論機電一體化的發(fā)展及在工程機械中的應用

申寧　李國銘

摘 要：現代工程機械的進步，尤其是信息技術的發(fā)展，使得機電一體化的進程加快。無論是關于機電一體化的理論研究還是實踐都呈現出良好的發(fā)展勢頭，機電一體化在工程機械的設計、制造以及使用過程中可以發(fā)揮重要作用。文章在分析機電一體化目前發(fā)展態(tài)勢的基礎上，對機電一體化在工程機械中的應用進行深入的探討和分析。

關鍵詞：機械；一體化；工程機械；應用

中圖書分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0090-02

機電一體化技術是一門將機械技術、電子科技技術，微電子技術以及控制技術、變換技術等各種技術融合在一起的綜合性技術。現代信息時代的到來使機電一體化快速發(fā)展并且在現實生活當中得到了廣泛的應用。尤其是隨著現代計算機技術的不斷改進和完善，機電一體化技術已經成為機械和微電子技術緊密結合的技術，成為推動工程機械發(fā)展的核心要素。將機電一體化技術應用到對工程機械的使用性能、操作效率等產生了革命性的影響，充分認識機電一體化技術對于工程機械產生的影響和作用，對于在理論上切實有效的開展相關研究，在實踐當中做到新型技術的開拓與創(chuàng)新，都具有十分重要的意義和價值，因此本文將對這些問題進行探討和分析，以期能夠推動機電一體化相關的理論研究與實踐，有效的推動工程機械技術的創(chuàng)新與進步。

1 機電一體化技術的發(fā)展

現代信息技術以及科學技術的迅速發(fā)展，推動的了不同學科的之間的交叉發(fā)展，導致工程機械領域出現了新的現象和趨勢。在機械工程機械領域微電子技術與計算機技術迅速向工程機械領域滲透，從而加速了機械工業(yè)技術的結構以及生產方式以及管理體系發(fā)生了革命性的變化。機電一體化是指機械的主功能引入信息處理與控制功能，從而將機械裝置與電子化設計與軟件結合起來，從而計算機與機械結合的信息自動化系統(tǒng)。機電一體化發(fā)展到現在已經形成一門新的學科，隨著科學技術的發(fā)展，機電一體化技術被賦予新的內容。

機電一體化的發(fā)展大概分為了三個階段，在20世紀60年代為初級階段，這一階段人們利用電子技術來逐步完善機械產品的性能，從而提高產品的質量和效率。尤其是第二次世界大戰(zhàn)，戰(zhàn)爭促使機械產品自動化技術的出現，計算機技術在機械產品的使用中功能被逐漸強化。在初級階段，機電一體化技術應用還基本處于自發(fā)狀態(tài)，由于計算機技術的發(fā)展尚未達到一定水平，因此機電一體化生產的產品并沒有得到大量的推廣和普及。到了20世紀70～80年代，機電一體化技術進入到第二階段，這個階段機電一體化進入到蓬勃發(fā)展的時期。在世界范圍，機電一體化技術以及產品得到了極大發(fā)展，機電一體化產品得到了極大的推廣和關注。20世紀90年代，機電一體化出現了新的發(fā)展方向和趨勢，光學以及通信技術融入到了工程機械產品生產中，由此微電技工技術、光電技術等新的分支開始形成，機電一體化的建模設計以及各種集成方法不斷涌現，導致改技術進入到了一個高速發(fā)展的時代。

2 機電一體化與工程機械的關系

將機電一體化技術引入到工程機械當中，可以極大的改善工程機械的性能和質量，使工程機械的經濟性、可靠性以及安全性，操作性大大提高。例如工程機械的液壓技術與電子控制技術相結合，就可以大大提高工程機械的操作效率和質量。目前微機處理器在工程機械應用到相當普及，并且取得了不錯的效果。隨著機電一體化技術的發(fā)展，工程機械與機電一體化技術的融合達到了前所未有的高度，電子控制技術已經深入到工程機械的諸多領域，并且還有拓展和擴大的趨勢。

