機電工程自動化技術應用研究

王 寬

（鶴壁技師學院，河南 鶴壁 458030）

機電工程自動化技術主要能夠幫助機械加工環(huán)節(jié)不必過度依賴人工操作，利用電力驅動完成設備的自動運行，同時也可通過電子技術完成設備的智能啟停，實現(xiàn)對各項參數(shù)的及時調(diào)節(jié)。為了保證機電工程自動化技術的高效運用，筆者對機電工程自動化技術的基本內(nèi)容、優(yōu)勢與特點進行深入剖析。

1 機電工程自動化技術分析

1.1 基本內(nèi)容

自動化技術是以互聯(lián)網(wǎng)以及通信技術作為應用基礎，通過將所有信息資源進行整合處理，實現(xiàn)無人干預便可對產(chǎn)品工藝參數(shù)完成智能調(diào)節(jié)的工作模式。隨著機電工程對自動化技術的高效運用，對生產(chǎn)系統(tǒng)中的軟件與硬件設施進行了一定程度的優(yōu)化與升級。其中軟件系統(tǒng)需要依托服務器與網(wǎng)絡設施來使用，不同功能模塊分別負責各環(huán)節(jié)的控制與運行，能夠自動采集加工信息并完成在線存儲，幫助工作人員利用計算機更好地完成資源調(diào)配，實現(xiàn)資源的最大化運用。而硬件設施上也實現(xiàn)了數(shù)字化控制，能夠支持操作人員通過編程系統(tǒng)完成產(chǎn)品的加工制造[1]。

1.2 應用價值

1）機電工程自動化技術大幅提升了生產(chǎn)效率，推動工業(yè)生產(chǎn)向現(xiàn)代化生產(chǎn)轉變，大量解放人力資源，通過自動生產(chǎn)指令、智能計算、單元模塊實現(xiàn)產(chǎn)品的統(tǒng)一加工與制造。同時操作人員也可以依照實際需求設定參數(shù)，最大可能地減小產(chǎn)品誤差。并且自動化技術能夠完成批量作業(yè)，實現(xiàn)投資資源的高效利用，促進經(jīng)濟效益增長。2）機電工程自動化技術可以提高生產(chǎn)質量，一方面，工作人員可以運用機械設備進行安全風險的監(jiān)測與評估，借助計算機系統(tǒng)與控制程序完成設備運行狀態(tài)的實時把控，進一步規(guī)范生產(chǎn)流程，充分發(fā)揮各項技術的應用價值。另一方面，自動化技術的檢測效率極高，可以自行分析各裝置的運行參數(shù)，通過上傳至數(shù)據(jù)庫進行標準值的比對，從而評估設備的使用壽命，判斷裝置是否存在故障，以此達到降低安全事故發(fā)生概率的目的[2]。

