機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究

劉偉杰，馬峰，劉相蕊

（西安西電高壓開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)有限責(zé)任公司，陜西西安710077）

機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究

劉偉杰，馬峰，劉相蕊

（西安西電高壓開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)有限責(zé)任公司，陜西西安710077）

如今的機(jī)械工程領(lǐng)域，因?yàn)槲㈦娮优c計(jì)算機(jī)技術(shù)的全面應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)構(gòu)架、功能及生產(chǎn)方式等模式有了翻天覆地的變化，也使工業(yè)生產(chǎn)逐漸側(cè)重于“機(jī)電一體化”?，F(xiàn)階段，一些發(fā)達(dá)國家都在全面推廣機(jī)電一體化技術(shù)。此技術(shù)已被運(yùn)用于很多領(lǐng)域，同時(shí)以蓬勃的生機(jī)向前發(fā)展，這不但從根本影響了科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且影響了機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢。

機(jī)電一體化；柔性制造機(jī)制；機(jī)器人；交流傳動(dòng)技術(shù)

1 機(jī)電一體化的主要技術(shù)

常規(guī)的機(jī)電一體化涵蓋了軟件與硬件2類基礎(chǔ)技術(shù)。硬件即由機(jī)械自身、傳感設(shè)備、參數(shù)處理模塊及驅(qū)動(dòng)模塊等所構(gòu)建。為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效傳輸，我們就要使相關(guān)參數(shù)傳輸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化。接口擇取相同指標(biāo)、規(guī)格，不僅可以方便信息的傳遞和維修，同時(shí)還可以方便設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段，相關(guān)技術(shù)工作者正側(cè)重于開發(fā)低投資、高速串行的接口，進(jìn)而規(guī)避光導(dǎo)纖維、信號電纜非接觸化與光藕設(shè)備的大容量化等問題。而軟件和硬件一定要相互制衡，統(tǒng)一發(fā)展。為了降低軟件的研制投資，深化生產(chǎn)維修的有效性，我們要試著將軟件予以指標(biāo)化處理，將內(nèi)置程序指標(biāo)化、軟件程序固化、程序模塊化，以及大范圍應(yīng)用軟件工程等?，F(xiàn)階段，機(jī)械設(shè)備大多是以鋼鐵材料為基本結(jié)構(gòu)的，為了可以有效減輕質(zhì)量，我們要對產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)予以簡配舉措，因此可以利用非金屬合成耗材。只有在減輕機(jī)械質(zhì)量的前提下，才可以使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)趨于微型化，進(jìn)而提高其速率，這樣可以最大化地降低能耗，提高作業(yè)的有效性。以傳感設(shè)備為基點(diǎn)，從提高精確度、靈敏度等方面入手，在此基礎(chǔ)上要確保其具有較強(qiáng)的抗干擾性。機(jī)電一體化，即在主功能、信息處理功能和控制功能上滲透進(jìn)電子技術(shù)，把機(jī)械設(shè)備和電子化設(shè)計(jì)與軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，所組建的系統(tǒng)的統(tǒng)稱。從宏觀上分析，機(jī)電一體化包括技術(shù)和產(chǎn)品2個(gè)基本點(diǎn)，是依附于群體技術(shù)有機(jī)融合的一種拓展性技術(shù)，并非單純的機(jī)械技術(shù)或微電子技術(shù)的結(jié)合。機(jī)電一體化技術(shù)的核心功能即替代體力勞動(dòng)。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)并非現(xiàn)有各分散模式的隨機(jī)排列，而是全局動(dòng)態(tài)的一種配置手段。其掙脫常規(guī)系統(tǒng)間的束縛，以構(gòu)建核心的基礎(chǔ)去控制物流和信息流，達(dá)到從經(jīng)營決策直至產(chǎn)品開發(fā)管理的全套組合。企業(yè)集成水平的提高能夠使相關(guān)生產(chǎn)要素間的配置得到全面深化，相關(guān)生產(chǎn)要素的潛能能夠被全面挖掘。而柔性制造機(jī)制即為計(jì)算機(jī)化的制造模式，其通過計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人及自動(dòng)運(yùn)行車等構(gòu)建。柔性制造機(jī)制能夠隨心所欲地根據(jù)裝配系統(tǒng)的需要，生產(chǎn)柔性制造機(jī)制范圍內(nèi)的一切工件，尤其適用于類型繁雜和中小批量生產(chǎn)的離散零件。

同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)也被機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域所應(yīng)用。我們都知道，第1代機(jī)器人即示教再現(xiàn)機(jī)器人，其僅可依附于示教予以重復(fù)運(yùn)動(dòng)，對工作條件與作業(yè)目的的改變不具備適應(yīng)性和應(yīng)變能力；第2代機(jī)器人則裝置了一系列前沿的傳感元件，可以搜集作業(yè)條件與操作目標(biāo)的基本信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算及分析，作出相應(yīng)的判斷，同時(shí)對動(dòng)作予以反饋，其傾向于低級智能，已被一些基礎(chǔ)行業(yè)所應(yīng)用；而第3代機(jī)器人則為智能化機(jī)器人，其具有一系列感知功能，能夠予以煩瑣的邏輯思維，在此基礎(chǔ)上評定并作出相應(yīng)的舉措。

