機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用分析

張初宏

摘要：我國(guó)工業(yè)化隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快，工業(yè)發(fā)展對(duì)機(jī)械化生產(chǎn)需求增加，機(jī)械生產(chǎn)效率得到重視。隨著機(jī)械制造技術(shù)與其他高新技術(shù)日益融合，機(jī)電一體化成為現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的本質(zhì)特征，我國(guó)科技飛速發(fā)展，機(jī)電一體化集信息學(xué)、電子學(xué)等眾多學(xué)科為一體，機(jī)械一體化系統(tǒng)應(yīng)用使工程機(jī)械自動(dòng)化，增加了工程機(jī)械作業(yè)精度，在機(jī)械工程中應(yīng)用廣泛。闡述機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)，介紹機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用，探討機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;機(jī)械工程;應(yīng)用發(fā)展

0? 引言

隨著我國(guó)科技不斷發(fā)展，人們的生活水平發(fā)生巨大改變，科技在眾多領(lǐng)域革新促使很多學(xué)科交叉滲透，傳統(tǒng)機(jī)械電氣化以人力操控為主，存在一定的安全隱患。機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方式等改變導(dǎo)致其性能與設(shè)計(jì)方法發(fā)生變化，面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，單靠吸收國(guó)外產(chǎn)品將使企業(yè)失去競(jìng)爭(zhēng)力，只有通過(guò)產(chǎn)品創(chuàng)新才能解決企業(yè)發(fā)展問題。機(jī)電一體化利用現(xiàn)代技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程領(lǐng)域自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)力方面突破為機(jī)械企業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。機(jī)械工程領(lǐng)域由以往機(jī)械電氣化轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)電一體化，由于微電子技術(shù)發(fā)展形成，促使工程機(jī)械企業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)，管理體系等發(fā)生重大改變。

1? 機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)概述

機(jī)電一體化成為具有自身特點(diǎn)的新型學(xué)科，隨著科技進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)突破使得機(jī)械共用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，機(jī)電一體化新型學(xué)科集成電子學(xué)、信息學(xué)等其他學(xué)科特點(diǎn)，機(jī)電一體化包括技術(shù)與產(chǎn)品兩方面，機(jī)電一體化技術(shù)是系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，將電子信息等有關(guān)技術(shù)集合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體最優(yōu)綜合性技術(shù)。

機(jī)電一體化是機(jī)械功能設(shè)計(jì)應(yīng)用中，對(duì)主要功能等方面將控制安裝電子化集成軟件結(jié)合，通過(guò)對(duì)程序工程預(yù)設(shè)，應(yīng)用微電子技術(shù)對(duì)系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量低污染的工作目的。機(jī)電一體化技術(shù)以機(jī)械為載體研究機(jī)電，可以在各領(lǐng)域使用，機(jī)電一體化系統(tǒng)化程度高，形成完整系統(tǒng)具有很強(qiáng)的層次感。機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)整體水平最優(yōu)，機(jī)電一體化技術(shù)操作簡(jiǎn)單。即使用戶對(duì)機(jī)電知識(shí)掌握不充分，仍可以操作機(jī)電一體化系統(tǒng)。

機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)包括信息處理技術(shù)、傳感技術(shù)等。機(jī)械本體技術(shù)應(yīng)從改善性能等方面入手，機(jī)械系統(tǒng)小型化建立在機(jī)械本體輕質(zhì)化基礎(chǔ)上，可以選用非金屬?gòu)?fù)合材料代替船鋼鐵材料，提高機(jī)械快速響應(yīng)特性。機(jī)電一體化與信息處理設(shè)備普及有密切關(guān)系。為促使機(jī)電一體化發(fā)展，需提高信息處理設(shè)備穩(wěn)定性。提高傳感器性能應(yīng)注重其可靠性，與防干擾有密切關(guān)系，密切光線電纜傳感器逐步發(fā)展。軟件是機(jī)械一體化的重要法寶，為降低軟件開發(fā)成本，應(yīng)推廣軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序模塊化等。