2 機電工程自動化技術的應用路徑

2.1 機械加工制造方面

在機械加工制造當中，自動化技術的主要表現(xiàn)形式為以下四種：1）智能化應用。與以往的加工模式相比，智能化技術可以實現(xiàn)加工制造的全過程調(diào)節(jié)與控制，自動識別系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、參數(shù)，完成應用系統(tǒng)的全方位檢測，并根據(jù)分析結果，找出加工制造時存在的不足與漏洞，之后借助專家系統(tǒng)與神經(jīng)元網(wǎng)絡自行設計出一套切實可行的解決方案，同時記錄好相應信息作為故障案例，避免同類型問題再次發(fā)生。此外，為了確保智能化技術優(yōu)勢的充分發(fā)揮，工作人員要設置相應的管理系統(tǒng)以及人機操作界面，從實際需求角度出發(fā)，確保資源的高效使用，防止資源浪費現(xiàn)象的產(chǎn)生。2）虛擬化應用。以往的機械加工制造經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品合格率不符合實際生產(chǎn)標準的情況，尤其是對于一些精密性要求較高的零部件，一旦出現(xiàn)誤差現(xiàn)象，必然會導致不必要的資源浪費，造成成本費用的上漲，不利于產(chǎn)品質量的有效控制。因此，為了解決此類問題，當前部分機械企業(yè)已逐漸開始將虛擬化技術運用在加工生產(chǎn)當中，通過將實際生產(chǎn)情況進行數(shù)字化呈現(xiàn)，利用計算機與程序系統(tǒng)構造三維模型，使零部件的各項參數(shù)信息能夠在線完成調(diào)整與修改，即使出現(xiàn)零部件加工制造環(huán)節(jié)存在計量誤差、設備參數(shù)不符合應用需求的情況，也不會在調(diào)整過程中浪費制造材料與成本資金。同時，虛擬化技術的模擬效果精確度極高，基本可以保證加工過程不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，能夠從源頭上保障產(chǎn)品質量。3）柔性化應用。柔性化應用的特點體現(xiàn)在可以依照外界環(huán)境呈現(xiàn)與之對應的適應能力，是指經(jīng)過柔性化技術加工制造出的產(chǎn)品更符合市場的需求環(huán)境與應用特征，能夠遵從發(fā)展性原則與經(jīng)濟變化趨勢，進行產(chǎn)品特點的修正與完善。當前，機械企業(yè)在制造產(chǎn)品時需要根據(jù)客戶的使用要求來調(diào)整產(chǎn)品結構與類型，因此如何提高產(chǎn)品的適用性是各機械加工制造企業(yè)需要切實解決的問題。在使用柔性化技術時需要將其與其他技術有機結合，在保障產(chǎn)品有序生產(chǎn)的基礎上，優(yōu)化人員操作行為、升級計算機系統(tǒng)界面，并合理構建產(chǎn)品信息與參數(shù)，充分發(fā)揮計算機管理性能，以此達到保障信息系統(tǒng)運行可靠性、產(chǎn)品交貨時間的目的。4）集成化應用。集成化技術是機械加工制造產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向，是指將計算機技術進行高度整合，使其能夠作為一個整體被運用到生產(chǎn)系統(tǒng)當中，借助其包含的管理、信息等程序，優(yōu)化加工流程，促進自動化生產(chǎn)，使加工制造方式更加多元化、多樣化，并實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度管理，避免無序化的流程開展，影響加工制造效率。在集成化技術的使用過程中，不同工藝間的整合還可強化生產(chǎn)全過程的統(tǒng)籌管理，完成零部件的動態(tài)集成，同時還可帶動資源的優(yōu)化配置，切實發(fā)揮自動化技術在機械加工制造中的實際作用[3]。

2.2 智能生產(chǎn)方面

在智能生產(chǎn)方面，許多電氣工程企業(yè)都已將自動化生產(chǎn)線投入到加工生產(chǎn)領域，借助一系列電子技術與先進設備實現(xiàn)一體化管理，以此提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)質量，推動生產(chǎn)的集約化發(fā)展。本文將對其中使用范圍最廣的幾種技術進行分析討論：1）光電控制系統(tǒng)。能夠對產(chǎn)品、部件進行控制與測試，借助光電傳感器與可編輯邏輯控制器，完成對機械設備的指令傳輸。同時光電控制系統(tǒng)還能做到對模擬量、數(shù)字量的閉環(huán)控制，利用曲線插補功能，進行動態(tài)參數(shù)的監(jiān)控，有效抵御外界不良因素的干擾。2）人機界面控制裝置。該裝置是以用戶作為中點，能夠根據(jù)處理時間順序以及工藝流程，完成多個管理對象、子系統(tǒng)的要求處理，利用多級菜單、分層信息降低操作難度，該自動化設備的優(yōu)勢在于能夠更準確地把握人物要求，可以將組態(tài)軟件編輯好的工程文件進行存儲、分析，保證數(shù)據(jù)信息的安全性。并且人機界面控制也能全面反映設備使用狀態(tài)與應用流程，強化視覺與觸摸效果，降低故障發(fā)生的概率，減少不必要的經(jīng)濟損失[4]。

