機(jī)電一體化與電子技術(shù)的發(fā)展研究

張文峰

（江蘇省淮陰商業(yè)學(xué)校，江蘇 淮安 223000）

引言

隨著我們國(guó)家電子技術(shù)的高速發(fā)展以及國(guó)家對(duì)電子技術(shù)行業(yè)的大力支持，電子行業(yè)以及擺脫了技術(shù)相對(duì)單一的情況，并且在各個(gè)行業(yè)都有涉及比如電子信息產(chǎn)品制造業(yè)、集成電路、多媒體和互聯(lián)網(wǎng)等，使其實(shí)現(xiàn)巨大的進(jìn)步。特別是出現(xiàn)薄膜集成電路以后，就一直在研究更有效的開(kāi)發(fā)與利用讓其功能最大化，先進(jìn)的機(jī)電一體與電子技術(shù)可以提升我們國(guó)家的生產(chǎn)使用范圍，也促進(jìn)了我們國(guó)家科技進(jìn)步的發(fā)展。

1 機(jī)電一體化的概念

機(jī)電一體化又稱為機(jī)械電子學(xué)、機(jī)電工程，是電子配合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序和文檔，也因此他是交融了機(jī)械、電子、電機(jī)和電腦等多領(lǐng)域的技術(shù)。伴隨著各個(gè)國(guó)家機(jī)械制造的技術(shù)高速發(fā)展，機(jī)電一體化已經(jīng)普及于我們的生產(chǎn)和生活中，近年來(lái)計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展和使用使機(jī)電一體化技術(shù)達(dá)到了空前未有的進(jìn)展。而隨著技術(shù)的不斷更新現(xiàn)在的機(jī)電一體化已經(jīng)是機(jī)械、電信、系統(tǒng)、控制和電子技術(shù)相融合的一項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)也讓機(jī)器有了精密傳感技術(shù)和人性化的功能。而機(jī)電一體化的主要目標(biāo)就是把機(jī)械、電子、系統(tǒng)、信息和產(chǎn)品工程組合在一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)最優(yōu)。而機(jī)電一體化則可以讓機(jī)械、電子、信息和系統(tǒng)等相應(yīng)技術(shù)發(fā)揮各自的所長(zhǎng)，推動(dòng)機(jī)械化產(chǎn)品的推陳出新。而比較高級(jí)的系統(tǒng)不僅有硬件還要相對(duì)應(yīng)的軟件，而軟件的利用可以完成硬件都難以完成的功效，使冰冷的機(jī)械系統(tǒng)暖起來(lái)了。

2 機(jī)電一體化的特點(diǎn)

2.1 效率高

機(jī)電一體化所生產(chǎn)的產(chǎn)品大部分都是通過(guò)電路、電子技術(shù)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)與控制等信息自動(dòng)化操作控制的，對(duì)檢測(cè)產(chǎn)品的的靈敏度和精密度范圍都有了很大的提升。而通過(guò)機(jī)電一體的系統(tǒng)對(duì)機(jī)械進(jìn)行控制不僅能使機(jī)械規(guī)范的工作還可以精確地完成基本設(shè)置、安全設(shè)置和權(quán)限設(shè)置的指令，并達(dá)到最好的操作，不受人們行為和情緒影響。

2.2 性能的提高

傳統(tǒng)的機(jī)電一體化設(shè)備大部分都是通過(guò)前饋控制和過(guò)程控制以及反饋控制和數(shù)字顯示器的方法，并且操作控制電路按鈕和手柄正在逐步減少，這樣就可以使操作按鈕和手柄的工作人員在工作時(shí)簡(jiǎn)單便利。而機(jī)電一體化可以把程序設(shè)置為自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行程序的指揮操作，并且支持反復(fù)操作。

2.3 功能的提高

機(jī)電一體化的設(shè)備是多功能并且應(yīng)用非常廣泛，傳統(tǒng)的機(jī)械功能相對(duì)單一技術(shù)方面也比較簡(jiǎn)單，機(jī)電一體化的技術(shù)和功能不在只是單一的功能和技術(shù)，也具有了多功能的技術(shù)，使產(chǎn)出的產(chǎn)品不論在功能上還使水平上都有很大的提升。

