機電一體化技術的研究及其應用

威海職業學院（威海市技術學院） 韓彩霞

引言

近年來隨著科學技術的不斷更新，在工業領域出現了各種先進的技術和設備，信息化社會的發展也使微型計算機應用到工業機械領域，對機械產品的生產過程進行監督和控制，由以往的“機械電氣化”發展成為現代的“機電一體化”，提高了生產效率和質量，促進了機械工業的可持續發展，有效帶動了我國的經濟發展。

1 機電一體化概述

首先從系統工程的角度進行分析，機電一體化技術主要指將應用機械和電子等先進的科學技術，使機械和電子得到科學的結合，促進機械工業系統或產品生產的最優化技術。機電一體化技術實際上是一個技術族群的總稱，根據機械工業的特定功能和電子要素進行有機結合，可以生產出滿足人們使用的功能，機電一體化技術與現代的微電子系統進行結合或相互置換，可以形成新的功能，生產出具有新性能的產品，促進機械工業工作人員與機械的良好合作[1]。其次機電一體化實現了以往機械工程與新時期電子工程的有機結合，既可以給予機電一體化認定的功能和規格，又可以使工作人員利用機電一體化技術進行產品的設計和制造，提高工作的效率和質量。最后機電一體化技術的思想是將系統工程和信息論等結合在一起的方法論，從某種角度上講，機電一體化技術實現了機電一體化、人際一體化、機電液一體化三者的有機結合。

2 機電一體化核心技術

2.1 機械技術

首先在機械工業中常見的機電產品技術就是機械技術。因此機電產品中的很多功能都是依靠機械技術的支撐才得以完成，由于機電產品自身材質的性質及其生產和加工技術都會對機械機構的性質產生一定的影響，因此如果機電產品的材質較為優質、加工技術較為精密，那么機械機構的相應速度也會大大提升，機械機構的組件精確度也將有明顯的提升。

2.2 傳感技術

機電一體化技術中最核心的技術就是傳感技術。傳感技術可以將機械工業系統中所獲得的數據進行轉換，如速度和加速度等數據。然后傳感技術可以將這些數據轉換為統一的格式傳送給機械工業中的信息處理中心，然后信息處理中心根據上傳的數據進行分析，并轉化成相應的控制信號傳送給相關的控制執行工作人員。

2.3 信息處理技術

信息處理技術主要是對機械工業產品生產過程中的信息進行輸入、交換、識別和判斷，通常情況下機電一體化技術所生產出來的產品都是在信息處理裝置下完成的，因此信息處理技術的準確性和及時性對機械工業生產產品的質量和效率有著十分緊密的聯系。

2.4 自動控制技術與接口技術

在機電一體化技術的系統指示下，機電一體化系統更加擴大了其應用的范圍，機電一體化技術中的控制技術主要包括定位和自我診斷等，此外系統中的自我控制和檢索等技術也尤為重要。由于機電一體化技術包含很多子系統，因此為了確保系統內部的子系統之間聯系更加緊密，就必須建立兩者兼并的接口。

3 機電一體化技術的意義

新時期的機電一體化技術具有較強的復合性，例如通過加工中心就可以將機械工業生產中的多臺普通機床在一次工序中完成，并且可以自動檢測生產和加工過程中的數據和刀具精度。其次機電一體化技術可以將加工和制作的精度提高，由于機電一體化可以將機械工業的生產過程精簡化，可以大大減小將機械磨損等原因造成的生產誤差。由于機電一體化技術采用的是計算機檢測，因此可以有效解決以往人力測量無法達到的工作精度[2]。由于機電一體化技術采用的是新時期的先進技術，用微處理器和電子等代替了傳統的電氣控制柜等，使得機械工業所生產出來的結構得到充分的簡化。隨著技術的不斷更新，機電一體化技術中的集成電路的集成度越來越高，因此生產出來的產品質量和性能也越來越可靠，同時由于機電一體化技術具有安全連鎖控制等功能，進一步保障了機電一體化技術的安全性。機電一體化技術采用了計算機技術，因此可以實現生產過程的自動化減少工作人員的操作，改善了生產設備的操作性能，實現了人機操作的界面。

4 機電一體化技術的應用

4.1 數控機床

我國的數控機床有著四十多年的發展歷史，數控機床的性能也隨著時代的發展不斷更新，得到了科學界與機械工業行業的認可。隨著機電一體化技術的不斷發展，數控機床的機構也在朝著系統化、模塊化的方向發展，并且新時期最常見的是CPU、多主總線的體系。由于數控機床具有一定的開放性，因此將數控機床應用于機電產品生產可以為企業帶來更多的經濟效益。在硬件體系中,數控機床的結構和功能會表現出更強的兼容性和層次性，可以滿足用戶的使用效益。機電一體化技術可以將數控機床的軟件進行模塊化設計，不僅可以使數控機床的數控功能更為豐富，同時還可以增強數控機床中CNC系統的控制功能。

