機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

甘 諦 孟 雷

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413

1 機(jī)電一體化的定義論述

1.1 機(jī)電一體化中各部件的聯(lián)系 機(jī)電融合一體化將工程機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的各個(gè)主要部件能夠進(jìn)行相互連接,融合并相互組成,使工程機(jī)械設(shè)備不僅能實(shí)時(shí)感應(yīng)工作單元,驅(qū)動(dòng)和工作方式等而還有如何對(duì)其執(zhí)行進(jìn)一步過(guò)程控制上的優(yōu)化,以及利用集成電路,從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)整體工程機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)質(zhì)量同步提升。

1.2 電子感應(yīng)器主體與運(yùn)作 機(jī)電融合一體化機(jī)械技術(shù)其實(shí)是最與眾不同的一個(gè)地方,是我們可以將傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備當(dāng)中的一些電子感應(yīng)器的組織及其結(jié)構(gòu)以及運(yùn)作方式進(jìn)行一種效率上的提升,其實(shí)就是將傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的運(yùn)作方式可以進(jìn)行功能分解并加以優(yōu)化,能夠快速的大大加快我們傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)和新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用速度。

1.3 國(guó)家機(jī)電一體化用途 在我們現(xiàn)代國(guó)家最早對(duì)機(jī)電設(shè)備一體化技術(shù)加以推廣應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域是作為工業(yè)電力設(shè)備生產(chǎn),不斷的逐步提高電力生產(chǎn)技術(shù)水平。

2 如何推進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

機(jī)電設(shè)備一體化軟件技術(shù)主要內(nèi)容包括相關(guān)軟件技術(shù)和相關(guān)硬件集成技術(shù)。硬件驅(qū)動(dòng)技術(shù)單元是由自動(dòng)機(jī)械設(shè)備、傳感器控制單元、信息處理控制單元和軟件驅(qū)動(dòng)控制單元等部分組成。為切實(shí)推進(jìn)機(jī)電工業(yè)一體化的加快發(fā)展,需要從以下幾個(gè)方面深入著手：

2.1 機(jī)械設(shè)備技術(shù)方面 機(jī)械設(shè)備技術(shù)必須從改善設(shè)備性能、減輕設(shè)備體積與重量、提高設(shè)備精度等方面考慮。非金屬?gòu)?fù)合材料等新型材料在機(jī)械設(shè)備組件中的大量應(yīng)用,對(duì)機(jī)械設(shè)備小型化發(fā)展貢獻(xiàn)巨大。傳感器系統(tǒng)技術(shù)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)與智能控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步,在改善設(shè)備響應(yīng)速度、減少能耗、提高生產(chǎn)效率方面影響較大。

2.2 傳感器技術(shù)方面 傳感器技術(shù)發(fā)展水平是自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)最核心的影響因素。隨著傳感器技術(shù)的成熟及各類新型傳感器產(chǎn)品的研發(fā),機(jī)械設(shè)備檢測(cè)精度越來(lái)越高,控制效果越來(lái)越精準(zhǔn)。

2.3 信息處理技術(shù)方面 信息處理應(yīng)用技術(shù)直接影響關(guān)系著機(jī)械設(shè)備信息傳感器處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)輸出被測(cè)信號(hào)的信息種類、質(zhì)量與信號(hào)真實(shí)性穩(wěn)定程度,隨著設(shè)備信息處理應(yīng)用技術(shù)的成熟,傳感器系統(tǒng)輸出的信號(hào)越來(lái)越復(fù)雜多樣化,傳感器系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)據(jù)處理可靠性與信號(hào)穩(wěn)定性也越來(lái)越高,機(jī)械設(shè)備信息控制處理系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)據(jù)處理控制能力與信號(hào)響應(yīng)速度不斷進(jìn)步得到極大提高[1]。通訊接口技術(shù)可以看做為信息處理技術(shù)的一部分,隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等概念的興起,越來(lái)越多的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)要求傳感器系統(tǒng)必須具備標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通訊接口,方便設(shè)備控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與采集。

2.4 軟件數(shù)據(jù)系統(tǒng)方面 軟件數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)軟件是現(xiàn)代自動(dòng)化工業(yè)機(jī)械設(shè)備的必要技術(shù)組成部分,為真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行作業(yè)或者設(shè)備性能同步升級(jí),軟件數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)的產(chǎn)品更新與技術(shù)開發(fā)工作需要不斷跟上傳統(tǒng)硬件處理系統(tǒng)的不斷發(fā)展升級(jí)步伐,實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致健康有序發(fā)展。目前,程序系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、程序系統(tǒng)模塊化、軟件程序系統(tǒng)化鞏固化、軟件程序系統(tǒng)工程化已逐漸成為眾多軟件技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)者和企業(yè)開展深度技術(shù)開發(fā)的戰(zhàn)略目標(biāo)。

