機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用

劉宗寶

（中交第三航務(wù)工程局有限公司，浙江寧波，315000）

機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用

劉宗寶

（中交第三航務(wù)工程局有限公司，浙江寧波，315000）

為了促進(jìn)機(jī)電一體化在工程機(jī)械中得以更加廣泛應(yīng)用，本文首先基于我國機(jī)電一體化的發(fā)展歷程，總結(jié)了機(jī)械工程領(lǐng)域中先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。其次，簡要闡述了針對機(jī)械工程領(lǐng)域推進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)深度應(yīng)用的思考。最后，探討了未來機(jī)電一體化設(shè)備的發(fā)展趨勢。本文觀點(diǎn)表明，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械工程在機(jī)電一體化技術(shù)的推動下將取得更大進(jìn)步。

機(jī)電一體化；科學(xué)技術(shù)；機(jī)械工程

引言

機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、計算機(jī)、自動控制等技術(shù)的融合［1］。從技術(shù)發(fā)展歷程看，機(jī)電一體化經(jīng)歷了機(jī)械制圖、CAD/CAM、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、信息技術(shù)應(yīng)用、可編程控制器PLC控制技術(shù)、液壓與氣壓傳動、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用、監(jiān)控與測試技術(shù)等階段，直到現(xiàn)階段的機(jī)械設(shè)備自動化、電子化乃至智能化［2-3］。

當(dāng)前，機(jī)電一體化已經(jīng)發(fā)展為系統(tǒng)工程。設(shè)計上，要從總體應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，以需求為導(dǎo)向，以系統(tǒng)工程的思維，做好機(jī)電一體化的頂層設(shè)計。在機(jī)電一體化系統(tǒng)建設(shè)中，要秉承安全性、易操作、易控制、高強(qiáng)度等原則。本文探討了我國機(jī)電一體化發(fā)展歷程，對其在機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 機(jī)電一體化發(fā)展歷程

我國工業(yè)化起步較晚，但是在改革開放初期，我國大力推動工業(yè)化發(fā)展，將我國從農(nóng)業(yè)大國邁向工業(yè)大國確定為發(fā)展目標(biāo)以來，工業(yè)自動化發(fā)展進(jìn)展迅速，國家工業(yè)化進(jìn)程達(dá)到了預(yù)期水平。

隨著我國企業(yè)更加重視信息與通信技術(shù)的研發(fā)，信息技術(shù)、信息化系統(tǒng)建設(shè)與深度應(yīng)用不斷前進(jìn)，信息、控制、通信、軟件工程等技術(shù)不斷融合，“機(jī)電一體化”進(jìn)程為我國機(jī)械行業(yè)注入發(fā)展動力［4，5］。

當(dāng)前“機(jī)電一體化”正在向著綠色、智能、安全方向發(fā)展，其涵蓋的領(lǐng)域越來越廣，對國家工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程影響也越來越大。隨著應(yīng)用成效逐漸顯露，我國對“機(jī)電一體化”技術(shù)的研究也更加深入。機(jī)電一體化已經(jīng)成為各大高校的熱門專業(yè)，通過高等教育來培養(yǎng)更加優(yōu)秀的行業(yè)開發(fā)與應(yīng)用人才。對于機(jī)電一體化的重視程度一直未被減弱，而且在發(fā)展過程中不斷融入新科技，讓其滿足科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求。我國對機(jī)電一體化的定義為機(jī)械工程技術(shù)和產(chǎn)品的結(jié)合，在實際工作中相關(guān)人員要根據(jù)具體需求投入新的技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展。

現(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展中離不開機(jī)電一體化技術(shù)，為了滿足工業(yè)發(fā)展需求，機(jī)電一體化技術(shù)也在不斷融入新的技術(shù)。在不斷提升與完善的過程中，機(jī)電一體化技術(shù)的作用更加顯著，機(jī)械工程的發(fā)展也愈發(fā)離不開它的支持，兩者呈現(xiàn)相輔相成的狀態(tài)。

