機電一體化系統在機械工程中的應用分析

魏松林(青海中信國安科技發展有限公司,青海 格爾木 816099)

機電一體化系統在機械工程中的應用分析

魏松林(青海中信國安科技發展有限公司,青海 格爾木 816099)

機電一體化系統是今后機械工程發展的主要方向，本文主要從機電一體化的發展和應用進行闡述，并總結機電一體化發展的意義。

機電一體化；機械制造；智能化

0 引言

機電一體化是使機械制造技術與電子技術、信息技術在部件、模塊和系統層次上實現了功能交互和空間集成的技術。機電一體化系統是一門綜合性的、涉及范圍較廣且獨立的的學科，并且通過與計算機、信息和自動控制等技術的不斷研究、融合和擴展，使得機電一體化系統在現代工程機械的前景廣闊。

1 機電一體化概述

機電一體化系統來源于傳統機械系統，其本質是現代機械系統，即在傳統的機械零部件上，增加了流體、氣動、熱、聲等學科和技術領域的元器件，并未改變傳統機械系統邏輯構成的功能模塊。機電一體化系統的實質是強化了控制功能的一種用非機械手段實現的現代機械系統[1]。

為了實現預期的機械變換過程，機械技術和電子和軟件技術需要緊密協同和集成，這種協同和集成使得設計者在生成建設性的方案解方面擁有更大的自由度，更能滿足多樣化的用戶需求。機械技術能夠生成物理結構和運動，信息處理和控制技術大大提高了功能執行的速度，更容易引入和實現邏輯的行為與控制，這些結合形成了新穎獨特的機電一體化系統，并且最終系統的功能大于其各子系統或部件的功能之和。機電一體化系統的結構較簡單、成本更低廉、性能更強。不過，獲取這些利益的代價是機電一體化系統的跨學科性質導致的設計復雜性[1]。

2 機電一體化的發展

1960年以前，人們剛剛通過電子技術完善機械產品，就發生全世界二戰，并在戰爭的推動下，開始將電子技術與機械產品進行結合，并大大振興了戰后的經濟。然而，這種電子技術與機械產品的結合，由于技術不夠成熟又限制了其發展[2]。

直到20世紀70年代后期，機電一體化迎來了蓬勃發展，正趕上集成電路及計算機的發展，結合計算機、通信及控制等技術，這些均促進了機電一體化的發展。到90年代后期，機電一體化的發展逐漸趨向智能化，人工智能和光纖技術等成為了發展機電一體化的基礎。

3 機電一體化系統的應用

工業革命推動了世界經濟的發展，也發展了機械工程技術。機電一體化系統在機械工程、化工、信息等領域的應用，提高了機械產品的生產效率和科技含量，同時推進了工業技術的發展[3]。

3.1 在改造機床上的應用

機械設備中的數控機床是比較重要的，而工作臺和機床上刀具的運行軌跡的要求是非常嚴謹的，偏差值有要求的范圍，為了保證產品的精度。而機電一體化可以提高數控機床的工作效率，例如其中的開環伺服系統被廣泛應用，其優點有：結構及操作簡單，易查故障等。隨著信息技術的發展，計算機技術與數控機床的結合，實現了數據與信息的自動化，根據不同產品的要求可隨時調整技術和功能，降低企業的生產成本。

3.2 在包裝機械上的應用

包裝機械是機械工程中的重要部分，其結構特別復雜如控制連桿和凸輪構造等，而控制電路是傳統部件的主要連接手段，其缺點有：整體結構繁瑣、后期維修較難、操作不方便等。而將機電一體化系統應用在包裝機械上，可通過計算機控制設備，形成模塊化管理。其優點有：減小設備占地空間、提高零件精度、操作簡單、減少人工維修費用等，提高企業的收益。

