機電控制系統(tǒng)自動控制技術與一體化設計

董亮

（沈陽現(xiàn)代制造服務學校，遼寧沈陽 110148）

0 引言

我國的科學技術水平一直處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，機電一體化以其對工業(yè)產(chǎn)業(yè)的巨大推動作用，越來越受到的重視，并在工業(yè)研發(fā)生產(chǎn)活動中起到重要作用，除了傳統(tǒng)的機械技術的經(jīng)典理論和工藝技術等，相關研究人員還應考慮利用人工智能等方式，使機電技術更加智能，減輕工廠人員的工作量，降低手動出錯的可能性；進入二十一世紀后，人與自然的和諧發(fā)展成為我國乃至全世界的關注重點，“綠水青山”和“金山銀山”還計入了黨的十九大報告中，因此，在大力推動現(xiàn)代機電技術發(fā)展的同時，相關人員還應該注意環(huán)境保護的要求，讓機電技術變得“綠色化”，適應新時代的發(fā)展需求。

1 機電控制系統(tǒng)一體化設計理念

目前，隨著經(jīng)濟深化改革的不斷發(fā)展使得中國成為世界機械制造大國之一，并且隨著經(jīng)濟結構的不斷調(diào)整，使得電子產(chǎn)品制造業(yè)、電控電器等機電控制系統(tǒng)也逐漸增多，也逐步提高了對機電控制系統(tǒng)一體化的重視程度。機電控制系統(tǒng)一體化的概念指的是在電子產(chǎn)品設計的過程中把電子設計、接卸裝置和軟件設計混合為一體。隨著機電控制系統(tǒng)一體化的快速發(fā)展，要求在對電子產(chǎn)品進行設計的過程中要對其產(chǎn)品的結構進行全面的、系統(tǒng)的分析，并將所獲得的結果進行綜合，最終實現(xiàn)機電控制系統(tǒng)一體化。但是，電子產(chǎn)品進行設計的過程中，需要分析和綜合的過程是反復的，只有經(jīng)過反復的分析才能夠發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設計過程中存在的問題并進行改善，最終才能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的目標。從一體化的設計角度來出發(fā)，所設計的產(chǎn)品具有智能化和人格化等特點，這樣不僅可以體現(xiàn)出機電控制系統(tǒng)一體化的設計理念，而且還使得所設計的機電裝置具有高度的科技性。

2 機電控制系統(tǒng)一體化的設計方法

機電控制系統(tǒng)一體化的設計過程是一個對精密度要求較高的設計過程。在設計開展的過程中，不僅需要考慮產(chǎn)品綜合的經(jīng)濟性，還需要考慮到市場上對該產(chǎn)品的需求量。如果所設計的機電控制系統(tǒng)不能夠按照預期的情況去開展工作，就需要在機電控制系統(tǒng)一體化設計的過程中加入相應的電子元件來加強隊，該系統(tǒng)的控制。在機電控制系統(tǒng)一體化設計的過程中采用的是硬軟件結合的方法。所以機電控制系統(tǒng)一體化設計過程在開展過程中需要經(jīng)歷兩個階段，分別是開發(fā)階段和適應性階段。開發(fā)階段是為了能夠滿足市場對機電控制系統(tǒng)一體化的要求，使得所設計的機電控制系統(tǒng)能夠滿足各個產(chǎn)品性能需求；而適應性階段主要是交所設計的產(chǎn)品進行逐步的完善和修改，使得機電控制系統(tǒng)一體化的產(chǎn)品的局部不斷進行優(yōu)化和完善。一般來講，機電控制系統(tǒng)一體化在設計的過程中常采用三種方式，分別是電子線路代替機械控制結構、電子部分與有機部分的整體結合、功能模塊的整合。

3 機電控制系統(tǒng)自動控制技術簡述

機電控制系統(tǒng)自動控制技術由機電控制和自動控制兩個系統(tǒng)結合組成，這兩個系統(tǒng)也是整個機電技術的基石，是機電技術最基礎也是最重要的組成。最早期的控制系統(tǒng)可以追溯到20 世紀初，僅能進行開、關等精度較差、速度較慢的簡單非連貫控制操作；到30 年代，控制系統(tǒng)從斷續(xù)進步到連續(xù)，并提高了原有技術的精度和速度；在40 年代和50 年代，水銀整流器控制技術為機電控制系統(tǒng)技術取得了長足的發(fā)展；50 年代末，水銀整流器被晶閘管、晶體管取代，它們以其高效率、反應敏捷、使用期限長、容易護理等特點，將機電控制系統(tǒng)邁向更高的層次。如今的機電控制系統(tǒng)與計算機應用結合在一起，為機電控制系統(tǒng)打開了新世界的大門。

3.1 機電控制

“控制”，指的是為達到目的而對對象進行的操作，大部分情況下，“控制”的主體都是人。機電控制系統(tǒng)也離不開人的參與，但它綜合了計算機技術、通信技術、電子技術等不同行業(yè)，將它們?nèi)诤显谝黄?，利用設置好的程式，將控制系統(tǒng)的節(jié)點連接，使用少量的人力即可完成大量的工作，大大提高工作效率。

遠程控制即是一種高效便捷的控制系統(tǒng)，監(jiān)管人員可以通過網(wǎng)絡，將不同地方的計算機連接在一起，對在異地的工作人員進行指導和監(jiān)督。監(jiān)管人員既可以選擇實時追蹤每個控制環(huán)節(jié)，隨時對相關狀況進行干預，也可以運用完成性控制系統(tǒng)，利用人機互動的方式達成工作目的。遠程控制對于工作人員來說，減少了路途的奔波；對于企業(yè)來說，減少了人員在路途上的資金成本，同時工作人員可以實時溝通交流，互相掌握彼此的工作狀態(tài)，在經(jīng)濟和效率上都獲得提升。