2 先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用探討

2.1技術(shù)自動化改造

機(jī)械工程是現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)者，也是機(jī)電一體化的雛形，以機(jī)械工程的技術(shù)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，經(jīng)過不斷研究，從而衍生出了機(jī)電一體化技術(shù)。在過去，機(jī)械本體技術(shù)存在水平低下，準(zhǔn)確度低等缺點(diǎn)，然而隨著技術(shù)的不斷改善，目前應(yīng)用的機(jī)械本體技術(shù)已經(jīng)克服了這些缺點(diǎn)。盡管如此，我們?nèi)圆荒苄傅?，而?yīng)繼續(xù)提高其質(zhì)量、精度，以及整體性能。在改善方面，我們可以采用其他原材料，例如新型合成材料性能更加良好，具有傳統(tǒng)材料所不具有的優(yōu)點(diǎn)。同時可以提高機(jī)械工程材料的利用率，避免浪費(fèi)。

2.2電子信息技術(shù)

經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科學(xué)技術(shù)研究都進(jìn)入了電子信息時代，所以機(jī)電一體化技術(shù)也需要融入電子信息技術(shù)，兩者結(jié)合之后可以促進(jìn)機(jī)械工程的發(fā)展。電子信息技術(shù)主要是將外部機(jī)械化信息轉(zhuǎn)化為電子信息，并且進(jìn)一步處理，使機(jī)械和信息合二為一。電子信息技術(shù)的進(jìn)步是需要技術(shù)和設(shè)備共同發(fā)展的，為此我們必須不斷更新電子設(shè)備系統(tǒng)，改進(jìn)信息技術(shù)，使其可靠性和精確性有所提升，更好為機(jī)械工程服務(wù)。

2.3感應(yīng)技術(shù)和軟件管理技術(shù)

感應(yīng)技術(shù)和軟件管理技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化技術(shù)的時間比較晚，但是其作用并不會因此減弱。這二者從開始投入使用到今天，對機(jī)械工程發(fā)展有著不可或缺的作用。為了使機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展，我們必須從方方面面入手。感應(yīng)技術(shù)又稱傳感技術(shù)，主要作用是以其高度的靈敏性和精確度幫助信息傳導(dǎo)，提高該技術(shù)的重點(diǎn)是防止外界環(huán)境的干擾，使信息傳導(dǎo)更加準(zhǔn)確。軟件管理技術(shù)是與軟件和硬件相協(xié)調(diào)的技術(shù)，軟件的研發(fā)是十分消耗資金的，為了使得機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用性價比更高，我們必須加強(qiáng)對軟件的管理。定期維護(hù)軟件系統(tǒng)，使軟件更加標(biāo)準(zhǔn)化和穩(wěn)定化，使其更好服務(wù)于機(jī)械工程。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢

3.1自動化強(qiáng)度越來越高

自動化發(fā)展是我國現(xiàn)階段所有技術(shù)發(fā)展的主要方向，機(jī)電一體化技術(shù)也不例外。自動化發(fā)展是大趨勢，能夠幫助機(jī)械工程現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展［6，7］。自動化使得工程機(jī)械能夠聽從主體的指揮，在沒有工作人員的控制下也能夠正常運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況時，工程機(jī)械能夠?qū)⒏鱾€開關(guān)斷開，自動停止工作，其保護(hù)系統(tǒng)也是一種自動分配系統(tǒng)。自動分配系統(tǒng)是工程機(jī)械可以自行處理其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且將各個系統(tǒng)分開運(yùn)行，彼此之間不影響而且保持一定的規(guī)律性的系統(tǒng)，要經(jīng)過系統(tǒng)的主體進(jìn)行控制，主體系統(tǒng)對各個子系統(tǒng)的信息進(jìn)行處理。自動化的這一發(fā)展對工程機(jī)械的安全運(yùn)行來說是十分有利的，可以避免部分因素而影響整體的情況發(fā)生。

3.2系統(tǒng)化、協(xié)同力度更強(qiáng)

