淺析鋼鐵企業(yè)中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

包小麗

[摘? ? 要 ]自動(dòng)控制技術(shù)和微電子技術(shù)等現(xiàn)代高科技領(lǐng)域的技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已變得越來越廣泛，而機(jī)電一體化技術(shù)也逐漸成為我國工業(yè)企業(yè)科技的重要組成部分。加強(qiáng)機(jī)電一體化技術(shù)在企業(yè)智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用是時(shí)代發(fā)展的要求，也是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。積極推動(dòng)機(jī)電一體化建設(shè)的進(jìn)程對(duì)提高企業(yè)智能制造的產(chǎn)品質(zhì)量、科技含量都有著重要的意義，甚至影響了整個(gè)企業(yè)的管理方式極大提高了生產(chǎn)能力。當(dāng)今時(shí)代不斷進(jìn)步，科技不斷發(fā)展，信息技術(shù)也在不斷地向各行各業(yè)滲透，也為鋼鐵行業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了便利條件。 本文主要關(guān)注機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，簡要分析總結(jié)了其特點(diǎn)和發(fā)展方向，并簡要分析總結(jié)了其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用問題，并提出相應(yīng)的解決方案，僅供參考。

[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化技術(shù);智能制造;技術(shù)應(yīng)用;技術(shù)發(fā)展方向

[中圖分類號(hào)]TD67 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）08–00–03

Application and Development of Mechatronics Technology in Iron and Steel Enterprises

Bao Xiao-li

[Abstract]The application of modern high-tech technologies such as automatic control technology and microelectronics technology in industrial production has become more and more extensive， and the mechatronics technology has gradually become an important part of science and technology in China's industrial enterprises. To strengthen the application of mechatronics technology in the field of enterprise intelligent manufacturing is not only the requirement of the times， but also the inevitable trend of the development of Electromechanical industry. Actively promoting the process of Mechatronics construction is of great significance to improve the product quality and scientific and technological content of enterprise intelligent manufacturing， even affect the management mode of the whole enterprise， and greatly improve the production capacity. With the continuous progress of the times and the continuous development of science and technology， information technology is constantly penetrating into all walks of life， which also provides convenient conditions for the development of electromechanical integration technology in the iron and steel industry. This paper focuses on the basic knowledge of mechatronics technology. This paper briefly analyzes and summarizes its characteristics and development direction， and briefly analyzes and summarizes its application problems in the iron and steel industry， and puts forward the corresponding solutions for reference only.

[Keywords]mechatronics technology; intelligent manufacturing; technology application; technology development direction

1 機(jī)電一體化技術(shù)的基本特征

機(jī)電一體化技術(shù)的特征就是有機(jī)地結(jié)合多種學(xué)科及技術(shù)，包括傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，使其形成一個(gè)整體體系，相輔相成，大大發(fā)揮各種機(jī)器設(shè)備的組合功能，并進(jìn)行創(chuàng)新。在現(xiàn)在機(jī)械領(lǐng)域以及電力領(lǐng)域的革新大背景下，機(jī)電一體化技術(shù)正在成為一個(gè)革新的大方向。在實(shí)際應(yīng)用過程中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是很多機(jī)械設(shè)備的重要組成部件，在技術(shù)組合、設(shè)備組合的大理念下，將液壓、電子元件與機(jī)械融為一體，也就是機(jī)電液一體化系統(tǒng)，則是對(duì)前面所提到的機(jī)電一體化技術(shù)的拓展和創(chuàng)新。

