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

薛小晶

（南通科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南通 226007）

隨著改革開放的不斷深入，我國的工業(yè)開始迅速發(fā)展，機(jī)械工程領(lǐng)域現(xiàn)今已經(jīng)基本形成了機(jī)電一體化的體系?；诖?，本文就機(jī)械工程中機(jī)電一體化系統(tǒng)的實際應(yīng)用進(jìn)行了簡要分析。本次研究主要基于機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢，分析了機(jī)械工程各項機(jī)械設(shè)備中機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，包括在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域、工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，有助于推動機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能化與模塊化發(fā)展。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)具有綜合性特征，其系統(tǒng)構(gòu)成主要是將機(jī)械設(shè)備與電子科技有機(jī)結(jié)合，機(jī)電一體化系統(tǒng)較為先進(jìn)，系統(tǒng)中的核心技術(shù)較多，具體包含了以下3種。

一是電子技術(shù)，其是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù)，體現(xiàn)在機(jī)電一體化系統(tǒng)的自動化控制方面，能促進(jìn)系統(tǒng)高效率、高頻率以及集成化運(yùn)行，具有顯著優(yōu)勢，可有效對機(jī)電一體化系統(tǒng)加以控制并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，調(diào)整其自動控制的功能與動力[1]。

二是軟件技術(shù)，機(jī)電一體化系統(tǒng)對軟件技術(shù)的應(yīng)用較為常見，基于該技術(shù)的運(yùn)用可以實現(xiàn)對軟件設(shè)備以及相關(guān)機(jī)械的有效管控，促進(jìn)機(jī)電一體化軟件系統(tǒng)的建成，后續(xù)還會不斷優(yōu)化調(diào)整相關(guān)軟件。

三是傳感技術(shù)，機(jī)電一體化系統(tǒng)在實現(xiàn)功能的過程中，傳感技術(shù)應(yīng)用也十分關(guān)鍵，傳感技術(shù)對整個系統(tǒng)的控制運(yùn)行起指導(dǎo)作用。該項技術(shù)主要是借助于傳感器的頻率和電流調(diào)整進(jìn)一步調(diào)節(jié)系統(tǒng)傳輸速度，提高控制的準(zhǔn)確性。

2 機(jī)械工程中機(jī)電一體化系統(tǒng)的實際應(yīng)用分析

2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用作用

2.1.1 有效發(fā)揮出監(jiān)控作用

在機(jī)械工程中運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠有效發(fā)揮出監(jiān)控作用，該項作用在相關(guān)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中充分體現(xiàn)，切實保證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定。例如，以往機(jī)械設(shè)備開展監(jiān)管工作采用人工巡視監(jiān)控方式，通過手動檢查來判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常情況會進(jìn)行處理。但人工巡視監(jiān)控受到很多限制，其監(jiān)督管控的效率偏低，實際成效不夠理想，許多問題難以及時被發(fā)現(xiàn)，對于設(shè)備的異常情況發(fā)現(xiàn)得也不夠及時，經(jīng)常出現(xiàn)問題嚴(yán)重后才采取措施的情況。應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)可以進(jìn)一步加強(qiáng)對機(jī)械工程的監(jiān)督管控，比方說建立起完善的設(shè)備與機(jī)械運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)督設(shè)備的在線運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)的總控端口為電腦總控臺，安排一名專業(yè)的監(jiān)控人員負(fù)責(zé)操控。若是一些機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)異常情況或是運(yùn)行數(shù)據(jù)偏離合適范圍，總控臺的電腦屏幕上會清晰顯示，監(jiān)控系統(tǒng)還會做出提醒，進(jìn)而引起監(jiān)控人員的注意。對于部分有數(shù)據(jù)信息記錄的故障問題，系統(tǒng)還能夠迅速分析并生成結(jié)果，便于設(shè)備檢修人員參考，降低故障搶修時間，促進(jìn)整體機(jī)械工程監(jiān)控與維修效率的提高[2]。

