關(guān)于機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用及其趨勢展望探析

蔣文鵬 武泉州 楊曉波 張俊博

摘要：在國家改革開放力度不斷提升的背景下，國內(nèi)的機械工程技術(shù)得到了飛躍發(fā)展，尤其是機電一體化技術(shù)在獲得不斷升級之后，促使我國機械工程的發(fā)展規(guī)模不斷擴大，這間接地增強了我國各個領(lǐng)域的生產(chǎn)水平，促使社會經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展。對此，筆者著重探討了機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用及其趨勢，希望能夠為該行業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：機電一體化;機械工程;應(yīng)用;趨勢

引言：

機電一體化技術(shù)是指利用微電子技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)等創(chuàng)建的一種全新技術(shù)。與西方國家的機電一體化技術(shù)相比，我國在這方面的發(fā)展時間短。比如：德國在20世紀(jì)90年代就實現(xiàn)了機械技術(shù)自動化，而我國在20世紀(jì)60年代在該領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)備都需要進(jìn)口，并且一些重要設(shè)備基本上來自蘇聯(lián)。截止到20世紀(jì)80年代，我國機械技術(shù)才具備國產(chǎn)化的生存能力，隨著在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，通信技術(shù)、計算機技術(shù)等與機電一體化技術(shù)全面融合，促使其技術(shù)得到了全面升級。

當(dāng)前，機電一體化技術(shù)已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到全面的滲透，促使很多行業(yè)得到全面發(fā)展。其對促進(jìn)我國機械領(lǐng)域的全面發(fā)展帶來了極大的推動力，促使我國制造業(yè)逐漸呈現(xiàn)出“機電一體化”的發(fā)展態(tài)勢，也為我國成為“世界工廠”奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

一、機電一體化技術(shù)的內(nèi)涵及特征

（一）內(nèi)涵

機電一體化技術(shù)是機械領(lǐng)域中常見的一個技術(shù)，其覆蓋多個學(xué)科的相關(guān)知識和技能，例如機械知識、電力電子技術(shù)、微電子理論、通信技術(shù)等。在實踐層面來看，關(guān)于其定義的界定并未統(tǒng)一，不過，大部分認(rèn)可的一個定義是指：在機械設(shè)備的性能拓展、設(shè)計優(yōu)化期間，促使機械系統(tǒng)集成化，將其控制界面與計算機程序相融合，從而達(dá)到雙向通信的目的，便于機械運行技術(shù)發(fā)揮獨特優(yōu)勢。也就是說，機電一體化是將通信技術(shù)、微電子技術(shù)、機械技術(shù)、電力電子技術(shù)等全面融合在一起，創(chuàng)建一個統(tǒng)一體并將其組裝到機械系統(tǒng)中的一個全新技術(shù)[1]。

（二）特點

①應(yīng)用范圍廣。因為機電一體化技術(shù)覆蓋多個學(xué)科的知識和技能，所以其屬于一門綜合性學(xué)科，能夠使該技術(shù)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其是在機械工程領(lǐng)域中，該技術(shù)是一個非常重要的支撐力量。對此，探討該技術(shù)的應(yīng)用對于促進(jìn)機械工程行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義和價值。

②邏輯性強。由于機電一體化技術(shù)與多個技術(shù)相交叉，所以，將其與機械工程設(shè)備相結(jié)合，能夠促使機械結(jié)構(gòu)和計算機軟件全面融合，使其創(chuàng)建一個統(tǒng)一體。在此期間，能夠折射出該技術(shù)的邏輯性、系統(tǒng)性等特征[2]。

③理論制度完整。歷經(jīng)一些年的發(fā)展，機電一體化技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)建了一套相對完善、成熟的理論機制。對于其算法應(yīng)用來說，能夠在很多文獻(xiàn)中體現(xiàn)出來，這對于其后續(xù)的研究奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

