淺析機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

肖耀宇

（金昌市理工中等專業(yè)學(xué)校，甘肅 金昌 737100）

機(jī)電一體化技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、機(jī)械工程和機(jī)械設(shè)計(jì)等多學(xué)科領(lǐng)域相結(jié)合的綜合集成技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中主要應(yīng)用于現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，可以使機(jī)器的設(shè)計(jì)更加合理，從而使得產(chǎn)品具有高可靠性和安全性。因此，本文對機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢進(jìn)行詳細(xì)分析，對促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)一步完善與提升有著重要意義。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的基本含義及其特征

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)的基本含義

機(jī)電一體化技術(shù)（Electromachineintegrationte chnology）是指將電子信息技術(shù)和機(jī)械技術(shù)、自動控制與傳感監(jiān)測技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件與通信技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，使它們成為一個(gè)具有統(tǒng)一規(guī)劃、綜合協(xié)調(diào)運(yùn)行能力的完整系統(tǒng)。它是一門具有綜合功能的高科技新領(lǐng)域，為人類社會發(fā)展提供最新的科學(xué)技術(shù)成果，為國防建設(shè)提供強(qiáng)大的力量。從人類文明進(jìn)程來看，機(jī)電一體化在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著信息產(chǎn)業(yè)的興起和信息化工程全面推進(jìn)，機(jī)電一體化也在迅速發(fā)展。從世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展史來看，機(jī)電一體化在社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用。目前，全世界有60 多個(gè)國家和地區(qū)開展了機(jī)電一體化研究與應(yīng)用活動。美國、日本等發(fā)達(dá)國家已將其列為國家戰(zhàn)略項(xiàng)目優(yōu)先開發(fā)研究領(lǐng)域，我國自20 世紀(jì)90 年代初開始機(jī)電領(lǐng)域科研攻關(guān)后，也相繼開展了一系列相關(guān)項(xiàng)目，機(jī)電一體化技術(shù)是21 世紀(jì)發(fā)展的主要方向。

1.2 機(jī)電一體化技術(shù)的特征

1.2.1 智能化

智能化系統(tǒng)能夠通過分析判斷對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。為了能夠更好地提高機(jī)械工程的自動化、智能化水平，就需要使機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)更加多樣化，使其能夠更好地滿足社會需求。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的控制方式。比如，可以選擇計(jì)算機(jī)自動控制、專家系統(tǒng)等方式。智能化系統(tǒng)的應(yīng)用能有效地提升機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而為企業(yè)發(fā)展提供良好的條件。

1.2.2 清潔化

清潔化是通過對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染的環(huán)節(jié)進(jìn)行清洗和控制，從而使生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染最小化或最少化，并使排放出的污染物達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求。機(jī)電一體化技術(shù)與清潔化生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，可以將傳統(tǒng)意義上的“垃圾”進(jìn)行徹底地、無害化地處理和利用，從而將其轉(zhuǎn)變成可以再利用且符合環(huán)保要求的產(chǎn)品。清潔化生產(chǎn)技術(shù)有許多不同品種，如化學(xué)和物理方法等。這些不同技術(shù)的結(jié)合不僅可以減少污染，還可提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。例如，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行清洗、控制污染并將其轉(zhuǎn)化為潔凈或無污染產(chǎn)品，可提高勞動效率5 ～10倍之多。因此，對機(jī)電一體化技術(shù)在清潔化生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，必須充分考慮。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中實(shí)際應(yīng)用的探究

工業(yè)革命的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，成了機(jī)械工程技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。20 世紀(jì)60 年代，機(jī)電一體化技術(shù)逐漸在機(jī)械工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并對我國的機(jī)械行業(yè)起到了很大的促進(jìn)作用。在機(jī)械領(lǐng)域，由于采用了信息化技術(shù)，提高了機(jī)械的生產(chǎn)效率，使機(jī)械的技術(shù)水平得到了進(jìn)一步的提升，使整個(gè)機(jī)械的技術(shù)水平得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

2.1 改造機(jī)床

機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和價(jià)值，尤其是在機(jī)床改裝方面，更能推動各種工作的順利進(jìn)行。

在實(shí)際工作中，數(shù)控機(jī)床是使用頻率最高的設(shè)備，而且在生產(chǎn)過程中，對產(chǎn)品的精確度要求很高，如果在使用過程中出現(xiàn)了問題，那么，將會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成很大的影響，因此，必須將機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械工程中，它不僅可以改善現(xiàn)有機(jī)床的加工精度，而且還可以大大提高其工作效率，實(shí)現(xiàn)智能化。同時(shí)，合理的運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以對原有的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行更好的優(yōu)化和完善，使其結(jié)構(gòu)更加現(xiàn)代化，減少了刀具和工作臺的軌跡誤差。

