機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)

董亮

（沈陽現(xiàn)代制造服務(wù)學(xué)校，遼寧沈陽 110148）

0 引言

我國的科學(xué)技術(shù)水平一直處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，機(jī)電一體化以其對工業(yè)產(chǎn)業(yè)的巨大推動(dòng)作用，越來越受到的重視，并在工業(yè)研發(fā)生產(chǎn)活動(dòng)中起到重要作用，除了傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)的經(jīng)典理論和工藝技術(shù)等，相關(guān)研究人員還應(yīng)考慮利用人工智能等方式，使機(jī)電技術(shù)更加智能，減輕工廠人員的工作量，降低手動(dòng)出錯(cuò)的可能性；進(jìn)入二十一世紀(jì)后，人與自然的和諧發(fā)展成為我國乃至全世界的關(guān)注重點(diǎn)，“綠水青山”和“金山銀山”還計(jì)入了黨的十九大報(bào)告中，因此，在大力推動(dòng)現(xiàn)代機(jī)電技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，相關(guān)人員還應(yīng)該注意環(huán)境保護(hù)的要求，讓機(jī)電技術(shù)變得“綠色化”，適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展需求。

1 機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)理念

目前，隨著經(jīng)濟(jì)深化改革的不斷發(fā)展使得中國成為世界機(jī)械制造大國之一，并且隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，使得電子產(chǎn)品制造業(yè)、電控電器等機(jī)電控制系統(tǒng)也逐漸增多，也逐步提高了對機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的重視程度。機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的概念指的是在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中把電子設(shè)計(jì)、接卸裝置和軟件設(shè)計(jì)混合為一體。隨著機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的快速發(fā)展，要求在對電子產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中要對其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的分析，并將所獲得的結(jié)果進(jìn)行綜合，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)一體化。但是，電子產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要分析和綜合的過程是反復(fù)的，只有經(jīng)過反復(fù)的分析才能夠發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中存在的問題并進(jìn)行改善，最終才能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的目標(biāo)。從一體化的設(shè)計(jì)角度來出發(fā)，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有智能化和人格化等特點(diǎn)，這樣不僅可以體現(xiàn)出機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的設(shè)計(jì)理念，而且還使得所設(shè)計(jì)的機(jī)電裝置具有高度的科技性。

2 機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的設(shè)計(jì)方法

機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)對精密度要求較高的設(shè)計(jì)過程。在設(shè)計(jì)開展的過程中，不僅需要考慮產(chǎn)品綜合的經(jīng)濟(jì)性，還需要考慮到市場上對該產(chǎn)品的需求量。如果所設(shè)計(jì)的機(jī)電控制系統(tǒng)不能夠按照預(yù)期的情況去開展工作，就需要在機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的過程中加入相應(yīng)的電子元件來加強(qiáng)隊(duì)，該系統(tǒng)的控制。在機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的過程中采用的是硬軟件結(jié)合的方法。所以機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)過程在開展過程中需要經(jīng)歷兩個(gè)階段，分別是開發(fā)階段和適應(yīng)性階段。開發(fā)階段是為了能夠滿足市場對機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的要求，使得所設(shè)計(jì)的機(jī)電控制系統(tǒng)能夠滿足各個(gè)產(chǎn)品性能需求；而適應(yīng)性階段主要是交所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行逐步的完善和修改，使得機(jī)電控制系統(tǒng)一體化的產(chǎn)品的局部不斷進(jìn)行優(yōu)化和完善。一般來講，機(jī)電控制系統(tǒng)一體化在設(shè)計(jì)的過程中常采用三種方式，分別是電子線路代替機(jī)械控制結(jié)構(gòu)、電子部分與有機(jī)部分的整體結(jié)合、功能模塊的整合。

