機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的應(yīng)用研究

李卓遠(yuǎn)

摘 ?要：隨著社會的進(jìn)步，現(xiàn)代科技獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人們對機(jī)械電子學(xué)的研究愈加深入，將機(jī)械、電子、信息三項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)的目的。機(jī)械電子學(xué)可以發(fā)揮各項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)和作用，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的提升和完善。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械電子學(xué)的核心技術(shù)，隨著該技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品的功能性、安全性、精度、操作性、柔性等特性都在不斷完善和增強(qiáng)。文章主要就幾點(diǎn)一體化技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的探討和分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;現(xiàn)代工程;機(jī)械;應(yīng)用

中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）18-0181-02

Abstract： With the progress of society and the rapid development of modern science and technology， the research on mechanical electronics is more and more in-depth， and the three technologies of machinery， electronics and information are organically combined to achieve the purpose of optimizing the system. Mechanical electronics can give full play to the characteristics and functions of various technologies， and then promote the improvement and improvement of the quality of mechanical products. Mechatronics technology is the core technology of mechanical electronics. With the development of mechatronics technology， the functionality， safety， accuracy， maneuverability and flexibility of electromechanical products are constantly improved and enhanced. This paper mainly discusses and analyzes the application of several integration technologies in modern mechanical engineering.

Keywords： mechatronics; modern engineering; machinery; application

目前，我國愈加重視研究機(jī)電一體化技術(shù)，該技術(shù)的進(jìn)步改善了機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量和使用效率，進(jìn)一步完善了產(chǎn)品功能、精度、生產(chǎn)能力等，從而為現(xiàn)代工程建設(shè)和生產(chǎn)提供了更多的便利，促進(jìn)了工程質(zhì)量和效率的提升[1]。機(jī)電一體化系統(tǒng)由五個要素構(gòu)成，分別是：結(jié)構(gòu)組成、動力組成、運(yùn)動組成、感知組成和職能組成。在機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的過程中，要保障系統(tǒng)中五大要素相互耦合，具有運(yùn)動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換的作用，進(jìn)而保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的研究意義

目前，我國有許多專家、學(xué)者從事機(jī)電一體化技術(shù)的相關(guān)研究工作，該技術(shù)的完善與發(fā)展能夠促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量的提升，對產(chǎn)品的外觀、功能性進(jìn)行完善，使其更加人性化、智能化。與傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品相比，應(yīng)用該技術(shù)的機(jī)電產(chǎn)品具有更大的使用優(yōu)勢，具體包括以下幾個方面[2]：

第一，該技術(shù)可以強(qiáng)化產(chǎn)品功能性，拓展產(chǎn)品用途。其打破了傳統(tǒng)單技術(shù)、單功能的產(chǎn)品格局，將信息、電子等技術(shù)融入到產(chǎn)品之中，賦予了產(chǎn)品更強(qiáng)大的功能。不僅如此，新的機(jī)電產(chǎn)品可以應(yīng)用在多樣化的場合、領(lǐng)域之中，并根據(jù)用戶需求提供相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容，具有較強(qiáng)的應(yīng)變能力。

第二，該技術(shù)可以提升產(chǎn)品精度。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠使產(chǎn)品機(jī)構(gòu)變得更加簡潔，減去原有的傳動部件，降低了機(jī)械磨損、受力變形等原因?qū)е碌倪\(yùn)動誤差。不僅如此，利用計(jì)算機(jī)檢測等技術(shù)，能夠?qū)討B(tài)誤差進(jìn)行校正補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)使用精度的提升。

第三，該技術(shù)能夠使產(chǎn)品更加安全可靠。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)品自動化水平較高，具有自我監(jiān)控、自動診斷、保護(hù)等功能。不僅能夠減少設(shè)備產(chǎn)品對人身造成的安全隱患，還能減少設(shè)備事故發(fā)生率，滿足了安全可靠的使用要求。

第四，應(yīng)用該技術(shù)能夠簡化操作難度。利用計(jì)算機(jī)、數(shù)字顯示等技術(shù)進(jìn)行人機(jī)界面的改良，減少了人工操作的工作量，也去除了按鈕、手柄等操作設(shè)施，從而縮減操作時間，降低人工培訓(xùn)成本，提升機(jī)電設(shè)備的使用效益。