目前隨著電子控制技術的成熟，將其應用到工程機械領域，已經是相當普遍的事情。很多機械在安裝上電子控制系統(tǒng)之后，都可以實現自動化或半自動化的操作。諸如平地機的自動找平、稱重機械的自動控制與升級、發(fā)動機的自動調整，汽車自動調檔等。隨著相關技術的不斷發(fā)展與成熟，相信機電一體化技術在工程機械中的應用將會更加普遍，其結構也更加復雜，但是其操作的難度可能將會隨之簡化，效率也會大大提高。

總體來看機電一體化技術融入到工程機械當中，可以極大的改善了機械的性能，對工程機械的操作平臺的建設以及使用產生了革命性的影響，同時在工程機械當中使用機電一體化技術，對于未來該項技術的發(fā)展與深入，對于電子信息技術、控制技術、數據處理技術等的發(fā)展也產生了重要影響。兩者之間相互影響彼此結合共同推動了經濟的發(fā)展和人類社會的進步。未來智能化以及網絡化將是機電一體化發(fā)展的主要趨勢和方向，并且隨著這些技術的成熟，將會逐步引入到工程機械當中，從而推動工程機械制造以及相關技術的進一步發(fā)展。

3 機電一體化在工程機械應用中的具體表現

機電一體化技術在工程機械的應用涉及的領域和范圍很廣泛，本文從以下幾個方面進行深入探討和分析。

①監(jiān)督與控制作用。監(jiān)督與控制作用是利用電子控制技術發(fā)揮作用的重要方面，通過將微電子控制技術引入到工程機械當中，可以對工程機械的使用過程以及出現故障時進行自動的監(jiān)督和控制，從而減少相關事故的發(fā)生。工程機械的電子監(jiān)控系統(tǒng)可以對機械設備進行監(jiān)控，具有故障報警與自動診斷的功能，對機械設備及時進行檢查，及時發(fā)現故障和問題，提醒操作人員注意排除和維修。一旦出現異常情況，電子監(jiān)控系統(tǒng)可以迅速確定故障部位和原因，便于工作人員及時檢修，極大地提高了工作效率，減少不必要的損失，也可以避免重大故障的發(fā)生?，F在電子監(jiān)控系統(tǒng)在工程機械當中的應用已經相當普遍，并且極大的改善了工程機械自身的預警系統(tǒng)，通過電子自動監(jiān)控系統(tǒng)使用工程機械的操作人員的效率也得到了極大提升。

②節(jié)能作用。傳統(tǒng)的工程機械無論是制造生產的過程，還是在現實當中的應用。由于沒有將機電一體化引用進來，造成工程機械設備自身的各個功能無法進行有機的整合，設備利用效率比較低，能源浪費比較嚴重。采取新型的電子節(jié)能控制器則可以大幅度提高挖掘機等大型工程機械設備的能量利用率，達到較好的節(jié)能效果，不但節(jié)約了能源，還安全、環(huán)保。操作起來也比較簡便，還可以減少機械磨損，提高工作效率。節(jié)能作用是現代信息技術條件下追求的一個主要目標，隨著人類經濟活動頻率的增加，各種資源的浪費已經成為一個主要問題，大力興建工程以及房屋導致資源的浪費程度進一步增加，因此在使用各種機械的過程中，有效降低機械對于環(huán)境的破壞，資源的耗費將是現代電子控制技術追求的一個主要目標，工程機械在使用過程中通過利用相關技術以及系統(tǒng)平臺的改造，可以達到節(jié)省自身資源耗費以及對外部資源依賴程度過高的問題，通過提高資源的利用效率，達到節(jié)能的作用和目標。

