機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)研究

雷曉競(jìng)

(陜西陜煤蒲白礦業(yè)公司物資供應(yīng)公司，陜西 渭南 715517)

當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展比較迅猛，而且各個(gè)學(xué)科之間的聯(lián)系愈發(fā)緊密，這使得工程領(lǐng)域發(fā)生了重大變革。機(jī)械工程領(lǐng)域涉及的技術(shù)比較多，最關(guān)鍵的是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的互相結(jié)合，其促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)不斷向機(jī)電一體化的方向發(fā)展，而且在很大程度上改變了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、功能和構(gòu)成、生產(chǎn)方式、管理體系以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等，這些都是機(jī)電一體化的發(fā)展特征。

一、概述機(jī)電一體化

所謂機(jī)電一體化，指的就是把電子技術(shù)引入到機(jī)構(gòu)(包括主功能、信息處理功能、控制功能和動(dòng)力功能)的各個(gè)功能上，把機(jī)械裝置和電子化設(shè)計(jì)以及軟件結(jié)合起來(lái)所形成的系統(tǒng)。其特征為:它從系統(tǒng)的觀點(diǎn)入手，綜合運(yùn)用各種技術(shù)(包括微電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、借口技術(shù)、信息以及其變換技術(shù)、軟件編程技術(shù)、電力電子技術(shù)等)通過系統(tǒng)功能和優(yōu)化組織的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)各功能單元的合理配置和布局，還有實(shí)現(xiàn)其他特定功能，同時(shí)優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。以上所述而產(chǎn)生的系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)，或者是機(jī)電一體化產(chǎn)品。所以，機(jī)電一體化是以產(chǎn)品和技術(shù)為主，而后者是在以上群體技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行有機(jī)融合，而不是單純的技術(shù)組合和拼湊，而機(jī)械電氣化和機(jī)電一體化的本質(zhì)不同就在于此，機(jī)械工程技術(shù)仍然是屬于傳統(tǒng)機(jī)械，最主要的功能還是代替體力，而機(jī)電一體化除了能夠通過微電子裝置取代一些機(jī)械部件的之前功能外，還賦予了很多其他新的功能(例如自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)診斷和保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制、自動(dòng)處理信息以及自動(dòng)檢測(cè)等)。從某種意義上來(lái)講，機(jī)電一體化既延伸了人的手和肢體，也延伸了感官和頭腦，實(shí)現(xiàn)了智能化，這是真正與機(jī)械電氣化的區(qū)別。

二、機(jī)電一體化的發(fā)展情況

從其發(fā)展情況上來(lái)看，大致可分三個(gè)階段。第一階段是在二十世紀(jì)六十年代，是初級(jí)階段，這個(gè)時(shí)候，人們通過電子技術(shù)不斷對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能進(jìn)行完善，尤其是二戰(zhàn)的時(shí)候，戰(zhàn)爭(zhēng)加速了電子技術(shù)和機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)合，最先是運(yùn)用在軍隊(duì)上，然后開始民用，這對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的快速恢復(fù)來(lái)說(shuō)是件好事?？墒钱?dāng)時(shí)的電子水平一般，兩者的結(jié)合還不夠深入，所以對(duì)開發(fā)的產(chǎn)品也不能廣泛推廣。第二階段是在二十世紀(jì)七八十年代，這是一個(gè)迅速發(fā)展的階段，此時(shí)，控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)都為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，很多集成電路和微型計(jì)算機(jī)都不斷發(fā)展，這樣的物質(zhì)基礎(chǔ)促進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展。第三階段是在二十世紀(jì)九十年代，這個(gè)階段最明顯的特征就是機(jī)電一體化向智能化邁進(jìn)，因?yàn)榇藭r(shí)光學(xué)還有通信技術(shù)被引入到機(jī)電一體化當(dāng)中，而且微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中開始發(fā)揮作用，同時(shí)建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法、機(jī)電一體化的學(xué)科體系都開始逐漸成熟，另外，例如人工智能技術(shù)、光纖技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都在各自領(lǐng)域獲得了成功，這些因素也為機(jī)電一體化指明了方向。

就現(xiàn)在形勢(shì)來(lái)看，我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)和國(guó)外比起來(lái)還是有很大差距，從國(guó)內(nèi)外開發(fā)煤礦機(jī)電大功率厚煤層點(diǎn)牽引采煤機(jī)來(lái)分析，其技術(shù)分析如下。