第五，該技術(shù)能夠提升產(chǎn)品柔性。即利用軟件優(yōu)化工作程序，進(jìn)而滿足多元化用戶需求。如，工業(yè)機(jī)器人對運(yùn)動自由度要求較高，手爪部分要具備更換工具的條件。應(yīng)用該技術(shù)，可以利用控制程序來控制運(yùn)動軌跡，轉(zhuǎn)變機(jī)器人的運(yùn)動姿態(tài)，進(jìn)而完成各種類型的工業(yè)作業(yè)。

第六，該技術(shù)促進(jìn)了產(chǎn)品功能性的上升，并且簡化了操作流程和方法，全面提升了機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)能力、作業(yè)效率和質(zhì)量?？梢岳锰摂M原型的機(jī)電一體化技術(shù)，進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)和建設(shè)，對仿真技術(shù)的研究也有一定的幫助。

2 機(jī)電一體化應(yīng)用的技術(shù)內(nèi)容

機(jī)電一體化是一種多元化的技術(shù)，機(jī)電一體化系統(tǒng)由多項(xiàng)技術(shù)組合而成，主要包括以下幾種：第一，機(jī)械技術(shù)。該技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)技術(shù)，其主要用于機(jī)械與該技術(shù)的適應(yīng)配合，配合其它現(xiàn)代化技術(shù)來進(jìn)行機(jī)械概念的更新，對機(jī)械材料、結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行創(chuàng)新和變更，進(jìn)而減小機(jī)械重量、體積的同時，改善機(jī)械應(yīng)用精度、剛度和性能[3]。在機(jī)電一體化系統(tǒng)建立的過程中，可以將傳統(tǒng)機(jī)械理論與工藝技術(shù)作為技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、人工智能系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)機(jī)械技術(shù)的創(chuàng)新與改造;第二，計(jì)算機(jī)技術(shù)。運(yùn)用電腦技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)信息交換、存儲、運(yùn)算等操作，且人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)也都在計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的范疇之內(nèi)。所以，計(jì)算機(jī)技術(shù)是該系統(tǒng)的核心技術(shù)之一;第三，系統(tǒng)技術(shù)。即將整體概念作為基礎(chǔ)，對各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行組織應(yīng)用，以全局角度、系統(tǒng)目標(biāo)為根本出發(fā)點(diǎn)，分解總體使其形成多個功能單元，且單元之間存在一定的聯(lián)系。其中，接口技術(shù)是不可或缺的技術(shù)內(nèi)容，其能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的連接;第四，自動技術(shù)。自動技術(shù)包含的內(nèi)容較多，以控制理論為基礎(chǔ)，對機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真和現(xiàn)場調(diào)試等操作目的。其中，控制技術(shù)是比較核心的應(yīng)用技術(shù)，其主要包括定位控制、自適應(yīng)控制、自我診斷、矯正、補(bǔ)償?shù)榷鄠€方面;第五，傳感技術(shù)。傳感技術(shù)可以用于系統(tǒng)檢測與調(diào)節(jié)，可以稱之為系統(tǒng)感受器官，能夠滿足自動控制、調(diào)節(jié)的使用要求。傳感技術(shù)的水平越高，其使用功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化水平也會隨之提升?，F(xiàn)代工程需要傳感器能夠在嚴(yán)苛的作業(yè)環(huán)境和條件下進(jìn)行精確、快速的信息獲取，從而保障系統(tǒng)應(yīng)用水平[4]。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于機(jī)床生產(chǎn)

在機(jī)床生產(chǎn)的過程中，常用Z80-CPU軟件進(jìn)行控制和操作。該軟件的研究難度較低，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)領(lǐng)域。從我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展歷程來看，該工業(yè)生產(chǎn)方式由多種不同的技術(shù)組合而成，在整個技術(shù)系統(tǒng)之中，Z80-CPU軟件具有成本低、應(yīng)用效率高的優(yōu)勢，其滿足了我國現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械的發(fā)展要求，可以進(jìn)一步推廣和完善。與其它應(yīng)用技術(shù)相比，該技術(shù)還具有節(jié)約能源、控制污染的特點(diǎn)，能夠保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)而為后續(xù)生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，該技術(shù)對工作臺和道具的要求較高，為了確保應(yīng)用質(zhì)量，要從以下幾方面入手：首先，明確坐標(biāo)軸運(yùn)行方向，確保其與工作臺、道具的方向一致。還要保障插補(bǔ)功能具有連續(xù)性;其次，充分發(fā)揮氟塑貼面導(dǎo)軌功能，控制導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，增強(qiáng)導(dǎo)軌耐磨性，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)機(jī)床的運(yùn)行效率;最后，如果不需要低速運(yùn)作，則數(shù)據(jù)機(jī)床的運(yùn)行成本較低。如果運(yùn)作速度較快，則數(shù)據(jù)機(jī)床具有穩(wěn)定、準(zhǔn)確的應(yīng)用優(yōu)勢。目前，我國常見的數(shù)據(jù)機(jī)床串座方式為滾珠絲杠復(fù)傳動。