4.2 工業機器人

市面上第一代工業機器人只能按照系統的設置重復同一種運用,在生產過程中和作業對象的變化中不具備良好的靈活性和適應性。而第二代工業機器人雖然裝置了先進的傳感軟件,但是只能在單一的作業環境中進行工作,通過利用計算機對數據進行處理和分析，做出相應的判斷和反應，可以對生產環節進行反饋和控制，因此第二代的工業機器人已經初步具備實用性。第三代工業機器人具有多種感知功能,可以獨立在工作環境中行動，可以進行復雜的邏輯思維，對收集的數據進行判斷和決策。

4.3 鋼鐵技術的應用

很多鋼鐵企業為了提高自身的生產效率和質量，都開始將機電一體化技術應用到生產過程中，由于機電一體化技術主要以微處理機作為核心技術，可以將數據通信和顯示裝置等各種技術進行有機統一，為鋼鐵企業中一些較大工程的一體化生產創造力積極的條件，通過增加系統控制精度，提高了鋼鐵技術的可靠性，提高了生產的質量和效率。具體來說，將機電一體化技術應用在鋼鐵技術中主要表現為以下幾個方面：第一可以對鋼鐵技術的生產系統進行智能化的控制，無論是高爐控制系統還是實際的生產過程都可以起到積極的促進作用[3]。第二是分布式控制系統，這一技術可以用一臺計算機控制多臺計算機，提高生產效率。第三是實現開放式控制系統，也就是利用機電一體化技術中的通信網絡對鋼鐵生產中的各個設備進行控制與管理，并且可以利用現場總線實現對相關數據的測量與控制。第四就是實現計算機集成制造系統，可以使相關的工作人員參與到鋼鐵生產過程中，實現對生產過程和加工過程的一體化控制。第五就是現場總線技術。鋼鐵生產中的現場總線技術可以將傳輸的信息數量進一步擴大，提高生產效率。

4.4 汽車電子化的應用

在目前的汽車生產中，最常見的儀表可以分為五類，電流表、機油壓力表、水溫表、燃油表和車速里程表。而隨著機電一體化技術的不斷更新，汽車電子儀表也逐漸代替了以往傳統的機械儀表。由于以往的機械儀表在出現問題時需要投入較多的精力和環節進行維修處理，而機電一體化技術的應用可以有效解決這一問題。同時電子化儀表的出現也可以有效改善駕駛員的目視性能，改造了汽車內電子儀表的樣式。

5 機電一體化技術的發展

隨著科學技術的更新換代，無論是對機電產品的質量還是性能等都提出了更高的要求，對機電產品的很多零件精準度都提出了更高的標準，機電產品的外觀等也變得更為復雜。例如目前常見的汽車發動機，以往的活塞是圓柱形狀，但是現在要求其生產成橢圓形狀；為了提高機械軸的壽命和強度，也由以往的圓柱形演變成現代的復合圓柱體，因此對于機電一體化技術的要求也在不斷提升，機電一體化技術也必須發展的更智能。

5.1 安全性能的提高

與以往的機電一體化技術相比，現代的機電一體化技術變得更為自動化，例如其可以對生產過程等進行自我監視和保護，同時對于可能出現的問題和危險情況可以進行準確的預判，并發動警報。在實際的生產工作中，如果出現電力故障問題時，機電一體化技術中的子系統會自動開啟保護，避免由于系統的損壞而為企業帶來更多的損失，威脅工作人員的生命安全和機器質量。機電一體化技術正朝著更安全的方向發展。

5.2 數字化性能提高

隨著信息化社會的發展,機電一體化技術也逐漸變得更加數字化,無論是產品的操作性還是可靠性都有了較大的進步與提升，此外，數字化的發展也使得產品擁有更高的維護性能，構建了更為良好的人機界面，工作人員和用戶等也可以進行遠程操作和修復[4]。

5.3 功能性與生產性的增強

隨著機電一體化技術的普及,機電一體化產品擁有了更多的復合功能，例如機電產品的生產加工中心可以由以往的多道生產工序轉變為一道工序,在此過程中還可以自動檢測產品和刀具的精度。由于機電一體化技術的應用可以預設程序，因此機電產品的生產和加工逐漸實現了電子系統控制，可以重復其中很多的生產動作。此外，機電一體化技術還可以優化機電產品的功能。

5.4 實現人性化

機電一體化技術主要是為人類服務,生產出來的產品也是應用于人類,因此機電一體化朝著人性化的方向發展也是一種趨勢。例如可以改造機器的外觀，使其更符合現代人的審美。在產品的使用上也要發展得更為人性化,由于機電一體化技術主要是微處理器等裝置，其中所涉及的零件數量逐漸縮減，因此生產出來的產品在功能不變的基礎上結構更加簡單，體積也更加小。

6 結語

綜上所述，科學技術的發展，不僅為人們的日常生活帶來一定的變化，同時也使以往的生產方式發生了翻天覆地的變化。尤其是計算機技術在機械工業領域中的應用，促進了機電一體化技術的形成與發展，促進了我國經濟社會的發展。機電一體化技術是為了實現自己的需求而進行的技術變革，但是隨著新時期的不斷發展和對機電產品要求的不斷提升，機電一體化技術必須與時俱進，朝著更加安全智能的方向發展才能切實發揮自身的價值。