在實(shí)際工作中，通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)和信息的自動處理，從而降低了工作人員的勞動強(qiáng)度。DPS 芯片是計(jì)算機(jī)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的一種，它能極大地提高機(jī)床抗干擾能力，提高機(jī)械工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著社會的飛速發(fā)展，我國機(jī)械工業(yè)逐步走向了半自動化，使工人的工作強(qiáng)度和工作的難度大大降低。因此，合理地運(yùn)用自動化技術(shù)，可以從根本上降低機(jī)械工程中出現(xiàn)的各類非正常現(xiàn)象，提高產(chǎn)品的加工精度。比如，在挖掘機(jī)制造過程中，通過對挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)的合理選取，并按要求預(yù)先設(shè)定好的軌跡，再通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化控制，可以降低人力勞動強(qiáng)度，提高工作的精確度。

2.2 運(yùn)輸機(jī)械

隨著社會的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也逐步被應(yīng)用到了煤礦的流水線上，各大企業(yè)不再像以前那樣挖礦、運(yùn)煤，而是用機(jī)械代替人工操作，工人可以在控制室里，通過屏幕看到地下的情況，然后下達(dá)各種命令，將各種煤炭安全地運(yùn)送到地面。礦井機(jī)電一體化后，煤炭運(yùn)輸方式發(fā)生了變化，根據(jù)礦井地形、物料特性，采用液壓輸送方式，提高運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定性。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其是它在安全控制、維修等方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢，因此，在監(jiān)控系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，通過監(jiān)控系統(tǒng)，可以檢測出各種可能出現(xiàn)的故障，方便維護(hù)人員的工作，降低勞動強(qiáng)度。此外，本系統(tǒng)具有報(bào)警功能，能有效地解決故障，防止發(fā)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，延長機(jī)器的使用壽命，減少投資，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 電子油門控制技術(shù)的應(yīng)用

隨著市場環(huán)境的持續(xù)發(fā)展和改變，人民的生活水準(zhǔn)日益提高，對科技產(chǎn)品的總體需求也在不斷提升，從性能到品質(zhì)都要盡量符合現(xiàn)實(shí)需求。與此同時(shí)，社會各界對環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識不斷提高，生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展已成為社會發(fā)展的主流。采用機(jī)電一體化技術(shù)，可以對汽車油門進(jìn)行科學(xué)合理地控制，可以有效地解決傳統(tǒng)汽車柴油機(jī)燃油消耗大、排放污染大等問題，使控制系統(tǒng)的總體效果和性能得到明顯提高，可以有效地減少污染問題，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。將這種技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械工程，可以有效地提高工程的效率和質(zhì)量，保證工程的安全、穩(wěn)定。

2.5 在紡織、包裝等機(jī)械方面的應(yīng)用

紡織機(jī)械是現(xiàn)代紡織工業(yè)的基礎(chǔ)，包括棉紡、麻紡和化纖三個(gè)主要品種。我國在“八五”期間就開始進(jìn)行技術(shù)改造，引進(jìn)了一些機(jī)電一體化設(shè)備，包括自動絡(luò)筒機(jī)、梳棉所需的自動喂紗器、自動清梳聯(lián)生產(chǎn)線等。由于這些設(shè)備具有機(jī)電一體化特點(diǎn)，所以它們與其他機(jī)械相結(jié)合可構(gòu)成完整的紡織機(jī)械系統(tǒng)。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于紡織工業(yè)，對紡織生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控和控制。例如，采用PLC、變頻器等對紡紗工序、后整理工序及其他輔助工序進(jìn)行有效地監(jiān)控和控制。包裝機(jī)械是指各種需要進(jìn)行包裝或分裝物料以及供儲運(yùn)或其他操作場所使用的機(jī)械，主要有卷筒機(jī)、充填設(shè)備等。這些機(jī)械的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行可靠和工作效率高是機(jī)電一體化設(shè)備的主要特征。將各種功能部件集成到機(jī)器系統(tǒng)中，使各種功能部件在運(yùn)動過程中相互協(xié)調(diào)，達(dá)到良好效果，例如，采用伺服系統(tǒng)控制帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)無人值守。

2.6 在柴油機(jī)項(xiàng)目優(yōu)化中的應(yīng)用

柴油機(jī)是一種十分重要的工程機(jī)械，提高其使用性能和穩(wěn)定性，對于我國的社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的作用。目前，環(huán)境污染是一個(gè)迫切需要解決的問題，而采用機(jī)電一體化技術(shù)，可以使其達(dá)到自動化運(yùn)行，并能提高其時(shí)效性和穩(wěn)定性，從而逐步提高經(jīng)濟(jì)效益和管理效益。同時(shí)，該技術(shù)還能降低生產(chǎn)過程中的污染，改善整個(gè)行業(yè)的經(jīng)營狀況，為我國機(jī)械行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的發(fā)展趨勢

