機(jī)電一體化技術(shù)的研究及其應(yīng)用

威海職業(yè)學(xué)院（威海市技術(shù)學(xué)院） 韓彩霞

引言

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，在工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了各種先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，信息化社會(huì)的發(fā)展也使微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用到工業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督和控制，由以往的“機(jī)械電氣化”發(fā)展成為現(xiàn)代的“機(jī)電一體化”，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，有效帶動(dòng)了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 機(jī)電一體化概述

首先從系統(tǒng)工程的角度進(jìn)行分析，機(jī)電一體化技術(shù)主要指將應(yīng)用機(jī)械和電子等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使機(jī)械和電子得到科學(xué)的結(jié)合，促進(jìn)機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)或產(chǎn)品生產(chǎn)的最優(yōu)化技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)際上是一個(gè)技術(shù)族群的總稱，根據(jù)機(jī)械工業(yè)的特定功能和電子要素進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以生產(chǎn)出滿足人們使用的功能，機(jī)電一體化技術(shù)與現(xiàn)代的微電子系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合或相互置換，可以形成新的功能，生產(chǎn)出具有新性能的產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)械工業(yè)工作人員與機(jī)械的良好合作[1]。其次機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)了以往機(jī)械工程與新時(shí)期電子工程的有機(jī)結(jié)合，既可以給予機(jī)電一體化認(rèn)定的功能和規(guī)格，又可以使工作人員利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造，提高工作的效率和質(zhì)量。最后機(jī)電一體化技術(shù)的思想是將系統(tǒng)工程和信息論等結(jié)合在一起的方法論，從某種角度上講，機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化、人際一體化、機(jī)電液一體化三者的有機(jī)結(jié)合。

2 機(jī)電一體化核心技術(shù)

2.1 機(jī)械技術(shù)

首先在機(jī)械工業(yè)中常見的機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)就是機(jī)械技術(shù)。因此機(jī)電產(chǎn)品中的很多功能都是依靠機(jī)械技術(shù)的支撐才得以完成，由于機(jī)電產(chǎn)品自身材質(zhì)的性質(zhì)及其生產(chǎn)和加工技術(shù)都會(huì)對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)的性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，因此如果機(jī)電產(chǎn)品的材質(zhì)較為優(yōu)質(zhì)、加工技術(shù)較為精密，那么機(jī)械機(jī)構(gòu)的相應(yīng)速度也會(huì)大大提升，機(jī)械機(jī)構(gòu)的組件精確度也將有明顯的提升。

2.2 傳感技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)中最核心的技術(shù)就是傳感技術(shù)。傳感技術(shù)可以將機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)中所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如速度和加速度等數(shù)據(jù)。然后傳感技術(shù)可以將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式傳送給機(jī)械工業(yè)中的信息處理中心，然后信息處理中心根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的控制信號(hào)傳送給相關(guān)的控制執(zhí)行工作人員。

2.3 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)主要是對(duì)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的信息進(jìn)行輸入、交換、識(shí)別和判斷，通常情況下機(jī)電一體化技術(shù)所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品都是在信息處理裝置下完成的，因此信息處理技術(shù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性對(duì)機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率有著十分緊密的聯(lián)系。

2.4 自動(dòng)控制技術(shù)與接口技術(shù)

在機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)指示下，機(jī)電一體化系統(tǒng)更加擴(kuò)大了其應(yīng)用的范圍，機(jī)電一體化技術(shù)中的控制技術(shù)主要包括定位和自我診斷等，此外系統(tǒng)中的自我控制和檢索等技術(shù)也尤為重要。由于機(jī)電一體化技術(shù)包含很多子系統(tǒng)，因此為了確保系統(tǒng)內(nèi)部的子系統(tǒng)之間聯(lián)系更加緊密，就必須建立兩者兼并的接口。