3.3 在機械精度控制上的應用

產品的精度直接影響企業的利益，成品的性能在主要參數上出現一點偏差，其精度會大受影響，所以嚴格把控對產品精度的控制與調整是重中之重的，而工程機械生產中實現機電一體化能有效準確的對主要參數數據進行控制。如，在混凝土攪拌過程中，利用傳統的計量工具對不同原材料進行稱量測重必定會有誤差產生，但電子稱量系統由電腦控制，就可對不同的原材料進行精準的測重稱量，此法可極大的降低誤差，進而混凝土的功能性也會得到保障。 除此之外自動找平系統的技術應用，在路面修建過程中，可使路面攤鋪的更加平整。自動供料系統中通過超聲波技術的應用，達到自動供料的目的，進而完全保證了攤鋪路面質量。

3.4 在機械(半)自動化上的應用

(半)自動化作業會大大降低工作人員的勞動強度，也會提高機械工程的作業效率。工程自動化的有效應用還提升經驗不足的人員在工程作業中的容錯率，確保工程作業的精度。如日本三菱公司的挖掘機引進挖掘軌跡控制系統，為了控制和調整耗鏟斗的運動軌跡，引進自動化控制并運用計算機的控制系統，精準掌握并控制動臂桿和鏟刀的運動，提高了挖掘工作的效率。

3.5 在機械監控上的應用

機電一體化系統的引進可實現液壓、制動和傳動等系統的監控，及時掌握機械設備的工作運行情況，在發生設備異常狀況時會自動報警通知，并且精準的發現出故障位置。

3.6 在化工工程中的應用

化工生產中機電一體化也具有廣泛的應用，在日化品廠的監控與配料系統、工業中的安全自檢系統、工業中的連續化生產、工業中的自動化生產等，都具有較為重要的作用。廣泛應用于燒結中的預配料系統、焦化廠電力系統、機械紡織、自動化添加煤技術、自來水廠調度、日用化工行業、水電廠的自動化系統、電子稱重模塊、發電廠的鍋爐控熱工程、油庫管理、天然氣加氣站、恒壓供水系統、煤礦生產安全的自檢系統、啤酒生產等眾多寬泛的領域。

3.7 其他方面應用

國外在裝載機和推土機等機械設備上，增加自動變速器，根據設備外負荷的實際運行情況，適時調整傳動系的傳動，提高其發動機功率，提升能源的經濟性的同時，操作更加快捷簡便，也大大降低了操作員的勞動工作強度[4]。

隨著市場經濟的發展，審美觀念也伴隨著現代人的生活水平的提高而提高，人們對工程施工的要求也隨之提升，現代工程施工規模的擴大化與難度不斷加大，對工程機械設備的性能與質量提出了更高的要求，所以實現機械工程設備的自動化，可降低機械工程施工中人力成本，并達到施工的質量要求與精準度，使施工企業的經濟效益提高。綜上所述，為了適應時代的發展，現代機械工程的施工質量、精度、效率和成本是今后主要研究的方面，確保設備性能的穩定與可靠。

4 機電一體化的意義

電子監控系統是機電一體化系統中較為重要的組成之一，電子監控系統要對其監控系統中加設報警設備，控制和監督機械設備的良好運行。當機械設備在運行的過程中發生故障，在極短時間內該系統可快速示警，將準確位置提供給相關維修部門，提高維修部門的工作效率，制定相應的維修方案，解除設備的安全隱患。智能化也是機電一體化技術發展的一個趨勢。與傳統機電一體化相比，現代機電一體化技術主要是控制理論，即智能化的體現，智能化生產過程使產品的性能和功能大大提高。智能化結合了計算機科學、人工智能和思想來對人工智能進行仿效，擴大機電一體化適用范圍的同時，賦予機械設備性能及功能上的現代化。

[1]許勇.機電一體化系統方案生成及優選研究[D].上海交通大學，2007.

[2]索小娟，陳光偉，王娜.工程機械機電一體化技術的應用與發展[J].科技傳播，2013,(14)：187-188.

[3]魯鑫康.工程機械中機電一體化技術的應用[J].電子制作，2014,(9)：108-109.

[4]那鳳華.工程施工機械中的機電一體化探討[J].中華民居旬刊，2014,(7).