整體化發(fā)展也稱作系統(tǒng)發(fā)展，也就是機(jī)械工程技術(shù)的全方位進(jìn)步，這一進(jìn)步主要是在機(jī)電一體化技術(shù)全面進(jìn)步的情況下出現(xiàn)的。機(jī)電一體化技術(shù)在智能技術(shù)的控制下接受精確的信息，掌握整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。整體化智能發(fā)展需要信息技術(shù)的支持，因此在未來信息技術(shù)不斷提高的條件下，機(jī)電工程一體化技術(shù)的全息系統(tǒng)化方向是主要發(fā)展趨勢。另外，作為自動化技術(shù)中的光機(jī)電一體化技術(shù)也是主要發(fā)展趨勢之一，它主要是將光學(xué)技術(shù)融合進(jìn)來，并且充分利用其特點(diǎn)改善傳感系統(tǒng)的靈敏性和精確度同時是電子信息的處理技術(shù)有所發(fā)展，這對機(jī)電工程一體化技術(shù)來說是十分重要的，它既提高了該技術(shù)，又能夠在很大程度上節(jié)約能源。

3.3網(wǎng)絡(luò)上互聯(lián)互操作成為可能

任何一項技術(shù)在發(fā)展的道路上都需要經(jīng)過細(xì)化研究的考驗，機(jī)電一體化技術(shù)也不例外，同時也是對研究人員的考驗。細(xì)致化發(fā)展的主要工作就是將機(jī)電一體化中的各個模塊分開發(fā)展，由于機(jī)電一體化的產(chǎn)品越來越多，需要我們將其生產(chǎn)商和生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)致劃分，這樣能夠使機(jī)電一體化技術(shù)更加深入到工程機(jī)械中去，并且細(xì)致地了解工程機(jī)械特點(diǎn)，使不同的工程機(jī)械可以有其自己的發(fā)展軌道。

3.4智能化發(fā)展勢不可當(dāng)

智能化要求信息技術(shù)根據(jù)外部情況和要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。智能化發(fā)展是現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展要求，尤其是在信息一體化發(fā)展過程中，其信息量的承載越來越大，這就需要信息技術(shù)智能化來解決。智能化的信息技術(shù)可以有效地處理各個信息，并且將處理的結(jié)果傳達(dá)到各個系統(tǒng)中，使系統(tǒng)聽從主體指揮正常工作。

4 機(jī)電一體化系統(tǒng)在工程機(jī)械中應(yīng)用案例

我國的工程機(jī)械依靠機(jī)電一體化技術(shù)加快了發(fā)展腳步，從而對整個工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的改革都會起到促進(jìn)作用，那么就需要更加謹(jǐn)慎科學(xué)地研究機(jī)械一體化技術(shù)，合理規(guī)劃其未來的應(yīng)用方向，以幫助和指引我國工業(yè)發(fā)展。為使機(jī)電一體化技術(shù)能夠更好地推動工程機(jī)械的發(fā)展，筆者對該技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探討與研究。

圖1　C6140普通車床結(jié)構(gòu)布局

4.1電子監(jiān)控應(yīng)用

機(jī)械工程中的電子監(jiān)控主要通過機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行工作，控制方位覆蓋了操作系統(tǒng)、處理設(shè)備以及加工機(jī)械等，這些系統(tǒng)若出現(xiàn)任何問題，都會在電子監(jiān)控中反映出來，工作人員可以根據(jù)其反映情況對具體部分進(jìn)行維修［8］。該系統(tǒng)在很大程度上降低了機(jī)械工程意外事故的發(fā)生，同時提高了檢修人員的工作效率，簡約了機(jī)械工廠的資金消耗。另外電子監(jiān)控可以檢測各個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并且將各個情況如實傳達(dá)到機(jī)電一體化的主體部分，使主體能夠根據(jù)工作情況對下面的各個系統(tǒng)發(fā)出正確指令。

