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

魏松林(青海中信國安科技發(fā)展有限公司,青海 格爾木 816099)

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

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機(jī)電一體化系統(tǒng)是今后機(jī)械工程發(fā)展的主要方向，本文主要從機(jī)電一體化的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行闡述，并總結(jié)機(jī)電一體化發(fā)展的意義。

機(jī)電一體化；機(jī)械制造；智能化

0 引言

機(jī)電一體化是使機(jī)械制造技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)在部件、模塊和系統(tǒng)層次上實(shí)現(xiàn)了功能交互和空間集成的技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)是一門綜合性的、涉及范圍較廣且獨(dú)立的的學(xué)科，并且通過與計(jì)算機(jī)、信息和自動(dòng)控制等技術(shù)的不斷研究、融合和擴(kuò)展，使得機(jī)電一體化系統(tǒng)在現(xiàn)代工程機(jī)械的前景廣闊。

1 機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)來源于傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)，其本質(zhì)是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，即在傳統(tǒng)的機(jī)械零部件上，增加了流體、氣動(dòng)、熱、聲等學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的元器件，并未改變傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)邏輯構(gòu)成的功能模塊。機(jī)電一體化系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是強(qiáng)化了控制功能的一種用非機(jī)械手段實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)[1]。

為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械變換過程，機(jī)械技術(shù)和電子和軟件技術(shù)需要緊密協(xié)同和集成，這種協(xié)同和集成使得設(shè)計(jì)者在生成建設(shè)性的方案解方面擁有更大的自由度，更能滿足多樣化的用戶需求。機(jī)械技術(shù)能夠生成物理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，信息處理和控制技術(shù)大大提高了功能執(zhí)行的速度，更容易引入和實(shí)現(xiàn)邏輯的行為與控制，這些結(jié)合形成了新穎獨(dú)特的機(jī)電一體化系統(tǒng)，并且最終系統(tǒng)的功能大于其各子系統(tǒng)或部件的功能之和。機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本更低廉、性能更強(qiáng)。不過，獲取這些利益的代價(jià)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的跨學(xué)科性質(zhì)導(dǎo)致的設(shè)計(jì)復(fù)雜性[1]。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展

1960年以前，人們剛剛通過電子技術(shù)完善機(jī)械產(chǎn)品，就發(fā)生全世界二戰(zhàn)，并在戰(zhàn)爭(zhēng)的推動(dòng)下，開始將電子技術(shù)與機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)合，并大大振興了戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)。然而，這種電子技術(shù)與機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)合，由于技術(shù)不夠成熟又限制了其發(fā)展[2]。

直到20世紀(jì)70年代后期，機(jī)電一體化迎來了蓬勃發(fā)展，正趕上集成電路及計(jì)算機(jī)的發(fā)展，結(jié)合計(jì)算機(jī)、通信及控制等技術(shù)，這些均促進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展。到90年代后期，機(jī)電一體化的發(fā)展逐漸趨向智能化，人工智能和光纖技術(shù)等成為了發(fā)展機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用

工業(yè)革命推動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也發(fā)展了機(jī)械工程技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程、化工、信息等領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和科技含量，同時(shí)推進(jìn)了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展[3]。

3.1 在改造機(jī)床上的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)備中的數(shù)控機(jī)床是比較重要的，而工作臺(tái)和機(jī)床上刀具的運(yùn)行軌跡的要求是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，偏差值有要求的范圍，為了保證產(chǎn)品的精度。而機(jī)電一體化可以提高數(shù)控機(jī)床的工作效率，例如其中的開環(huán)伺服系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)及操作簡(jiǎn)單，易查故障等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控機(jī)床的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與信息的自動(dòng)化，根據(jù)不同產(chǎn)品的要求可隨時(shí)調(diào)整技術(shù)和功能，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

3.2 在包裝機(jī)械上的應(yīng)用

包裝機(jī)械是機(jī)械工程中的重要部分，其結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜如控制連桿和凸輪構(gòu)造等，而控制電路是傳統(tǒng)部件的主要連接手段，其缺點(diǎn)有：整體結(jié)構(gòu)繁瑣、后期維修較難、操作不方便等。而將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在包裝機(jī)械上，可通過計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，形成模塊化管理。其優(yōu)點(diǎn)有：減小設(shè)備占地空間、提高零件精度、操作簡(jiǎn)單、減少人工維修費(fèi)用等，提高企業(yè)的收益。

3.3 在機(jī)械精度控制上的應(yīng)用

產(chǎn)品的精度直接影響企業(yè)的利益，成品的性能在主要參數(shù)上出現(xiàn)一點(diǎn)偏差，其精度會(huì)大受影響，所以嚴(yán)格把控對(duì)產(chǎn)品精度的控制與調(diào)整是重中之重的，而工程機(jī)械生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化能有效準(zhǔn)確的對(duì)主要參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。如，在混凝土攪拌過程中，利用傳統(tǒng)的計(jì)量工具對(duì)不同原材料進(jìn)行稱量測(cè)重必定會(huì)有誤差產(chǎn)生，但電子稱量系統(tǒng)由電腦控制，就可對(duì)不同的原材料進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)重稱量，此法可極大的降低誤差，進(jìn)而混凝土的功能性也會(huì)得到保障。 除此之外自動(dòng)找平系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用，在路面修建過程中，可使路面攤鋪的更加平整。自動(dòng)供料系統(tǒng)中通過超聲波技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到自動(dòng)供料的目的，進(jìn)而完全保證了攤鋪路面質(zhì)量。

