機械設(shè)計制造中機電一體化的應(yīng)用分析

員園園

摘要：機電一體化是計算技術(shù)和機械化生產(chǎn)的有機結(jié)合，顯著提升了機電設(shè)計與制造效率。機電一體化標志著我國機械生產(chǎn)行業(yè)自動化水平的進一步提升，將集成電路和自動化生產(chǎn)線結(jié)合起來，使得機械設(shè)備的加工精密度進一步提升。機械生產(chǎn)水平是綜合國力的重要體現(xiàn)，直接影響了工業(yè)產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量。未來，機械設(shè)計與制造行業(yè)將會朝著機電一體化的方向持續(xù)邁進。本文立足于機械設(shè)計制造的現(xiàn)代化需求，結(jié)合機電一體化的相關(guān)概念，深析機械設(shè)計制造中機電一體化的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計制造;機電一體化;應(yīng)用分析

0 ?引言

隨著我國工業(yè)化進程的縱深推進，行業(yè)的發(fā)展越來越依賴技術(shù)的創(chuàng)新和產(chǎn)能的提升。機電一體化作為當前機械設(shè)計與制造的最新成果，能夠全面激發(fā)我國工業(yè)生產(chǎn)的內(nèi)在活力。機電一體化推動了我國機械制造及其自動化的全面發(fā)展，為智能生產(chǎn)線的建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。機電一體化將電力技術(shù)和機械技術(shù)結(jié)合起來，推動傳統(tǒng)工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。本文結(jié)合內(nèi)燃機設(shè)計與制造，探索內(nèi)燃機生產(chǎn)行業(yè)的機電一體化建設(shè)。

1 ?機電一體化的相關(guān)概念

1.1 機電一體化的定義

機電一體化是我國機械設(shè)計制造能力的最佳體現(xiàn)，作為一種先進生產(chǎn)力，它整合了集成電路和計算機技術(shù)的優(yōu)勢。在工業(yè)生產(chǎn)和機械設(shè)備加工制造領(lǐng)域，機電一體化能夠顯著提升企業(yè)產(chǎn)能，憑借著高精度、好效率、高質(zhì)量等眾多優(yōu)勢迅速占領(lǐng)市場。隨著電子信息技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，機電一體化在此基礎(chǔ)之上實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，從根本上改變了機械生產(chǎn)模式。十八大以來，我國積極推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，淘汰落后產(chǎn)能，而機電一體化也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。經(jīng)過了30多年的發(fā)展，我國機電一體化技術(shù)逐漸成熟，在設(shè)計、制造、包裝等多個行業(yè)應(yīng)用廣泛。

1.2 機械設(shè)計制造中機電一體化的優(yōu)勢

機電一體化作為工業(yè)生產(chǎn)的全新理念，憑借著產(chǎn)品過硬的性能，迅速占領(lǐng)了機械生產(chǎn)市場。相比于傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)模式，機電一體化產(chǎn)品兼顧安全性與實用性，在產(chǎn)能和可操控性上穩(wěn)步提升。

1.2.1 生產(chǎn)過程安全可靠

機電一體化充分發(fā)揮了電子信息系統(tǒng)和計算機技術(shù)的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線的自動監(jiān)視、故障自檢、斷電保護。機電一體化設(shè)備在生產(chǎn)安全性上有著明顯的優(yōu)勢，對于電壓、電流的變化有些較強的感知能力。一旦遇到超負荷運轉(zhuǎn)或電壓、電流異常情況將會斷電并發(fā)出警報，有效保護了關(guān)鍵電子元件不被損壞。通過程序設(shè)計和電路控制實現(xiàn)設(shè)備的緊急停機。以內(nèi)燃機生產(chǎn)為例，作為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的代表，內(nèi)燃機是工業(yè)產(chǎn)品和機械設(shè)備的核心。生產(chǎn)過程中，對產(chǎn)品質(zhì)量和切割精度有很高的要求。同時內(nèi)燃機生產(chǎn)作為高度密集型產(chǎn)業(yè)對生產(chǎn)的安全性和可靠性有較高要求。機電一體化能夠滿足于當前我國內(nèi)燃機生產(chǎn)行業(yè)的一般需求，推動大型機械設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。

1.2.2 優(yōu)秀的產(chǎn)能

機電一體化標志著我國自動化生產(chǎn)技術(shù)步入了新征程。通過信息錄入系統(tǒng)的程序錄入，將電信號轉(zhuǎn)化為機械產(chǎn)能，以智能化數(shù)控機床為代表的新型生產(chǎn)設(shè)備具備優(yōu)秀的產(chǎn)能滿足日益擴大化的市場需求。這類產(chǎn)品具備強大的信息錄入和信息識別能力，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品信息的自動監(jiān)測和智能化生產(chǎn)。機電一體化能夠有效應(yīng)對復(fù)雜機械模型的生產(chǎn)，通過編程語言控制機床切割精度，顯著提升設(shè)備操控的靈敏度和精確性。機電一體化能夠最大限度的降低人為因素對生產(chǎn)行為的干擾，將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨燃s，感度智能化企業(yè)。機電一體化的顯著優(yōu)勢在于其信息處理的高效性，能夠避免人工操作帶來的不確定因素，實現(xiàn)不間斷生產(chǎn)。這也使得設(shè)備生產(chǎn)過程中的不確定性得到有效控制。