3 機(jī)電一體化技術(shù)的意義

新時(shí)期的機(jī)電一體化技術(shù)具有較強(qiáng)的復(fù)合性，例如通過加工中心就可以將機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中的多臺(tái)普通機(jī)床在一次工序中完成，并且可以自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)和加工過程中的數(shù)據(jù)和刀具精度。其次機(jī)電一體化技術(shù)可以將加工和制作的精度提高，由于機(jī)電一體化可以將機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)過程精簡(jiǎn)化，可以大大減小將機(jī)械磨損等原因造成的生產(chǎn)誤差。由于機(jī)電一體化技術(shù)采用的是計(jì)算機(jī)檢測(cè)，因此可以有效解決以往人力測(cè)量無法達(dá)到的工作精度[2]。由于機(jī)電一體化技術(shù)采用的是新時(shí)期的先進(jìn)技術(shù)，用微處理器和電子等代替了傳統(tǒng)的電氣控制柜等，使得機(jī)械工業(yè)所生產(chǎn)出來的結(jié)構(gòu)得到充分的簡(jiǎn)化。隨著技術(shù)的不斷更新，機(jī)電一體化技術(shù)中的集成電路的集成度越來越高，因此生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量和性能也越來越可靠，同時(shí)由于機(jī)電一體化技術(shù)具有安全連鎖控制等功能，進(jìn)一步保障了機(jī)電一體化技術(shù)的安全性。機(jī)電一體化技術(shù)采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化減少工作人員的操作，改善了生產(chǎn)設(shè)備的操作性能，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)操作的界面。

4 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

4.1 數(shù)控機(jī)床

我國的數(shù)控機(jī)床有著四十多年的發(fā)展歷史，數(shù)控機(jī)床的性能也隨著時(shí)代的發(fā)展不斷更新，得到了科學(xué)界與機(jī)械工業(yè)行業(yè)的認(rèn)可。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)也在朝著系統(tǒng)化、模塊化的方向發(fā)展，并且新時(shí)期最常見的是CPU、多主總線的體系。由于數(shù)控機(jī)床具有一定的開放性，因此將數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)可以為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。在硬件體系中,數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)表現(xiàn)出更強(qiáng)的兼容性和層次性，可以滿足用戶的使用效益。機(jī)電一體化技術(shù)可以將數(shù)控機(jī)床的軟件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅可以使數(shù)控機(jī)床的數(shù)控功能更為豐富，同時(shí)還可以增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床中CNC系統(tǒng)的控制功能。

4.2 工業(yè)機(jī)器人

市面上第一代工業(yè)機(jī)器人只能按照系統(tǒng)的設(shè)置重復(fù)同一種運(yùn)用,在生產(chǎn)過程中和作業(yè)對(duì)象的變化中不具備良好的靈活性和適應(yīng)性。而第二代工業(yè)機(jī)器人雖然裝置了先進(jìn)的傳感軟件,但是只能在單一的作業(yè)環(huán)境中進(jìn)行工作,通過利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，做出相應(yīng)的判斷和反應(yīng)，可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋和控制，因此第二代的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)初步具備實(shí)用性。第三代工業(yè)機(jī)器人具有多種感知功能,可以獨(dú)立在工作環(huán)境中行動(dòng)，可以進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和決策。

4.3 鋼鐵技術(shù)的應(yīng)用

很多鋼鐵企業(yè)為了提高自身的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，都開始將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)過程中，由于機(jī)電一體化技術(shù)主要以微處理機(jī)作為核心技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)通信和顯示裝置等各種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)統(tǒng)一，為鋼鐵企業(yè)中一些較大工程的一體化生產(chǎn)創(chuàng)造力積極的條件，通過增加系統(tǒng)控制精度，提高了鋼鐵技術(shù)的可靠性，提高了生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。具體來說，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在鋼鐵技術(shù)中主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第一可以對(duì)鋼鐵技術(shù)的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行智能化的控制，無論是高爐控制系統(tǒng)還是實(shí)際的生產(chǎn)過程都可以起到積極的促進(jìn)作用[3]。第二是分布式控制系統(tǒng)，這一技術(shù)可以用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)，提高生產(chǎn)效率。第三是實(shí)現(xiàn)開放式控制系統(tǒng)，也就是利用機(jī)電一體化技術(shù)中的通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)鋼鐵生產(chǎn)中的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制與管理，并且可以利用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制。第四就是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，可以使相關(guān)的工作人員參與到鋼鐵生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程和加工過程的一體化控制。第五就是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。鋼鐵生產(chǎn)中的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以將傳輸?shù)男畔?shù)量進(jìn)一步擴(kuò)大，提高生產(chǎn)效率。

