機(jī)電工程技術(shù)應(yīng)用及其自動(dòng)化問(wèn)題研究

李水軍

（紹興智立機(jī)電科技有限公司，浙江紹興 312300）

1 機(jī)電工程技術(shù)應(yīng)用

1.1 在機(jī)械制造中的應(yīng)用

（1）機(jī)電工程技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵的作用。設(shè)計(jì)師通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件，可對(duì)機(jī)械零件和裝配進(jìn)行精確的繪制與模擬。而應(yīng)用機(jī)電工程技術(shù)，可幫助設(shè)計(jì)師選擇適當(dāng)?shù)牟牧?、工藝和結(jié)構(gòu)，確保機(jī)械的可靠性、穩(wěn)定性和高效性。

（2）機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用在機(jī)械裝配線上，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的自動(dòng)化裝配。自動(dòng)化裝配可大幅提高裝配效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如，自動(dòng)化機(jī)械臂可進(jìn)行定位、擰緊和焊接等操作，自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配過(guò)程的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。

（3）機(jī)器人技術(shù)也是機(jī)電工程技術(shù)在機(jī)械制造中的重要應(yīng)用之一。機(jī)器人可代替人工完成重復(fù)、繁重和危險(xiǎn)的任務(wù)，提高生產(chǎn)效率和工作安全性。例如，機(jī)器人可進(jìn)行零件的搬運(yùn)、焊接、噴涂等操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化作業(yè)。

（4）機(jī)電工程技術(shù)也應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備的維護(hù)和檢修中。通過(guò)使用傳感器和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，幫助實(shí)施預(yù)防性維護(hù)和故障預(yù)測(cè)，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命和提高運(yùn)行效率。

1.2 在智能制造中的應(yīng)用

（1）機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于智能制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。通過(guò)使用傳感器、執(zhí)行器和自動(dòng)化控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。智能控制系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)需求與工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)整設(shè)備和工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。通過(guò)將機(jī)械設(shè)備、傳感器和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可提供大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為決策和優(yōu)化提供支持。并且機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)是智能制造的重要組成部分，機(jī)電工程技術(shù)在這方面同樣發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)、編程和控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)和生產(chǎn)流程。

（3）在智能制造中，機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)的開(kāi)發(fā)。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，提取有價(jià)值的信息和知識(shí)，為生產(chǎn)決策和優(yōu)化提供支持。并且機(jī)電工程技術(shù)還可應(yīng)用于人工智能技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)和管理。

（4）虛擬仿真和數(shù)字孿生技術(shù)是智能制造中重要的先進(jìn)技術(shù)之一，機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。通過(guò)使用計(jì)算機(jī)模型和仿真軟件，可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。而數(shù)字孿生技術(shù)則可將虛擬模型與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)和效率的監(jiān)測(cè)與優(yōu)化。

1.3 在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

（1）機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部分，其通過(guò)控制算法和信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)控制、速度控制和位置控制。機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與制造、軟件開(kāi)發(fā)與調(diào)試，為數(shù)控機(jī)床提供精確的控制性能。

（2）機(jī)電工程技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中廣泛應(yīng)用于伺服控制技術(shù)。伺服系統(tǒng)可通過(guò)反饋控制，實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的位置、速度和力矩等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確的加工操作。機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于伺服系統(tǒng)的傳感器設(shè)計(jì)與安裝、電機(jī)控制器選擇與調(diào)試，以及閉環(huán)反饋控制算法的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，提高數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。

（3）機(jī)電工程技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的運(yùn)動(dòng)控制方面也發(fā)揮著重要的作用。運(yùn)動(dòng)控制是指通過(guò)控制算法對(duì)數(shù)控機(jī)床的各個(gè)軸進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)控制。機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，包括軸驅(qū)動(dòng)器的選型與調(diào)試、速度規(guī)劃與軌跡規(guī)劃算法的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以及位置反饋傳感器的選擇與校準(zhǔn)等。

（4）機(jī)電工程技術(shù)在數(shù)控機(jī)床的刀具與切削技術(shù)方面也發(fā)揮著重要的作用。刀具選擇與切削參數(shù)的優(yōu)化可影響到加工質(zhì)量和效率。機(jī)電工程技術(shù)可應(yīng)用于刀具選型與切削參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的加工過(guò)程。

（5）機(jī)電工程技術(shù)在數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維護(hù)方面也非常重要。通過(guò)使用傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)床的工作狀態(tài)和故障信息，及時(shí)診斷出故障的原因和位置，提高機(jī)床的可靠性和可維護(hù)性。機(jī)電工程技術(shù)還可應(yīng)用于故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、故障排除與維修，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。

