機電一體化的應(yīng)用方向和發(fā)展趨勢探討

丁家輝

（河南經(jīng)濟貿(mào)易技師學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453700）

近年來，隨著科技的不斷發(fā)展和進步，機電一體化技術(shù)開始普遍應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域中通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)，可以為企業(yè)帶來大量的經(jīng)濟效益，確保產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量。因此，要想促進我國工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，必須要重點研究分析機電一體化的應(yīng)用方向和發(fā)展趨勢。

1 機電一體化的定義

機電一體化技術(shù)，是以電子信息技術(shù)以及計算機技術(shù)為前提，綜合運用傳感技術(shù)、機械工程技術(shù)以及串口通信技術(shù)等等，是一項系統(tǒng)工程技術(shù)。機電一體技術(shù)在具體應(yīng)用中通常包括多個方面，比如：控制模塊、動力驅(qū)動以及傳感測試等等。首先，控制模塊。其是設(shè)備的核心部分，利用對傳感測試檢測的所有數(shù)據(jù)和外部直接輸入的指令，實施集中處理，通過整合自身程序規(guī)定和數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)，對所有執(zhí)行元件發(fā)出對應(yīng)的指令，進而對運動執(zhí)行機構(gòu)進行科學(xué)的控制，做好對應(yīng)的動作。然后，動力驅(qū)動。在設(shè)備運轉(zhuǎn)中其主要動力來源是動力驅(qū)動，結(jié)合控制模塊的制定，將其動力輸出，進而確保設(shè)備穩(wěn)定運行。最后，傳感測試。就設(shè)備來講，其感知模塊是傳感測試，對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)中所需要感知的本身和外部環(huán)境的不同類型運動和設(shè)備運動狀態(tài)做出感知。

2 機電一體化技術(shù)發(fā)展的歷程以及現(xiàn)狀

在機電一體化技術(shù)的長時間發(fā)展中，前后已經(jīng)經(jīng)歷多個發(fā)展階段。第一，初級階段。其主要是指在20 世紀60 年代前，人們對處于初始狀態(tài)的電子技術(shù)進行應(yīng)用，可以顯著加強機械設(shè)備的各方面性能[1]。比如：第二次世界大戰(zhàn)的發(fā)生期間，電子技術(shù)與機械產(chǎn)品的相結(jié)合獲得高速發(fā)展，很多傳統(tǒng)技術(shù)原本在軍事領(lǐng)域運用，后來在民用領(lǐng)域運用，導(dǎo)致第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后經(jīng)濟可以迅速恢復(fù)到之前的狀態(tài)。第二，繁榮發(fā)展時期。該時期主要是20 世紀70 年代到80 年代，其具體表現(xiàn)在通信技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上為促進機電一體化技術(shù)迅速發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。第三，迅速發(fā)展階段。自從20 世紀90 年代以來，集成電路已經(jīng)逐漸實現(xiàn)大規(guī)模化發(fā)展以及超大規(guī)?；l(fā)展，微型計算機與集成電路的相結(jié)合獲得很快的發(fā)展，這樣有利于為實現(xiàn)機電一體化技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展打下良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，該階段同時也是機電一體化技術(shù)智能化發(fā)展的關(guān)鍵階段。在該時期發(fā)展中，無論是光學(xué)技術(shù)還是通信技術(shù)，都獲得快速的發(fā)展，導(dǎo)致微機電出現(xiàn)，這樣勢必可以促進世界工業(yè)制造行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，在新時期下，社會各行各業(yè)都開始深入研究分析機電一體化技術(shù)系統(tǒng)的學(xué)科體系建設(shè)。

3 機電一體化在實際生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

3.1 在數(shù)控機床中應(yīng)用

在全球首臺數(shù)控銑床出現(xiàn)以后，數(shù)控機床制造行業(yè)發(fā)展速度越來越快?，F(xiàn)如今，數(shù)控機床在控制精度以及結(jié)構(gòu)等多方面都有著顯著的優(yōu)勢，而且通過應(yīng)用容量大的存儲器以及優(yōu)化軟件模塊設(shè)計，可以大大的增強數(shù)控機床的各項性能，讓一臺機床可以在同一時間完成幾個獨立加工作業(yè)任務(wù)[2]。將機電一體化技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控機床中，不僅可以保證其生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，而且可以確保其生產(chǎn)產(chǎn)品的效益，對推動數(shù)控機床領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

3.2 在鍋爐節(jié)能系統(tǒng)中應(yīng)用

在鍋爐節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，將鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)劃分成多個模塊，比如：壓力調(diào)節(jié)以及水位等等，第一，運用三沖量調(diào)節(jié)方法，對水流量前饋比進行準確計算，構(gòu)建一套完善的前饋串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)水流量參數(shù)以及鍋筒水位閘，對汽包水位進行嚴格的控制。第二，結(jié)合汽量變化的實際情況，對鍋爐產(chǎn)熱量做出及時的調(diào)整，在智能計算鍋筒壓力過程中采用PLD 計算方法以及PLC 設(shè)備，實現(xiàn)在同一時間調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機以及鍋爐爐排，進而大大提升變頻閉環(huán)控制的精準度。第三，利用變頻器的輸出控制信號，根據(jù)煙氣含量等多項參數(shù)，科學(xué)控制鼓風(fēng)量，以獲得顯著的燃燒效果。以變頻技術(shù)為依托對鍋爐機電一體化系統(tǒng)實施節(jié)能改造，可以提高燃料的有效燃燒率，進而達到降低能耗的目的。