2.4 維護(hù)提高

機(jī)電一體化的系統(tǒng)維護(hù)和設(shè)備調(diào)整都較以前方便省事很多，并且在對(duì)機(jī)器進(jìn)行組裝和調(diào)試的時(shí)候，可以通過(guò)程序的改變與控制達(dá)到工作方式的改變。因此更能適應(yīng)不同需求的參數(shù)發(fā)生改變。而且機(jī)電一體化本身就有自動(dòng)監(jiān)視和自動(dòng)檢驗(yàn)的功能，可以在工作中對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題加以調(diào)整，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的工作狀態(tài)。

3 機(jī)電一體化的發(fā)展歷程與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 發(fā)展歷程

機(jī)電一體化的發(fā)展概略可以分為以下幾個(gè)階段，20世紀(jì)60年代前為初級(jí)階段。在這期間，人們總是自發(fā)地使用電子技術(shù)來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的工能。同階段探究和建立處于自主研發(fā)狀態(tài)，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的還未能實(shí)現(xiàn)廣泛的發(fā)展與融合，已經(jīng)研發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法推廣銷售。20世紀(jì)70年代—20世紀(jì)80年代為中期階段是處于發(fā)展中的階段。在這期間計(jì)算機(jī)、控制、通信等技術(shù)的成熟為機(jī)械電子工程奠定了技術(shù)根基。從20世紀(jì)90年代后開(kāi)始，機(jī)械電子工程的技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的進(jìn)程，機(jī)械電子工程的發(fā)展時(shí)期也進(jìn)入了深遠(yuǎn)的研究中，另一方面通訊技術(shù)、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)入了機(jī)械電子工程中來(lái)，同時(shí)納米級(jí)、微米級(jí)和亞微米零件的加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露鋒芒，并且對(duì)機(jī)電一體化的體系建設(shè)和分析及設(shè)計(jì)等方法都進(jìn)行了深入的研究，與此同時(shí)在人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域也取得了不俗的成績(jī)?yōu)闄C(jī)電一體化創(chuàng)建了新的天地。而這些研究與開(kāi)發(fā)為機(jī)電一體化的建設(shè)與發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)，并形成了一個(gè)完整的體系。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

機(jī)電一體化的應(yīng)用方面非常廣，在各個(gè)領(lǐng)域都有涉及，其自身的功能也在不斷地提升如自我診斷功能、自動(dòng)監(jiān)視檢測(cè)功能、自動(dòng)保護(hù)和報(bào)警的功能，不論在操作過(guò)程中碰到超載過(guò)量或短路等機(jī)器間歇故障時(shí)都能啟動(dòng)自我保護(hù)程序。并且在監(jiān)控檢測(cè)的技術(shù)運(yùn)用中可以提高安全指數(shù)。經(jīng)過(guò)多方面的研究與實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，機(jī)電一體化的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)大大地提升了各個(gè)行業(yè)安全程度。從加工生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量進(jìn)度上來(lái)看，機(jī)電一體化的產(chǎn)品在無(wú)需操作和干預(yù)下就能運(yùn)行與控制，并在計(jì)算機(jī)下的半自動(dòng)存儲(chǔ)操作下處理數(shù)據(jù)以及檢測(cè)的誤差大小、范疇和靈敏度等方面都有了一定的提高，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器控制和機(jī)器執(zhí)行等精密度的提升，改善了人為操作等因素帶來(lái)的負(fù)面影響，保證了生產(chǎn)的時(shí)間利用率和產(chǎn)品的及格率并提高了生產(chǎn)的質(zhì)量。

3.3 維護(hù)與操作

現(xiàn)代化的數(shù)字顯示和程序的控制取代了傳統(tǒng)的手柄操作和按鈕操作，不僅提高了機(jī)電一體化的操作便捷性，還通過(guò)了電子系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)指揮控制，從而達(dá)到功能重復(fù)的執(zhí)行效果。而叫高級(jí)的機(jī)電一體化則可以根據(jù)外界不同變化的數(shù)據(jù)找尋最合適的工作程序，實(shí)現(xiàn)最完善的自動(dòng)操作。而在機(jī)械的調(diào)整試用與安裝也是可以通過(guò)控制管理系統(tǒng)資源實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度的方式來(lái)改變?cè)械墓ぷ髂Ｊ?，更能滿足不同需求和參數(shù)的要求。并且可以憑借多種方法將控制管理系統(tǒng)資輸入到機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)中，無(wú)需添加零部件。而且機(jī)電一體化還有保存信息等功能，可以在控制系統(tǒng)中存儲(chǔ)多個(gè)程序和代碼就能控制機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行工作，同時(shí)還兼具自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的功能并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)電一體化的產(chǎn)品能快速恢復(fù)。