3.2 自動控制

作為與我們生活密不可分的自動控制技術，它的重點在于“自動”，即根據(jù)預設的程序，利用控制器等讓系統(tǒng)按照一定的規(guī)律自動運行，而不需要再進行人工控制，降低總體成本。設計良好的自動系統(tǒng)，可以讓系統(tǒng)的各個部分互相合作，并較之人工控制更加準確，排除人為出錯的可能性，從而更高效率高質(zhì)量地實現(xiàn)控制目標，如硬盤驅(qū)動這一典型的自動控制技術，它可以在喧鬧惡劣的環(huán)境中，保持著穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)。

自動控制技術廣泛地應用于生產(chǎn)活動中，它的核心技術“控制器”可以準確地記錄控制裝備的轉(zhuǎn)速，以可編程邏輯控制器為例，它兼具靈活性和可靠性，適用范圍廣，同時易維護、易攜帶、價格低，這些特點使其成為目前最廣泛地運用于工業(yè)環(huán)境中的電子系統(tǒng)之一。自動控制技術往往還可以自動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)使用中的問題，使得其管理和應用更具有針對性，讓生產(chǎn)活動更為規(guī)律安全，產(chǎn)品質(zhì)量更加有保障。

4 一體化設計

機電一體化一詞最早出現(xiàn)在日本，我國在20 世紀80 年代初才開始對機電一體化的系統(tǒng)研發(fā)，之后機電一體化事業(yè)蓬勃發(fā)展，后來居上，獲得了廣泛的運用。機械技術是機電一體化的基礎，機械技術對機電一體化的成果起著決定性的作用；而計算機技術作為對數(shù)據(jù)處理的必要技術，同樣是機電一體化不可獲取的一部分，兩者有機結合，共同發(fā)展，才能讓現(xiàn)代機電化一體設計取得更大的發(fā)展。

4.1 模塊化

我國擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類目錄中全部41 個大類、191 個中類、525 個小類的工業(yè)門類，產(chǎn)品種類極多，難以歸類，因此通過模塊化的歸類方式，對小微企業(yè)進行統(tǒng)籌安排，達到共同發(fā)展的目的；對于中型企業(yè)鼓勵其繼續(xù)研發(fā)，做大做強；對于大型企業(yè)引領其繼續(xù)發(fā)展，走向世界，讓整個機電制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，讓整個機電一體化事業(yè)不斷前進，從而又加快制造業(yè)的成長，讓我國從“制造業(yè)大國”向“制造業(yè)強國”邁進，形成理論和實踐的良性循環(huán)。

4.2 專業(yè)性

機電一體化在設計實施之前，必須有完整的方案，為整個機電一體化設計提供一個指引；而機電一體化結合了機械和電子的要素，對于設計人員的專業(yè)提出更高的要求，設計人員需要處理好機械、自動化控制、生產(chǎn)之間的關系，讓三者處于平衡狀態(tài)，而不可有失偏頗，這就要求設計者要以系統(tǒng)的、整體的眼光來看待整個設計過程及相關要素。

只有具備足夠?qū)I(yè)知識儲備、具有扎實的機電基礎、擁有豐富的機電一體化項目經(jīng)驗的技術人員才可以達到機電一體化設計的要求，實現(xiàn)機電一體化的目標。因此機電行業(yè)必須注重對人才的培養(yǎng)，通過系統(tǒng)科學的培養(yǎng)機制，建立充足的人才儲備機制：在新人培養(yǎng)方面，要給予他們機會，參與到機電一體化設計項目的各個環(huán)節(jié)中，積累實際經(jīng)驗；要加強人員的專業(yè)知識素養(yǎng)，通過繼續(xù)教育、內(nèi)部培訓等方式，利用考試、競賽等方式考察學習結果，從實踐和理論兩方面對從業(yè)人員的水平進行提升。并且機電一體化是一門綜合性的學科，設計人員必須具有充足的知識儲備，除了機械技術，對電子計算機、微電子、通信等方面都要有涉獵。設計人員如果僅僅依靠自己一人，很難做到盡善盡美，因此要集思廣益，從更多方面、更多角度來考慮設計方案，同時還要積極與外部專家進行溝通交流，接納他人的有效建議，提高項目的整體質(zhì)量。

4.3 多樣性

機電一體化設計有多種設計方法，最經(jīng)典的有整體設計法、組合法、取代法三種，由于產(chǎn)品的個體差異，設計者要選擇適合產(chǎn)品類型的方式，以免無法順利投入生產(chǎn)。因此在設計之前，設計者需要先判斷產(chǎn)品的類型，如對電子線路采用讓電子線路取代機械式控制的取代法，簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)；對適用的成套產(chǎn)品系統(tǒng)采用將各種標準功能模塊組合起來的組合法，既縮短生產(chǎn)周期，又保障產(chǎn)品質(zhì)量；而產(chǎn)品電力與機械部分，則可以采用整體設計法，將兩者結合起來，取長補短，保障產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

5 結束語

機電一體化是在工業(yè)制造中占據(jù)著重要的地位，它對工業(yè)產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)發(fā)展起到無可替代的作用，機電一體化專業(yè)已被列為國家緊缺人才專業(yè)，機電一體化行業(yè)要加強對相關人才的培養(yǎng)，實現(xiàn)企業(yè)與行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。