機電一體化技術應用探究與未來發展

宋海鋒

摘要：當前，國內正處于Mechatronics技術發展的階段，該技術對許多行業的發展具有一定的促進作用。該技術應用在機械制造中，不僅能夠保障機械生產以及運作的合理性，同時還能夠讓行業經濟有效提高。本文介紹了機電一體化技術在我國智能制造中的具體應用，并闡述了該技術未來的發展趨勢。

關鍵詞：機電一體化;應用;發展前景

引言

機電一體化（Electromechanical integration），作為機械工程與自動化系統的重要分支，機電一體化也被稱之為‘機械電子工程。機電一體化概念最初是由日本機械制造雜制上提出的，在推出之后受到了世界各國的關注并開始研究與發展，也給傳統機械設計理念和設計思維帶來巨大變革。當前的機電一體化技術開始加入了先進的微電子與信息技術，開始向著人工智能化方向延伸。由此可見加大機電一體化發展的力度，既是提高我國綜合國力的重要基礎，并且也是振興我國民族工業發展的必經之路。

一、機電一體化技術特點

1.數字化

在機電一體化技術的高速發展中，大量微型控制器得以出現且為機電產品數字化奠定了牢固基礎，包括當前仍然不斷更新換代的數控機床與機器人等，這些均為機電產品數字化功能的產物。而在機電產業朝著數字化方向發展的過程中，計算機網絡技術的崛起與廣泛應用，也為機電產品數字化設計帶來了強大的技術支持，也解決了許多技術層面的發展障礙，比如當前應用范圍極為廣泛的虛擬化設計、計算機集成制造等方面。

2.智能化

機電一體化技術的智能化特點，意味著機電產品本身需要有一定的智能，換而言之則是要有類似于人的思考邏輯、判斷推理以及自主解決問題的能力。比如，在CNC數控機床上增設人機對話功能，同時提供智能I/O接口與智能工藝數據庫，無論是生產操作使用還是后期的維護管理，均能大大提高工作效率[2]。再加上如今模糊控制、神經網絡、小波理論等一系列人工智能技術的發展與研究不斷深入，也進一步推動了機電一體化技術的發展。

二、機電一體化技術在生產生活中的應用

1.工業智能機器人

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機械裝置。機電一體化在智能制造中最基礎的應用便是工業智能機器人。它應用多種先進的技術，集成人工智能技術、仿生學以及計算機技術等，可以按設計程度操作，也可以按照預先設定的程序自動運行。工業機器人可以代替人工從事危險的操作，如進行海底探礦、地震救人等。它的使用大大減輕了工作人員的勞動強度，提高了工作質量和效率。從二4102十世紀八十年代開始，世界許多國家都進行1653了消防機器人的研究。美國和蘇聯最早進行消防機器人的研究，而后日本、英國、法國等國家都紛紛開展了消防機器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機器人用于各種火災場合。 日本投入應用的消防機器人最多。80年代，日本研制了不少于5種型號的自動行駛消防機器人，這類機器人以內燃機或電動機作為動力，配置驅動輪或履帶式行駛機構，能爬坡、越障礙;裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉;裝有氣體檢測儀器和電視監視設備;通過電纜或無線控制;控制距離最大為100m或150m。另一類機器人為偵察、搶險機器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監視器設備外，還裝有機械手，能通過遙控處理危險物品。

2.在現代制造業方面的應用

現代制造業強調有效利用一切資源，逐漸以機器代替人力來獲得生產盈利，綠色的現代化制造具有虛擬化、網絡化、智能化等特點。下面以Li/MnO2扣式電池生產過程的介紹來說明機電一體化技術在制造業方面的應用。Li/MnO2扣式電池的生產有以下幾道程序：先上負極片，然后加隔熱板并把電解液注入其中，最后上正極片、滲透。這種自動組裝生產的控制系統通過采用PLC技術進行控制，通過觸摸系統中的傳感器來監測生產過程中的狀態，一旦有系統故障出現，機械裝置就會自動報警。如果生產過程中出現不合格的產品，該系統還會將其自動剔除。

3.數控機床

（1）在數控機床的設計與制造方面所采用的是總線式、模塊化、空間布置合理化的結構類型，也就是說運用CPU（核心處理器）以及多總結設計構成;（2）開放性的設計理念。所謂的開放性設計就是在硬件設備的結構以及功能方面添加了大量層次性明顯的功能模塊;（3）WOP技術以及人工智能技術。機電一體化系統可以為企業加工的批量化生產加入自主編程設計，并且還可以選擇性地加入二維、三維的動態化仿真技術，通過在線診斷以及線上智能化管控的方式來完成批量化生產;（4）擁有大容量的數據儲存空間和功能全面的軟件模塊，在完善數控功能以及CNC功能的對接和控制功能的同時，提高設備的效率性;（5）輕松實現多進程以及三通道、四通道甚至更多通道的控制。

三、機電一體化發展前景

社會的進步與科學技術的發展，傳統的制造行業也開始向智能化、多元化的目標前進，因此研發出下一代的機電一體化系統成為了必然。新一代的機電一體化系統除了具備良好穩定的硬件功能之外，還必須要擁有適應各種復雜環境的自動化作業能力，并且機械設備本身便于維護與管理。

1.智能制造系統（MIT）

該系統是由大量的科研人員以及業內的專家運用智能機械設備構建而成的“人機一體”系統，在經過大量專家的研究后實現了人與機械的有機融合，所制造出的人機一體化系統不但具有良好的穩定性和自律性，同時也能夠適用于虛擬制造業當中，在先進的計算機軟件環境里還能夠具備基礎的人類思維能力、邏輯判斷能力以及自我提高和修復能力，而這也成為當下機電一體化研究的核心內容。

2.自動化

機電一體化技術在實現以上性能的同時，也要實現自動操作程度的提升。機電一體化技術主要的目的就是進行自動操作，如果其應用的范圍擴展，而擴展的原因就是自動操作程序的提升。在短時間內，機電一體化技術只能由人工來編輯基本的程序，然后由操作員按開始鍵操作。如果自動操作的目標是電腦，就可以不需要人多次編輯程序代碼，而自動進行操作，這是研究人員需要進行研究的。同時，機電一體化技術的自動操作程序提升之后，體系也會更加完備。從現在對機電一體化技術的研究情況來看，未來機電一體化技術將具有更智能的程序，讓人們可以隨意進行組合，靈活性更強。

3.人性化

機械產品最終是要服務于人們的。為此，設計者要對產品進行人性化的設定，增添一些人類情感方面的智能。因為機電一體化產品的使用對象是人，所以，機電一體化技術要賦予人的智能和情感，為人們提供更人性化、便利化的服務。機電一體化技術除了要完善主要的功能外，還要提高其對環境、聲音、人們情感的閱讀能力，提高交互性能，讓服務對象感覺到接受服務是一種藝術享受。比如，家用機器人的最高境界就是人機一體化。

結束語：總而言之，機電一體化技術的誕生與發展并非獨立存在的，其屬于多門類科學技術的發展融合產物，更是社會生產力發展的集中表現。在履帶起重機中機電一體化技術的應用，不僅能夠優化機械性能與提高運轉效率，更是安全的保證。當然，機電一體化技術涉及的技術眾多，在科技水平不斷提升的大環境下，技術融合趨勢也愈發顯著，因此機電一體化技術的發展前景也十分廣闊。

參考文獻：

【1】劉占國，王文清.機電一體化技術的應用和發展分析[J].南方農機，2019（12）：124-137.

【2】趙世龍，黃劍鋒.機電一體化技術在現代工程機械中的發展運用分析[J].中國標準化，2019（3）：155-168.