3.3 在機器人制造中應(yīng)用

第一，檢測運動位置。通常，在機器人運動位置監(jiān)測中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，是利用安裝汽缸等多個部件，結(jié)合機器人實際運動狀況的運動精度做出檢測，確保機器人與有關(guān)的作業(yè)要求相符[3]。比如：可以在檢測中使用伺服電機設(shè)備，利用編碼器對反饋數(shù)據(jù)進行準確的讀取，實現(xiàn)電機的準確接入，結(jié)合最終檢測的結(jié)果對電機的旋轉(zhuǎn)角度進行改變，確保電子在最適合的運動狀況下，可以準確定位到機器人運動的實際位置。第二，運動軌跡規(guī)劃。一般來說，機器人結(jié)合提前設(shè)定的程序?qū)\動軌跡進行控制，將工控機當做上位機的計算機系統(tǒng)，向工控機中輸進末端目標方向以及位置，達到逆解機器人運動學(xué)模式，在將機器人每個軸的運動量參數(shù)都求解出后，借助驅(qū)動完成機器人內(nèi)部每個軸的同一時間運動，保證其運動方向與預(yù)先設(shè)計的需求相符，進而使機械人有更高的生產(chǎn)加工水平[4]。第三，核心部件檢測。在檢測機器人核心部件中運用機電一體化技術(shù)，比如：減速器位置檢測，利用對機器人每個軸減速器所處位置的振動情況進行檢測，能夠?qū)C器人運動中的安全性做出正確的判斷，如果減速器為傳感器振動頻率偏快，這就表示此位置存在問題，這樣在一定程度上可以幫助技術(shù)人員對故障進行排查，還可以對機器人末端處的運動精度進行檢驗。

4 機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 小型化和微型化

就現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)品來講，微型化是主要趨勢之一，很多電子信息設(shè)備不得體積都越來越小，因為微米技術(shù)以及納米技術(shù)的高速發(fā)展，導(dǎo)致機電一體化技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品開始逐漸朝著小型化以及微型化的方向發(fā)展[5]。并且對于一些工業(yè)機器人應(yīng)用不同的微型傳感器，能夠在搬運系統(tǒng)或者生產(chǎn)線中完成節(jié)奏相當快的工作，而這里的微型傳感器最常見的是磁敏式以及感應(yīng)式等等，而其結(jié)構(gòu)屬于緊湊型，在機房內(nèi)可以預(yù)留出足夠的操作空間。利用優(yōu)越的性能以及微型結(jié)構(gòu)，工業(yè)機器人在設(shè)計方面是非常自由的，能夠?qū)崿F(xiàn)普遍應(yīng)用，這就表示著其具有相當強的靈活性。

4.2 智能化

在技術(shù)迅速發(fā)展以及應(yīng)用的背景下，尤其是一些智能技術(shù)的高速發(fā)展，比如：云計算以及物聯(lián)網(wǎng)等等，促使機電一體化技術(shù)逐漸朝著智能化的方向發(fā)展，例如：我國“智能工廠1.0”概念，其主要是指通過新興技術(shù)來實現(xiàn)工業(yè)智能化發(fā)展[6]?，F(xiàn)如今，我國制造業(yè)開始從勞動密集型過渡到知識密集型，同時實現(xiàn)智能化的制造技術(shù)，綜合運用傳感器以及大數(shù)據(jù)分析等多項技術(shù)，做好該項作業(yè)，使機器與工人可以有效完成作業(yè)，進而大大的提高生產(chǎn)效率。

4.3 系統(tǒng)化

目前，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，通常是結(jié)合模式化以及開放性等特點，實施總線系統(tǒng)設(shè)計，利用對系統(tǒng)的自由組合和裁剪，實現(xiàn)同時管控若干個子系統(tǒng)，利用光學(xué)技術(shù)來改造傳感系統(tǒng)以及動力系統(tǒng)，保證系統(tǒng)是非常完善，而且可以促使系統(tǒng)生成信息，充分體現(xiàn)出系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢。

結(jié)束語

總而言之，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用前景是非常廣闊的，自從1978 年改革開放以后，我國機電一體化技術(shù)迅速發(fā)展。機電一體化技術(shù)涉及到多項先進的技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)化程度相當高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能的控制模式，為人們呈現(xiàn)數(shù)字化和人性化的智能產(chǎn)品。在現(xiàn)代科技日益發(fā)展的背景下，機電一體化技術(shù)必須要與視覺湖景，日益創(chuàng)新，進而確保其可以廣泛應(yīng)用在社會各行各業(yè)中，進而將其自身的價值全面發(fā)揮出來。