淺談機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

白雙慶

摘 要：機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，讓機(jī)械工程領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展，并且也讓機(jī)械工程的發(fā)展前景更為廣闊?；诖耍P者在文中對機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行了分析，然后結(jié)合未來發(fā)展趨勢，對機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)闡述。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;機(jī)械工程;發(fā)展

隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，多元化技術(shù)逐漸相互交叉、滲透，機(jī)電一體化技術(shù)便在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)電一體化技術(shù)的出現(xiàn)，對我國經(jīng)濟(jì)、制造行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的促進(jìn)作用。加強(qiáng)對機(jī)電一體化技術(shù)的研究，對促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展以及和其它技術(shù)的融合，提高我國制造業(yè)的技術(shù)水平，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化技術(shù)是集電子技術(shù)、電工技術(shù)、電子信息技術(shù)、電子工程技術(shù)、微電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。隨著我國信息、控制、軟件工程等技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。目前，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向也有了新的變革，智能、低碳成為了機(jī)電一體化技術(shù)的新“主題”，這就為機(jī)電一體化技術(shù)提供了更為廣闊的應(yīng)用空間，對我國工業(yè)化進(jìn)程的影響也因此不斷增大。[1]我國對機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重視程度從未減弱，同時(shí)在發(fā)展的過程中也不斷有新技術(shù)注入，也使得機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得到了進(jìn)一步提升。目前，隨著我國工業(yè)機(jī)械的不斷革新，機(jī)械工程技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了智能化、信息化、多位技術(shù)一體化等等目標(biāo)。而機(jī)電一體化技術(shù)在不斷完善、發(fā)展的過程中，作用更加顯著，機(jī)械工程和機(jī)電一體化技術(shù)二者之間呈現(xiàn)出相互促進(jìn)、相輔相成的狀態(tài)。從客觀的角度來看，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展直接代表了機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展方向以及趨勢，機(jī)電一體化技術(shù)自上世紀(jì)六十年代發(fā)展開始，之后又有計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)在該領(lǐng)域的滲透，促使機(jī)電一體化技術(shù)成為了新時(shí)代技術(shù)中的代表，且逐漸發(fā)展成了一門綜合性、應(yīng)用型極強(qiáng)的技術(shù)。近幾年，我國對機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展又給予了更多的支持，制定了《我國機(jī)電一體化發(fā)展途徑與對策》，針對機(jī)電一體化技術(shù)提出了相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)。

二、先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用探討

（一）電子信息技術(shù)

當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代，電子信息技術(shù)和各行各業(yè)都進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，機(jī)電一體化技術(shù)也不例外，二者通過有機(jī)結(jié)合，對機(jī)械工程的發(fā)展也產(chǎn)生了促進(jìn)作用。電子信息技術(shù)將外部機(jī)械的運(yùn)作情況整合為電子信號，通過電子設(shè)備的進(jìn)一步處理，促使外部機(jī)械和信息合二為一。[2]電子信息技術(shù)的發(fā)展需要技術(shù)、設(shè)備同時(shí)進(jìn)步，而信息技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)械設(shè)備的精確性、可靠性、穩(wěn)定性都有所提升。電子信息技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)內(nèi)容，電子信息技術(shù)高效的信息交換、信息運(yùn)算、信息存取、專家系統(tǒng)、人工智能，使得機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用更靈活，發(fā)展空間也更為寬廣。

（二）感應(yīng)技術(shù)和軟件管理技術(shù)

軟件管理技術(shù)和感應(yīng)技術(shù)融入機(jī)電一體化技術(shù)的時(shí)間較晚，但是對機(jī)電一體化技術(shù)仍舊有著深遠(yuǎn)的影響，時(shí)至今日，感應(yīng)技術(shù)和軟件管理技術(shù)對機(jī)械工程的發(fā)展產(chǎn)生了重要的作用。感應(yīng)技術(shù)的作用為“利用其靈敏度高的特點(diǎn)，提供高精度的傳導(dǎo)信息”，但是該技術(shù)容易被外界的事物所干擾，所以在應(yīng)用的過程中需要做好防范措施。軟件管理技術(shù)是一項(xiàng)提升硬件、軟件融合度的技術(shù)，為硬件定做軟件的費(fèi)用較高，所以軟件管理技術(shù)就顯得尤為重要，通過合理的應(yīng)用，能夠讓軟件的應(yīng)用更加穩(wěn)定、便捷，使其更好的為機(jī)械工程服務(wù)。[3]

（三）自動(dòng)化技術(shù)