③保證成品的作業(yè)精度。電子控制系統(tǒng)應用到工程機械設備上，可以使稱量變得更為精確，使稱量過程自動化，避免了人工測量誤差較大的弱點，使成品的作業(yè)精度明顯提高。電子自動測量還節(jié)約了人力資源，降低了施工人員的工作強度，高效、快捷，符合現代工程施工的要求。機電一體化的控制系統(tǒng)極大的改善了工程機械的工作精度，對于提高工程機械生產出來的產品的性能和質量都起到了關鍵性的作用。通過電子控制系統(tǒng)，不但可以實現工程機械作業(yè)的自動化、智能化，而且還可以減少由于人工操作帶來的各種失誤和偏差，從而保證工程機械作業(yè)產品的精度。提高產品的精度，對于提高工程機械作業(yè)產品的質量和效果具有十分重要的意義，工程機械無論是用于施工還是用于簡單的生產一些工程產品，其產品的作業(yè)精度，將直接影響到未來相關工程的質量，對于其產生的經濟效益和社會效應，也具有十分重要的影響，因此提高成品的作業(yè)精度將是利用電子控制系統(tǒng)發(fā)揮其功能的一個主要方面。

④降低勞動強度。機電一體化技術的引入，使工程機械施工操作過程實現自動化或者半自動化。操作者可以更好地借助機械設備完成各種工作，勞動強度降低，工作效率卻提高了，也減少了由于技術原因而導致的失誤，實現了自動化、標準化的操作。工程質量和精度得到了充分保證，勞動力資源也可以得到更加合理的配置。一些比較先進的工程機械上面都裝有自動操作的系統(tǒng)，例如推土機機械上就通過使用具有自動功能的電子控制系統(tǒng)，來幫助操作人員有效識別內外部施工的情況，同時對于機械本身可以形成有效的監(jiān)督與控制，不但可以提高機械發(fā)動機的功率，降低能源耗費，更可以簡化相關操作的程序，優(yōu)化操作的程序，從而達到降低操作人員勞動強度的效果。降低勞動強度，對于提高工作效率，提高工程機械的使用效率，推動各種項目的順利完成，具有十分重要的作用。目前將電子控制系統(tǒng)引入到工程機械當中，降低勞動工作強度，已經成為機電一體化技術比較鮮明的一個特點和價值應用標準。

⑤作業(yè)過程的自動化或半自動化。自動化或半自動化可以提高工程機械的運作效率和質量，通過自動化的作業(yè)，可以減輕機械操作人員的精力付出，降低體能，達到降低勞動強度的目標。另外在對于一些生產系列產品的機械而言，通過自動化可以降低由于生產經驗、操作技術不到位而帶來的種種不良影響。例如在施工機械如果裝有可以控制的操作系統(tǒng)，就可以從很大程度上減少由于操作人員體力不足，精神疲憊以及匱乏經驗而帶來的種種安全隱患和事故。

一些先進的挖掘機上都裝有自動化的挖掘軌跡控制操作系統(tǒng)，操作人員可以根據這個控制系統(tǒng)進行工作，可以根據這個軌跡控制系統(tǒng)設定耗鏟斗的形狀與軌跡，然后利用各種傳感器信號以及相關自動設施及其他裝置，實現自動化挖掘，從而減少人為的失誤和事故發(fā)生。

通過以上分析可以發(fā)現機電一體化對于工程機械的使用性能、操作效率、安全與可靠性、節(jié)能、自動化等多個方面都產生重要影響。但是需要指出的是使用工程機械的畢竟是人，因此在將機電一體化技術引入到工程機械當中的時候，不能忽略的人主體作用。要充分重視人的主動能量，只有這樣才能更好的發(fā)揮機電一體化的作用，提高工程機械的使用效率，推動機械一體化技術的發(fā)展和進步。

4 結 語

總之，隨著現代信息技術的發(fā)展，尤其是計算機技術的發(fā)展，將微電子控制技術作為核心的機電一體化技術必將在工程機械使用以及操作、改造中發(fā)揮重要的作用，極大的推動工程機械自身性能的改進和技術的創(chuàng)新，這對于推動工程機械技術的發(fā)展，提高工程機械的使用效率，將產生重要的影響和價值。相信未來機電一體化技術在工程機械的應用的領域和范圍將會更加的廣泛和深入，因此將機電一體化技術與工程機械作為一個理論與實踐研究的重要課題是具有深遠意義的。

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