2.3 數(shù)控機床方面

機電工程自動化技術在數(shù)控機床方面的應用主要體現(xiàn)在數(shù)控功能上，促進軟件設計的模塊化轉變，使數(shù)控機床的設計開發(fā)性、開放性達到最佳，進一步提高數(shù)控機床的運行效率。通過其數(shù)字信息控制功能，完成相應零件與刀具位移，能夠有效解決產(chǎn)品零件品種不確定、批量小、結構復雜的問題。比如，在數(shù)控裝置中利用自動化技術可以將以往MDI手動數(shù)據(jù)輸入方式轉變?yōu)樵贓DIT狀態(tài)下，借助軟件程序完成加工程序的輸入，并將其存儲在存儲器中，以此達到應用程序反復輸入的目的，避免人為操作時容易出現(xiàn)錄入失誤。同時該方法還能實現(xiàn)人機對話，幫助操作者根據(jù)不同的功能菜單，輸入尺寸數(shù)值，進行加工程序的自動生成[5]。

2.4 設備監(jiān)控與維護方面

首先，在設備監(jiān)控方面，需要將設備自動化維修工藝與機電工程自動化技術充分融合，利用信息網(wǎng)絡平臺更準確地把握自動化控制能源消耗狀況，實現(xiàn)機電自動化產(chǎn)品向節(jié)能方向的發(fā)展。比如在水泵機械中，需要水泵設備保持足夠高的液體壓強，能夠完成乳化液、液態(tài)金屬的穩(wěn)定輸送。為此，可將自動化技術運用在水泵的制造流程中，實時監(jiān)測水泵將機械外部能量轉換為電動機機械能的效率，并在操作界面全面呈現(xiàn)液體壓強變化狀況，以此更加高效地完成其與標準數(shù)值的比對與分析，判斷水泵性能是否滿足應用需求。其次，自動化技術中的SCADA系統(tǒng)可以以通信技術、計算機技術作為應用基礎，對運行設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號報警，通過RTU模塊完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)感知，之后利用無線或有線方式將感知層數(shù)據(jù)傳遞到網(wǎng)絡鏈路中，以此為生產(chǎn)監(jiān)控提供重要信息，使工作人員能夠在電子屏上觀看集中展示后的數(shù)據(jù)，準確把握設備狀態(tài)。最后，在設備維護方面，自動化技術可以實現(xiàn)作業(yè)的標準化發(fā)展，完成風險性與效能評估，工作人員可將相關計算內(nèi)容、生產(chǎn)規(guī)劃輸入電腦完成分析設定，使用重復作業(yè)功能，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的統(tǒng)一制度化轉變，并消除產(chǎn)品加工過程中可能產(chǎn)生的鐵屑，保障企業(yè)生成效益，更好地完成人力與時間的規(guī)劃、安排[6]。

3 機電工程自動化技術未來發(fā)展趨勢

3.1 網(wǎng)絡化

我國網(wǎng)絡技術普及程度較高，該技術能夠利用一系列通信設備組建互聯(lián)網(wǎng)平臺，打破時間與空間的限制，使人們可以在網(wǎng)絡上完成溝通與交流，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息的及時傳遞。而機電工程自動化技術的網(wǎng)絡化發(fā)展則主要體現(xiàn)在遠程控制方面，能夠使操作人員利用無線網(wǎng)進行電器操作或參數(shù)調(diào)整。同時遠程控制功能也能及時進行目標對象的配置與維護，解決了以往工程師必須親自到達現(xiàn)場維修設備的問題，進一步降低了維護成本。此外，我國許多電氣工程企業(yè)將研究重點放在了近年飛速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)上，物聯(lián)網(wǎng)是指利用傳感器、GPS、感應器、射頻識別技術實現(xiàn)重要信息的采集，完成互動、連接過程的監(jiān)控，可以通過網(wǎng)絡接入進行物品與過程的管理，能夠進行獨立尋址的網(wǎng)絡。將其運用在機電工程當中不僅可以降低監(jiān)管人員的工作難度，還能通過傳感器全面反映系統(tǒng)內(nèi)的各項參數(shù)，當出現(xiàn)不良入侵或信息問題時，能夠第一時間將錯誤傳遞給管理系統(tǒng)之后進行合理調(diào)整，完成故障修復[7]。

