機電一體化技術的發(fā)展趨勢及應用研究

李 瓚

（陽煤集團新疆國泰五彩灣礦業(yè)有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 機電一體化技術概述

機電一體化技術的概念與內涵。從機電一體化技術誕生的早期而言，其為電子、機械兩個領域技術的融合，然而機電一體化經(jīng)過多年的發(fā)展與應用，已成為一個整體性的技術學科，因此不應再將其看作是幾個學科的融合，而是一個整體的工程學科。機電一體化技術是使用機械技術、微電子技術、信息技術，在其載體的元件或者模塊上進行技術交互而形成的一種新的集成技術。從本質上來看，機電一體化技術的基礎是機械技術，是對機械技術的強化與提升。

機電一體化技術包含的核心要素是“產品”與“技術”，其不是簡單的幾種技術拼湊、組合而成，而是一種獨立的綜合性的技術。機械技術升級為機電一體化技術之后，其內涵就豐富起來。例如，機電一體化系統(tǒng)中安裝微電子芯片，就可以實現(xiàn)自動地控制與操作、信息的收集與處理、自動記錄與顯示、自我檢測及修復等功能。由此可見，機電一體化技術不但是綜合性的獨立技術，也是一種具有強大兼容性的技術，這是傳統(tǒng)的機械技術與微電子技術都不具有的［1］。

2 機電一體化技術的發(fā)展趨勢

2.1 智能化發(fā)展

1）模糊邏輯控制技術。是人工智能技術下屬子系統(tǒng)，通過模擬人類思維的方式，展現(xiàn)出不精準的信息方法。就目前，模糊控制系統(tǒng)已經(jīng)被應用在很多生產經(jīng)營建設領域，為保障生產期間的質量與效率奠定了堅實基礎。例如，在列車啟動與停車環(huán)節(jié)應用模糊控制系統(tǒng)，可以確保列車在運行過程中，乘客不會因為慣性而出現(xiàn)危險情況。

2）專家系統(tǒng)。能夠在一定領域內，將相關經(jīng)驗以及理論知識轉化成計算機能夠處理的程序系統(tǒng)，采用專家推理以及控制策略，確保問題解決效果能夠達到專家級水平?，F(xiàn)階段，專家系統(tǒng)并不成熟，在實際應用過程中存在諸多問題，需要相關研究部門將當前關注重點放置在專家系統(tǒng)的完善過程，通過在實際生產過程中不斷優(yōu)化專家系統(tǒng)結構，從根本上提升專家系統(tǒng)運行期間的技術可行性與經(jīng)濟適用性。

3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)是最為簡單的處理單元，經(jīng)常用在連接負責的網(wǎng)絡系統(tǒng)中，具有復雜性顯著的特征。與其他技術相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術具有一定的自適應能力以及容錯能力，可以快速處理實際生產經(jīng)營環(huán)節(jié)的各類問題。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)內，可以應用數(shù)字或者模擬等方式進行開展分析工作，對許多問題因素并不精準的信息進行高效處理。在機電一體化改造過程中，應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以切實提升信息的傳輸力以及可利用率，幫助相關生產領域節(jié)省下更多的人力與物力資源，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化發(fā)展目標［2］。

2.2 微型化發(fā)展

微型化趨勢。在機電一體化技術中，隨著各工作單元結構向著集成化、微型化發(fā)展，機電一體化技術運行的整體結構更為緊湊。同時，機電一體化技術的不斷提升，使得加工制造的產品精度更高，可對微型零部件進行制造加工與裝配，并且由此出現(xiàn)了許多微型的產品，諸如微型探針、微距離紅外傳感器等。

2.3 集成化發(fā)展

機電一體化產品集成化發(fā)展趨勢能夠從根本上提升產品的功能性與可控性。具體而言，機電一體化集成就是將機械、電子以及其他領域先進技術有機融為一體，形成一個具備顯著綜合特征的集合體，滿足大眾實際生產建設期間的各類需求。不僅如此，機電一體化集承技術也是利用系統(tǒng)工程技術指導機電一體化產品開發(fā)與應用環(huán)節(jié)，在機電一體化產品設計與應用過程中結合熱能、光能、生物及化學能等先進技術，確保不同學科之間的相互耦合關系能夠得到正確處理［3］。

2.4 人性化發(fā)展

傳統(tǒng)的產品已經(jīng)不能滿足人們的需求，只有人性化產品才能贏得市場。機電一體化生產的產品亦是如此。為了迎合這一需求，機電一體化技術不僅要向著技術的高端方向發(fā)展，還要通過產品的設計、技術的組合應用等方式，打造出更為人性化的產品，以滿足市場需求，為企業(yè)帶來更多經(jīng)濟價值。

2.5 環(huán)保化發(fā)展

隨著社會的不斷進步和發(fā)展，需要從自然界中獲取的資源也就也來越多?？墒请S著人類社會的高速發(fā)展，自然資源的使用量持續(xù)上升，致使當前的自然生態(tài)環(huán)境遭到了嚴重的破壞，這就讓人們發(fā)現(xiàn)保護自然環(huán)境的重要性。在機電一體化技術不斷進步和發(fā)展的過程中，需要對環(huán)境保護工作給予充分地重視，因為環(huán)?；菣C電一體化技術未來必然的發(fā)展趨勢，這也可以更好地促進和推動我國資源利用率的最大化以及社會的可持續(xù)發(fā)展［4］。