2 機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的問(wèn)題

2.1 技術(shù)體系問(wèn)題

機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)體系主要包括硬件技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)3個(gè)方面。然而隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的不斷拓展，機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的技術(shù)體系也正面臨一些問(wèn)題，若不進(jìn)行優(yōu)化會(huì)造成較大的影響[1]。目前，機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展仍然缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家和開(kāi)發(fā)者在技術(shù)實(shí)現(xiàn)、接口設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)通信等方面存在差異，降低了技術(shù)的互操作性和兼容性。并且機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)，如機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等，各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域間的交叉融合和技術(shù)的集成是一個(gè)難題。不同學(xué)科間的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技術(shù)體系的整合，需跨學(xué)科的研究和合作，難度較大。同時(shí)，隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，新技術(shù)層出不窮，機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的更新速度較快，技術(shù)體系也在不斷變化和演化，給從業(yè)人員提出了更新技能和學(xué)習(xí)新知識(shí)的挑戰(zhàn)。此外，機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)在應(yīng)用中所面臨的安全性與可靠性問(wèn)題較多。自動(dòng)化系統(tǒng)的故障或失控可能引發(fā)嚴(yán)重事故，尤其是在一些涉及人員生命安全的領(lǐng)域，如核電站、航空航天等，如何確保系統(tǒng)的安全性和可靠性是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題。最后，隨著機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互變得越來(lái)越重要。如何設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易用、人機(jī)接口友好的自動(dòng)化系統(tǒng)，使人們能夠方便地與系統(tǒng)進(jìn)行交互和操作，是一個(gè)亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

2.2 機(jī)電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

雖然我國(guó)的機(jī)電工程技術(shù)發(fā)展十分迅速，但在機(jī)電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、安裝流程上面，仍存在不統(tǒng)一的現(xiàn)象與問(wèn)題[2]。機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)是一個(gè)國(guó)際性的領(lǐng)域，不同國(guó)家有不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)涉及多個(gè)行業(yè)，如機(jī)械制造、電子、自動(dòng)化控制等，每個(gè)行業(yè)都有其特定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。然而，一些行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)缺失或不完善，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法統(tǒng)一。比如，在一些新興行業(yè)，如無(wú)人駕駛、人工智能等領(lǐng)域，相關(guān)的機(jī)電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還在不斷制訂和完善中。此外，由于企業(yè)自身的發(fā)展和需求不同，不同企業(yè)的機(jī)電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)存在差異。一些大型企業(yè)可能擁有自己獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)體系，而中小型企業(yè)則可能缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)流程和規(guī)范。最后，機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的更新速度較快，新技術(shù)層出不窮。因此，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可能無(wú)法及時(shí)跟進(jìn)最新的技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)滯后于技術(shù)進(jìn)步。

3 機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)化方向

3.1 模塊化發(fā)展

模塊化發(fā)展是指將機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)拆分成獨(dú)立的模塊，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和安裝，以提高設(shè)備和系統(tǒng)的靈活性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，從而降低成本、提高效率和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。①應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)和制造符合標(biāo)準(zhǔn)的模塊化組件，使其具有獨(dú)立的功能和接口，以便與其他模塊進(jìn)行組合和集成。②引入標(biāo)準(zhǔn)化的接口和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)不同廠家和型號(hào)的模塊互換與兼容，提高系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性。并且需對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行集成和測(cè)試，優(yōu)化模塊的集成方式，采用插拔式連接器和接口，簡(jiǎn)化集成過(guò)程，降低集成成本。③引入自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的自動(dòng)測(cè)試和故障排查，提高測(cè)試效率和系統(tǒng)的可靠性。

3.2 智能化發(fā)展

智能化發(fā)展是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化與智聯(lián)化，以提升生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（1）可優(yōu)化數(shù)據(jù)采集的方式和手段。通過(guò)引入傳感器、儀表和監(jiān)測(cè)設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和挖掘，以獲取有價(jià)值的信息，為決策和優(yōu)化提供支持。

（2）可通過(guò)優(yōu)化控制算法、提升控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)的精確控制與調(diào)節(jié)。同時(shí)，引入機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制和優(yōu)化控制，提升系統(tǒng)的智能性和自動(dòng)化水平。

（3）智能化發(fā)展需從整體角度對(duì)機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與管理。可引入綜合管理系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、能耗、維護(hù)與故障等進(jìn)行綜合管理及優(yōu)化。通過(guò)全面的數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)的高效運(yùn)行與優(yōu)化配置。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，機(jī)電工程技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提升生產(chǎn)效率起到了重要作用。在這一過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)成為機(jī)電工程技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，其可極大提高生產(chǎn)效率、降低成本，并減少人為錯(cuò)誤的發(fā)生。在未來(lái)的研究中，需進(jìn)一步研究機(jī)電工程技術(shù)在機(jī)械制造、智能制造等領(lǐng)域的應(yīng)用，提高自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)電工程中的應(yīng)用水平，推動(dòng)機(jī)電工程技術(shù)的發(fā)展。通過(guò)這些努力，可更好地應(yīng)對(duì)機(jī)電工程技術(shù)應(yīng)用和自動(dòng)化問(wèn)題所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，為推動(dòng)工業(yè)化的進(jìn)程作出更大的貢獻(xiàn)。