機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用研究

俞鋼棟　姜東東

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，集數(shù)字技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)為一體的機(jī)電一體化技術(shù)得到了前所未有的廣泛應(yīng)用。特別是機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用已然成為了業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)課題，該技術(shù)的革新使得機(jī)械工程的自動(dòng)化水平有了極大地提高?？傊芯看祟?lèi)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)有有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;機(jī)械工程;應(yīng)用研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.064

1 引言

機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用使得機(jī)械作業(yè)的精確度和準(zhǔn)確率有了極大地提高，特別是在一些復(fù)雜性較強(qiáng)的工程中，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)有。以下先行對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)特征進(jìn)行簡(jiǎn)要地闡述，并對(duì)其目前主要的應(yīng)用方向進(jìn)行詳述地分析，以此為基礎(chǔ)對(duì)此類(lèi)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行全面地介紹。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)目前主流的發(fā)展方向

（1）自動(dòng)分配化方向。目前的機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展已經(jīng)使得其在機(jī)械執(zhí)行和控制過(guò)程中具備了全方位的空間，即在實(shí)際機(jī)械工程中有足夠的“柔性”，進(jìn)而使工程人員可以開(kāi)發(fā)“自動(dòng)分配系統(tǒng)”，從而達(dá)到自動(dòng)化處理突發(fā)事件的能力。目前此類(lèi)系統(tǒng)主要有如下幾個(gè)方面的特征：各個(gè)子系統(tǒng)有較高的自律性，即在工程運(yùn)行過(guò)程中能夠保持較高的獨(dú)立性;在執(zhí)行總系統(tǒng)運(yùn)行指令大的框架下，各個(gè)子系統(tǒng)都有一定的自主運(yùn)行權(quán)，進(jìn)而避免了在極端情況下出現(xiàn)大面積工程癱瘓的情況。

（2）全息系統(tǒng)化方向。所謂的“全息”是指工程指標(biāo)全方位地展示和顯現(xiàn)，在目前基于機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)而成的全息化系統(tǒng)中，主要呈現(xiàn)出如下幾個(gè)方面的特征：全息化可以允許多個(gè)角度進(jìn)行指令的執(zhí)行，進(jìn)而提高機(jī)械系統(tǒng)的適配性;全息化系統(tǒng)與智能化系統(tǒng)的融合深度較高，這已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一;全息化系統(tǒng)的發(fā)展一定程度上還依賴(lài)于模糊技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

（3）光電一體化方向。光電一體化作為機(jī)械電子工程中前沿交叉領(lǐng)域，其集合了機(jī)電一體化技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)等，目前該方向呈現(xiàn)出如下兩個(gè)方面的特征：光電一體化與能源設(shè)備系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、設(shè)備傳感系統(tǒng)的融合深度較高;光電一體化模塊化的特征十分明顯，目前在機(jī)械接口、動(dòng)力接口、電氣接口等領(lǐng)域已經(jīng)較為成熟，進(jìn)一步降低了該項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用成本。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

（1）實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。鑒于目前機(jī)械化工程的復(fù)雜度較高，在工程中實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、全角度監(jiān)控等多種監(jiān)控模式為一體的監(jiān)控機(jī)制對(duì)提高工程質(zhì)量、保障工程安全都有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了機(jī)械工程的監(jiān)控環(huán)節(jié)中來(lái)。首先就目前行業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，主流的監(jiān)控方向大致有如下幾個(gè)方面：機(jī)械作業(yè)監(jiān)控、電子設(shè)備監(jiān)控、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控、突發(fā)事故檢測(cè)等。并且該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在有突發(fā)狀況時(shí)進(jìn)行事故預(yù)警和報(bào)警，以提醒工作人員對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的處理，在特殊情況下，目前的機(jī)電一體化工程還可以自行完成較為簡(jiǎn)單的故障處理。其次，傳統(tǒng)的機(jī)械工程普遍存在著故障源難以確定等問(wèn)題，給工作人員故障分析和處理造成了很大的困難。但是在引入了機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能的工程中，相關(guān)技術(shù)可以幫助工作人員在最短的時(shí)間內(nèi)即可對(duì)機(jī)械的故障進(jìn)行檢查和維護(hù)，極大地降低了工程的運(yùn)行成本，對(duì)提高工程效率也有著十分重要的意義。