3.2 應(yīng)用于自動化和半自動化作業(yè)

機(jī)電一體化技術(shù)在很大程度上提升了自動化和半自動化的水平，進(jìn)而促進(jìn)了機(jī)械應(yīng)用效率，同時降低了人工成本，帶動了我國現(xiàn)代工程的發(fā)展和進(jìn)步。從我國現(xiàn)代工程機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展情況來看，人工操作的內(nèi)容正逐漸減少，由于操作失誤造成的誤差問題也隨之減少。例如，三菱企業(yè)的自動化挖掘機(jī)應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)，減少了手動操作的部分，使挖掘機(jī)可以自動進(jìn)行傳信、運(yùn)作、監(jiān)控等操作。該技術(shù)可以對挖掘機(jī)的電液比例進(jìn)行控制，并設(shè)置了自動化手柄，根據(jù)操作信號進(jìn)行電液比例的計(jì)算，并根基運(yùn)算結(jié)果獲取控制比例，最后利用傳感器完成自動化作業(yè)。在實(shí)際施工的過程中，可以將傳感器安裝在挖掘機(jī)上，進(jìn)而實(shí)時掌握挖掘機(jī)的工作情況，操作人員可以根據(jù)系統(tǒng)儀表的顯示內(nèi)容判斷挖掘軌跡，并繪制軌跡形狀，按照相應(yīng)的技術(shù)操作流程，對設(shè)計(jì)好的軌跡形狀進(jìn)行預(yù)定設(shè)置。如果作業(yè)內(nèi)容比較復(fù)雜，系統(tǒng)可以根據(jù)各個操作環(huán)節(jié)提升控制強(qiáng)度，配合激光技術(shù)，強(qiáng)化操作精度，進(jìn)而確保機(jī)械操作的順利完成[5]。

此外，將液晶顯示器安裝在挖掘機(jī)上，可以利用高辨識度的顯示器掌握機(jī)械工作狀況，觀察其各個部位的運(yùn)作、操作情況。操作人員可以對控制面板上的控制按鈕進(jìn)行操作，并通過數(shù)字顯示判斷機(jī)械運(yùn)作狀態(tài)，降低了操作難度，提升了操作效率。此外，在使用相同配件的條件下，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)可以對機(jī)械進(jìn)行全面有效的控制，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)編輯操作流程，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行流程更改和調(diào)整?？梢詫⒃撓到y(tǒng)應(yīng)用于各類機(jī)械中，并利用自動報(bào)警系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)實(shí)時把控機(jī)械的工作狀態(tài)，及時處理機(jī)械故障，確保應(yīng)用安全和效率[6]。

3.3 未來應(yīng)用展望

在現(xiàn)代工程機(jī)械發(fā)展的過程中，機(jī)電一體化技術(shù)滿足了現(xiàn)代社會的發(fā)展需求，順應(yīng)了智能化、自動化的發(fā)展趨勢。相較于傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)，該技術(shù)不僅改善了產(chǎn)品外觀，更提升了產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，同時減少了投入成本，可以普遍應(yīng)用在我國醫(yī)療、科技、經(jīng)濟(jì)等多個領(lǐng)域范圍之內(nèi)[7]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代工程機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的過程中，為了提升機(jī)械的使用效率和質(zhì)量，就要加強(qiáng)自動化、智能化技術(shù)的研究。機(jī)電一體化技術(shù)能夠提升機(jī)電產(chǎn)品的功能性、作業(yè)精確度、安全性、穩(wěn)定性，滿足我國現(xiàn)代工程機(jī)械的使用需求，可以加大研究和發(fā)展的力度。

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