3.2 模塊化

一方面主要體現(xiàn)在統(tǒng)一零件結構與接口，規(guī)定統(tǒng)一的電氣設備使用標準，促進產(chǎn)業(yè)間的信息融合，研發(fā)人員需要推動自動化技術與BIM技術的結合，充分發(fā)揮模塊化技術可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點，進行設備安裝流程、產(chǎn)品加工過程的模型構造，在系統(tǒng)程序內(nèi)進行預制與設計，以此保證構件間的互動性與反饋性得到完成呈現(xiàn)，幫助工作人員及時做好各環(huán)節(jié)的變更與調(diào)節(jié)工作，確保工程內(nèi)容表達更詳細。另一方面體現(xiàn)在機電硬件的全面優(yōu)化，以往許多機械裝置的結構組成以鋼鐵為主，這種構造方法難以避免地會使設備本身過于笨重，既不利于搬運，也容易受環(huán)境因素影響，不利于設備的長時間使用，而采用復合金屬的方法則能有效解決此類問題，達到減輕設備自重、強化機器運行效率的目的，同時機械性能也會得到一定程度的提升[8]。

3.3 智能化

智能化發(fā)展是自動化技術演變的必然趨勢，是指事物在數(shù)據(jù)技術、計算機網(wǎng)絡、人工智能等條件的支持下滿足人們實際需求的屬性，比如無人駕駛汽車便是智能化發(fā)展的重要表現(xiàn)之一。而機電工程自動化技術的智能化發(fā)展能夠在減少人力資源使用的基礎上進一步提高數(shù)據(jù)分析與應用的質量與效率，借助ANN、分布式控制系統(tǒng)、機器人學等智能化工具，使機電工程系統(tǒng)能夠在指定時間內(nèi)完成各項任務，進一步優(yōu)化生產(chǎn)的靈活性與安全性。同時自動化技術的智能化發(fā)展也能促進功能的創(chuàng)新，以此滿足自動化工程的發(fā)展需求，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)效率的提升，更好地進行生產(chǎn)周期的把控，相關技術部門可以此為基礎打造線上平臺，豐富數(shù)據(jù)庫信息，分享研發(fā)成果，幫助設計人員及時掌握不同行業(yè)對系統(tǒng)的應用需要，以此保證產(chǎn)品的適用性。此外要注意機電自動化產(chǎn)品的生產(chǎn)目的是服務人類，提高人們的生活質量，因此產(chǎn)品設計過程需要凸顯人機一體化的特點[9]。

3.4 綠色化

綠色環(huán)保是我國一直以來貫徹的發(fā)展方針，任何行業(yè)、任何企業(yè)都應重視能源的使用，注重生態(tài)環(huán)境的保護。因此，機電工程自動化技術需要向綠色化方向發(fā)展，進一步提高資源的利用效率。首先，自動化技術的精確性較高，可以有效避免加工產(chǎn)品的實際誤差，避免材料的過度消耗，提高產(chǎn)品合格率。其次，在工業(yè)制造過程中會產(chǎn)生大量的污水與廢氣，需要工作人員借助自動化技術與相關設備進行污染量的排放控制，進行有害物的含量檢測與毒性分析，準確判斷排放量數(shù)值是否滿足各項安全排放系數(shù)，以此打造綠色生態(tài)。最后，要求相關人員做好不合格產(chǎn)品的回收再利用工作，通過自動化技術判斷產(chǎn)品回收價值，進行重要構件的提取，并加強綠色機電化產(chǎn)品的生產(chǎn)力度[10]。

4 結論

綜上所述，通過對機電工程自動化技術的優(yōu)勢與應用價值進行分析討論，提出將其應用在機械加工制造、智能生產(chǎn)、數(shù)控機床、設備監(jiān)控與維護等方面的有效對策。闡述機電工程自動化技術未來發(fā)展趨勢，以此提高資源、材料的利用效率，確保生產(chǎn)、加工流程的安全性與高效性，進一步提高產(chǎn)品質量，消除潛在的風險隱患，推動機電工程行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。