2.1.2 有效發(fā)揮出節(jié)能作用

在機(jī)械工程中運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)還能夠有效發(fā)揮出節(jié)約能源的作用，其主要是降低機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時的能量損耗。例如，機(jī)械工程會運(yùn)用許多大功率機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備會耗費較多電能，在使用的過程中也會使整個項目產(chǎn)生較高成本，不利于可持續(xù)發(fā)展。但在應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)后可構(gòu)建相關(guān)機(jī)械設(shè)備控制體系，機(jī)電一體化系統(tǒng)使整體技術(shù)得以優(yōu)化升級，完善整個機(jī)械工程的設(shè)計，提升其運(yùn)行水平。一些傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)后能耗明顯降低，運(yùn)行的可靠性更強(qiáng)，從而達(dá)到項目的節(jié)能效果，表1為常見機(jī)電設(shè)備運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)的節(jié)能成效。與此同時，運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)后也會減少設(shè)備運(yùn)行的磨損，從而延長機(jī)電設(shè)備的使用壽命，對提高工作效率有著積極的影響。此外，目前機(jī)械工程領(lǐng)域的快速發(fā)展也給環(huán)境造成了很大壓力，一些機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行會產(chǎn)生影響環(huán)境的排放物，而機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用后，通過對機(jī)電設(shè)備的控制與管理能夠減少排放，有助于機(jī)械工程的綠色發(fā)展，提升項目的效益。

表1 常見機(jī)電設(shè)備運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)的節(jié)能成效

2.1.3 有效發(fā)揮出提高精度的作用

機(jī)械工程的質(zhì)量與其精度有著密切聯(lián)系，因此，把控精度也成為關(guān)鍵要點。機(jī)械工程實施過程中與精度控制有關(guān)的工作較多，例如測試工作、丈量工作、稱量工作以及檢測工作。要保證機(jī)械工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)，還需依據(jù)各項精度要求來實施工作。在以往的機(jī)械工程中，這些工作的精度控制往往憑借工人經(jīng)驗，因而其控制效果不佳，會出現(xiàn)一些問題，工程整體的精度也會降低。機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效提升機(jī)械工程的精度水平，也能夠減少外部因素對工程精度的影響，保障機(jī)械工程的質(zhì)量。例如借助機(jī)電一體化系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備可以實現(xiàn)測量與稱量工作的自動化處理，避免人工操作帶來的精度影響，同時還能夠降低工人的工作強(qiáng)度，提升工作水平[3]。

2.1.4 有效發(fā)揮出創(chuàng)新作用

將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械工程中還可建立起基于機(jī)電一體化的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠發(fā)揮出創(chuàng)新作用，提升機(jī)械設(shè)備的效益，切實應(yīng)對當(dāng)前機(jī)械工程的運(yùn)行要求，管理系統(tǒng)在技術(shù)的更新下也能進(jìn)行升級，保證系統(tǒng)具有先進(jìn)性和適宜性。例如，機(jī)械工程中的相關(guān)機(jī)電設(shè)備升級更新后，機(jī)電一體化管理系統(tǒng)也會進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)整體機(jī)械工程設(shè)備性能的完善性提升，機(jī)電一體化管理系統(tǒng)還能夠使各設(shè)備之間相互練習(xí)，有助于設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行，促進(jìn)創(chuàng)新效益提升。由于目前許多的機(jī)械工程都存在著機(jī)械設(shè)備老化的問題，導(dǎo)致整個工程的運(yùn)行效率偏低，這些設(shè)備發(fā)生故障的概率也比較高，因此，應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)來實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備創(chuàng)新對機(jī)械工程的日后發(fā)展有很重要的意義。

