探究機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

寇錄峰

摘? ?要：工程機(jī)械由于機(jī)電一體化技術(shù)的誕生產(chǎn)生了從未有過的大型改革，對(duì)工程機(jī)械的傳統(tǒng)加工生產(chǎn)模式以及設(shè)計(jì)的方法理念做出了徹底改變，使工程機(jī)械的工作效率得到了大幅提高，對(duì)使用的性能以及精密度等方面都起到了巨大的作用。目前，對(duì)于機(jī)電一體化的研究已經(jīng)有了良好的開端，在這樣一種好的形式之下，在工程機(jī)械的應(yīng)用中加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化的研究，對(duì)于技術(shù)的創(chuàng)新有著相當(dāng)重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;工程機(jī)械;自動(dòng)化

1? ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)概述

1.1? 機(jī)電一體化的定義

“機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱?！睓C(jī)電一體化是將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)等多門技術(shù)學(xué)科在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上相互滲透、有機(jī)結(jié)合而形成和發(fā)展起來的一門新的邊緣技術(shù)學(xué)科。

1.1.1? 機(jī)電一體化的內(nèi)容

機(jī)電一體化包含了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面的內(nèi)容，首先是指機(jī)電一體化技術(shù)，其次是指機(jī)電一體化產(chǎn)品。

1.1.2? 機(jī)電一體化的特點(diǎn)

相比傳統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品，機(jī)電一體化產(chǎn)品具備較多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其最顯著的應(yīng)用特點(diǎn)在于具備多功能、高效率、高智能、高可靠性等特征，同時(shí)又具有輕、薄、細(xì)、小、巧的優(yōu)點(diǎn)，其目的是不斷滿足人們生產(chǎn)生活的多樣性和省時(shí)、省力、方便的需求。

1.2? 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成

傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品主要是解決物質(zhì)流和能量流的問題，而機(jī)電一體化產(chǎn)品除了解決物質(zhì)流和能量流以外，還要解決信息流的問題。機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對(duì)輸入的物質(zhì)、能量與信息（所謂工業(yè)三大要素）按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。

機(jī)電一體化在機(jī)械工程中的應(yīng)用范圍非常廣泛，隨著機(jī)電一體化發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)展，在發(fā)展過程中特征明顯。首先，在實(shí)際的機(jī)械工程實(shí)踐中，機(jī)電一體化呈現(xiàn)出綜合性特點(diǎn)，它是多學(xué)科的融合，所包含的技術(shù)種類較多，作為多學(xué)科綜合的技術(shù)種類，應(yīng)用范圍廣泛，涉及領(lǐng)域較多。其次，機(jī)電一體化的核心技術(shù)是把學(xué)科理論加以綜合和加工，提煉出符合本專業(yè)技術(shù)的學(xué)科特點(diǎn)。在技術(shù)應(yīng)用中，綜合采用機(jī)械整合和控件原理，具有學(xué)科邏輯性，可系統(tǒng)地完成機(jī)械工程任務(wù)。最后，機(jī)電一體化是從技術(shù)理論中發(fā)展而來，具有完善的技術(shù)模型構(gòu)建和引導(dǎo)，具有豐富相關(guān)的技術(shù)理論資源。

2? ? 在機(jī)械工程中的應(yīng)用

2.1? 在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

在機(jī)械工程中，包裝機(jī)械屬于基礎(chǔ)性的工作內(nèi)容，將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在包裝機(jī)械生產(chǎn)中，可有效規(guī)避包裝機(jī)械電力控制的局限性，提升包裝機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)統(tǒng)一性，降低實(shí)際維護(hù)難度及成本。而且技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠最大限度提高現(xiàn)有資源的利用效率，減少包裝機(jī)械設(shè)備占地面積，簡化包裝設(shè)備運(yùn)維流程，切實(shí)提升生產(chǎn)期間的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2? 在機(jī)床改造中的應(yīng)用

