機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用

賈鋆文

摘? 要：世界經(jīng)濟發(fā)展日新月異，越來越多的新技術(shù)開始進入到了我們的視野，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛，在此過程中，多學(xué)科共融的趨勢也日益明顯，對于相關(guān)領(lǐng)域的變革有著十分重要的推動意義。而從機械工程領(lǐng)域來講，伴隨著計算機技術(shù)以及微電子技術(shù)發(fā)展速度的加快，機械工程的管理方式、產(chǎn)品功能、生產(chǎn)模式、技術(shù)體系也都在發(fā)生著變化，傳統(tǒng)的機械電氣化工業(yè)模式正在逐漸向機電一體化工業(yè)模式轉(zhuǎn)化。機電一體化技術(shù)具有較強的綜合性，它不僅是一門獨立的學(xué)科，與此同時，也是一門涉及面較廣的學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及國家經(jīng)濟發(fā)展速度的加快，機電一體化技術(shù)中電子計算機技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。本文就從機電一體化技術(shù)的發(fā)展過程出發(fā)，對機電一體化技術(shù)包含的內(nèi)容，在工程機械中的應(yīng)用價值以及應(yīng)用范圍幾個方面出發(fā)進行了具體研究。

關(guān)鍵詞：機電一體化技術(shù)? 工程機械? 應(yīng)用? 科技

中圖分類號：TH39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（c）-0019-04

Abstract： With the rapid development of the world economy， more and more new technologies begin to enter our vision， and their application scope is more and more extensive. In this process， the trend of multi-disciplinary integration is increasingly obvious， which has a very important significance to promote the reform of related fields. In the field of mechanical engineering， with the rapid development of computer technology and microelectronics technology， the management mode， product function， production mode and technical system of mechanical engineering are also changing. The traditional industrial mode of mechanical electrification is gradually transforming into the industrial mode of mechanical and electrical integration. Mechatronics technology has strong comprehensiveness. It is not only an independent subject， but also a wide range of subjects. With the development of science and technology and the acceleration of national economic development， the application of electronic computer technology， information technology， microelectronics technology and automatic control technology in mechatronics technology is more and more extensive. Starting from the development process of mechatronics technology， this paper studies the contents， application value and application scope of mechatronics technology in construction machinery.

Key Words： Mechatronics technology; Construction machinery; Application; Science and technology

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，其對我們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)的影響也在逐漸增加。在這樣的大背景下，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，尤其是在工程機械領(lǐng)域，一直以來，機械工程領(lǐng)域所使用的均為機械電器模式，隨著機電一體化技術(shù)的引入，工程機械產(chǎn)品的功能也開始逐漸朝著多樣化的方向發(fā)展，品質(zhì)也在逐漸提升。機電一體化技術(shù)是一門具有較強綜合性的學(xué)科，其涵蓋了多方面的內(nèi)容，因此，其在工程機械領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵性也不容忽視，實際應(yīng)用的過程中收到了十分明顯的成效。在這樣的情況下，針對工程機械領(lǐng)域機電一體化技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)問題進行研究就顯得十分有必要，希望本文的研究能夠帶給大家一些有益的幫助。

1? 機電一體化技術(shù)的發(fā)展過程

機電一體化技術(shù)產(chǎn)生于20世紀60年代前后，其發(fā)展大約歷經(jīng)三個階段。

第一個階段為20世紀60年代左右，人們在機械產(chǎn)品的研制過程中加入了電子技術(shù)，這也在一定程度上完善了機械產(chǎn)品的功能，在二戰(zhàn)爆發(fā)的大背景下，機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合日益緊密，但是，這一階段機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域[1]。而隨著二戰(zhàn)結(jié)束，機電結(jié)合技術(shù)越來越多的被應(yīng)用于民用領(lǐng)域，其對于戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)發(fā)揮了十分重要的推動作用。但是，從現(xiàn)實的角度來講，這一階段電子技術(shù)的研究還處于探索階段，這也在一定程度上限制了電子技術(shù)與機械技術(shù)之間的結(jié)合。

第二個階段為20世紀70年代至80年代，機電一體化技術(shù)的研究進程開始逐漸加快。在這一時期，控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)開始被越來越多的與機電一體化技術(shù)結(jié)合，加之這一時期微型計算機以及集成電路相關(guān)技術(shù)的研究取得了質(zhì)的飛躍，這也在一定程度上為機電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了更好的條件[2]。也是在這一階段，世界各國開始關(guān)注機電一體化技術(shù)，機電一體化技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。