3 機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)簡述

機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)由機(jī)電控制和自動(dòng)控制兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合組成，這兩個(gè)系統(tǒng)也是整個(gè)機(jī)電技術(shù)的基石，是機(jī)電技術(shù)最基礎(chǔ)也是最重要的組成。最早期的控制系統(tǒng)可以追溯到20 世紀(jì)初，僅能進(jìn)行開、關(guān)等精度較差、速度較慢的簡單非連貫控制操作；到30 年代，控制系統(tǒng)從斷續(xù)進(jìn)步到連續(xù)，并提高了原有技術(shù)的精度和速度；在40 年代和50 年代，水銀整流器控制技術(shù)為機(jī)電控制系統(tǒng)技術(shù)取得了長足的發(fā)展；50 年代末，水銀整流器被晶閘管、晶體管取代，它們以其高效率、反應(yīng)敏捷、使用期限長、容易護(hù)理等特點(diǎn)，將機(jī)電控制系統(tǒng)邁向更高的層次。如今的機(jī)電控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用結(jié)合在一起，為機(jī)電控制系統(tǒng)打開了新世界的大門。

3.1 機(jī)電控制

“控制”，指的是為達(dá)到目的而對對象進(jìn)行的操作，大部分情況下，“控制”的主體都是人。機(jī)電控制系統(tǒng)也離不開人的參與，但它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)等不同行業(yè)，將它們?nèi)诤显谝黄穑迷O(shè)置好的程式，將控制系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)連接，使用少量的人力即可完成大量的工作，大大提高工作效率。

遠(yuǎn)程控制即是一種高效便捷的控制系統(tǒng)，監(jiān)管人員可以通過網(wǎng)絡(luò)，將不同地方的計(jì)算機(jī)連接在一起，對在異地的工作人員進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督。監(jiān)管人員既可以選擇實(shí)時(shí)追蹤每個(gè)控制環(huán)節(jié)，隨時(shí)對相關(guān)狀況進(jìn)行干預(yù)，也可以運(yùn)用完成性控制系統(tǒng)，利用人機(jī)互動(dòng)的方式達(dá)成工作目的。遠(yuǎn)程控制對于工作人員來說，減少了路途的奔波；對于企業(yè)來說，減少了人員在路途上的資金成本，同時(shí)工作人員可以實(shí)時(shí)溝通交流，互相掌握彼此的工作狀態(tài)，在經(jīng)濟(jì)和效率上都獲得提升。

3.2 自動(dòng)控制

作為與我們生活密不可分的自動(dòng)控制技術(shù)，它的重點(diǎn)在于“自動(dòng)”，即根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，利用控制器等讓系統(tǒng)按照一定的規(guī)律自動(dòng)運(yùn)行，而不需要再進(jìn)行人工控制，降低總體成本。設(shè)計(jì)良好的自動(dòng)系統(tǒng)，可以讓系統(tǒng)的各個(gè)部分互相合作，并較之人工控制更加準(zhǔn)確，排除人為出錯(cuò)的可能性，從而更高效率高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，如硬盤驅(qū)動(dòng)這一典型的自動(dòng)控制技術(shù)，它可以在喧鬧惡劣的環(huán)境中，保持著穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)。

自動(dòng)控制技術(shù)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)活動(dòng)中，它的核心技術(shù)“控制器”可以準(zhǔn)確地記錄控制裝備的轉(zhuǎn)速，以可編程邏輯控制器為例，它兼具靈活性和可靠性，適用范圍廣，同時(shí)易維護(hù)、易攜帶、價(jià)格低，這些特點(diǎn)使其成為目前最廣泛地運(yùn)用于工業(yè)環(huán)境中的電子系統(tǒng)之一。自動(dòng)控制技術(shù)往往還可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)使用中的問題，使得其管理和應(yīng)用更具有針對性，讓生產(chǎn)活動(dòng)更為規(guī)律安全，產(chǎn)品質(zhì)量更加有保障。

4 一體化設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化一詞最早出現(xiàn)在日本，我國在20 世紀(jì)80 年代初才開始對機(jī)電一體化的系統(tǒng)研發(fā)，之后機(jī)電一體化事業(yè)蓬勃發(fā)展，后來居上，獲得了廣泛的運(yùn)用。機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)對機(jī)電一體化的成果起著決定性的作用；而計(jì)算機(jī)技術(shù)作為對數(shù)據(jù)處理的必要技術(shù)，同樣是機(jī)電一體化不可獲取的一部分，兩者有機(jī)結(jié)合，共同發(fā)展，才能讓現(xiàn)代機(jī)電化一體設(shè)計(jì)取得更大的發(fā)展。