1.2.3 可操控性強

機電一體化產(chǎn)品在操控性能和維護方面優(yōu)勢明顯。通過數(shù)字顯示、程序控制、計算機操作等形式，降低了機電一體化對操控人員的要求。設(shè)備在工作過程中按照既定的程序進行生產(chǎn)，生產(chǎn)行為具有高度的協(xié)同性和連續(xù)性。除特殊情況化，工作人員無須進行任何調(diào)整性操作。隨著機電一體化的縱深推進，其與行業(yè)結(jié)合的緊密性越來越高。在內(nèi)燃機生產(chǎn)過程中，機電一體化的最新成果相關(guān)電氣零件的設(shè)計研發(fā)緊密結(jié)合。目前，已經(jīng)有電火花加工機床、線切割機、激光測量儀等多種數(shù)控設(shè)備運用到內(nèi)燃機的生產(chǎn)中來。一方面，內(nèi)燃機整體構(gòu)造較為復(fù)雜，單個零件的加工精度和復(fù)雜度較高，而機電一體化設(shè)備能夠通過多線程程序的錄入，實現(xiàn)對高精度產(chǎn)品的雕刻。就其調(diào)整和維修而言，該設(shè)備整體集約化程度高，設(shè)備調(diào)試以程序的調(diào)試為主。其自身的自檢系統(tǒng)能夠?qū)\行中出現(xiàn)的故障采取一定的自我處理措施。

2 ?機械設(shè)計制造中機電一體化技術(shù)

2.1 集成制造技術(shù)

集成制造技術(shù)的成熟應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)機械加工全過程的集約化、自動化。在設(shè)備設(shè)計與加工過程中，必須在設(shè)計前期做好充分的準備工作，從原材料準備到生產(chǎn)流程、產(chǎn)品輸出等整個流程出發(fā)，完善管理體制，實現(xiàn)整個加工流程的自動化。在生產(chǎn)初期，運用計算機模擬系統(tǒng)對整個生產(chǎn)流程進行動態(tài)演示，對程序設(shè)計和錄入進行優(yōu)化。通過對各部門生產(chǎn)過程的模擬，獲得更加精確的測試數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)全過程的自動化打下基礎(chǔ)。

2.2 總線技術(shù)

機電一體化從技術(shù)層面上改變了機械設(shè)備的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了系統(tǒng)化控制。合理運用總線技術(shù)能夠?qū)⒈姸鄡x器設(shè)備組合起來，統(tǒng)一管理，對于同類設(shè)備，采用分控與總控結(jié)合的管理形式，完成各個生產(chǎn)車間的閉合管理。將傳統(tǒng)的人工管理與監(jiān)測轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C管理。憑借總線技術(shù)將整個車間內(nèi)的設(shè)備運行情況進行匯總，便于設(shè)備的集中統(tǒng)一管理，較少對人力資源的依賴?？偩€技術(shù)集信息收集與指令下達為一體，通過信息交互完成對設(shè)備的監(jiān)測和控制，使計算機技術(shù)和機械設(shè)備之間結(jié)合更為緊密。

2.3 交流傳動技術(shù)

交流傳動技術(shù)即信息的雙向傳動，機電一體化對電子信息傳輸流暢性要求很高，通過雙向傳動技術(shù)的全面布局能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)能的優(yōu)化升級，提升信息傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量。內(nèi)燃機生產(chǎn)是一個多部門協(xié)作的過程中，不論是原料供應(yīng)還是產(chǎn)品組裝都考驗車間之間、企業(yè)之間的協(xié)同作業(yè)能力。通過微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的整合，讓機電一體化設(shè)備的整體操控性能得到進一步提升。

3 ?機械設(shè)計制造中機電一體化技術(shù)應(yīng)用

3.1 數(shù)控設(shè)計

數(shù)控設(shè)計和數(shù)控機床作為一個成熟的工業(yè)加工系統(tǒng)，通過機電一體化技術(shù)的運用能夠有效提升工藝的現(xiàn)代化水平。機電一體化作為數(shù)控設(shè)計和數(shù)控機床的整體革新，能夠有效優(yōu)化數(shù)控機床的缺陷，促進數(shù)控機床加工行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。目前我國發(fā)動機生產(chǎn)以活塞式發(fā)動機和渦輪發(fā)動機為主，以上兩種內(nèi)燃機適用面廣，市場需求量大。目前，我國自主研發(fā)的往復(fù)式渦輪發(fā)動機逐漸成熟，發(fā)動機功率和排量逐漸提升，汽油柴油機的熱效率能夠達到40%以上。一方面，這表明我國內(nèi)燃機生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟，另一方面，在內(nèi)燃機熱效率的提升上仍然存在較大的空間。從活塞式發(fā)動機到渦輪式發(fā)動機的升級對數(shù)控機床和機電一體化技術(shù)提出了更高的要求。通過計算機輔助制圖，讓CAD技術(shù)更高的應(yīng)用與內(nèi)燃機設(shè)計與制造。