第三個階段為20世紀90年代后期，機電一體化技術(shù)開始逐漸朝著智能化的方向發(fā)展，又取得了新的進步。在這一時期，在廣大技術(shù)人員的探索和研究中，機電一體化技術(shù)的學(xué)科體系日益完善，通信技術(shù)、光學(xué)與機電一體化技術(shù)實現(xiàn)了進一步的結(jié)合，開始出現(xiàn)了微機電一體化技術(shù)以及光機電一體化技術(shù)，進一步豐富了機電一體化的技術(shù)體系。加之這一階段光纖技術(shù)以及人工智能技術(shù)開始快速發(fā)展，這也使機電一體化技術(shù)擁有了更加廣闊的發(fā)展前景。

2? 機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用價值

2.1 合理控制能耗，保證生產(chǎn)效率

傳統(tǒng)的工程機械設(shè)備在實際運行的過程中，雖然在一定程度上人力勞動的壓力得到了有效緩解，但是，技術(shù)方面依然存在諸多缺陷，導(dǎo)致這些設(shè)備在實際運行的過程中存在較大的局限性，尤其是在能耗方面，傳統(tǒng)的工程機械設(shè)備普遍具有能耗大的特點，致使設(shè)備運行過程中的成本很難得到有效控制，在這樣的大背景下，工程機械設(shè)備自身的運行優(yōu)勢也很難得到充分發(fā)揮[3]。例如，傳統(tǒng)的液壓挖掘機設(shè)備，其并沒有體現(xiàn)機電一體化技術(shù)的特點，在實際應(yīng)用的過程中，燃料的利用率整體較低，造成了巨大的能源浪費。而最近幾年，通過在該設(shè)備上使用機電一體化技術(shù)，有效提升了設(shè)備的能源利用率，與此同時，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，其工作效率也有了較大幅度的提升?！翱ㄌ仉娮有使?jié)能控制系統(tǒng)”應(yīng)用到設(shè)備中，使設(shè)備的發(fā)動機以及泵在工作的過程中能夠最大限度的實現(xiàn)協(xié)調(diào)，與此同時，通過設(shè)備上的液晶顯示屏，技術(shù)人員可以實現(xiàn)實時對燃料的使用情況的監(jiān)控，在減少燃料消耗的基礎(chǔ)之上，有效提升燃料的利用率，在此基礎(chǔ)上，全面發(fā)揮設(shè)備的性能。

2.2 監(jiān)控工程機械運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)運行故障

現(xiàn)代社會，很多領(lǐng)域都在強調(diào)效率，因此，項目在實際落實的過程中，對于工程機械的運轉(zhuǎn)能力也提出了更高的要求。相比于以往，現(xiàn)階段項目單位所使用的工程機械性能已經(jīng)有了較大幅度的提升，但是，要想進一步提升工程機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，還需要采取有效措施，提升其各個系統(tǒng)運行的協(xié)調(diào)度[4]。但是從工程機械自身的角度來講，由于其各個部分在構(gòu)造的方面不僅具有較高的精密度，同時具有較高的復(fù)雜度，因此，通過肉眼的方式很難及時發(fā)現(xiàn)故障所在位置。而通過在工程機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù)就能有效解決這一問題，借助機電一體化系統(tǒng)，機械設(shè)備能夠?qū)崟r檢測自身的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，一旦某一部位發(fā)生故障，設(shè)備能夠第一時間自主發(fā)出警報，提醒技術(shù)人員及時采取有效措施對問題進行解決。與此同時，借助設(shè)備上的顯示器以及指示燈，技術(shù)人員可以直觀觀察機械的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，對機械的運轉(zhuǎn)情況進行實時監(jiān)控，發(fā)生故障，借助設(shè)備顯示屏第一時間對故障位置進行定位，明確故障發(fā)生的原因，在此基礎(chǔ)上，確保工程機械運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