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，所生產(chǎn)的機(jī)械零件精準(zhǔn)度也在逐漸提升，與此同時(shí)，由于機(jī)械工程中的機(jī)械改造環(huán)節(jié)對(duì)精準(zhǔn)度要求較高，系統(tǒng)運(yùn)行及工作臺(tái)運(yùn)行軌跡均需通過嚴(yán)格控制實(shí)現(xiàn)。將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床改造過程中，可以借助完善的應(yīng)用程序來梳理整個(gè)機(jī)械設(shè)備零件的生產(chǎn)過程，明確每一個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)中需要重點(diǎn)關(guān)注的質(zhì)量問題和相應(yīng)的操作要求，從而切實(shí)提升機(jī)床運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)動(dòng)效率，確保機(jī)床運(yùn)行精度滿足實(shí)際加工需求。另外，將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床改造過程中，能夠在全面分析現(xiàn)有完整度之后，對(duì)不足之處進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，這樣還可避免改造環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)床原結(jié)構(gòu)的影響，控制機(jī)床改造成本。

2.3? 在紡織機(jī)械中的應(yīng)用

在機(jī)械工程中，紡織機(jī)械也屬于重點(diǎn)應(yīng)用對(duì)象，將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在紡織機(jī)械生產(chǎn)中，可通過主動(dòng)傳輸模式，確保繞線架與導(dǎo)軌之間的頻率固定。在紡織機(jī)械系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間，可利用速度傳感器將信號(hào)發(fā)送到Tensor處理器（Tensor Processing Unit，TPU）數(shù)據(jù)中，在結(jié)構(gòu)中完成數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)處理之后，將數(shù)據(jù)包傳遞到總控制系統(tǒng)中，由總系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行更加細(xì)致的分析，從而明確生產(chǎn)最佳繞組比，提升數(shù)據(jù)傳輸期間的精準(zhǔn)性及全面性。

2.4? 電子油門控制裝置的應(yīng)用分析

權(quán)威環(huán)保部門最新指出的氣候問題中，社會(huì)的高速發(fā)展對(duì)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，氣候的改變是環(huán)保問題，通過媒體的宣傳，從而在現(xiàn)代發(fā)展理念的思想中，社會(huì)群眾的環(huán)保意識(shí)不斷地增強(qiáng)。而機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的良好應(yīng)用可以高效地改變社會(huì)群眾的生活方式，也能夠通過結(jié)合相關(guān)技術(shù)，對(duì)目前的環(huán)境情況加以改善。例如說：社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)Σ裼偷男枨笫峭⒌?，而柴油裝置會(huì)給環(huán)境帶來相當(dāng)嚴(yán)重的污染，國家環(huán)保部門也意識(shí)到了這一問題，所以出臺(tái)了相關(guān)管理政策，希望能夠減少各工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诓裼偷囊蕾?，降低柴油的需求，所有?duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響的領(lǐng)域正在隨著政策的引導(dǎo)，得以控制。權(quán)威的科學(xué)技術(shù)專家提出，通過對(duì)電子油門裝置的合理利用，可以有效地控制污染物質(zhì)的排放問題。

2.5? 機(jī)械工程運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的基本技術(shù)之一，應(yīng)合理地使用數(shù)控技術(shù)，通過對(duì)機(jī)械工程操作中產(chǎn)生高效的工作效能，數(shù)控技術(shù)的作用非常顯著，這種技術(shù)能夠有效地提高機(jī)械的工作效率，推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)在社會(huì)各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也是機(jī)電一體化技術(shù)最基本的發(fā)展根據(jù)。在對(duì)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，數(shù)控技術(shù)的工作原理是對(duì)關(guān)聯(lián)的電子信息通過傳輸?shù)姆绞?，總終端設(shè)備接收數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的操作提供實(shí)際的參數(shù)，它能夠運(yùn)用自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)的機(jī)電技術(shù)巧妙地結(jié)合在一個(gè)系統(tǒng)技術(shù)里，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果傳輸?shù)娇偨K端設(shè)備中，幫助分析數(shù)據(jù)，為機(jī)械提供操縱根據(jù)。在技術(shù)領(lǐng)域中，通過分析數(shù)控技術(shù)在相關(guān)的機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用情況，結(jié)合其自身性能的特點(diǎn)，得出數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)能夠有效地提高機(jī)械的自動(dòng)化操縱能力，對(duì)技術(shù)的運(yùn)行也有了一定的提高。