3.2 動力設(shè)計

機電一體化相較于傳統(tǒng)的分散式機械設(shè)計與制造行業(yè)而言能夠顯著提升動能，降低能耗。經(jīng)濟的發(fā)展使得我國內(nèi)燃機需求量越來越大，只有不斷提升機械制造的動能，才能夠真正實現(xiàn)生產(chǎn)力的提升。通過集成電路和電子元件實現(xiàn)對數(shù)控機床和機電一體化設(shè)備的高效控制。傳統(tǒng)機械設(shè)計中，一般選用液壓機作為主要動力，但液壓機整體工作效能不足，在設(shè)備使用過程中對能源的消耗與浪費較為嚴重。在液壓裝置中加入電子調(diào)速器就能夠?qū)崿F(xiàn)對機械壓力和動力的可控調(diào)節(jié)。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)

機械設(shè)計與制造過程中，監(jiān)控系統(tǒng)是生產(chǎn)連貫性與持續(xù)性的重要保證。設(shè)備在運行過程中不可避免的會出現(xiàn)故障，監(jiān)控系統(tǒng)的建立在于合理應(yīng)對突發(fā)故障。機電一體化在故障診斷與監(jiān)測方面優(yōu)勢明顯，能夠動態(tài)監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部故障，實現(xiàn)故障預(yù)警，自動排查和報警。問題的早發(fā)現(xiàn)早處理能夠最大限度的降低停機和故障造成的不良影響。

4 ?機械設(shè)計制造中機電一體化的發(fā)展前景

4.1 智能化發(fā)展

機電一體化建立在計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，隨著工業(yè)化進程的深入推進，機電一體化將會朝著智能化的方向全面推進。目前，我國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，將智能機器人應(yīng)用到內(nèi)燃機生產(chǎn)過程中仍然有賴于機電一體化理論體系作為支撐。一方面機電一體化作為工業(yè)集約化的重要途徑，為工作方式仍然以機械式運動為主。另一方面，機械行為的智能化離不開人工智能和機電一體化的有機結(jié)合。智能產(chǎn)業(yè)鏈將會成為未來工業(yè)生產(chǎn)的主要形式。讓智能化產(chǎn)品服務(wù)于機電行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，構(gòu)建智能化產(chǎn)業(yè)園。

4.2 微型化發(fā)展

一方面，機電一體化設(shè)備正朝著小型化、微型化方向發(fā)展，這得益于智能芯片研發(fā)技術(shù)的提升，另一方面，微型化發(fā)展的機電設(shè)備能夠滿足于更加高精度的加工需求。就內(nèi)燃機加工行業(yè)本身而言，加工對象的精度要求越來越高，這也促使機電一體化朝著更加高精度的方向發(fā)展。只有這樣才能夠滿足日益多樣化的機械加工需求。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

機電一體化進程中，相關(guān)設(shè)備的集中監(jiān)測有賴于網(wǎng)絡(luò)體系的構(gòu)建。借助網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備和車間的遠程控制，為無人車間的構(gòu)建打下基礎(chǔ)。機電一體化的過程離不開互聯(lián)網(wǎng)的參與，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同管理也是在網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和系統(tǒng)程序的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。必要的局域網(wǎng)建設(shè)是機電一體化構(gòu)建的基礎(chǔ)。隨著我國5G網(wǎng)絡(luò)體系的建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)將會成為機械設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)的主要發(fā)展趨勢。線上研發(fā)，線下成產(chǎn)，新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)將會更加依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及。

5 ?結(jié)束語

機電一體化標志著我國機械設(shè)計與制造步入了新臺階?，F(xiàn)如今，機電一體化已然成為工業(yè)生產(chǎn)的主流形式，不論是機械設(shè)計加工還是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，都離不開機械設(shè)備的參與。在工業(yè)化進程深入推進的今天，機電一體化應(yīng)當明確發(fā)展方向，結(jié)合我國工業(yè)基礎(chǔ)特點，加速同工業(yè)生產(chǎn)的融合。

參考文獻：

[1]姚宇軒.基于人工智能的機械設(shè)計制造及其自動化實踐[J].科技資訊，2020，18（05）：31-32.

[2]陳振東，賈銀行.傳統(tǒng)機械設(shè)計制造與機械自動化比較研究[J].湖北農(nóng)機化，2020（02）：183.

[3]王棟升.機械設(shè)計制造及自動化的設(shè)計相關(guān)研究[J].農(nóng)家參謀，2020（01）：151.

[4]劉偉強.淺析機械設(shè)計制造中機電一體化的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2019（24）：215-216.