2.3 提升機械設(shè)備的精密化程度，保證運行效益

在工程機械的制造過程中，為了有效保證設(shè)備的精密化程度，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用必不可少，具體在以下兩個方面有所體現(xiàn)：首先，在工程機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備內(nèi)部全部子系統(tǒng)的自動檢測，在此基礎(chǔ)上，有效反應(yīng)工程機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，如此一來，技術(shù)人員就能實現(xiàn)對于機械設(shè)備運行情況的實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時采取有效解決措施，實現(xiàn)機械設(shè)備制造精密化程度的提升[5]。其次，在工程機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù)能夠提升設(shè)備的自動化程度，使設(shè)備在運轉(zhuǎn)的過程中始終處于半自動化狀態(tài)或自動化狀態(tài)，進而最大限度的減少設(shè)備在運行過程中所占用的人力資源，在此基礎(chǔ)上，確保設(shè)備能夠具有較高的精密度。例如，在機械設(shè)備運行的過程中，若完全采用人力的方式進行控制，其運行參數(shù)難免會出現(xiàn)偏差。而通過機電一體化技術(shù)的應(yīng)用就能有效減少因人為原因而導(dǎo)致的偏差，通過使用計算機對設(shè)備進行控制，提升設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中的精密化程度。

3? 機電一體化技術(shù)主要包含的內(nèi)容

3.1? 機械技術(shù)

從機電一體化技術(shù)自身的角度來講，機械技術(shù)是一項基礎(chǔ)技術(shù)，其主要通過機電一體化技術(shù)與其他類型的現(xiàn)代化技術(shù)進行融合，實現(xiàn)對傳統(tǒng)機械概念的更新，達到對傳統(tǒng)機械性能、結(jié)構(gòu)以及材料進行調(diào)整的目的，在此基礎(chǔ)上，使工程機械自身的體積、重量能夠最大限度的得到縮小，促使工程機械自身的性能、剛度以及精度都能得到有效改善[6]。在建立機電一體化系統(tǒng)的過程中，需要在合理利用傳統(tǒng)機械工藝技術(shù)與機械理論的基礎(chǔ)之上，合理的將人工智能系統(tǒng)、計算機輔助技術(shù)引入其中，達到改造與創(chuàng)新機械技術(shù)的目的。

3.2 計算機技術(shù)

計算機技術(shù)也被稱作電腦技術(shù)，其不僅可以達到快速運算的目的，與此同時，還能實現(xiàn)對信息的實時存儲與交換，而隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)也開始越來越多的受到了人們的關(guān)注，其雖然屬于計算機信息處理技術(shù)的范圍之內(nèi)，但是卻在一定程度上提升了計算機信息處理的速度。因此，從機電一體化技術(shù)自身的角度來講，計算機技術(shù)也屬于核心技術(shù)范疇之內(nèi)。

3.3 系統(tǒng)技術(shù)

整體概念是系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)，其能夠以系統(tǒng)目標為前提，從全局的角度出發(fā)，實現(xiàn)對各項技術(shù)的有效組織與應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，將工程機械的總體功能分解成若干個功能單元，確保所分解的功能單元之間能夠相互聯(lián)系。而在此過程中，接口技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，其是工程機械內(nèi)部各個系統(tǒng)之間連接的重要載體。

3.4 自動化技術(shù)

自動化技術(shù)是一個內(nèi)容十分豐富的項目，其主要是在控制理論的基礎(chǔ)之上建構(gòu)起來的，主要作用在于提升機電一體化技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)性，一方面能夠輔助技術(shù)人員現(xiàn)場對工程機械設(shè)備進行調(diào)試，另一方面能夠達到系統(tǒng)仿真的目的。也可將控制技術(shù)看作是自動化技術(shù)的核心因素，其主要內(nèi)容包括補償、定位控制、自我診斷、自適應(yīng)控制、矯正等幾個方面。

3.5 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)最主要的作用在于對機電一體化系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)與檢測，因此，人們也將傳感設(shè)備形象的稱之為系統(tǒng)感受器，其不僅能夠達到對設(shè)備運行進行調(diào)節(jié)的問題，與此同時，還能實現(xiàn)對工程機械設(shè)備的自動控制。傳感技術(shù)的水平是工程機械功能的重要體現(xiàn)，傳感技術(shù)水平越高，工程機械設(shè)備自身的功能往往也越強大，這也在一定程度上預(yù)示著工程機械設(shè)備在運行的過程中具有較高的自動化水平[7]。從現(xiàn)階段的情況來看，項目在實際推進的過程中，工程機械設(shè)備往往需要在相對嚴苛的作業(yè)條件下和作業(yè)環(huán)境下工作，因此，就需要傳感器擁有較高的運轉(zhuǎn)水平，不僅能夠快速的實現(xiàn)信息獲取，還需要保證所獲得信息的精確性，在此基礎(chǔ)上，切實保障系統(tǒng)自身的運轉(zhuǎn)能力。