機(jī)械工程是技術(shù)現(xiàn)代化最為顯著的體現(xiàn)，也是機(jī)電一體化技術(shù)最為原始的狀態(tài)，以機(jī)械工程技術(shù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過多種技術(shù)的融合與發(fā)展，逐漸衍生出了機(jī)電一體化技術(shù)。通過電子信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)的融合，目前機(jī)械工程已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)，其精度、質(zhì)量都有所提升。[4]機(jī)電系統(tǒng)和自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合，使得一些機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)能夠進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、自動(dòng)調(diào)試工作，這些自動(dòng)控制技術(shù)主要包括：自動(dòng)診斷與矯正、自動(dòng)控制適應(yīng)、自動(dòng)動(dòng)作復(fù)制、自動(dòng)精度補(bǔ)償、速度自動(dòng)控制、自動(dòng)檢索等等。

（四）伺服傳動(dòng)技術(shù)

電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等多種動(dòng)力傳動(dòng)裝置，為了提高傳動(dòng)工作的精度以及效率，大多數(shù)都應(yīng)用了伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)獨(dú)特的電信號轉(zhuǎn)換能力，電信號通過伺服系統(tǒng)就能完整“信號——機(jī)械動(dòng)作”的轉(zhuǎn)換，或者是對其整體的動(dòng)態(tài)動(dòng)作能夠進(jìn)行控制，這對機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量、精度有著決定性影響。

三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展展望

（一）自動(dòng)化

自動(dòng)化是目前我國高新技術(shù)的主要發(fā)展方向，機(jī)電一體化本就是一門綜合技術(shù)，其自動(dòng)化也是必然的發(fā)展趨勢。自動(dòng)化技術(shù)能夠讓生產(chǎn)流程得到統(tǒng)一，機(jī)械設(shè)備能夠脫離人工操作根據(jù)程序的指示獨(dú)立運(yùn)行。機(jī)電一體化技術(shù)向自動(dòng)化的方向發(fā)展，能夠提升制造產(chǎn)業(yè)的制造精度，同時(shí)通過自動(dòng)化的獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)線中各個(gè)設(shè)備處于獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況就可根據(jù)預(yù)設(shè)程序進(jìn)行處理，起到降低意外事故發(fā)生幾率的作用。

（二）系統(tǒng)化

隨著信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電工技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也必定會全面進(jìn)步。同時(shí)，智能化技術(shù)的發(fā)展，對信息的搜集、傳遞效率更高，且更為準(zhǔn)確。未來在信息技術(shù)不斷進(jìn)步情況下，各項(xiàng)技術(shù)會高度融合，這對機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（三）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

無人工、遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化，為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展指出了一條新的道路，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)本身極具開放性，技術(shù)人員通過電子信息設(shè)備，隨時(shí)隨地的都能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、發(fā)送。隨著機(jī)電一體化所能達(dá)到的制造精度、安全水準(zhǔn)的提高，技術(shù)人員就可通過網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，甚至各方技術(shù)人員能夠通過網(wǎng)絡(luò)共同進(jìn)行操作，這就打破了時(shí)間、空間的限制，對機(jī)電一體化技術(shù)來說有著變革型的意義。

四、機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

（一）在包裝機(jī)械方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)的包裝機(jī)械中包含了諸多凸輪構(gòu)造、電路、控制連桿，這就使得包裝機(jī)械內(nèi)部的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，后期的維護(hù)、維修工作開展較為困難。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于包裝機(jī)械中，就能精簡包裝機(jī)械中的結(jié)構(gòu)，不僅設(shè)備體積有所縮小，零件和零件之間的連接也能夠更加緊密，包裝機(jī)械的制造精度也會更高。通過模塊化的設(shè)計(jì)，一旦包裝機(jī)械出現(xiàn)了故障，技術(shù)人員只需要通過檢查問題的源頭，并且將模塊進(jìn)行更換，就能完成檢修工作，這就為后期的修理帶來了便利。[6-5]

（二）在機(jī)床機(jī)械方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機(jī)床為半自動(dòng)機(jī)床（見下圖），機(jī)電一體化技術(shù)和制造機(jī)床的結(jié)合，造就出了對機(jī)械制造行業(yè)有著革命性意義的產(chǎn)品“數(shù)控機(jī)床”。應(yīng)用信息技術(shù)以及電子技術(shù)，能夠讓機(jī)床根據(jù)程序的要求，做出各種運(yùn)動(dòng)軌跡。相較于半自動(dòng)車床，數(shù)控車床的精度、效率更高。且數(shù)控車床中的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)都為模塊化設(shè)計(jì)，出現(xiàn)故障維修起來較為簡便。[6]比如，數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠副就有著結(jié)構(gòu)簡單、傳統(tǒng)效率高、摩擦損失小等等特點(diǎn)。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控車床從最初的三軸車床，發(fā)展為我國目前應(yīng)用較為廣泛、加工能力較強(qiáng)的五軸車床。技術(shù)的進(jìn)步為機(jī)械制造行業(yè)增添了新的活力，目前制造企業(yè)能夠應(yīng)用較少的人工成本完成生產(chǎn)，生產(chǎn)效益相較于半自動(dòng)車床時(shí)代有了質(zhì)的變化。