4 電子技術(shù)的發(fā)展方向

4.1 智能化

系統(tǒng)論、控制論、信息論簡(jiǎn)稱三論。高新科技發(fā)展與創(chuàng)新都是以三論理論為基礎(chǔ)進(jìn)行指導(dǎo)，比如航天、原子彈、核武器和軍事武器等都離不開(kāi)三論的指導(dǎo)和應(yīng)用。智能科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)形成了完整的體系和框架，形成了智能學(xué)科者一新的學(xué)科。智能技術(shù)及系列產(chǎn)品不僅是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范疇，智能化機(jī)電一體系統(tǒng)的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)，如智能玩具等。而智能化機(jī)電一體化的特征主要有以下幾方面：一是繁復(fù)性。在計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)支持的機(jī)械電子工程系統(tǒng)，是高適應(yīng)性、高可靠性和多技能的改良產(chǎn)物，在技術(shù)和結(jié)構(gòu)上特別繁瑣。而智能化微電復(fù)合技術(shù)主要由機(jī)、光、電等裝備組成。計(jì)算機(jī)和中央處置器占有主要地位。二是交叉性，智能化機(jī)電一體機(jī)廣泛運(yùn)用三論為核心的各種理論數(shù)據(jù)，在基礎(chǔ)的控制理論上同時(shí)還吸收了熱工智能化、運(yùn)籌、計(jì)算機(jī)、心里學(xué)、生理學(xué)等新的想法和方面，并模擬人類智能化體系，讓其有了判別能力、思維邏輯、已經(jīng)自主決議的能力來(lái)達(dá)到更好的控制目的[1]。最后是智能化的擬人性、也是智能機(jī)電一體化系統(tǒng)新的思維功能。比如有了學(xué)習(xí)、分析、和判斷的功能，并且根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)來(lái)判斷故障分析解決方法。

4.2 微型化

隨著電子系列產(chǎn)品的不斷更新，功能不斷增加和技術(shù)不斷提升，而微型化機(jī)電一體化的系統(tǒng)特征是尺寸小型化和微型功能結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是體積小而輕薄、能源消耗少、靈活等特點(diǎn)，在軍事、醫(yī)療和信息方面都得到廣泛的使用。

4.3 綠色化

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境被污染。國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)節(jié)資源的保護(hù)尤為重視，在這種情況下綠色科技應(yīng)用的概念應(yīng)時(shí)而生，而考慮到對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，機(jī)電一體化的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和制造正在逐步向清潔型、環(huán)保型、節(jié)能減排型等方向發(fā)展，能最高效地使用資源，減少生態(tài)環(huán)境的危害。

5 機(jī)電一體化在故障處理方面的應(yīng)用

5.1 震動(dòng)故障

在監(jiān)測(cè)設(shè)備信息和震動(dòng)頻率的數(shù)據(jù)上，來(lái)判斷設(shè)備是否有故障的產(chǎn)生或者分辨設(shè)備的運(yùn)行狀況是否正常。震動(dòng)故障的檢測(cè)在日常設(shè)備檢測(cè)和維修中頻率就十分高，因機(jī)械在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，通過(guò)震動(dòng)，專業(yè)檢查設(shè)備就可以將速度和震動(dòng)頻度檢驗(yàn)出來(lái)，對(duì)此震動(dòng)檢查設(shè)備就可以通過(guò)參數(shù)提供的信息對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行確定，從而保證測(cè)量的精準(zhǔn)性。該項(xiàng)技術(shù)操作簡(jiǎn)單版本快捷并且可以將運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)出來(lái)，有助于故障檢測(cè)與診斷效率的提高。