產(chǎn)品和技術(shù)，是機(jī)電一體化技術(shù)的2個(gè)關(guān)注點(diǎn)。機(jī)電一體化技術(shù)并不是說簡單的、單純的將機(jī)械和電子元件連接在一起，或者說將二者簡單組合在一起，而是對(duì)于二者的有機(jī)結(jié)合。如果說，從傳統(tǒng)的、純粹的機(jī)械，到電氣化機(jī)械，還是屬于機(jī)械技術(shù)的范圍內(nèi)。然而，科技不斷進(jìn)步的今天，很多新興的微電子元件不僅可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械元件的某些功能，并且還可以在組合中整個(gè)系統(tǒng)提供傳統(tǒng)機(jī)械所達(dá)不到的新功能，像是數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集功能，信息電子顯示功能和自動(dòng)計(jì)算功能。所以說，機(jī)電一體，重在有機(jī)結(jié)合，而有機(jī)結(jié)合的一個(gè)最大效果就是產(chǎn)生傳統(tǒng)元件無法單獨(dú)達(dá)到的功能，具有很強(qiáng)的智能性與集成性。機(jī)械電氣化和機(jī)電一體化的根本區(qū)別也在于此。

2 機(jī)電一體化的組成技術(shù)

軟件編程技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、接口技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)、傳感器測試技術(shù)、信息技術(shù)，這些都是機(jī)電一體化的重要組成技術(shù)。在理論的基礎(chǔ)上，這些技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)有效結(jié)合，完善并創(chuàng)新系統(tǒng)的某些功能，深入構(gòu)造新的組織結(jié)構(gòu)。在高精度、高可靠性、高質(zhì)量、低能耗多功能等條件下，機(jī)電一體化技術(shù)有效形成了各種技術(shù)的合力，主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 機(jī)械本體技術(shù)

機(jī)械本體技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)與前提，不僅提供著硬件支撐，還是整個(gè)系統(tǒng)可拓展性的先決條件。為了使機(jī)械本體與各種技術(shù)能夠更好地結(jié)合，有著更多的可拓展性，機(jī)械本體技術(shù)必須有著以下幾個(gè)要求，包括性能高、質(zhì)量體積精簡、高精度。質(zhì)量體積精簡的目的在于更好地整合多種技術(shù)元件，使整個(gè)系統(tǒng)小型化，提高整個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少材料與能源消耗，節(jié)能減排，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

2.2 傳感器與檢測技術(shù)

傳感器的主要功能是將各種形式的信號(hào)，包括光、熱等，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，是機(jī)電一體化技術(shù)中最常見的功能元件之一，沒有它，很多自動(dòng)化功能如檢測與控制等都無法實(shí)現(xiàn)。傳感器精度越高，反應(yīng)越靈敏，就可以更加實(shí)時(shí)、可靠地獲取數(shù)據(jù)信息以及設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，更好地轉(zhuǎn)化與處理各種形式的信息，大大提高機(jī)械效率。

2.3 自動(dòng)控制及信息處理技術(shù)

機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù)是信息處理技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)。整個(gè)流程首先是在接收到數(shù)據(jù)信息之后，由信息處理技術(shù)進(jìn)行整合與處理、分析和存儲(chǔ)，并獲得一個(gè)結(jié)果，再將這個(gè)結(jié)果輸入到已經(jīng)預(yù)先設(shè)定好的程序中，計(jì)算得到這時(shí)機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)該做出的指令，再將這個(gè)指令傳遞給自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)做出相關(guān)的反應(yīng)。

信息處理技術(shù)其實(shí)是一個(gè)很大的概念，在信息處理技術(shù)中設(shè)計(jì)很多的技術(shù)步驟，像是信息的語言轉(zhuǎn)化技術(shù)、數(shù)據(jù)計(jì)算程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)輸出形式等，這就需要計(jì)算機(jī)、微處理器、微電子元件等的參與。經(jīng)過對(duì)信息的處理分析以及存儲(chǔ)，計(jì)算得到相關(guān)的系統(tǒng)指令。較高的處理速度，較高的可靠性，這是對(duì)信息處理技術(shù)的要求。

2.4 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向

機(jī)電一體化是一個(gè)綜合性的、集成性的、組合性的技術(shù)，與其他眾多相關(guān)技術(shù)聯(lián)系密切，所以機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)整體發(fā)展的過程。本文認(rèn)為以下幾個(gè)方面是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的主要方向。