4.4 汽車電子化的應(yīng)用

在目前的汽車生產(chǎn)中，最常見的儀表可以分為五類，電流表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表和車速里程表。而隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷更新，汽車電子儀表也逐漸代替了以往傳統(tǒng)的機(jī)械儀表。由于以往的機(jī)械儀表在出現(xiàn)問題時(shí)需要投入較多的精力和環(huán)節(jié)進(jìn)行維修處理，而機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決這一問題。同時(shí)電子化儀表的出現(xiàn)也可以有效改善駕駛員的目視性能，改造了汽車內(nèi)電子儀表的樣式。

5 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代，無論是對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量還是性能等都提出了更高的要求，對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的很多零件精準(zhǔn)度都提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)電產(chǎn)品的外觀等也變得更為復(fù)雜。例如目前常見的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，以往的活塞是圓柱形狀，但是現(xiàn)在要求其生產(chǎn)成橢圓形狀；為了提高機(jī)械軸的壽命和強(qiáng)度，也由以往的圓柱形演變成現(xiàn)代的復(fù)合圓柱體，因此對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)的要求也在不斷提升，機(jī)電一體化技術(shù)也必須發(fā)展的更智能。

5.1 安全性能的提高

與以往的機(jī)電一體化技術(shù)相比，現(xiàn)代的機(jī)電一體化技術(shù)變得更為自動(dòng)化，例如其可以對(duì)生產(chǎn)過程等進(jìn)行自我監(jiān)視和保護(hù)，同時(shí)對(duì)于可能出現(xiàn)的問題和危險(xiǎn)情況可以進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)判，并發(fā)動(dòng)警報(bào)。在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，如果出現(xiàn)電力故障問題時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)中的子系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟保護(hù)，避免由于系統(tǒng)的損壞而為企業(yè)帶來更多的損失，威脅工作人員的生命安全和機(jī)器質(zhì)量。機(jī)電一體化技術(shù)正朝著更安全的方向發(fā)展。

5.2 數(shù)字化性能提高

隨著信息化社會(huì)的發(fā)展,機(jī)電一體化技術(shù)也逐漸變得更加數(shù)字化,無論是產(chǎn)品的操作性還是可靠性都有了較大的進(jìn)步與提升，此外，數(shù)字化的發(fā)展也使得產(chǎn)品擁有更高的維護(hù)性能，構(gòu)建了更為良好的人機(jī)界面，工作人員和用戶等也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和修復(fù)[4]。

5.3 功能性與生產(chǎn)性的增強(qiáng)

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的普及,機(jī)電一體化產(chǎn)品擁有了更多的復(fù)合功能，例如機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)加工中心可以由以往的多道生產(chǎn)工序轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏拦ば?在此過程中還可以自動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)品和刀具的精度。由于機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用可以預(yù)設(shè)程序，因此機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工逐漸實(shí)現(xiàn)了電子系統(tǒng)控制，可以重復(fù)其中很多的生產(chǎn)動(dòng)作。此外，機(jī)電一體化技術(shù)還可以優(yōu)化機(jī)電產(chǎn)品的功能。

5.4 實(shí)現(xiàn)人性化

機(jī)電一體化技術(shù)主要是為人類服務(wù),生產(chǎn)出來的產(chǎn)品也是應(yīng)用于人類,因此機(jī)電一體化朝著人性化的方向發(fā)展也是一種趨勢(shì)。例如可以改造機(jī)器的外觀，使其更符合現(xiàn)代人的審美。在產(chǎn)品的使用上也要發(fā)展得更為人性化,由于機(jī)電一體化技術(shù)主要是微處理器等裝置，其中所涉及的零件數(shù)量逐漸縮減，因此生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在功能不變的基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，體積也更加小。

6 結(jié)語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不僅為人們的日常生活帶來一定的變化，同時(shí)也使以往的生產(chǎn)方式發(fā)生了翻天覆地的變化。尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的形成與發(fā)展，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)自己的需求而進(jìn)行的技術(shù)變革，但是隨著新時(shí)期的不斷發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品要求的不斷提升，機(jī)電一體化技術(shù)必須與時(shí)俱進(jìn)，朝著更加安全智能的方向發(fā)展才能切實(shí)發(fā)揮自身的價(jià)值。