2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用實踐

2.2.1 電子油門控制裝置的應(yīng)用

目前，我國的重工業(yè)處于快速發(fā)展階段，環(huán)境壓力也逐漸增大，環(huán)境惡化程度上升，最終導(dǎo)致氣候發(fā)生很大改變，因此，環(huán)保問題也開始受到重視。隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工程中開始應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)，通過其中的控制技術(shù)可以有效降低重工業(yè)對環(huán)境造成的惡劣影響。例如，電子油門自動控制就是機(jī)電一體化系統(tǒng)的一種應(yīng)用表現(xiàn)，其通過電纜來控制節(jié)氣門的開度，節(jié)氣門位置設(shè)置一個微型電動機(jī)，對開度的調(diào)整較為可靠，而其機(jī)械傳動的結(jié)構(gòu)則是由導(dǎo)線帶動，具有控制精準(zhǔn)及穩(wěn)定性較高的優(yōu)勢。許多機(jī)動型機(jī)器的運(yùn)行都離不開柴油物質(zhì)，而電子油門控制裝置能夠在控制機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中發(fā)揮出很重要的作用，其在保證可靠供油的基礎(chǔ)上可有效避免機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)消耗過多柴油。通常來說，使用柴油的機(jī)械裝置在運(yùn)行時常常會產(chǎn)生污染性排放物，從而影響到環(huán)境，因此相關(guān)部門制定了管理方案，采取一系列的管控手段對柴油裝置進(jìn)行把控，盡可能降低柴油的實際需求，促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域更為健康的發(fā)展。原本的柴油裝置控制精準(zhǔn)度不夠，因而基于機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計了電子油門控制裝置，該裝置是領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)專家提出的降低柴油需求的裝置，也是基于電子控制技術(shù)調(diào)整柴油的使用，從而降低機(jī)器設(shè)備運(yùn)行時污染物的排放，切實解決環(huán)境問題。

2.2.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

在機(jī)床加工領(lǐng)域中的數(shù)控機(jī)床也是基于機(jī)電一體化系統(tǒng)，其是由信息處理技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)結(jié)合而成，工作原理是依據(jù)坐標(biāo)軸，以加工目標(biāo)為基準(zhǔn)，精準(zhǔn)控制加工操作，現(xiàn)今的機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)床都是操作十分簡便且運(yùn)轉(zhuǎn)成本較低的[4]。機(jī)電一體化系統(tǒng)使得數(shù)控機(jī)床在功能、結(jié)極、精度控制以及操作上都有了很大進(jìn)步，比如說基于該系統(tǒng)的特點，能夠形成模塊化、總線式結(jié)極，由于開放性的設(shè)計可以促進(jìn)體系結(jié)極提升兼容性，促進(jìn)功能實現(xiàn)層次性，提升使用效益。存儲器的軟件采用模塊化設(shè)計，提升了數(shù)控功能水平，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道的控制，也就是說在一臺機(jī)床中能夠通過控制來完成多個不同的加工任務(wù)，系統(tǒng)還具有多級網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化了復(fù)雜加工能力，與傳統(tǒng)機(jī)床相比具有顯著優(yōu)勢，因而得到了廣泛應(yīng)用。

2.2.3 柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用

機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械工程中，柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用能夠發(fā)揮較大優(yōu)勢。所謂柔性制造系統(tǒng)，事實上是一種基于現(xiàn)代智能微電腦技術(shù)的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的作用下，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行受到自動化技術(shù)的有效操控，從而提升了設(shè)備的工作性能，在該系統(tǒng)當(dāng)中充分運(yùn)用數(shù)控技術(shù)與自動化技術(shù)，機(jī)械產(chǎn)生的加工以及運(yùn)行都受到信息系統(tǒng)的控制，可以說柔性制造系統(tǒng)完全突破了各種技術(shù)障礙，具有智能性特點。整個機(jī)械工程的運(yùn)行控制還會受到自動化監(jiān)控，保證工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，其能夠有效提升機(jī)械的工作效能，也能夠為生產(chǎn)空間的限制提供技術(shù)支持，切實提升機(jī)械生產(chǎn)水平，降低實際生產(chǎn)成本。例如，當(dāng)前基于機(jī)電一體化系統(tǒng)的柔性制造系統(tǒng)在機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用十分普遍，其能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器的柔性，在機(jī)電一體化系統(tǒng)控制下，機(jī)械生產(chǎn)可以根據(jù)產(chǎn)品變化來調(diào)整加工，系統(tǒng)由終端計算機(jī)控制，加工單元和集成物料儲運(yùn)單元則涉及到了加工工序，柔性制造系統(tǒng)的靈活性、精準(zhǔn)性都使得機(jī)械制造生產(chǎn)效率大幅度提高。