（2）提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的機(jī)械工程中，對(duì)資源浪費(fèi)的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，尤其是在石油、化工等領(lǐng)域原始資源浪費(fèi)問(wèn)題已經(jīng)成為制約行業(yè)發(fā)展的重要因素。但是在工程引入機(jī)電一體化系統(tǒng)以后，上述資源浪費(fèi)現(xiàn)象將會(huì)有很大地改善。首先，目前主流的方式是通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程資源的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，在保證工程質(zhì)量的前提下提高資源的利用率。其次，工程人員可以通過(guò)機(jī)電一體化對(duì)工程中的機(jī)械進(jìn)行有機(jī)整合，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。例如在傳統(tǒng)的礦業(yè)工程中，由于受到人員素質(zhì)、設(shè)備配置等方面的影響，導(dǎo)致行業(yè)生產(chǎn)率一直較為低下。但是在引入機(jī)電一體化系統(tǒng)之后，可以在礦業(yè)工程中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、運(yùn)一體化，可以有效地降低極端天氣、設(shè)備故障等對(duì)工程帶來(lái)的影響，進(jìn)而極大地提高工程的勞動(dòng)生產(chǎn)率。最后，工程人員還可以立足機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理以強(qiáng)化設(shè)備的安全性，最終也會(huì)一定程度地提高工程生產(chǎn)效率。

（3）提升作業(yè)精度。在傳統(tǒng)的機(jī)械工程中，由于受到工程環(huán)境、設(shè)備質(zhì)量等多種因素的限制，導(dǎo)致工程作業(yè)的精度一直較低，特別是在一些對(duì)精度要求較高的工程中，如何保障作業(yè)精度一直是此類(lèi)行業(yè)的難題。但是隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，尤其是以此技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)而成的終端電子控制設(shè)備，可以極大地提高多種類(lèi)型機(jī)械工程的作業(yè)精度，給此類(lèi)工程的質(zhì)量提供了強(qiáng)有力的保障。例如，在傳統(tǒng)的冶金、化工、發(fā)電等工程中，過(guò)濾設(shè)備的清洗一直是行業(yè)的難題，且清洗質(zhì)量對(duì)作業(yè)的精度也有著較大的影響。但是基于機(jī)電一體化技術(shù)的自動(dòng)清洗過(guò)濾器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷的過(guò)濾設(shè)備清洗，從而極大地提高了此類(lèi)行業(yè)中機(jī)械工程的作業(yè)精度。再如傳統(tǒng)高精度稱(chēng)重工作中，由于需要用到數(shù)字濾波和動(dòng)態(tài)稱(chēng)重等多種技術(shù)，使的稱(chēng)重工作的成本較高且精度較低。但是通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字模擬和現(xiàn)實(shí)模擬相結(jié)合的稱(chēng)重模式，使得數(shù)據(jù)的獲取更具時(shí)效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)過(guò)程也使得高精度稱(chēng)重的成本有了極大的降低。

（4）提高自動(dòng)化水平。在目前機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)廣泛用于機(jī)械工程的大環(huán)境下，其中實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程半自動(dòng)化和全自動(dòng)化已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。例如在該方向上目前常見(jiàn)的技術(shù)應(yīng)用有如下兩個(gè)方面：通過(guò)減少員工對(duì)工程環(huán)節(jié)的干預(yù)力度，盡最大可能地減少工程安全隱患;通過(guò)提高整個(gè)工程中的機(jī)械化水平，提高工程效率。

4 總結(jié)

機(jī)電一體化技術(shù)作為多種高新技術(shù)深度融合下的產(chǎn)物，其在機(jī)械工程中的應(yīng)用方向越來(lái)越多樣化、應(yīng)用的程度也越來(lái)越深化。在此背景下，客觀(guān)科學(xué)地歸納和分析機(jī)電一體化技術(shù)當(dāng)前以及未來(lái)的應(yīng)用方向，以方向?yàn)榛A(chǔ)深度挖掘技術(shù)應(yīng)用的層面，對(duì)提高工程質(zhì)量、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有著現(xiàn)實(shí)的意義。

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