C6140半自動(dòng)車床圖

（三）在電子監(jiān)控方面的應(yīng)用

在機(jī)械工程中，機(jī)電一體化技術(shù)的覆蓋范圍較廣，不僅涵蓋操作系統(tǒng)，同時(shí)機(jī)械加工、處理設(shè)備都在機(jī)電一體化技術(shù)覆蓋的范圍內(nèi)。根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)性，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，就可以通過電子監(jiān)控系統(tǒng)直觀反映出來，工作人員根據(jù)電子監(jiān)控所反饋的數(shù)據(jù)，就能快速的找到問題發(fā)生的原因，這就極大程度提高了檢修的效率。

（四）在節(jié)能系統(tǒng)方面的應(yīng)用

柴油是我國機(jī)械設(shè)備采用的主要能源，但是柴油的燃燒會給周圍環(huán)境造成影響，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)就可以改善這一情況。主要作用為提高柴油燃燒效率、降低廢氣排放量、提高設(shè)備工作效率，這對我國制造行業(yè)來說無疑是一個(gè)一舉兩得的措施。目前我國大部分應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的柴油設(shè)備，柴油的供給效率在調(diào)控下能夠達(dá)到97%，相較于傳統(tǒng)設(shè)備，其原材料節(jié)約率提高了23%。且節(jié)能系統(tǒng)方面的發(fā)展，在近幾年得到了政府的大力支持，隨著綠色、低碳生產(chǎn)理念的不斷深化，使得機(jī)電一體化技術(shù)在該領(lǐng)域的發(fā)展也會更加廣闊。

（五）在產(chǎn)品開發(fā)方面的應(yīng)用

隨著人們對機(jī)械產(chǎn)品、信息技術(shù)產(chǎn)品要求的不斷提升，產(chǎn)品的開發(fā)必定會朝著智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。目前，大部分產(chǎn)品開發(fā)都會綜合考慮機(jī)電一體化技術(shù)，以此為用戶創(chuàng)造出功能更加豐富、品類更加齊全的產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)最為主要的作用，就是促使產(chǎn)品從普通應(yīng)用朝著智能化的方向轉(zhuǎn)變，提升了產(chǎn)品開發(fā)的內(nèi)涵價(jià)值以及社會生產(chǎn)力。

五、機(jī)電一體化技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展

機(jī)電一體化技術(shù)在各國的制造業(yè)有著主導(dǎo)地位，這也是制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢，同時(shí)機(jī)電一體化技術(shù)在各個(gè)國家的政治、軍事、經(jīng)濟(jì)競爭等領(lǐng)域有著舉足輕重的作用，所以各個(gè)國家對機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展非常重視。在日本，智能傳感器、柔性制造系統(tǒng)、人機(jī)交互、智能工業(yè)機(jī)器人是其機(jī)電一體化技術(shù)的主要發(fā)展方向;在西歐，針對機(jī)電一體化技術(shù)，提出了五個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，且將二十四個(gè)重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，作為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，同時(shí)通過對機(jī)電技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、柔性技術(shù)、光電技術(shù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)了新時(shí)代下的機(jī)電產(chǎn)業(yè)升級;我國對機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也給予了足夠的重視，將工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)控車床制造、光電項(xiàng)目等15個(gè)機(jī)電一體化項(xiàng)目作為我國工業(yè)發(fā)展的首要目標(biāo)，且將6個(gè)共性關(guān)鍵機(jī)電一體化技術(shù)作為了重點(diǎn)研究課題，隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，我國又提出了綠色、低碳的發(fā)展理念，以此調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境和我國工業(yè)快速發(fā)展的矛盾，實(shí)現(xiàn)我國社會經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展，提高了機(jī)電一體化技術(shù)的可靠性以及可持續(xù)利用價(jià)值。

六、結(jié)語

綜上所述，機(jī)械工程和機(jī)電一體化技術(shù)有著緊密的聯(lián)系，機(jī)電一體化技術(shù)作為推動(dòng)機(jī)械工程發(fā)展的重要元素，為傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)帶來了革命性的發(fā)展方略，同時(shí)促使機(jī)械行業(yè)中的各項(xiàng)技術(shù)達(dá)到了統(tǒng)一。機(jī)電一體化技術(shù)必定會為社會創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益以及生產(chǎn)內(nèi)涵價(jià)值，而其在機(jī)械工程領(lǐng)域中的重要程度也會逐漸提升。

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