4? 在工程機械中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍

4.1 在機床生產(chǎn)中的應(yīng)用

在機床生產(chǎn)工作的開展過程中，在實際控制和操作環(huán)節(jié)相關(guān)軟件的應(yīng)用必不可少。尤其是在數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)過程中，要控制好軟件研究的難度整體較低。從我國機床生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展情況來看，機床的生產(chǎn)往往需要涉及多個不同領(lǐng)域的理論知識，同時需要應(yīng)用到多種不同的技術(shù)，而從技術(shù)系統(tǒng)的角度來講，軟件的選擇不僅需要考慮到其運轉(zhuǎn)效率，還需要考慮到其運轉(zhuǎn)成本，在此基礎(chǔ)上，確保其能夠使我國工程機械發(fā)展的相關(guān)要求得到充分的滿足，實現(xiàn)對相關(guān)技術(shù)的進一步完善和推廣。相比于其他類型的應(yīng)用技術(shù)，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用還能夠達到控制生產(chǎn)污染、節(jié)約能源的目的，而在此過程中，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性并不會受到影響，為后續(xù)生產(chǎn)活動的高質(zhì)量展開打下了良好的基礎(chǔ)[8]。在實際應(yīng)用的過程中，機電一體化技術(shù)對于工作道具和工作臺都有著較高的要求，因此，為了保證機電一體化技術(shù)的積極作用能夠得到充分發(fā)揮，通常情況下需要從以下兩個方面出發(fā)來進行操作：首先，要對坐標軸運行的方向予以明確，確保在實際工作的過程中道具的方向以及工作臺的方向能夠最大限度的保證一致。與此同時，在進行插補操作的過程中要保證連續(xù)性，避免中斷。其次，要重視全面發(fā)揮氟塑貼面導(dǎo)軌的功能，要使其功能能夠得到全面發(fā)揮，尤其需要控制好導(dǎo)軌摩擦的系數(shù)，確保導(dǎo)軌能夠具有較強的耐磨性，為保證機床運轉(zhuǎn)的效率打下堅實的基礎(chǔ)。最后，在機床不需要進行低速運作的情況下，往往機床的運行成本也能得到很好的控制。運行速度越快，機床內(nèi)部各系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性越高，準確性越能得到保證。從我國現(xiàn)階段市面上常見的數(shù)據(jù)機床種類來講，滾珠絲杠副傳動座方式的應(yīng)用十分普遍，優(yōu)勢也最明顯。

4.2 在半自動化和自動化作業(yè)中的應(yīng)用

從工程機械自身的角度來講，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用很大程度上提升了設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中的半自動化水平以及自動化的水平，使工程機械設(shè)備自身的運轉(zhuǎn)效率得到有效提升，不僅有效降低了設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中所需要投入的人力成本，與此同時，對于推動我國現(xiàn)代工程的進步和發(fā)展也有著十分積極的現(xiàn)實意義。從我國工程機械設(shè)備制造工作的開展情況來看，人工操作在其中發(fā)揮的作用正在逐漸減少，這也在一定程度上說明了工程機械制造過程中自動化程度在逐漸提升，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用就能有效提升工程機械制造過程中相關(guān)操作的精細化程度，在此基礎(chǔ)上，最大限度的減少因人工操作而帶來的誤差問題。例如，我公司在液晶顯示屏的生產(chǎn)過程中就合理的應(yīng)用到了機電一體化技術(shù)，不僅節(jié)約了大量人力資源成本，減少了人工手動操作的部分，與此同時，也增加了相應(yīng)設(shè)備的精益化程度，不合格產(chǎn)品問題的發(fā)生率得到了大幅度的降低。與此同時，在大型工程機械設(shè)備的制造過程中，通過自動化技術(shù)的合理應(yīng)用，還能有效控制精密部位的制造比例，以此為基礎(chǔ)，在設(shè)備內(nèi)部安裝傳感器，切實提升工程機械設(shè)備作業(yè)過程中的自動化程度。在實際制造的過程中，很多機械設(shè)備都應(yīng)用到了傳感器，不僅能夠輔助工人實時監(jiān)控設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，操作人員還可以根據(jù)儀表所顯示的數(shù)據(jù)判斷設(shè)備的作業(yè)情況，在此基礎(chǔ)上，繪制設(shè)備的作業(yè)軌跡，嚴格依照相關(guān)的操作流程完成最終的施工工作。除此之外，機電一體化技術(shù)還能提升工程機械設(shè)備對于各個施工環(huán)節(jié)的控制，例如，現(xiàn)階段十分常用的激光技術(shù)就能起到提升操作精度的目標，在此基礎(chǔ)上，確保機械施工任務(wù)能夠順利完成。

