機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)分析

金小焱 劉衛(wèi)保

【摘 要】機(jī)電控制技術(shù)具有很強(qiáng)的綜合性，需要多種技術(shù)配合，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)需要實(shí)踐產(chǎn)品的智能性和人性化等，這種理念比較先進(jìn)，可以促進(jìn)發(fā)展機(jī)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。本文概述了機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)，有助于進(jìn)一步發(fā)展我國(guó)的機(jī)電控制技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電控制系統(tǒng)；主動(dòng)控制技術(shù)；一體化；設(shè)計(jì)方式

1 引言

自從進(jìn)入20世紀(jì)以來，人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代。在這一百多年間，人類社會(huì)的生產(chǎn)力得到了巨大提升，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量也在不斷提高，各行各業(yè)得到了迅猛發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到機(jī)電控制系統(tǒng)當(dāng)中。通過自動(dòng)控制技術(shù)能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，并且降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)入21世紀(jì)以后，信息技術(shù)的發(fā)展又進(jìn)一步促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，并逐步實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

2 概述機(jī)電控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制技術(shù)

2.1 機(jī)電控制系統(tǒng)

機(jī)電控制系統(tǒng)的核心元素是控制，在無人操作的狀態(tài)下，控制裝置可以根據(jù)設(shè)計(jì)方案指令控制管理機(jī)械設(shè)備，完成指定的任務(wù)。機(jī)電控制系統(tǒng)可以聯(lián)系控制器和設(shè)備等部件，在這個(gè)過程中利用了微電子技術(shù)和信息處理技術(shù)以及通信技術(shù)等，因此機(jī)電控制技術(shù)融合各種技術(shù)。近些年我國(guó)不斷提升計(jì)算機(jī)信息技術(shù)水平，進(jìn)一步發(fā)展了機(jī)電控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)制造領(lǐng)域廣泛利用機(jī)電控制系統(tǒng)。

2.2 自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)主要利用控制器控制設(shè)備和產(chǎn)品，使產(chǎn)品和設(shè)備可以根據(jù)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)控制技術(shù)利用自動(dòng)控制的原理，有效關(guān)聯(lián)機(jī)械和電器以及設(shè)備等，可以完成任務(wù)。傳統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)利用精確數(shù)學(xué)模型，在信息化和智能化技術(shù)的支持下，智能控制系統(tǒng)開始占據(jù)主流，在多個(gè)方面領(lǐng)域都開始廣泛利用。自動(dòng)控制技術(shù)的作用比較大，直接影響到產(chǎn)品的精度和加工效率等方面，此外機(jī)電控制技術(shù)居于工程化和實(shí)用化等特征，在未來具有良好的發(fā)展空間。

3 機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)思路

機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)對(duì)于提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量有著十分重要的作用。因此，工業(yè)化改革必須要強(qiáng)化一體化設(shè)計(jì)。而機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)并不是隨意就能夠完成。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)機(jī)電系統(tǒng)本身特性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品功能等有深入的了解，并充分考慮到生產(chǎn)的實(shí)際需求，這樣才能設(shè)計(jì)出對(duì)生產(chǎn)有利的一體化系統(tǒng)。除此之外，整個(gè)系統(tǒng)必須要具備模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及人格化的特點(diǎn)。這樣一來，才能保障機(jī)電控制系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。最后，設(shè)計(jì)人員一定要注重功能模組的優(yōu)化配置，確保不同功能板塊不會(huì)產(chǎn)生矛盾沖突。只有這樣，才能保障系統(tǒng)的一體化、整體化，為生產(chǎn)提供更多幫助。

4 機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.1 整體設(shè)計(jì)法

結(jié)合電子方面和機(jī)械設(shè)備，利用二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)整體化設(shè)計(jì)，順利落實(shí)機(jī)電的一體化設(shè)計(jì)。在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)當(dāng)中需要注重新型理念，保障機(jī)電產(chǎn)品的整體質(zhì)量，提高其使用性能。利用整體設(shè)計(jì)法可以整合機(jī)械設(shè)備技術(shù)和電子技術(shù)，形成整體結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，利用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念，促進(jìn)機(jī)電行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

4.2 組合法

組合法是當(dāng)前應(yīng)用得較為廣泛的一體化設(shè)計(jì)之一。特別是在數(shù)控機(jī)床方面，組合法的應(yīng)用能夠讓數(shù)控機(jī)床發(fā)揮不同的作用，呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也能夠進(jìn)一步提高產(chǎn)品是生產(chǎn)效率。所謂的組合法指的就是將不同功能模塊組合在一起的一體化設(shè)計(jì)。相比起其他方法，組合法的優(yōu)勢(shì)在于是由不同功能模塊組成，故此并不需要將所有設(shè)計(jì)推翻重來，而只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行功能模塊整合即可，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，需要的時(shí)間較短。需要注意的是，在機(jī)電控制系統(tǒng)中，不同的功能模塊有著不同的特性和功能，因此，在組合的過程中需要進(jìn)行根據(jù)功能模塊來進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免不同功能模塊之間發(fā)生矛盾沖突，否則必然會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作產(chǎn)生影響。

