淺談機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用及發(fā)展

梁仕添

摘要：現(xiàn)代工程施工中，工程機(jī)械的性能、自動(dòng)化程度及其經(jīng)濟(jì)性等可以直接影響到施工工藝的好壞，而工程機(jī)械的電氣與電子控制系統(tǒng)質(zhì)量與性能優(yōu)劣又直接影響到工程機(jī)械的施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及使用壽命等。所以，機(jī)電一體化技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

關(guān)健詞：機(jī)電一體化；技術(shù)；工程機(jī)械；應(yīng)用

機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，其內(nèi)容將不斷更新。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)等群體技術(shù)，合理配置各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)，它使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁人了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。本文主要介紹了機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用及發(fā)展。

1、機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的作用

1.1 電子監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警及故障自診

即對(duì)工程機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作裝置、制動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，工作中一旦出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，能自動(dòng)報(bào)警并準(zhǔn)確地指出故障的部位，從而改善駕駛員的工作條件，提高機(jī)器的工作效率，簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)檢查工作，降低使用維修費(fèi)用，縮短停機(jī)維修時(shí)問(wèn)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

1.2 節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)率

傳統(tǒng)工程機(jī)械的能量利用率較低.例如液壓挖掘機(jī)的燃料能量利用率僅為30%左右.如此低的能量利用率迫使工程機(jī)械的發(fā)展必須著眼于節(jié)能。日本小松公司挖掘機(jī)采用新型節(jié)能控制器。具有良好的節(jié)能效果，燃料可節(jié)省23%；日本日立公司挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)采用了卡特電子效率控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的綜合控制，使功率的利用率可達(dá)98% .同時(shí)生產(chǎn)率也大大提高。

1.3 保證成品的作業(yè)精度

電子控制系統(tǒng)應(yīng)用到工程機(jī)械設(shè)備上，可以使稱量變得更為精確，使稱量過(guò)程自動(dòng)化，避免了人工測(cè)量誤差較大的弱點(diǎn)，使成品的作業(yè)精度明顯提高。電子自動(dòng)測(cè)量還節(jié)約了人力資源，降低了施工人員的工作強(qiáng)度，高效、快捷，符合現(xiàn)代工程施工的要求。

1.4 降低勞動(dòng)強(qiáng)度

機(jī)電一體化技術(shù)的引入，使工程機(jī)械施工操作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或者半自動(dòng)化。操作者可以更好地借助機(jī)械設(shè)備完成各種工作，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，工作效率卻提高了，也減少了由于技術(shù)原因而導(dǎo)致的失誤，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的操作。工程質(zhì)量和精度得到了充分保證，勞動(dòng)力資源也可以得到更加合理的配置。

2、機(jī)電一體化在工程機(jī)械中的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始在國(guó)外工程機(jī)械上得到應(yīng)用。80年代以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)的興起.推動(dòng)了工程機(jī)械制造技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨著微型計(jì)算機(jī)及微處理技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展及其在工程機(jī)械上的應(yīng)用，從根本上改變了工程機(jī)械的面貌，極大促進(jìn)了產(chǎn)品性能的提高，使工程機(jī)械進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。以微機(jī)或微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)目前在國(guó)外工程機(jī)械上的應(yīng)用已相當(dāng)普及，并已成高性能工程機(jī)械不可缺少的組成部分。工程機(jī)械的機(jī)電一體化和智能化將是今后的發(fā)展方向現(xiàn)代工程施工中，工程機(jī)械的性能、自動(dòng)化程度及其經(jīng)濟(jì)性等可直接影響到施工工藝的好壞：而工程機(jī)械的電氣與電子控制系統(tǒng)部分質(zhì)量與性能的優(yōu)劣又直接影響到工程機(jī)械的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及使用壽命等。電子控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工程機(jī)械技術(shù)水平的一個(gè)重要依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及對(duì)產(chǎn)品性能要求不斷提高，電子控制系統(tǒng)在工程機(jī)械中所占的比重將會(huì)越來(lái)越大.其功能將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)用范圍也將越來(lái)越廣，而且其復(fù)雜程度也隨之提高，這樣就對(duì)使用與維修人員提出了更高的要求。

3.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化趨勢(shì)

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。智能化是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。

3.2 微型化趨勢(shì)

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來(lái)了翻天覆地的變化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一經(jīng)研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锓窒砀鞣N高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè)。這也使機(jī)電一體化技術(shù)朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展成為必然趨勢(shì)。

3.4 系統(tǒng)化趨勢(shì)

系統(tǒng)化的特點(diǎn)之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。系統(tǒng)化的特點(diǎn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，即未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。

3.5數(shù)字化趨勢(shì)

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

3.6人性化趨勢(shì)

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

4、結(jié)語(yǔ)

總之，機(jī)電一體化技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景和極高的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)機(jī)電一體化專業(yè)人才的需求也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。如何把機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到工程機(jī)械乃至更廣泛的領(lǐng)域中，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)，為人們的生活提供更多的便利和樂(lè)趣，這是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃宋義.工程機(jī)械中機(jī)電一體化的應(yīng)用[J]. 科技資訊. 2009

[2王軍.談機(jī)電一體化在工程機(jī)械中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2009