與此同時，還可以在工程機械表面安裝液晶顯示器，在此基礎(chǔ)上，使技術(shù)人員能夠直觀的了解機械的運轉(zhuǎn)狀況，觀察各個部位的操作情況以及運行狀態(tài)。與此同時，操作人員通過液晶顯示屏表面的控制按鈕，還能實現(xiàn)對工程機械的控制，通過相應(yīng)數(shù)據(jù)判斷工程機械運轉(zhuǎn)過程中的狀態(tài)，不僅使設(shè)備的操作難度大大降低，對于設(shè)備操作效率的提升也有著十分積極的推動意義。除此之外，在配件相同的情況下，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用還能有效提升對工程機械設(shè)備進行控制的全面性。通過計算機技術(shù)對操作流程進行編輯，根據(jù)實際需要調(diào)整和更改操作流程，在此基礎(chǔ)上，提高工程機械的使用范圍，保證工程機械自身功能的全面性。

5? 在工程機械中機電一體化技術(shù)應(yīng)用的未來展望

現(xiàn)代工程機械在制造以及實際使用的過程中，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍，其使現(xiàn)代社會的發(fā)展需要得到了最大限度的滿足，與此同時，很好的適應(yīng)了現(xiàn)代社會自動化的發(fā)展趨勢以及智能化的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的機械制造業(yè)相比，機電一體化技術(shù)不僅使產(chǎn)品的外觀得到有效改善，與此同時，有效提升了產(chǎn)品的工作效率以及運轉(zhuǎn)質(zhì)量，使機械制造過程中投入的人工成本得到了大幅度降低，不僅在制造業(yè)方面得到了十分廣泛的應(yīng)用，在經(jīng)濟發(fā)展、科技發(fā)展方面也有著十分積極的推動意義。

6? 結(jié)語

綜上所述，從現(xiàn)代工程機械制造業(yè)自身的發(fā)展角度來講，為了使設(shè)備的質(zhì)量和使用效率能夠得到最大限度的提升，合理應(yīng)用智能化技術(shù)、自動化技術(shù)是前提條件。在開展工程機械制造工作的過程中，機電一體化技術(shù)能夠有效實現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定性、作業(yè)精確度、功能性以及安全性的全面提升，在此基礎(chǔ)上，使工程機械能夠真正滿足社會的發(fā)展需要，相信在不久的將來，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用能夠成為我國工程機械制造的一個重要的發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1] 李捷.機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用探討[J].中國設(shè)備工程，2020（9）：179-180.

[2] 邱乾綱，沈纓，趙翠，等.機電一體化在工程機械中的應(yīng)用分析[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2020，18（8）：67-69.

[3] 張斯其，徐茂林，張科.關(guān)于機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機與配件，2020（6）：247-249.

[4] 叢培東.化工工程機械中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用[J].遼寧化工，2020，49（3）：312-314.

[5] 韓正辰，薛浩洋，周宗帥.淺談機電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機械中的發(fā)展運用[J].內(nèi)燃機與配件，2020（5）：223-224.

[6] 彭飛.機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（3）：70-71.

[7] 雷泱.工程機械中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用探究[J].南方農(nóng)機，2020，51（4）：179.

[8] 高延凱.機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2020（5）：131.

[9] 史建國.機械設(shè)計中機電一體化的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，14（31）：122-123.

[10] 高文璇.機電一體化系統(tǒng)中智能控制的實踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2020，17（9）：63-64.