二、機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用

（一）在包裝機械領(lǐng)域的應(yīng)用

在20世紀(jì)60年代之后，機電一體化技術(shù)得到全面發(fā)展，其對機械制造領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮著非常顯著的推動作用。其中，包裝機械工程是一個最常見、最廣泛的機械方式，機電一體化技術(shù)在其中得到全面的滲透。不過，對于包裝機械設(shè)備而言，從傳統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)上來看，具有復(fù)雜、繁瑣等特點，尤其是凸輪結(jié)構(gòu)、控制連桿等比較復(fù)雜。若它們在運行中出現(xiàn)問題，那么后續(xù)的維修存在很大的難度。若要將機電一體化技術(shù)與包裝機械設(shè)備相融合，則能夠有效地解決這一難題。其原理是：機電一體化技術(shù)能夠使包裝機械設(shè)備轉(zhuǎn)化為模塊化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ζ渖a(chǎn)、防護(hù)等整個過程實施智能化地控制與管理，從而盡最大努力地優(yōu)化機械設(shè)備結(jié)構(gòu)，使其生產(chǎn)效率大大提升。

（二）在機械工程行業(yè)的應(yīng)用

由于國家經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展、人們生活質(zhì)量不斷提升。社會大眾對產(chǎn)品的外觀、性能、品質(zhì)等提出了高標(biāo)準(zhǔn)的要求。機電一體化具備的特征是能夠?qū)C械設(shè)備實施智能化、自動化地操控，使更多的產(chǎn)品朝著自動化、智能化等方向轉(zhuǎn)變。所以，該技術(shù)在機械工程行業(yè)中的應(yīng)用，能夠最大化地增強設(shè)備的運行效率，為促進(jìn)機械設(shè)備的自動化生產(chǎn)奠定穩(wěn)固基礎(chǔ)。

（三）在機床改造行業(yè)的應(yīng)用

數(shù)控機床的功能是促進(jìn)模具的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化生產(chǎn)和加工，在很多機械工廠中，這是一個不可或缺的生產(chǎn)設(shè)備。在具體操作過程中，其對產(chǎn)品的精準(zhǔn)性要求是非常嚴(yán)格的，如果出現(xiàn)偏差，則會對產(chǎn)品的整體質(zhì)量帶來不利的影響。對此，若要確保其生產(chǎn)精準(zhǔn)性達(dá)標(biāo)，大部分?jǐn)?shù)控機床的設(shè)計都融入了機電一體化技術(shù)，確保能夠?qū)ζ鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化和升級。對于這一類數(shù)控技術(shù)而言，其能夠有效地規(guī)避機床刀具與工作臺運行軌跡出現(xiàn)偏差，使數(shù)控機床的運行效率大大提升[3]。另外，數(shù)控機床在與微機技術(shù)全面融合的作用下，能夠?qū)π畔?shù)據(jù)實施自動化、智能化地分析和處理，這對于增強機械制造企業(yè)的經(jīng)營利潤帶來很大的幫助。例如，在具體應(yīng)用方面，其能夠與計算機技術(shù)相融合，便于對相關(guān)數(shù)據(jù)實施自動化地處置，同時，由于計算機內(nèi)部配置了一些DPS芯片，由此能夠大大提高機床信號傳輸?shù)目垢蓴_性，促使其生產(chǎn)水平大大提升。

三、機電一體化技術(shù)在機械工程上的趨勢展望

（一）朝著微型方向轉(zhuǎn)變

根據(jù)現(xiàn)階段機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，其逐漸朝著微型方向轉(zhuǎn)變。微型機電一體化是指：基于幾何尺寸面積是納米的前提下進(jìn)行生產(chǎn)加工的一項全新技術(shù)。從某種意義上來說，其是利用納米層面的電子技術(shù)與機械技術(shù)的全面結(jié)合而研制的一項技術(shù)，其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品體積非常小，并且耗能少，具有較強的靈活性，是一個現(xiàn)代化全新機械技術(shù)。其對于促進(jìn)我國工業(yè)技術(shù)的全面發(fā)展帶來很大的幫助，有利于控制時間成本，提高運行效率。