3.4 在機(jī)械(半)自動(dòng)化上的應(yīng)用

(半)自動(dòng)化作業(yè)會(huì)大大降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也會(huì)提高機(jī)械工程的作業(yè)效率。工程自動(dòng)化的有效應(yīng)用還提升經(jīng)驗(yàn)不足的人員在工程作業(yè)中的容錯(cuò)率，確保工程作業(yè)的精度。如日本三菱公司的挖掘機(jī)引進(jìn)挖掘軌跡控制系統(tǒng)，為了控制和調(diào)整耗鏟斗的運(yùn)動(dòng)軌跡，引進(jìn)自動(dòng)化控制并運(yùn)用計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，精準(zhǔn)掌握并控制動(dòng)臂桿和鏟刀的運(yùn)動(dòng)，提高了挖掘工作的效率。

3.5 在機(jī)械監(jiān)控上的應(yīng)用

機(jī)電一體化系統(tǒng)的引進(jìn)可實(shí)現(xiàn)液壓、制動(dòng)和傳動(dòng)等系統(tǒng)的監(jiān)控，及時(shí)掌握機(jī)械設(shè)備的工作運(yùn)行情況，在發(fā)生設(shè)備異常狀況時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警通知，并且精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)出故障位置。

3.6 在化工工程中的應(yīng)用

化工生產(chǎn)中機(jī)電一體化也具有廣泛的應(yīng)用，在日化品廠的監(jiān)控與配料系統(tǒng)、工業(yè)中的安全自檢系統(tǒng)、工業(yè)中的連續(xù)化生產(chǎn)、工業(yè)中的自動(dòng)化生產(chǎn)等，都具有較為重要的作用。廣泛應(yīng)用于燒結(jié)中的預(yù)配料系統(tǒng)、焦化廠電力系統(tǒng)、機(jī)械紡織、自動(dòng)化添加煤技術(shù)、自來水廠調(diào)度、日用化工行業(yè)、水電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)、電子稱重模塊、發(fā)電廠的鍋爐控?zé)峁こ?、油庫管理、天然氣加氣站、恒壓供水系統(tǒng)、煤礦生產(chǎn)安全的自檢系統(tǒng)、啤酒生產(chǎn)等眾多寬泛的領(lǐng)域。

3.7 其他方面應(yīng)用

國外在裝載機(jī)和推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備上，增加自動(dòng)變速器，根據(jù)設(shè)備外負(fù)荷的實(shí)際運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整傳動(dòng)系的傳動(dòng)，提高其發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提升能源的經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，操作更加快捷簡(jiǎn)便，也大大降低了操作員的勞動(dòng)工作強(qiáng)度[4]。

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，審美觀念也伴隨著現(xiàn)代人的生活水平的提高而提高，人們對(duì)工程施工的要求也隨之提升，現(xiàn)代工程施工規(guī)模的擴(kuò)大化與難度不斷加大，對(duì)工程機(jī)械設(shè)備的性能與質(zhì)量提出了更高的要求，所以實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程設(shè)備的自動(dòng)化，可降低機(jī)械工程施工中人力成本，并達(dá)到施工的質(zhì)量要求與精準(zhǔn)度，使施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提高。綜上所述，為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械工程的施工質(zhì)量、精度、效率和成本是今后主要研究的方面，確保設(shè)備性能的穩(wěn)定與可靠。

4 機(jī)電一體化的意義

電子監(jiān)控系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中較為重要的組成之一，電子監(jiān)控系統(tǒng)要對(duì)其監(jiān)控系統(tǒng)中加設(shè)報(bào)警設(shè)備，控制和監(jiān)督機(jī)械設(shè)備的良好運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過程中發(fā)生故障，在極短時(shí)間內(nèi)該系統(tǒng)可快速示警，將準(zhǔn)確位置提供給相關(guān)維修部門，提高維修部門的工作效率，制定相應(yīng)的維修方案，解除設(shè)備的安全隱患。智能化也是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。與傳統(tǒng)機(jī)電一體化相比，現(xiàn)代機(jī)電一體化技術(shù)主要是控制理論，即智能化的體現(xiàn)，智能化生產(chǎn)過程使產(chǎn)品的性能和功能大大提高。智能化結(jié)合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能和思想來對(duì)人工智能進(jìn)行仿效，擴(kuò)大機(jī)電一體化適用范圍的同時(shí)，賦予機(jī)械設(shè)備性能及功能上的現(xiàn)代化。

[1]許勇.機(jī)電一體化系統(tǒng)方案生成及優(yōu)選研究[D].上海交通大學(xué)，2007.

[2]索小娟，陳光偉，王娜.工程機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技傳播，2013,(14)：187-188.

[3]魯鑫康.工程機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用[J].電子制作，2014,(9)：108-109.

[4]那鳳華.工程施工機(jī)械中的機(jī)電一體化探討[J].中華民居旬刊，2014,(7).