5.2 油液磨屑故障與紅外測(cè)溫故障

油液磨屑故障的檢測(cè)多適用于軸承、齒輪、導(dǎo)軌的潤(rùn)滑和改變壓強(qiáng)增大作用力，用于識(shí)別和分析設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候的油液磨屑之后，對(duì)油液的成分以及油液磨屑的粒狀固體進(jìn)行形態(tài)的了解來(lái)判斷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。此項(xiàng)診療手段將油液顆粒的尺寸規(guī)格作為判斷機(jī)械磨耗的依據(jù)，通過(guò)油液顆粒的大小形狀對(duì)磨耗情況進(jìn)行判斷，并找出機(jī)械磨耗的具體位置[2]。而非接觸紅外測(cè)溫則是對(duì)設(shè)備不同位置的溫度進(jìn)行基本檢查，來(lái)判斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。此項(xiàng)檢查方法與現(xiàn)代化的儀器相運(yùn)用，能達(dá)到空間距離相互的操作并對(duì)溫度的測(cè)量準(zhǔn)確率有所提升。

5.3 故障診斷方法

對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的診斷方式就如中醫(yī)診病，工作經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員日常檢測(cè)設(shè)備時(shí)通過(guò)望、聞、問(wèn)、手摸和敲打等方式進(jìn)行設(shè)備故障的檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法簡(jiǎn)單成本較低，但是對(duì)故障的問(wèn)題判斷不夠準(zhǔn)確，容易出現(xiàn)有誤差的情況。由于缺少現(xiàn)代先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)而這種傳統(tǒng)的檢測(cè)方式對(duì)工作人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)設(shè)備的了解需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際的工作中使用的頻率越來(lái)越低?，F(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)也需要注意以下幾個(gè)方面，一是先機(jī)后電。機(jī)械出現(xiàn)打滑、斷裂、卡死等故障時(shí)先排除可直觀發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，在動(dòng)手對(duì)設(shè)備部分進(jìn)行檢查。二是先易后難，在對(duì)輸出功率的液壓系統(tǒng)部件和自動(dòng)控制元件以及常用驅(qū)動(dòng)元件檢查時(shí)要按順序一一檢查將設(shè)備問(wèn)題找出。三是先主干后細(xì)節(jié)，要將主要的部分做解析和檢查，在對(duì)其他的部分進(jìn)行排查檢測(cè)，尤其是連接部分要進(jìn)行重點(diǎn)排查。

5.4 診斷流程

在設(shè)備故障準(zhǔn)備之前為了使損失情況得到控制。在設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)下就要對(duì)需維修軟件和硬件的加以正視，并提前準(zhǔn)備好故障診斷預(yù)案。并將日常機(jī)電故障的檢測(cè)和診療實(shí)行定期復(fù)查，減少故障和潛藏的問(wèn)題[3]。故障前的診療詳細(xì)來(lái)說(shuō)就是通過(guò)智能化系統(tǒng)測(cè)驗(yàn)機(jī)電設(shè)備和其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，包括信號(hào)的檢查、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的辨別和依據(jù)特征提取，從而得到診斷決議。并在機(jī)電各組分工的情況下獲取資料并分析后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障前的診斷核實(shí)還可以將故障有效的預(yù)防。

在設(shè)備故障后診斷，當(dāng)機(jī)電設(shè)備在生產(chǎn)之后進(jìn)行故障診斷時(shí)，需要將故障的發(fā)生情況，故障類別等進(jìn)行明確查看故障發(fā)生部位，并結(jié)合多方面原因進(jìn)行初步診斷，對(duì)故障的原因進(jìn)行分析和判斷以便加以控制防止故障加劇。如若能對(duì)故障前故障后的檢測(cè)和診斷工作進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，那么機(jī)電設(shè)備故障診斷的技術(shù)就能持續(xù)提高和發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化與電子技術(shù)的相結(jié)合為我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了便利，而將來(lái)的機(jī)電一體和電子技術(shù)會(huì)涉及更多的行業(yè)，通過(guò)技術(shù)的融合為各行業(yè)帶來(lái)巨大的進(jìn)步并促進(jìn)我們國(guó)家生產(chǎn)制造的產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，使我們國(guó)家在國(guó)際貿(mào)易市場(chǎng)中具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，給我們的國(guó)家和企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。