4.1 模塊化

我國擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類目錄中全部41 個(gè)大類、191 個(gè)中類、525 個(gè)小類的工業(yè)門類，產(chǎn)品種類極多，難以歸類，因此通過模塊化的歸類方式，對小微企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，達(dá)到共同發(fā)展的目的；對于中型企業(yè)鼓勵(lì)其繼續(xù)研發(fā)，做大做強(qiáng)；對于大型企業(yè)引領(lǐng)其繼續(xù)發(fā)展，走向世界，讓整個(gè)機(jī)電制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，讓整個(gè)機(jī)電一體化事業(yè)不斷前進(jìn)，從而又加快制造業(yè)的成長，讓我國從“制造業(yè)大國”向“制造業(yè)強(qiáng)國”邁進(jìn)，形成理論和實(shí)踐的良性循環(huán)。

4.2 專業(yè)性

機(jī)電一體化在設(shè)計(jì)實(shí)施之前，必須有完整的方案，為整個(gè)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)提供一個(gè)指引；而機(jī)電一體化結(jié)合了機(jī)械和電子的要素，對于設(shè)計(jì)人員的專業(yè)提出更高的要求，設(shè)計(jì)人員需要處理好機(jī)械、自動(dòng)化控制、生產(chǎn)之間的關(guān)系，讓三者處于平衡狀態(tài)，而不可有失偏頗，這就要求設(shè)計(jì)者要以系統(tǒng)的、整體的眼光來看待整個(gè)設(shè)計(jì)過程及相關(guān)要素。

只有具備足夠?qū)I(yè)知識(shí)儲(chǔ)備、具有扎實(shí)的機(jī)電基礎(chǔ)、擁有豐富的機(jī)電一體化項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員才可以達(dá)到機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的目標(biāo)。因此機(jī)電行業(yè)必須注重對人才的培養(yǎng)，通過系統(tǒng)科學(xué)的培養(yǎng)機(jī)制，建立充足的人才儲(chǔ)備機(jī)制：在新人培養(yǎng)方面，要給予他們機(jī)會(huì)，參與到機(jī)電一體化設(shè)計(jì)項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)中，積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)；要加強(qiáng)人員的專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)，通過繼續(xù)教育、內(nèi)部培訓(xùn)等方式，利用考試、競賽等方式考察學(xué)習(xí)結(jié)果，從實(shí)踐和理論兩方面對從業(yè)人員的水平進(jìn)行提升。并且機(jī)電一體化是一門綜合性的學(xué)科，設(shè)計(jì)人員必須具有充足的知識(shí)儲(chǔ)備，除了機(jī)械技術(shù)，對電子計(jì)算機(jī)、微電子、通信等方面都要有涉獵。設(shè)計(jì)人員如果僅僅依靠自己一人，很難做到盡善盡美，因此要集思廣益，從更多方面、更多角度來考慮設(shè)計(jì)方案，同時(shí)還要積極與外部專家進(jìn)行溝通交流，接納他人的有效建議，提高項(xiàng)目的整體質(zhì)量。

4.3 多樣性

機(jī)電一體化設(shè)計(jì)有多種設(shè)計(jì)方法，最經(jīng)典的有整體設(shè)計(jì)法、組合法、取代法三種，由于產(chǎn)品的個(gè)體差異，設(shè)計(jì)者要選擇適合產(chǎn)品類型的方式，以免無法順利投入生產(chǎn)。因此在設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)者需要先判斷產(chǎn)品的類型，如對電子線路采用讓電子線路取代機(jī)械式控制的取代法，簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)；對適用的成套產(chǎn)品系統(tǒng)采用將各種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊組合起來的組合法，既縮短生產(chǎn)周期，又保障產(chǎn)品質(zhì)量；而產(chǎn)品電力與機(jī)械部分，則可以采用整體設(shè)計(jì)法，將兩者結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，保障產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

5 結(jié)束語

機(jī)電一體化是在工業(yè)制造中占據(jù)著重要的地位，它對工業(yè)產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)發(fā)展起到無可替代的作用，機(jī)電一體化專業(yè)已被列為國家緊缺人才專業(yè)，機(jī)電一體化行業(yè)要加強(qiáng)對相關(guān)人才的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。