4.2節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用在過去，機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用的能量主要來源于柴油機(jī)的供給，在此過程中浪費(fèi)了很多不必要的能量，同時產(chǎn)生了廢氣，排放到空氣中，加劇了我國環(huán)境的惡化。為了解決這一問題，我們在機(jī)電一體化系統(tǒng)中加入電子控制系統(tǒng)，使柴油機(jī)的工作效率更高，減少燃燒原料的浪費(fèi)，而且還能夠降低廢氣的排放量，這對機(jī)電一體化來說是一舉兩得的。根據(jù)資料顯示，目前我國使用的機(jī)電一體化柴油機(jī)的供給效率可以達(dá)到97%，原材料的節(jié)約率達(dá)到22%。

4.3自動化應(yīng)用

工程機(jī)械在采用自動化應(yīng)用之前，基本靠人工操作，存在很多不安全因素，而應(yīng)用自動化之后，可有效提高安全操作系數(shù)。自動化可以使工程機(jī)械在無人操控的情況下進(jìn)行工作，其主體部分還可根據(jù)系統(tǒng)的工作情況發(fā)出相關(guān)指令，以調(diào)整整個系統(tǒng)。機(jī)電一體化的自動化能夠精確傳輸數(shù)據(jù)，使信息處理準(zhǔn)確性更高，同時降低了人為錯誤，提高了工作效率。例如，在工程機(jī)械生產(chǎn)精密零件過程中，需要高度控制零件的各個參數(shù)，使用機(jī)電工程一體化系統(tǒng)可以使零件更加精密，自動化系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行零件的制造，而且可以有效的檢測出不合格的產(chǎn)品，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量；在汽車生產(chǎn)中，生產(chǎn)商要求高度的穩(wěn)定系數(shù)和安全性能，工作人員就可以將所要求的系數(shù)記錄在機(jī)電一體化裝置中，通過機(jī)電一體化中的監(jiān)控系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)設(shè)置好正確的參數(shù)，并將此傳遞給工作設(shè)備，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和安全穩(wěn)定性。

4.4智能型模式應(yīng)用

我國計算機(jī)技術(shù)在近幾年有了很大的進(jìn)步，使得智能化技術(shù)也能得以更加深入研究。機(jī)電一體化逐漸走向智能化，將極為顯著地提升工作效率，并能夠打破固有模式的生產(chǎn)局限，進(jìn)行大規(guī)模、高質(zhì)量產(chǎn)出，有效降低了對人力物力的投入，對優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)配置有很大的作用。智能化除了能夠應(yīng)用于機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備中，還可應(yīng)用于時下最火爆、最先進(jìn)的機(jī)器人研究領(lǐng)域，讓機(jī)器人研究能夠更加人性化、更加貼近于人類智慧，為人類生活更好服務(wù)?，F(xiàn)今，國內(nèi)在機(jī)器人領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用還不夠普遍，所能應(yīng)用的領(lǐng)域僅僅是少數(shù)的服務(wù)行業(yè)，使用機(jī)器人的營銷效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出機(jī)器人所能提供的智能服務(wù)。相信隨著我國機(jī)電一體化技術(shù)智能化的發(fā)展，機(jī)器人領(lǐng)域定會有長足的進(jìn)步，賦予機(jī)器人更多、更好、更新、更人性的功能與科技，以達(dá)到造福于人類的目的。

4.5環(huán)保型模式應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在環(huán)保化方面的發(fā)展中，會讓自然界中的資源能被更加合理的開發(fā)，能有效促進(jìn)人類社會的發(fā)展的進(jìn)程。但隨著資源減少速度的迅速提升，自然環(huán)境的變化速度也會隨之加快。近幾年，構(gòu)建人與自然的和諧關(guān)系成為國內(nèi)外專家學(xué)者的一致呼聲，在不遠(yuǎn)的未來，低碳環(huán)保、可再生資源會成為各領(lǐng)域共同追求的目標(biāo)。此種改變將會影響到人們生活的許多方面，例如環(huán)保低耗的生產(chǎn)過程，可回收可分解可再利用的環(huán)保產(chǎn)品等，從根本上讓資源的利用率得到提升，最大限度減少對環(huán)境以及不可再生資源的消耗與影響，并努力保證對既有資源的高利用率與高轉(zhuǎn)化率。日后，產(chǎn)品從整體上會逐漸做到以下幾個要求：第一，資源利用率先比提升；第二，杜絕對環(huán)境的污染；第三，對資源進(jìn)行二次使用。機(jī)電一體化技術(shù)環(huán)?；l(fā)展將促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的有一次升華重組，對未來環(huán)保經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展鋪墊了基石。