2.4.1 智能化

智能化是機(jī)電一體化的一個(gè)重要特征，同時(shí)也是機(jī)電一體化的創(chuàng)新要點(diǎn)與革新方向。智能化設(shè)計(jì)的范疇非常廣泛，心理學(xué)、混沌動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等，通過綜合運(yùn)用多種學(xué)科的具體知識(shí)，結(jié)合需要運(yùn)用的功能，完成具體的機(jī)械工作。智能化要求機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠達(dá)到高度的自主化，如自主的檢測、判斷，自主的計(jì)算與決策，自主的對(duì)機(jī)械和任務(wù)進(jìn)行事實(shí)判斷并做出反應(yīng)。知識(shí)獲取、知識(shí)利用、知識(shí)表示是智能化的機(jī)電一體化系統(tǒng)所要重點(diǎn)關(guān)注的點(diǎn)，從而通過這些點(diǎn)去模擬人類，幫助人類完成相關(guān)的工作任務(wù)，解決實(shí)際的問題，節(jié)省人力資源，提高工作效率。

在當(dāng)今的機(jī)電一體化技術(shù)的智能化中，經(jīng)常用到的智能化系統(tǒng)有智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)、智能專家系統(tǒng)和遺傳算法。這些系統(tǒng)的參與在實(shí)際問題的解決、工作的完成中有著舉足輕重的作用，它可以幫助人類，甚至代替人類，進(jìn)行信息采集、問題分析、決策制定等活動(dòng)。在智能控制器中添加故障自動(dòng)診斷功能模塊使整個(gè)系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測故障并進(jìn)行維護(hù)。它能夠在任務(wù)執(zhí)行期間連續(xù)監(jiān)視每個(gè)組件的工作狀態(tài)。如果存在異常，可以根據(jù)預(yù)設(shè)算法判斷具體算法、故障和通知，以便維護(hù)人員可以快速定位和修復(fù)故障。

2.4.2 網(wǎng)絡(luò)化

自成立而來，網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用與極速發(fā)展，對(duì)于各行各業(yè)、各種領(lǐng)域都有著極大的促進(jìn)作用，在機(jī)電一體化領(lǐng)域的運(yùn)用同樣也非?；馃?。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電一體化上，主要是幫助機(jī)電一體化達(dá)成了遠(yuǎn)程控制的功能?，F(xiàn)在比較先進(jìn)的機(jī)電一體化器材往往都配備互聯(lián)網(wǎng)接口，可以與多種形式的信號(hào)源與信號(hào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，達(dá)到各種網(wǎng)絡(luò)功能。通過企業(yè)骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸。

2.4.3 模塊化

機(jī)械、軟件、電子設(shè)備是現(xiàn)在比較完善的機(jī)電一體化產(chǎn)品往往具備的3個(gè)主要構(gòu)成模塊。所以，將這些部分模塊化是非常有必要的，不僅可以提升元件組裝的靈活性，使裝配器械簡單化、通用化、可拓展化，還可以從根本上降低產(chǎn)品的開發(fā)成本。

機(jī)電產(chǎn)品和制造商的類型很多，生產(chǎn)狀況也大不相同。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或零件的最大互換，有必要研究和開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。在這個(gè)目的下集成產(chǎn)品很好地滿足了這些需求。所以，為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，政府必須引導(dǎo)和所有相關(guān)企業(yè)參與制定各種標(biāo)準(zhǔn)，以便利各種制造商、產(chǎn)品和組件。一套機(jī)電產(chǎn)品，甚至是不同種類的、不同功能的機(jī)電產(chǎn)品，如果其接口可以通用，其模塊化、集成化的零件可以通用，就具有更高的可拓展性，更能根據(jù)實(shí)際情況根據(jù)需求進(jìn)行組裝。并且微電子技術(shù)極大地推動(dòng)了機(jī)電設(shè)備模塊化的發(fā)展，更精簡、更微小、更容易裝卸，從而使得設(shè)計(jì)和組合各種類型的產(chǎn)品變得更加容易。