2.6? 柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)的含義是通過現(xiàn)代智能微電腦的技術(shù)應(yīng)用，使機(jī)械設(shè)備能夠產(chǎn)生自動(dòng)化技術(shù)操縱的工作性能，自動(dòng)化技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的加工、運(yùn)行狀態(tài)下的管理以及對(duì)信息技術(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的影響，其是技術(shù)相結(jié)合的一個(gè)重要指標(biāo)，是優(yōu)化各種技術(shù)障礙的智能終端技術(shù)。最大的特點(diǎn)就是能夠使機(jī)械的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)控工作狀態(tài)，提高機(jī)械的工作效能的同時(shí)也為生產(chǎn)空間的限制提供有力的技術(shù)支持，提升了機(jī)械的生產(chǎn)能力，也為運(yùn)輸系統(tǒng)提供了管理的平臺(tái)效應(yīng)，控制了生產(chǎn)成本，增加了生產(chǎn)企業(yè)的效益。

3? ? 相關(guān)作用及啟示

3.1? 功能增強(qiáng)并且應(yīng)用廣泛

機(jī)電一體化產(chǎn)品最顯著的特點(diǎn)就是突破了原來傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能的局限性，將多種技術(shù)與功能集成于一體，使其功能更加強(qiáng)大，而且能適應(yīng)不同的場(chǎng)合和不同的領(lǐng)域，滿足用戶需求的應(yīng)變能力較強(qiáng)。

3.2? 精度大大提高

機(jī)電一體化技術(shù)簡化了機(jī)構(gòu)，減少了傳動(dòng)部件，從而使機(jī)械磨損、配合及受力變形等所引起的誤差大大減少，從而有效提升了整個(gè)結(jié)構(gòu)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)，由于采用計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)補(bǔ)償和校正因各種干擾造成的動(dòng)態(tài)誤差，從而達(dá)到單純用機(jī)械技術(shù)所無法實(shí)現(xiàn)的工作精度。

3.3? 安全性和可靠性提高

機(jī)電一體化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)監(jiān)控、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)、安全聯(lián)鎖控制等功能。這些功能可以避免人身傷害和設(shè)備事故，即使發(fā)生了一些突發(fā)事故，也可以在第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行控制，避免了事故負(fù)面影響的擴(kuò)大，從而提高了設(shè)備的安全性和可靠性。

3.4? 改善操作

機(jī)電一體化產(chǎn)品采用計(jì)算機(jī)程序控制和數(shù)字顯示，具有良好的人機(jī)界面，減少了操作按鈕及手柄，改善了設(shè)備的操作性能。并且該技術(shù)的應(yīng)用，使得整個(gè)生產(chǎn)過程對(duì)于人為操作的依賴性逐漸降低，可以借助程序自主完成生產(chǎn)操作。這樣也減少了操作人員的培訓(xùn)時(shí)間，從而大大簡化操作。

3.5? 提高柔性

柔性即可以利用軟件來改變機(jī)器的工作程序，以滿足不同的需要。例如，工業(yè)機(jī)器人具有較大的運(yùn)動(dòng)自由度，手爪部分可以換用不同的工具，通過改變控制程序改變運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，以適應(yīng)不同的作業(yè)要求。

3.6? 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高

在傳統(tǒng)作業(yè)模式下，機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)流程主要依靠人力來進(jìn)行調(diào)整，機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量在很大程度上會(huì)受到人為操作能力的影響。基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)建模與仿真技術(shù)研究，可以使整個(gè)生產(chǎn)流程更加程序化，在智能化發(fā)展背景下，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而有效提升生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量。

4? ? 結(jié)語

機(jī)電一體化是整個(gè)現(xiàn)代化機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是各種技術(shù)綜合在一起的結(jié)果，更是工業(yè)化發(fā)展的必經(jīng)之路，它被應(yīng)用在工程機(jī)械中，更大程度地推動(dòng)了我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展以及進(jìn)步?，F(xiàn)階段，機(jī)電一體化現(xiàn)階段的發(fā)展水平比較低下，但是其作用和影響力是相當(dāng)大的。因此，我國應(yīng)該對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)以及其應(yīng)用和創(chuàng)新不斷加強(qiáng)，從而推動(dòng)我國機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展。

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