4.6網(wǎng)絡(luò)型模式應(yīng)用

現(xiàn)階段，全球經(jīng)濟(jì)一體化形勢發(fā)展迅速且不可逆轉(zhuǎn)，人們通過網(wǎng)絡(luò)可以第一時間了解想要的市場信息，最新的技術(shù)發(fā)展方向，最新的國家政策與相關(guān)規(guī)定等。因為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展中速度最快的，為人們的生活和工作提供了效率保障，減少了很大的勞動量。由此，機(jī)電一體化技術(shù)也將投身于網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的浪潮中，通過網(wǎng)絡(luò)了解國內(nèi)外在技術(shù)領(lǐng)域的最新動向與研究成果，專家學(xué)者們也可以實現(xiàn)無國界、跨時空的交流和討論，打破技術(shù)壟斷，實現(xiàn)資源最優(yōu)配比，共同推進(jìn)人類文明向前發(fā)展。

5 結(jié)束語

機(jī)械工程是我國發(fā)展的主要行業(yè)，機(jī)械工程領(lǐng)域中涉及到多種技術(shù)，對機(jī)械工程發(fā)展都起著一定的作用，機(jī)電一體化具備的優(yōu)點(diǎn)也在不斷地被挖掘。本文只是筆者的簡要總結(jié)加個人拙見，希望本文的研究能夠為相關(guān)工作人員提供思考，相信隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械工程在機(jī)電一體化技術(shù)的推動下將取得更大的進(jìn)步。

［1］劉偉. 機(jī)電一體化技術(shù)的主要內(nèi)容［J］. 科技發(fā)展， 2013（21）.

［2］陳軍宇. 機(jī)械工程中技術(shù)應(yīng)用［J］. 工業(yè)期刊， 2014（8）.

［3］鐘燕林. 經(jīng)濟(jì)全球化背景下機(jī)械工程的發(fā)展［N］. 工業(yè)發(fā)展報，2016（9）.

［4］鄭寒松. 淺析機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用［J］. 河北機(jī)械制造， 2014，24-39.

［5］邵志陽. 探究機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢［J］. 科技創(chuàng)新期刊， 2013，10-12.

［6］焦亮. 如何加快機(jī)電一體化進(jìn)程［J］. 遼寧工業(yè)大學(xué)， 2012， 25-29.

［7］丁子峰. 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用［N］. 河南晚報，2015（21）.

［8］楊瑜. 機(jī)電一體化中自動化的發(fā)展［J］. 自動化科技， 2012， 76.

Application of Mechanical and Electrical Integration Technology in Engineering Machinery

Zongbao Liu
（CCCC Third Harbor Engineering Co.， Ltd.， Ningbo， Zhejiang， 315000， China）

In order to promote a wider application of mechanical and electrical integration in engineering machinery， this paper bases on the development of China's mechanical and electrical integration process，as to conclude the applications of advanced technology in the field of mechanical engineering. Also， ideas on the deep applications of mechanical and electrical integration promoted by the field of mechanical engineering are briefly elaborated. Finally， the development trend of future devices of mechanical and electrical integration is discussed. The opinion of this paper implies that， under the promotion of mechanical and electrical integration， mechanical engineering will obtain greater progress with the increasing development of science and technology in China.

Mechanical and Electrical Integration； Science and Technology； Mechanical Engineering

TU74

A

2095-8412 （2016） 04-827-04

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.067

劉宗寶（1980-），男，工程師，研究方向：施工機(jī)械機(jī)電一體化。E-mail: 2382990218@qq.com