2.2.4 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

現(xiàn)階段，機(jī)電一體化系統(tǒng)的快速發(fā)展，使其被應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中，提升了機(jī)器人的智能化水平，這種工業(yè)機(jī)器人設(shè)備正逐漸取代傳統(tǒng)的流水線生產(chǎn)模式。例如，機(jī)電一體化系統(tǒng)可以用于檢測機(jī)器人各軸電動位置的運(yùn)動精度、液壓缸與電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)動，全面校檢旋轉(zhuǎn)角，并使用編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集，以便于更好地控制機(jī)器人的運(yùn)動。工業(yè)機(jī)器人各個零部件的運(yùn)用也離不開機(jī)電一體化系統(tǒng)，例如其主軸位置上會安裝減速器裝置，而減速器上還會加裝振動傳感器，以便于實現(xiàn)聯(lián)動控制，機(jī)器人工作時的振動不能過低或過高，否則就表示減速器控制作用并未發(fā)揮，而機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)用可以有效檢查減速器性能，切實控制運(yùn)動振動，提升生產(chǎn)水平。

2.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用對策

2.3.1 優(yōu)化機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計

要提升機(jī)械工程中機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用效果，促進(jìn)機(jī)械工程效益的提升，還需加強(qiáng)對機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，主要針對當(dāng)前機(jī)械工程的基本情況對部分設(shè)備進(jìn)行改造，從而保證設(shè)備更好地運(yùn)行，提高運(yùn)行效率。為此，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)對各部門進(jìn)行統(tǒng)一部署，高度重視機(jī)械工程機(jī)電一體化系統(tǒng)的重新設(shè)計，精心制定改造方案，安排專業(yè)水平高的自動化工程檢修隊伍、發(fā)電工程檢修隊伍以及電氣工程檢修隊伍共同為機(jī)械工程的施工實施提供保障。做好機(jī)械工程的勘察工作，明確實際中的技術(shù)難點，編制相應(yīng)的組織設(shè)計方案；做好各種器具、材料以及人員條件的準(zhǔn)備工作，提升機(jī)電一體化改造效果；按照工序標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)工程施工，確保工程最終質(zhì)量達(dá)標(biāo)，若是工程現(xiàn)場的運(yùn)輸條件不佳，則電氣工程的相應(yīng)檢修人員運(yùn)輸一些大型設(shè)備時應(yīng)當(dāng)合理采用滑車手段或軌道手段，促進(jìn)新進(jìn)設(shè)備運(yùn)輸效率的提高。對工程設(shè)備進(jìn)行合理化更新后能避免設(shè)備老舊造成的不良影響，為機(jī)電一體化系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，深入改造機(jī)電一體化系統(tǒng)，推動其自動化水平提升，實現(xiàn)一鍵開停機(jī)控制，也能夠推動機(jī)械工程的少人及無人化發(fā)展[5]。

2.3.2 重視培養(yǎng)專業(yè)的技術(shù)人才

當(dāng)前的機(jī)電一體化系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越頻繁，應(yīng)用的范圍也越來越廣，但要想提升該系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用水平，還應(yīng)當(dāng)重視培養(yǎng)專業(yè)的技術(shù)人才。機(jī)電一體化系統(tǒng)一線的專業(yè)人才，不僅要掌握各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用要點，還要全面掌握電氣以及氣動控制的相關(guān)知識，這樣才能夠發(fā)揮出機(jī)電一體化系統(tǒng)的作用。例如，可以引進(jìn)已有的機(jī)電一體化系統(tǒng)培訓(xùn)機(jī)制，促進(jìn)人員積極學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)知識，需重點培訓(xùn)的技術(shù)類型包括電氣技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC編程控制技術(shù)以及液壓技術(shù)等，針對這些技術(shù)的重要知識設(shè)置培訓(xùn)課程。還要安排關(guān)鍵技術(shù)的動手操作訓(xùn)練，在對機(jī)電一體化系統(tǒng)基本原理有一個直觀且全面的了解后還需鍛煉實踐操作能力，切實保證人員能夠滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用的要求。

3 結(jié)束語

機(jī)械工程中的機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用得到了國家的大力支持，其關(guān)鍵技術(shù)的不斷研發(fā)也使得系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用更上一層樓。其中傳感技術(shù)、信息技術(shù)以及數(shù)控技術(shù)等更是有效提高了機(jī)械工程效率，發(fā)揮出現(xiàn)代化技術(shù)的優(yōu)勢。在未來，機(jī)械工程領(lǐng)域還應(yīng)當(dāng)更加重視機(jī)電一體化系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為系統(tǒng)的運(yùn)用提供有力保障，重視培養(yǎng)機(jī)電一體化人才，促使該類型技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。