第一，總體技術(shù)。由國(guó)外公司(Eickhof f公司)開發(fā)的SL500系列采煤機(jī)，其規(guī)格如下，截高為2米～6米，截割功率為2×825 kW，裝機(jī)總功率為1 965 kW。而由J0Y公司開發(fā)的7LS5型采煤機(jī)規(guī)格如下，截高2米～4.8米，截割功率為2×750kW，裝機(jī)總功率為1 860 kW。通過對(duì)比來(lái)看，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了6LS3，6LS5 和 7LS5 型 6 臺(tái)，SL500 型 3 臺(tái)，EL3000 型 1臺(tái)，最大裝機(jī)總功率為1 860 kW，最大截高為5.5米，國(guó)產(chǎn)現(xiàn)有的采煤機(jī)其規(guī)格如下，最大裝機(jī)總功率為1 200 kW，最大截高4.9米，而正在研究的MG750/1820 - GWD 型采煤機(jī)，最大裝機(jī)總功率為1820KW，最大截高5.5米，通過參數(shù)規(guī)格的對(duì)比，唯有最后型號(hào)的采煤機(jī)才和世界先進(jìn)水平接軌，之前討論的都是有很大差距。

第二，交流變頻電牽引技術(shù)。J0Y牽引功率能夠達(dá)到 2×110 kW，是最大的，其次是Eickhof f，其可以達(dá)到2×90 kW。而國(guó)內(nèi)牽引功率最大才為2×55kW，即使是正在研究的也只是能和Eickhof f牽引功率持平，也為2×90 kW。交流變頻電牽引采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)速技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都比較成熟，而我國(guó)采用的能量回饋型四象限運(yùn)行的交流變頻電牽引采煤機(jī)技術(shù)在世界處于領(lǐng)先地位。

第三，工況檢測(cè)、故障診斷技術(shù)。國(guó)外采煤機(jī)是微機(jī)控制，而且傳感器比較多，信息量比較大，顯示屏大，顯示點(diǎn)也多，能夠通過數(shù)字和曲線的形式顯示，可遠(yuǎn)程記錄和傳輸工作數(shù)據(jù)和故障信息。國(guó)內(nèi)只是在研的采煤機(jī)其控制系統(tǒng)才和世界水平接軌，其特點(diǎn)如下:實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)變頻調(diào)速箱的功率和溫度、液壓系統(tǒng)壓力和溫度以及減速箱油溫，實(shí)現(xiàn)恒功率控制和自動(dòng)調(diào)速、記憶截割和區(qū)域速度控制、遠(yuǎn)程通訊和集中控制以及多點(diǎn)操作及顯示，還有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

第四，自動(dòng)調(diào)高技術(shù)。通過位置傳感器和計(jì)算機(jī)的記憶截割技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，例如引入的SL500采煤機(jī)擁有的傳感器比較多(同步位置、采煤機(jī)位置、機(jī)身縱向和橫向傾斜等)具有兩種功能，記憶截割和固定截割高度，現(xiàn)在在用的采煤機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)記憶截割。

第五，遠(yuǎn)程通訊和集中控制技術(shù)。通過電纜LS500采煤機(jī)和順槽集中控制站進(jìn)行連接，而其又和液壓支架控制系統(tǒng)、工作面輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和采煤機(jī)相連，通過中繼站連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，可以集中和遠(yuǎn)程控制地面設(shè)備和順槽設(shè)備。

三、機(jī)電一體化發(fā)展趨勢(shì)研究

第一，智能化。機(jī)電一體化中的智能化現(xiàn)在越發(fā)受到人們的關(guān)注，而且應(yīng)用也越來(lái)越多，例如機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的智能化就是其具體應(yīng)用，在以后必將是一個(gè)發(fā)展方向。

第二，網(wǎng)絡(luò)化。計(jì)算機(jī)技術(shù)最突出的就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視的技術(shù)一直都在不斷研究，其遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身也是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

第三，微型化。其在二十世紀(jì)八十年代興起，把機(jī)電一體化引向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域。微機(jī)電一體化的產(chǎn)品都比較小，而且能耗也少，比較靈活，在軍事、醫(yī)療信息等方面都有很好的應(yīng)用。

第四，綠色化。其旨在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的過程中，能夠避免對(duì)環(huán)境造成污染，不影響人類身體健康，而且不破壞生態(tài)環(huán)境，同時(shí)可以回收利用，利用率比較高。

第五，系統(tǒng)化。最明顯的特征就是其總線結(jié)構(gòu)仍為開放式和模式化。系統(tǒng)能夠進(jìn)行靈活組合和剪裁，而且尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理，另外比較突出的特征就是通信功能比較好。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，機(jī)電一體化的出現(xiàn)是個(gè)必然，其是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段以后，眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展相互融合的結(jié)晶。機(jī)電一體化涉及的技術(shù)比較多，隨著社會(huì)的需求和技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)電一體化還會(huì)覆蓋越來(lái)越多的科學(xué)技術(shù)，它們相互結(jié)合的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，也定為機(jī)電一體化的發(fā)展做好鋪墊工作。

［1］潘麗霞.論機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.山西科技，2010，04：17-18+20.