機(jī)電一體化系統(tǒng)中的現(xiàn)代技術(shù)包括全息技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、仿生物系統(tǒng)等。機(jī)電一體化追求對(duì)系統(tǒng)全方位掌控，全方位的展示為全息，全息系統(tǒng)化在機(jī)電一體化發(fā)展中作用明顯，自動(dòng)化發(fā)展是未來(lái)方向。光機(jī)電一體化是將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合，光機(jī)電一體化技術(shù)利用光學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使機(jī)電一體化系統(tǒng)更為完善，光學(xué)技術(shù)在傳感技術(shù)等方面給予光電一體化系統(tǒng)提供技術(shù)支持。傳統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)信息處理處于靜態(tài)方式，結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定情況，隨著系統(tǒng)發(fā)展，需要處理信息增多，仿生物系統(tǒng)化應(yīng)用減小信息處理承受負(fù)荷。

2? 機(jī)電一體化系統(tǒng)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工程施工規(guī)模不斷加大，要求工程機(jī)械具備良好性能，自動(dòng)化程度影響工程施工質(zhì)量，工程機(jī)械應(yīng)具備施工質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)效益好、工作可靠安全等。在工程機(jī)械領(lǐng)域引進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)，主要應(yīng)用范圍包括監(jiān)控作用、提高生產(chǎn)效率、作業(yè)過(guò)程自動(dòng)化等。

電子監(jiān)控系統(tǒng)是機(jī)電一體化的重要部分，對(duì)工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)，工作裝置等運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，機(jī)械工作出現(xiàn)異常能立即觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)找出故障位置，減少相關(guān)事故的發(fā)生，方便工作人員及時(shí)檢修，提高工作效率。傳統(tǒng)柴油機(jī)能源利用率低，電控系統(tǒng)能使柴油完全燃燒，為減少柴油機(jī)的能量損失，采用電控技術(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)油門，如日本小松公司挖掘機(jī)采用節(jié)能控制器節(jié)省燃?xì)?3%，主要得益于采用卡特電子效率控制系統(tǒng)。

工程機(jī)械設(shè)備引進(jìn)電子控制系統(tǒng)，可使稱量更加精確，避免人工稱量低效特點(diǎn)，提高成品作業(yè)精度。如商品砼攪拌站采用微電控制電子稱量系統(tǒng)，電子稱量吸引應(yīng)用保證砼配合比，瀝青混凝土攤鋪機(jī)應(yīng)用自動(dòng)找平系統(tǒng)，路面平整度達(dá)0.127m/3m。工程機(jī)械自動(dòng)化可以減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，降低作業(yè)安全系數(shù)。如三菱公司挖掘機(jī)設(shè)軌跡控制系統(tǒng)，在控制板設(shè)定鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡形狀，系統(tǒng)根據(jù)各角度傳感器信號(hào)控制動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種形狀溝槽，挖使挖掘工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

工業(yè)革命推動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)在工程領(lǐng)域應(yīng)用推動(dòng)了機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)在工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在機(jī)床改造、紡織機(jī)械等領(lǐng)域得到推廣。數(shù)控機(jī)床工作要求嚴(yán)格，需要道具按照規(guī)定運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)，運(yùn)用機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床改造，出現(xiàn)問題時(shí)便于維修，滾珠絲杠副傳動(dòng)效率高，適當(dāng)調(diào)整滾珠絲杠縫隙減小，能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，在傳統(tǒng)傳動(dòng)中應(yīng)用較多。數(shù)控車改造應(yīng)減少機(jī)床改動(dòng)，確保故障發(fā)生能進(jìn)行手工操作，用最少的經(jīng)費(fèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)械效率的提升。