電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，交流傳動(dòng)技術(shù)也得到了全面的應(yīng)用。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)勢，交流傳動(dòng)技術(shù)慢慢取代了電氣傳動(dòng)技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化目標(biāo)，同時(shí)達(dá)到了矢量控制的目的，提升了系統(tǒng)功能的有效性。對于開放式控制系統(tǒng)來說，其基本是對一類指標(biāo)信息交換規(guī)程進(jìn)行支持，達(dá)成共識，能夠?qū)ο嚓P(guān)指標(biāo)予以設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以對各廠家產(chǎn)品進(jìn)行兼容，具有優(yōu)異的資源共享。開放式控制系統(tǒng)主要就是利用工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)的集成，通過控制室控制設(shè)備和現(xiàn)場總線儀表的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與測量的一體化。對于分布式控制系統(tǒng)而言，其主要就是利用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面進(jìn)行現(xiàn)場測控與智能控制。在實(shí)際工作中，分布式控制系統(tǒng)主要就是依附于計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)過程予以集中監(jiān)視及管理，進(jìn)而確保生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利完成，達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目標(biāo)。與集中式控制系統(tǒng)相比，分布式控制系統(tǒng)的功能更強(qiáng)大，且具有較高的穩(wěn)定性，是未來大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要發(fā)展內(nèi)容。在鋼鐵行業(yè)中，機(jī)電一體化要依附于微處理機(jī)，將微機(jī)、工控設(shè)備及參數(shù)傳輸?shù)燃夹g(shù)進(jìn)行有效配置，擇取組裝合并的舉措，為深化系統(tǒng)的一體化奠定良好的基礎(chǔ)，提高系統(tǒng)控制的有效性和穩(wěn)定性。

近年來，機(jī)電一體化技術(shù)已被應(yīng)用于煤炭企業(yè)，其對煤礦設(shè)備的電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)制、工作設(shè)備及制動(dòng)系統(tǒng)等的在線運(yùn)行情況予以實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)生故障后可以自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)精準(zhǔn)地指出故障區(qū)域。因此，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)可以改善操作人員的工作環(huán)境，提高設(shè)備的工作有效性，降低相關(guān)裝置的維護(hù)檢查工作量，減少維修耗資，延長裝置的使用周期。

很多引進(jìn)的機(jī)械工程均擇取了電子控制的自動(dòng)變速技術(shù)，此技術(shù)可以依附于外負(fù)荷的改變狀態(tài)自行調(diào)節(jié)傳動(dòng)系的傳動(dòng)參數(shù)，這不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)功率最大限度地被利用，提高了燃油的利用率，同時(shí)還方便了操作程序，降低了工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。為從根本避免翻車及斷臂事故的發(fā)生，從實(shí)質(zhì)上提升作業(yè)的穩(wěn)定性，目前一些前沿的起重設(shè)備都被安裝了電子控制的力矩限制裝置。為實(shí)現(xiàn)無人駕駛，鋪平了道路，使工程設(shè)備能夠在危險(xiǎn)區(qū)域工作。而電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性即為工程機(jī)械十分重要的一項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)楣こ虣C(jī)械通常處于露天工作的狀態(tài)，經(jīng)常會(huì)遭受暴曬、雨淋，而且在作業(yè)過程中還存在振動(dòng)及外在的電磁干擾，工作條件可想而知，所以對電子控制系統(tǒng)的基本要求為：可以在－40～80℃的條件下穩(wěn)定工作，同時(shí)要具備較強(qiáng)的抗老化性和抗干擾性。

3 總結(jié)

總的來說，機(jī)電一體化技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)即替代體力勞動(dòng)。不過發(fā)展至機(jī)電一體化機(jī)制后，微電子設(shè)備不僅能夠替代個(gè)別機(jī)械部件發(fā)揮功能，同時(shí)還能夠加設(shè)相對前沿的功能，其中包括自動(dòng)檢測、自動(dòng)處理參數(shù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)等。機(jī)電一體化從根本推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的變革，讓常規(guī)的機(jī)械設(shè)計(jì)舉措和設(shè)計(jì)理念發(fā)生了翻天覆地的變化。全面研究前沿的機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是優(yōu)化常規(guī)機(jī)械裝置的先決條件，還是促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代及推動(dòng)機(jī)械工業(yè)全面發(fā)展的有效舉措。

［1］羅鳳曼，謝志萍，鄭向華.高職高專機(jī)電一體化專業(yè)課程體系的構(gòu)建［J］.成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011（02）.

［2］羅輯，杜柳青，袁冬梅，等.機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢［J］.機(jī)床與液壓，2014（01）.

〔編輯：劉曉芳〕

TH-39

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.156

2095－6835（2017）18－0156－02