如人工智能技術、光纖技術以及神經網絡技術都在各自領域獲得了成功，這些因素也為機電一體化指明了方向。

就現在形勢來看，我國的機電一體化技術和國外比起來還是有很大差距，從國內外開發煤礦機電大功率厚煤層點牽引采煤機來分析，其技術分析如下。

第一，總體技術。由國外公司(Eickhof f公司)開發的SL500系列采煤機，其規格如下，截高為2米～6米，截割功率為2×825 kW，裝機總功率為1 965 kW。而由J0Y公司開發的7LS5型采煤機規格如下，截高2米～4.8米，截割功率為2×750kW，裝機總功率為1 860 kW。通過對比來看，國內引進了6LS3，6LS5 和 7LS5 型 6 臺，SL500 型 3 臺，EL3000 型 1臺，最大裝機總功率為1 860 kW，最大截高為5.5米，國產現有的采煤機其規格如下，最大裝機總功率為1 200 kW，最大截高4.9米，而正在研究的MG750/1820 - GWD 型采煤機，最大裝機總功率為1820KW，最大截高5.5米，通過參數規格的對比，唯有最后型號的采煤機才和世界先進水平接軌，之前討論的都是有很大差距。

第二，交流變頻電牽引技術。J0Y牽引功率能夠達到 2×110 kW，是最大的，其次是Eickhof f，其可以達到2×90 kW。而國內牽引功率最大才為2×55kW，即使是正在研究的也只是能和Eickhof f牽引功率持平，也為2×90 kW。交流變頻電牽引采煤機的自動調速技術在國內外都比較成熟，而我國采用的能量回饋型四象限運行的交流變頻電牽引采煤機技術在世界處于領先地位。

第三，工況檢測、故障診斷技術。國外采煤機是微機控制，而且傳感器比較多，信息量比較大，顯示屏大，顯示點也多，能夠通過數字和曲線的形式顯示，可遠程記錄和傳輸工作數據和故障信息。國內只是在研的采煤機其控制系統才和世界水平接軌，其特點如下:實現控制電機變頻調速箱的功率和溫度、液壓系統壓力和溫度以及減速箱油溫，實現恒功率控制和自動調速、記憶截割和區域速度控制、遠程通訊和集中控制以及多點操作及顯示，還有數據存儲等。

第四，自動調高技術。通過位置傳感器和計算機的記憶截割技術實現起來比較容易，例如引入的SL500采煤機擁有的傳感器比較多(同步位置、采煤機位置、機身縱向和橫向傾斜等)具有兩種功能，記憶截割和固定截割高度，現在在用的采煤機能夠實現記憶截割。

第五，遠程通訊和集中控制技術。通過電纜LS500采煤機和順槽集中控制站進行連接，而其又和液壓支架控制系統、工作面輸送機、轉載機和采煤機相連，通過中繼站連接數據轉換器，可以集中和遠程控制地面設備和順槽設備。

三、機電一體化發展趨勢研究

第一，智能化。機電一體化中的智能化現在越發受到人們的關注，而且應用也越來越多，例如機器人和數控機床的智能化就是其具體應用，在以后必將是一個發展方向。

第二，網絡化。計算機技術最突出的就是網絡技術，通過網絡技術實現遠程控制和監視的技術一直都在不斷研究，其遠程控制的終端設備本身也是機電一體化產品。

第三，微型化。其在二十世紀八十年代興起，把機電一體化引向微型機器和微觀領域。微機電一體化的產品都比較小，而且能耗也少，比較靈活，在軍事、醫療信息等方面都有很好的應用。

第四，綠色化。其旨在產品設計、制造、使用和銷毀的過程中，能夠避免對環境造成污染，不影響人類身體健康，而且不破壞生態環境，同時可以回收利用，利用率比較高。

第五，系統化。最明顯的特征就是其總線結構仍為開放式和模式化。系統能夠進行靈活組合和剪裁，而且尋求實現多子系統協調控制和綜合管理，另外比較突出的特征就是通信功能比較好。

四、結語

總而言之，機電一體化的出現是個必然，其是社會生產力發展到一定階段以后，眾多科學技術發展相互融合的結晶。機電一體化涉及的技術比較多，隨著社會的需求和技術的不斷進步，機電一體化還會覆蓋越來越多的科學技術，它們相互結合的機會越來越多，也定為機電一體化的發展做好鋪墊工作。

［1］潘麗霞.論機電一體化技術的現狀及發展趨勢［J］.山西科技，2010，04：17-18+20.