3 機電一體化技術的應用

3.1 在智能制造中的應用

1）傳感技術，目前，智能制造技術發(fā)展的范圍越來越廣泛，尤其在工業(yè)生產的領域有著極重要的作用，智能制造中利用傳感技術的頻率非常高，傳感技術精度的高低體現(xiàn)了整體生產的水平和規(guī)模。在傳感技術之中應用機電一體化技術，能夠使傳感技術水平上升到更高的層次，設備運行的狀態(tài)能夠通過各種配套設備的配合來獲取，計算機終端會接收到這種運行狀態(tài)并且繼續(xù)進行反饋。制造流程在接收到這些已經(jīng)被反饋和處理的信息之后能夠實現(xiàn)全面的控制，這樣不僅能夠保障生產效率，而且也能加強產品的質量控制。

2）數(shù)控技術，數(shù)控技術是機械制造生產過程中所應用的基礎性技術之一，這一技術也同樣是機電一體化技術的基本構成內容之一，數(shù)字控制技術相比較于一般的人工操作而言，其可以實現(xiàn)機械制造精準度的跨越式發(fā)展，這就使得精尖機械設備的生產成為了可能。數(shù)控技術的另一項應用優(yōu)勢就在于其可以同時滿足大批量機械設備的生產要求，并且可以實現(xiàn)24h作業(yè)，其所產生的生產效率優(yōu)勢是人類所無法比擬的。但數(shù)控技術的操作同樣對于智能化和自動化操作的要求很高，在當前智能制造與機械一體化技術結合發(fā)展的現(xiàn)實環(huán)境下，數(shù)控技術也一并開始應用智能控制系統(tǒng)。在數(shù)控技術中應用智能控制系統(tǒng)主要是采用“CPU+總線”的設計模式，實現(xiàn)數(shù)控生產的三維仿真模擬，從而促進數(shù)控生產技術的水平進一步提升。

3）自動生產線）機電一體化技術中的自動生產線技術使得人工生產力被完全解放，不僅促進了機械生產的整體升級，也使得機械生產的質量和效率同步提升。在智能制造中應用自動生產線技術，主要是承接生產專家所下達的生產指令，由自動生產線輸出實際的產品，從而為智能制造呈現(xiàn)產品結果。除了實現(xiàn)機械生產的自動化外，自動生產線還為智能制造提供了一體化管理的可能，多條自動生產線的協(xié)作工作可以通過智能制造系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，從而完成不同的機械生產需求，促進智能制造實施的可行性水平進一步提升。

3.2 在煤礦機械中的應用

1）支護機械上的應用，隨著煤礦開采強度與范圍的不斷增加，巷道布置出現(xiàn)了不同的發(fā)展方向，通過引入技術與示范工程，充分利用機電一體化來進行對地質條件復雜的、巷道埋深增加的情況進行妥善處理，更好地配合液壓支架，實現(xiàn)高強度、高剛度、高可靠性、低支護密度的理想化標準，能更好的展示支護效果，顯著提高了巷道掘進速度與工效。

2）運輸機械上的應用，我國作為礦產大國，大部分礦產資源采用開采的形式，全國的設備需求也在不斷增加，隨著礦井提升設備的能力加大，大型設備的數(shù)量也是屢創(chuàng)新高，煤礦運輸機械運用機電一體化技術能夠增強適應性能，充分利用參數(shù)調動機械的自動分辨能力，調控功率平衡，保證煤礦運輸設備在運輸過程的安全性。

3）選煤機械上的應用，在煤礦廠中篩分作業(yè)有不同的方式，選煤是利用物質的不同物理或物理化學性質，然后通過機械方法去處理原煤中的雜質，按照不同的規(guī)格進行分類來適應不同用戶的需求，這是一項非常復雜而又機械化的工作。動力選煤需要適應不同品種變化，選煤，洗煤都是非常重要的工序，利用機電一體化能夠使得選煤和洗煤環(huán)節(jié)更好的把握在工作人員的手中，更好的控制添加劑的用量、濃度，將其控制在最佳范圍內更好的實現(xiàn)洗煤、選煤的工作效果。

3.3 在工業(yè)智能機器人中的應用

工業(yè)產業(yè)的優(yōu)化升級下，是以制造技術、制造理念的延伸，為整個系統(tǒng)的完善提供數(shù)字化保障。以智能制造技術、機電一體化技術為雛形的工業(yè)智能機器人的建造與實現(xiàn)，可令整項功能建立在集成化功能之上來實現(xiàn)的，其不再以一個獨立的系統(tǒng)為平臺，而是通過不同操控程序之間的相互配合，令操控工序呈現(xiàn)出一定的規(guī)范性。從工業(yè)智能機器人的實現(xiàn)原理來看，其涵蓋信息技術、傳感技術、控制技術等，在模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡算法的支持下，令整個操控系統(tǒng)具備人工化思維，可對當前系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)參數(shù)進行仿真學模擬，通過人工智能思維的導入，令工業(yè)機器人在實現(xiàn)某一項操控指令時，不再是以單一化的數(shù)據(jù)確認為主，而是通過不同層面的結構分析，界定出當前操作工況下的極限屬性值［5］。

4 結語

綜上所述，機電一體化產品現(xiàn)已經(jīng)朝向智能化、微型化、集成化、個性化、環(huán)?；较虬l(fā)展，以機電一體化技術發(fā)展為載體，加強其在各領域中的應用，將有助于提高智能應用水平，為制造行業(yè)及科技產業(yè)發(fā)展提供技術支持，更好地滿足多元化技術應用發(fā)展需求，并為我國經(jīng)濟發(fā)展夯實基礎。