紡織機(jī)械系統(tǒng)中卷繞筒子通常采用積極傳動(dòng)方式，交叉角不斷改變，導(dǎo)紗器電機(jī)，變頻器等構(gòu)成控制系統(tǒng)，可采用生角卷繞方式減少重疊現(xiàn)象，經(jīng)系統(tǒng)程序運(yùn)算，信號(hào)由傳感器輸出傳遞給TPU，經(jīng)處理后輸送到PCC，經(jīng)數(shù)據(jù)表格查找恰當(dāng)卷繞比，確定是否存在重疊部分，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳送。機(jī)械工程中重要部分是包裝機(jī)械，傳統(tǒng)包裝機(jī)械對(duì)電路控制實(shí)現(xiàn)部件連接，造成設(shè)備繁雜，為設(shè)備維護(hù)帶來(lái)不便，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于包裝機(jī)械可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊化管理，設(shè)備體積減小，操作方便。

3? 機(jī)電一體化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

隨著科技的發(fā)展與生產(chǎn)實(shí)際需求，機(jī)電產(chǎn)品智能化要求進(jìn)一步提高。需要機(jī)電產(chǎn)品具有一定的智能型，在人工智能不斷發(fā)展的今天，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、心理學(xué)等有了進(jìn)一步發(fā)展，為機(jī)電一體化指明了發(fā)展方向。機(jī)電一體化在機(jī)械工程領(lǐng)域得到重視，未來(lái)機(jī)電一體化將向個(gè)性化、智能化、微型化等方向發(fā)展。

隨著接口技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及促進(jìn)了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化制造，數(shù)字化指機(jī)電產(chǎn)品軟件具有更好的可靠性，通過(guò)機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化能進(jìn)一步提高遠(yuǎn)程控制診斷操作，各種網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)迅猛發(fā)展，遠(yuǎn)現(xiàn)場(chǎng)總集成使得機(jī)電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)，人們可隨時(shí)享受網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的便利。數(shù)字化必然是機(jī)電產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展方向。

機(jī)電產(chǎn)品未來(lái)發(fā)展必然趨向人性化，要求機(jī)電一體化產(chǎn)品進(jìn)一步完善其功能。應(yīng)在造型等方面更好的與環(huán)境相協(xié)調(diào)，更好的為人們服務(wù)。微型化指機(jī)電一體化向微觀領(lǐng)域方向發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)靈活，在信息等方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，微機(jī)電系統(tǒng)集處理器、傳感器于一體，機(jī)電設(shè)備模塊化是間距的任務(wù)，機(jī)電產(chǎn)品種類很多，對(duì)環(huán)保接口，機(jī)械接口等系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品研發(fā)的復(fù)雜的工作，系列化標(biāo)準(zhǔn)化將是其未來(lái)發(fā)展方向。

當(dāng)前世界處于科技高速發(fā)展時(shí)代，消費(fèi)者需求逐漸多樣化，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展要改變生產(chǎn)模式，根據(jù)市場(chǎng)需求設(shè)計(jì)滿足個(gè)性化需求產(chǎn)品。人們對(duì)產(chǎn)品的定位大多從性能出發(fā)，產(chǎn)品使用中能為用戶帶來(lái)良好體驗(yàn)，包括產(chǎn)品穩(wěn)定性能等，產(chǎn)品出現(xiàn)問題能迅速找出發(fā)生原因及時(shí)解決，產(chǎn)品一體化技術(shù)使用會(huì)更好的滿足用戶需求。機(jī)電一體化智能化是其他技術(shù)難以達(dá)到的，隨著科技水平提升，機(jī)電一體化智能化水平提高，通過(guò)對(duì)人腦模擬分析，研制自動(dòng)變質(zhì)程序?qū)崿F(xiàn)更高目標(biāo)。微型化是將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合，任何產(chǎn)品不能超過(guò)1立方厘米，縮小產(chǎn)品體積廣泛應(yīng)用于醫(yī)療等領(lǐng)域。

4? 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化是我國(guó)工程機(jī)械領(lǐng)域的飛躍發(fā)展，提高了機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量，減少工作中的誤差，隨著機(jī)電一體化在工程機(jī)械方面的應(yīng)用，機(jī)電一體化成為機(jī)械工程領(lǐng)域發(fā)展必然趨勢(shì)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到機(jī)電一體化的重要性，廣泛的應(yīng)用于各領(lǐng)域，未來(lái)發(fā)展要借鑒國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展。

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