4.3 取代法

在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中另一種應(yīng)用較為廣泛的設(shè)計(jì)方法便是取代法，多用于電子化產(chǎn)品的一體化設(shè)計(jì)。該種設(shè)計(jì)方法主要是通過將電子線路作為機(jī)械控制結(jié)構(gòu)，在使用微機(jī)或控制器完成對(duì)應(yīng)電子線路的程序編碼之后，使得電子線路可以與機(jī)械控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行有機(jī)整合。此時(shí)使用凸輪以及變速結(jié)構(gòu)替代接觸式控制器，便可以在有效優(yōu)化以往機(jī)械控制結(jié)構(gòu)的同時(shí)，達(dá)到一體化設(shè)計(jì)的目的。

4.4 在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

我國(guó)于20世紀(jì)90年代將機(jī)器人的研究開發(fā)列入了國(guó)家科技計(jì)劃，經(jīng)過近30年的研究，已經(jīng)逐步掌握了自動(dòng)化機(jī)器人操作機(jī)部分關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、軟件編程技術(shù)、運(yùn)動(dòng)特性和軌跡規(guī)劃以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等技術(shù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)了部分機(jī)器人的關(guān)鍵元器件，開發(fā)出應(yīng)用于汽車生產(chǎn)制造中的點(diǎn)焊、噴漆、裝配等流程的機(jī)械臂以及能夠代替人工在餐廳中完成炒菜、裝盤、上菜等工作的新型服務(wù)型機(jī)器人。目前，國(guó)內(nèi)的科研工作者已經(jīng)掌握了機(jī)器人的生產(chǎn)制造技術(shù)、編程以及用于二次開發(fā)的配套設(shè)施的設(shè)計(jì)及使用。由于工作環(huán)境以及人體承受能力等問題又出現(xiàn)了一些能夠應(yīng)用于特殊環(huán)境及崗位的功能性作業(yè)機(jī)器人，例如代替人工進(jìn)行高空作業(yè)的攀壁式擦玻璃機(jī)器人、在危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)的勘察機(jī)器人、在深海中用于科研采集樣本的作業(yè)型機(jī)械手以及應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的排爆機(jī)器人、反坦克機(jī)器人、榴炮機(jī)器人、布雷機(jī)器人、煙幕機(jī)器人等這些機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造無一能夠離得開機(jī)電一體化技術(shù)。

4.5 在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用十分普遍，其自動(dòng)化技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著跨時(shí)代的意義。隨著國(guó)民需求的日益增長(zhǎng)，為了提高生活必需品的生產(chǎn)效率，越來越多的自動(dòng)化生產(chǎn)線投入到現(xiàn)代工廠中，極大地推動(dòng)了生產(chǎn)效率。如需要罐裝的酒水、飲料、調(diào)味料等，在沒有使用自動(dòng)化生產(chǎn)線時(shí)需要耗費(fèi)大量的人力資源進(jìn)行分布工作。機(jī)電一體化技術(shù)與各種現(xiàn)代傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而形成的現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)線的應(yīng)用提高了生產(chǎn)效率、減輕了工作人員的工作壓力同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。

4.6 在機(jī)電微機(jī)計(jì)算機(jī)中應(yīng)用

自動(dòng)控制尺寸不斷減小，機(jī)電產(chǎn)品的自重和體積隨之不斷減輕，同時(shí)也進(jìn)一步提升了機(jī)電產(chǎn)品的運(yùn)行效率，使其使用年限不斷增加。當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制器不斷更新，為機(jī)電行業(yè)發(fā)展提供不竭的動(dòng)力，雖然微型計(jì)算機(jī)控制器比較小，但是具有強(qiáng)大的功能，如果系統(tǒng)發(fā)生偏差，控制器就會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，實(shí)施安全保護(hù)，使安全事故率不斷降低，在最大程度上降低損失，提高了系統(tǒng)的檢修率，同時(shí)也避免發(fā)生事故。微型計(jì)算機(jī)控制元件不斷發(fā)展，也會(huì)促進(jìn)機(jī)電控制一體化的發(fā)展。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著工業(yè)化程度的不斷加深，機(jī)電控制系統(tǒng)中自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用以及一體化設(shè)計(jì)必不可少。而要想進(jìn)一步強(qiáng)化一體化設(shè)計(jì)，一定要根據(jù)自身的實(shí)際情況，包括生產(chǎn)狀況、生產(chǎn)產(chǎn)品等來挑選合適的一體化設(shè)計(jì)方案，確保機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)真正發(fā)揮作用，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

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（作者單位：浙江同立通訊科技有限公司）