（二）朝著智能化的方向轉(zhuǎn)變

通常而言，隨著機電一體化的不斷發(fā)展，其朝著智能化、自動化方向發(fā)展的趨勢是不可避免的，也是非常重要的。根據(jù)當(dāng)前機電一體化技術(shù)的控制理論體系來看，其是在傳統(tǒng)的控制理論基礎(chǔ)上與智能化、自動化技術(shù)融合而成的一個全新理論體系。與傳統(tǒng)的機電一體化技術(shù)相比，其與人工智能、生理結(jié)構(gòu)、計算技術(shù)等領(lǐng)域全面交叉和融合，具有智能化的特點。當(dāng)前智能機電一體化技術(shù)在不斷發(fā)展和優(yōu)化，其在未來必將能夠得到廣泛的應(yīng)用。比如在人工智能方面，能夠發(fā)揮模擬作用。另外，這一項技術(shù)的發(fā)展前景是非常好的，其能夠促使機械工業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出智能化、自動化的發(fā)展特征，進(jìn)一步降低企業(yè)對人工的實際需求，進(jìn)而達(dá)到控制成本、提高效益的目的。

值得一提的是，在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，機電一體化的智能化也體現(xiàn)出個性化特征，其會對整個行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新帶來一定的推動和引導(dǎo)，所以，在智能化機電一體化技術(shù)快速發(fā)展的趨勢下，其個性化也愈加鮮明和突出。

（三）朝著高性能方向轉(zhuǎn)變

針對機電一體化的高性能發(fā)展趨勢來看，其表現(xiàn)一般是指：該技術(shù)的高效性、穩(wěn)健性、精準(zhǔn)性等特征。這能夠最大化地滿足新型CNC系統(tǒng)中若干個中央處理器結(jié)構(gòu)且通過總線實施銜接的基本需求[4]。并且，在該系統(tǒng)中，其通過精簡指令的方式，能夠使一些操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)同步運行，對若干個工作任務(wù)進(jìn)行同步處理。通過這一新型技術(shù)的應(yīng)用，不但能夠節(jié)省生產(chǎn)時間，并且能夠增強產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。這對于增加工業(yè)生產(chǎn)效率、縮減公司生產(chǎn)時間、提高企業(yè)利潤等發(fā)揮重要作用。由此來看，高效、穩(wěn)健、精準(zhǔn)等特點是新一代機電一體化的發(fā)展方向，其能夠在實際運行中克服很多困難。

（四）朝著綠色化的方向轉(zhuǎn)變

隨著我國工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展及廣泛應(yīng)用，則會不可避免地對生態(tài)環(huán)境帶來一定的破壞。當(dāng)然，在機電一體化不斷優(yōu)化和升級的過程中，其在具體運行過程中，更注重產(chǎn)品技術(shù)的綠色化特點，由此來實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。對于綠色化技術(shù)的應(yīng)用而言，則能夠促進(jìn)與其相關(guān)行業(yè)朝著綠色、環(huán)保、節(jié)能等方向轉(zhuǎn)變，并且在其技術(shù)回收、再利用等方面具備較強的競爭優(yōu)勢，促使其未來的發(fā)展空間愈加廣泛，這對于實現(xiàn)公司的健康、長效發(fā)展發(fā)揮積極作用。

四、結(jié)束語

當(dāng)前，機械工程行業(yè)基本上實現(xiàn)了機電一體化技術(shù)的全面應(yīng)用和滲透，該技術(shù)的發(fā)展為促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展發(fā)揮積極作用，并且在農(nóng)業(yè)、科技等行業(yè)帶來了積極的影響。為確保我國機械工業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展，筆者對機電一體化的具體應(yīng)用及發(fā)展趨勢進(jìn)行了全面探討，希望相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和升級的過程中，能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新和改進(jìn)，為實現(xiàn)技術(shù)的全面升級提供借鑒和幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]?白雙慶. 芻議機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用及其趨勢展望[J]. 科技風(fēng)，2019，376（08）：167-168.

[2]?黃駿. 機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用及其趨勢展望[J]. 科技展望，2016（19）.

[3]?趙傳生. 機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用及其趨勢展望[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2018，000（008）：79，31.

[4]?倪潔. 機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用及其趨勢展望[J]. 區(qū)域治理，2018，000（017）：152.

（作者單位：遼寧工業(yè)大學(xué)）