3 數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)化

3.1 精確快速高效 對(duì)于工業(yè)機(jī)械制造而言,由于過(guò)程涉及所用到的基礎(chǔ)知識(shí)以及操作細(xì)節(jié)種類較多,精確、快速和高效已經(jīng)是一直以來(lái)機(jī)械制造商和工作人員期望所能達(dá)到的重要目標(biāo)。而且在數(shù)控技術(shù)中由于融合了高科技數(shù)控芯片以及強(qiáng)大的中央處理器,可以有效率的保證數(shù)控機(jī)械制造過(guò)程中的所有性能要求都可以能夠及時(shí)得到充分滿足,并且通過(guò)輔助可以改善數(shù)控機(jī)床自身的機(jī)械動(dòng)態(tài)工作特性和機(jī)床靜態(tài)運(yùn)動(dòng)特性,使數(shù)控機(jī)床自身的機(jī)械制造工作效率以及操作精準(zhǔn)度進(jìn)一步的得到提升。

3.2 彈性化 彈性化對(duì)其產(chǎn)生的實(shí)際影響主要可以體現(xiàn)在兩個(gè)主要方面,其一。針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的各種彈性化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理,通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)結(jié)合用戶實(shí)際需要,設(shè)定各種具有自身不同特點(diǎn)的系統(tǒng)功能性,同時(shí)其設(shè)計(jì)涉及的功能范圍較廣,可以有效保證其系統(tǒng)操控的整體性；其二,群控控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)彈性化,在同一套的群控控制系統(tǒng)當(dāng)中的它可以根據(jù)應(yīng)急不同的企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程需要,針對(duì)生產(chǎn)物料以及生產(chǎn)信息的各種傳播方式進(jìn)行各種相應(yīng)的彈性調(diào)整。

3.3 工藝復(fù)合性和多工同軸化 一般按照統(tǒng)一的機(jī)床系統(tǒng)要求設(shè)定,對(duì)機(jī)床相應(yīng)的加工生產(chǎn)和機(jī)床加工工藝程序需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整,針對(duì)各個(gè)數(shù)控機(jī)床加工生產(chǎn)之間的工藝配合不同情況,可以充分利用各個(gè)數(shù)控機(jī)床之間工藝技術(shù)復(fù)合的各種形式,對(duì)其能在生產(chǎn)和機(jī)床加工以來(lái)的減少各個(gè)數(shù)控機(jī)床之間的工藝配合以及工作花的時(shí)間,能夠有效的大大提升機(jī)床生產(chǎn)工作效率。

3.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控智能化 傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)定較為趨于理想化,對(duì)其系統(tǒng)相關(guān)的動(dòng)態(tài)運(yùn)作以及動(dòng)態(tài)調(diào)整功能沒(méi)有一個(gè)明確的功能定義[2]。而同時(shí)利用這種人工工程智能技術(shù)可以自動(dòng)完成較為理想化的前期施工管理形態(tài),可以有效的大大減少前期施工的延誤時(shí)間。并且通過(guò)利用人工科學(xué)信息技術(shù)與其他人工智能技術(shù)結(jié)合在一起的各種方式,可以充分的幫助完成改變?nèi)祟惖母鞣N職業(yè)行為,可以做到大大的有效減少?gòu)臉I(yè)人員的資源使用。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中機(jī)電一體化的應(yīng)用表現(xiàn)

4.1 機(jī)械一體化數(shù)控技術(shù)應(yīng)用 機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)制造初到生產(chǎn)階段,數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域范圍在逐步不斷擴(kuò)大,比如數(shù)控傳動(dòng)激光齒輪加工傳動(dòng)機(jī)床、數(shù)控傳動(dòng)齒輪加工機(jī)床等,都主要是通過(guò)應(yīng)用不同數(shù)控技術(shù)和新工藝手段綜合而來(lái)形成。各類工業(yè)應(yīng)用機(jī)械設(shè)備加工性能的有效綜合發(fā)揮,能直接使得各類應(yīng)用機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)加工智能化綜合應(yīng)用,比如自動(dòng)旋轉(zhuǎn)銑刀主軸和銑頭、自動(dòng)快速換檔銑刀等,能大大提升工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械加工智能化應(yīng)用程度,強(qiáng)化生產(chǎn)工作效率。