2.4.4 集成化

集成是很多領(lǐng)域都在追求的一個(gè)趨勢，其含義也非常多。具體到機(jī)電一體化技術(shù)上，集成包括組件的物理集成、技術(shù)的滲透集成和生產(chǎn)過程的精簡集成。前面已經(jīng)提到了很多，現(xiàn)在機(jī)電設(shè)備的需求是高效率、可操作性以及可拓展性，這就要求了模塊的集成化。集成化的第一步，可以按照具體功能將元件進(jìn)行分類。在每個(gè)組件正常且協(xié)調(diào)地操作的條件下，該軟件可以通過。硬件有機(jī)地結(jié)合了各種組件，以實(shí)現(xiàn)最佳性能和最強(qiáng)大的功能，以實(shí)現(xiàn)軟硬件的完美結(jié)合。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用

在機(jī)電一體化在各種機(jī)械領(lǐng)域中大展拳腳的大潮中，鋼鐵行業(yè)也是一個(gè)可以很好地配合與適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)的行業(yè)，并且要汲取其他領(lǐng)域的最新發(fā)展成果，如新設(shè)備和新式測試。只有技術(shù)和設(shè)備診斷才能取得更大的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)主要用于鋼鐵行業(yè)的以下幾個(gè)方面。

3.1 智能化控制技術(shù)

傳統(tǒng)的控制技術(shù)所難以克服的技術(shù)瓶頸，如速度快、精度高、規(guī)模連續(xù)等，進(jìn)一步的發(fā)展必須依靠智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括模糊控制、遺傳算法、混沌理論、專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)今，智能化控制技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的各個(gè)方面都有或多或少的滲透，涉及傳統(tǒng)鋼鐵行業(yè)的多種工藝，如軋鋼系統(tǒng)冷軋、軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、精煉和連鑄車間、高爐控制系統(tǒng)，煉鋼和連鑄等。

3.2 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)以中央計(jì)算機(jī)為核心，以管理許多現(xiàn)場測量和控制系統(tǒng)還有執(zhí)行智能化的控制的單元。在分布式控制系統(tǒng)中，利用多個(gè)元件、計(jì)算機(jī)的共同協(xié)作操作，處理和控制整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的工作。自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測、自動(dòng)排障、自動(dòng)優(yōu)化，這些都是其優(yōu)點(diǎn)。集成了監(jiān)視、控制（包括操作）和管理功能的綜合系統(tǒng)。從現(xiàn)階段的實(shí)踐中來看，分布控制系統(tǒng)在整個(gè)鋼鐵系統(tǒng)中有著優(yōu)越的表現(xiàn)，不僅在功能上，在成本與可靠性上也表現(xiàn)極佳，特別是集中監(jiān)控和分散控制的特點(diǎn)，可以最大限度地降低故障的影響，而集中控制與系統(tǒng)相比，功能更強(qiáng)，安全性更高。這是大型鋼廠機(jī)電技術(shù)下一步發(fā)展的主要方向。

3.3 開放式控制系統(tǒng)

開放式控制系統(tǒng)是當(dāng)今越來越流行的一種新的控制系統(tǒng)概念。在某種程度上，“開放”意味著兼容性。也就是說不同制造商的產(chǎn)品可以和按照相同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的硬件和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源交換和共享?？梢宰R(shí)別和傳輸使用相同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生成的信息。開放式控制系統(tǒng)利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)下層生產(chǎn)管理控制與上層管理決策的有效對(duì)接，實(shí)現(xiàn)管理計(jì)算機(jī)和各種設(shè)控的互聯(lián)互通。為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制集成讓現(xiàn)場總線連接各個(gè)儀表和控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了上層對(duì)下層設(shè)備的有效管理。

4 結(jié)束語

簡而言之，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展將繼續(xù)改變?nèi)祟愂褂媚茉吹姆绞胶托省Ｎ覈b備制造的能力和水平的提升有賴于鋼鐵企業(yè)一體化技術(shù)的增強(qiáng)。

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