機電一體化在工程機械上的應(yīng)用與發(fā)展

任亮 劉忠磊

摘要：機電一體化又稱機械電子學。機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。隨著機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)。未來的機電一體化技術(shù)還會朝著智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工程機械;機電一體化;應(yīng)用;探討

現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化“為特征的發(fā)展階段。

1機電一體化的發(fā)展概況

機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

20世紀70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是：（1）mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認;（2）機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展;（3）各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進人深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深人研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學體系。

2機電一體化在工程機械中的應(yīng)用

2.1監(jiān)控作用

工程機械的電子監(jiān)控系統(tǒng)可以對機械設(shè)備進行監(jiān)控，具有故障報警與自動診斷的功能，對機械設(shè)備及時進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)故障和問題，提醒操作人員注意排除和維修。一旦出現(xiàn)異常情況，電子監(jiān)控系統(tǒng)可以迅速確定故障部位和原因，便于工作人員及時檢修，極大地提高了工作效率，減少不必要的損失，也可以避免重大故障的發(fā)生。

2.2節(jié)能功能

傳統(tǒng)的工程機械設(shè)備能量利用率較低，能源浪費比較嚴重。采取新型的電子節(jié)能控制器則可以大幅度提高挖掘機等大型工程機械設(shè)備的能量利用率，達到較好的節(jié)能效果，不但節(jié)約了能源，還安全、環(huán)保。操作起來也比較簡便，還可以減少機械磨損，提高工作效率。

2.3保證成品的作業(yè)精度

電子控制系統(tǒng)應(yīng)用到工程機械設(shè)備上，可以使稱量變得更為精確，使稱量過程自動化，避免了人工測量誤差較大的弱點，使成品的作業(yè)精度明顯提高。電子自動測量還節(jié)約了人力資源，降低了施工人員的工作強度，高效、快捷，符合現(xiàn)代工程施工的要求。

2.4降低勞動強度

機電一體化技術(shù)的引入，使工程機械施工操作過程實現(xiàn)自動化或者半自動化。操作者可以更好地借助機械設(shè)備完成各種工作，勞動強度降低，工作效率卻提高了，也減少了由于技術(shù)原因而導致的失誤，實現(xiàn)了自動化、標準化的操作。工程質(zhì)量和精度得到了充分保證，勞動力資源也可以得到更加合理的配置。

2.5工程機械的電子控制系統(tǒng)功能

利用工程機械的機電一體化和智能化，生產(chǎn)效率高且能量損失小，節(jié)約能源;自動化程度高，施工質(zhì)量好，精度高;性能穩(wěn)定，工作可靠，安全，使用壽命長：具有較好的經(jīng)濟性;高的技術(shù)價格比和低的制造與使用成本;操作簡單、輕便、勞動強度低，駕駛員的工作條件好，具有運行狀態(tài)監(jiān)視、故障自診及自動報警功能.能及時準確地指出故障部位，減少停機維修作業(yè)時問。

2.6作業(yè)過程的自動化或半自動化

工程機械實現(xiàn)自動化或半自動化控制，可以減輕操作者的勞動強度，提高生產(chǎn)率，并減少因操作者的經(jīng)驗不足對作業(yè)精度的影響，例如，日本三菱公司的挖掘機設(shè)有挖掘軌跡控制系統(tǒng)，操作者在控制板上設(shè)定好鏟斗運動軌跡的形狀后，微機控制系統(tǒng)能夠根據(jù)各種角度傳感器的信號，自動控制動臂、斗桿和鏟刀的運動，實現(xiàn)各種特定開口和斷面溝槽、斜面的精確挖掘，使挖掘作業(yè)實現(xiàn)了自動化。

3機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢與方向

3.1智能化趨勢

智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。智能化是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。

3.2微型化趨勢

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

3.3網(wǎng)絡(luò)化趨勢

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了翻天覆地的變化。機電一體化新產(chǎn)品一經(jīng)研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)迅速發(fā)展起來，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。這也使機電一體化技術(shù)朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展成為必然趨勢。

4結(jié)束語：

機電一體化是眾多科學技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和設(shè)計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機械設(shè)備的要求，而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。

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