4.2 機(jī)械一體化技術(shù)在動(dòng)力部分的應(yīng)用 在工業(yè)機(jī)械設(shè)備機(jī)電動(dòng)力控制部分中合理分配應(yīng)用機(jī)電動(dòng)力一體化傳動(dòng)技術(shù)主要目的是為了對(duì)機(jī)械生產(chǎn)率提高進(jìn)行有效控制,全面解決降低機(jī)械能耗不足問(wèn)題。在我國(guó)傳統(tǒng)電子工業(yè)技術(shù)發(fā)展中它所應(yīng)用的各類電子設(shè)備生產(chǎn)能耗較大,生產(chǎn)過(guò)程效率相對(duì)較低,獲取的工業(yè)綜合信息效率相對(duì)較低。在工程機(jī)械設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造使用過(guò)程中,要對(duì)機(jī)械能源消耗突出問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行全面有效控制。通過(guò)應(yīng)用優(yōu)化機(jī)電設(shè)備一體化管理技術(shù)及其應(yīng)用對(duì)工業(yè)能源消耗中的問(wèn)題可以進(jìn)行有效控制,提升工業(yè)機(jī)械設(shè)備的勞動(dòng)力管理效率。

4.3 在傳感器方面的應(yīng)用 在機(jī)電設(shè)備一體化啟動(dòng)系統(tǒng)中的各傳感器元件是啟動(dòng)信息信號(hào)傳輸重要系統(tǒng)組成的一部分,將啟動(dòng)系統(tǒng)中各類不同型號(hào)信息傳遞連接到不同型號(hào)組成量的元件中,啟動(dòng)組成元件穩(wěn)定正常運(yùn)行[3]。在現(xiàn)有傳感器自動(dòng)數(shù)據(jù)快速傳輸技術(shù)基礎(chǔ)上,能有效保障錯(cuò)誤信息通過(guò)數(shù)據(jù)安全快速準(zhǔn)確傳遞,能對(duì)數(shù)據(jù)傳遞傳輸過(guò)程中各類重要錯(cuò)誤信息發(fā)生時(shí)的概率大小進(jìn)行自動(dòng)控制。在用戶傳遞數(shù)據(jù)過(guò)程中,傳感器傳遞系統(tǒng)不僅要有效集成數(shù)據(jù)通訊處理系統(tǒng),還要和數(shù)據(jù)執(zhí)行處理系統(tǒng)有效進(jìn)行融合。信號(hào)在高速傳遞傳輸過(guò)程中,到達(dá)系統(tǒng)指定傳輸位置之后,可以進(jìn)行自動(dòng)化解并啟動(dòng)傳輸元件,達(dá)到各項(xiàng)傳輸動(dòng)作中的指令基本設(shè)定要求。

4.4 在監(jiān)控系統(tǒng)中的有效應(yīng)用 機(jī)械設(shè)備在長(zhǎng)期技術(shù)應(yīng)用中會(huì)容易發(fā)生一些較多新的突發(fā)技術(shù)問(wèn)題,比如機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)期應(yīng)用發(fā)生故障以及機(jī)械原材料長(zhǎng)期供應(yīng)不足等復(fù)雜問(wèn)題。發(fā)生此類行業(yè)突發(fā)安全問(wèn)題之后,需要及時(shí)對(duì)此類問(wèn)題企業(yè)進(jìn)行排查處理,停止工業(yè)機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行,避免出現(xiàn)帶來(lái)更多行業(yè)安全隱患。當(dāng)前為了有效保障不同機(jī)械設(shè)備人員能有效正確應(yīng)用不同機(jī)械故障,需要不斷強(qiáng)化故障監(jiān)控管理系統(tǒng)網(wǎng)的建立,通過(guò)故障監(jiān)控管理系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)機(jī)械故障,對(duì)部分機(jī)械故障出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行集中控制。

4.5 液壓技術(shù)的應(yīng)用 液壓控制技術(shù)主要特點(diǎn)是通過(guò)選取一種科學(xué)性和技術(shù)含量較高的新型水壓控制系統(tǒng),將液壓計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與液壓控制系統(tǒng)技術(shù)的功能有效緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)械制造業(yè)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化四個(gè)方向全面融合發(fā)展。液壓傳動(dòng)技術(shù)目前應(yīng)用起來(lái)具有諸多新的應(yīng)用價(jià)值,能在各種機(jī)械制造的各行業(yè)中廣泛應(yīng)用,在各種工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、裝配件等機(jī)械制造方面等都具有較大量的應(yīng)用技術(shù)成就。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電設(shè)備一體化在我國(guó)機(jī)械設(shè)備工業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)制造中及其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要主導(dǎo)作用,在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)制造應(yīng)用過(guò)程中,機(jī)電設(shè)備一體化主要集中體現(xiàn)在機(jī)械動(dòng)力元件部分、機(jī)械元件本體部分、傳感元件部分等。在工業(yè)機(jī)械設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)制造應(yīng)用過(guò)程中,要不斷強(qiáng)化機(jī)電設(shè)備一體化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用,提升工業(yè)機(jī)械設(shè)備技術(shù)應(yīng)用生產(chǎn)效率。