目前，在相關(guān)的實(shí)踐中，機(jī)電一體化已可以應(yīng)用于各種機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)，并逐漸擴(kuò)大現(xiàn)有的技術(shù)。這主要是因?yàn)闄C(jī)電一體化有助于降低整體能源消耗，同時(shí)，也有助于提高工藝精度和顯著優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)電一體化技術(shù)在今后的發(fā)展中也將呈現(xiàn)以下幾個(gè)基本趨勢。

3.1 擁有更加全面統(tǒng)一的管理平臺

機(jī)電一體化技術(shù)在不斷探索和提升自己技術(shù)的同時(shí)，首先，要針對目前存在的問題做出相應(yīng)的調(diào)整和修正，特別是機(jī)電一體化技術(shù)，必須在一個(gè)更完整、更統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行管理與維護(hù)，以確保整體技術(shù)體系的穩(wěn)定與安全。通過搭建統(tǒng)一、綜合的管理平臺，使各有關(guān)工作人員在機(jī)械工程生產(chǎn)中，可以隨時(shí)進(jìn)行技術(shù)問題的溝通，并及時(shí)地調(diào)整技術(shù)應(yīng)用和操作的正確性，同時(shí)，也可以將自己的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)分享給相關(guān)的員工，讓他們能夠根據(jù)自己的需求，進(jìn)行智能化、一體化的應(yīng)用，從而推動整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，讓整個(gè)工程的生產(chǎn)更加智能化。

3.2 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化

隨著機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛和復(fù)雜化，對其可靠性要求也越來越高，這就對提高系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸提出了新的要求。為了適應(yīng)這種要求，一種全新的、具有網(wǎng)絡(luò)功能的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。這種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)基于局域網(wǎng)架構(gòu)，以高可靠性和高安全性為前提條件設(shè)計(jì)，具有傳輸速度快、穩(wěn)定性好以及可擴(kuò)展性強(qiáng)等特。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，利用這種網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以方便地將企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間生產(chǎn)現(xiàn)場所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行處理和存儲。

3.3 朝著綠色化的方向發(fā)展

隨著我國工業(yè)化的迅速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，生態(tài)問題日益凸顯。

目前，世界上很多國家都在逐步實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)和機(jī)電一體化設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，利用各種先進(jìn)的技術(shù)，縮小了機(jī)械設(shè)備的體積，降低了能源消耗，避免了資源的浪費(fèi)和污染。同時(shí)，由于其輕便、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，這與我們國家的可持續(xù)發(fā)展思想是一致的。

3.4 逐步實(shí)現(xiàn)針對性地智能化、可持續(xù)化發(fā)展

隨著社會的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)也在不斷地發(fā)展，同時(shí)也需要將各種現(xiàn)代技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，使其朝著智能化的方向發(fā)展。產(chǎn)品的智能化是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化智能化發(fā)展的前提和保障，這與傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)有很大的不同，所以必須堅(jiān)持以控制理論為基礎(chǔ)，將生理學(xué)、人工智能、心理學(xué)相結(jié)合，再通過人工智能來實(shí)現(xiàn)自動化診斷和產(chǎn)品加工。但不可否認(rèn)的是，目前的智能化機(jī)電一體化技術(shù)還處在摸索階段，還沒有得到很好地實(shí)施，因此，在今后的機(jī)械工程發(fā)展中，必須加強(qiáng)對智能機(jī)電一體化技術(shù)的研發(fā)。

3.5 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的集成化

隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也逐漸應(yīng)用到機(jī)械工程當(dāng)中。通過集成化，機(jī)電一體化技術(shù)能夠很好地提高機(jī)械設(shè)備操作人員的效率和安全生產(chǎn)，為企業(yè)帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，要根據(jù)相關(guān)工作人員的意見或者是結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，使企業(yè)能夠更好地提高機(jī)械設(shè)備使用效率。工作人員要將自己所需要使用的機(jī)械設(shè)備和工具等都安裝好，在安裝過程中，對各種零部件做好保護(hù)措施，避免在安裝過程中出現(xiàn)損壞情況。由上可以看出，機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，也使得機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

4 結(jié)語

機(jī)電一體化技術(shù)作為機(jī)械工程的重要組成部分，其在我國機(jī)械工程中的應(yīng)用與發(fā)展是非常重要的，并且也對相關(guān)人員提出了更高的要求。機(jī)電一體化技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，它的出現(xiàn)和發(fā)展對機(jī)械工程有了新的認(rèn)識，同時(shí)，也給我國機(jī)械工業(yè)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。機(jī)電一體化技術(shù)正處于起步階段，雖然對機(jī)電一體化技術(shù)研究得還不夠充分，但是從國內(nèi)外一些著名企業(yè)對其進(jìn)行的實(shí)踐證明可以看出，機(jī)電一體化技術(shù)在我國機(jī)械工程中具有十分廣闊且巨大的應(yīng)用前景。目前，我國對于這一項(xiàng)新技術(shù)還存在很多不足，但是，在未來的幾年里，它必然會得到快速發(fā)展，并向自動化、智能化方向發(fā)展。