機電一體化關(guān)鍵技術(shù)在機械工程中的有效性

劉洋

（山西焦化集團有限公司 山西臨汾 041600）

對機械工程而言，其產(chǎn)品的生產(chǎn)制造是重要環(huán)節(jié)。機電一體化技術(shù)即機械電子學(xué)，它涉及信息技術(shù)、機械技術(shù)等諸多領(lǐng)域，從20世紀(jì)至今，已取得較為豐碩的研究成果。如今，機電一體化技術(shù)逐步融入機械工程中，不但提升了產(chǎn)品的機械性能，也促進了產(chǎn)品在開發(fā)、設(shè)計方面的革新［1］。機械工程發(fā)展和機電一體化技術(shù)有緊密聯(lián)系，為深化此技術(shù)的運用，就必須更積極地投入到相關(guān)研究中，這同時也是相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)工作者所承擔(dān)著的重要責(zé)任。

1 機電一體化概念及技術(shù)特征

1.1 機電一體化概念

機電一體化技術(shù)即機械電子工程，是機械工程與自動化的一種。研究此技術(shù)的目的在于充分發(fā)揮出機械、微電子、電子信息等不同技術(shù)的優(yōu)勢，以加快機械產(chǎn)品創(chuàng)新變革。追溯此概念的發(fā)展歷程，最早是出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代的日本雜志《機械設(shè)計》中，而我國在20世紀(jì)80年代才開始對此概念進行研究和運用，和其他發(fā)達國家相比，起步較晚，因此，面對的市場競爭壓力巨大，形勢更嚴(yán)峻［2］。此技術(shù)融合了機械、信息化等多各領(lǐng)域中，有著非常強的系統(tǒng)性及實踐性。

1.2 機電一體化技術(shù)特征

第一，高精度。將此技術(shù)用于機械工程中，能顯著提升工作精度和效率。例如，將電子稱量系統(tǒng)增設(shè)至混凝土攪拌設(shè)備中，能實現(xiàn)自動稱重且提高了工作精度，降低了人力資源的投入成本［3］。

第二，自行檢測。自動檢測指能自動化對子系統(tǒng)進行檢查，反映出機械運行情況。若遭遇突發(fā)事件，會立刻發(fā)出警報，并找出故障發(fā)生具體位置，從而降低檢測的成本，提升工程運作質(zhì)量。

第三，自動化。結(jié)合機電一體化技術(shù)后，能夠讓工程機械在很大程度上處于半自動、完全自動化的狀態(tài)中，能減少人力、資金方面的投入，加之人力操作時也可能因人員個人因素出現(xiàn)錯誤，而機電一體化能避免此問題。

2 機電一體化和機械工程的關(guān)系

2.1 機電一體化和機械工程

機械工程中所使用到的設(shè)備是工程建設(shè)過程中不可或缺的工具。與以往比較，如今各種設(shè)備有了全方位的升級和優(yōu)化，在操作的便捷性、精確度、穩(wěn)定性等方面也逐步獲得提升，滿足了工程所需。如今，機械工程的建設(shè)規(guī)模明顯擴大，且難度提高，對于各設(shè)備的要求也隨之提升［4］。在此背景下，便自然而然地推動了電子技術(shù)的發(fā)展，且機電一體化技術(shù)也應(yīng)運而生。當(dāng)前，機械工程運作中，已經(jīng)廣泛采用了各種先進的電子技術(shù)，再加之“微電子技術(shù)”的出現(xiàn)，憑借其優(yōu)勢，儼然成為機械生產(chǎn)、設(shè)備研發(fā)中的“寵兒”。

2.2 機電一體化技術(shù)用于機械工程的優(yōu)勢

首先，結(jié)合機電一體化技術(shù)，能夠通過其自動發(fā)出的警報聲來及時發(fā)現(xiàn)過度勞損的部件，從而對目前工程運作的狀態(tài)進行調(diào)整，以免出現(xiàn)機械故障，改善了設(shè)備的使用性能。其次，能提升所生產(chǎn)的產(chǎn)品使用性能。在基于微電腦技術(shù)分析后，實現(xiàn)了對機械工程的自動化或半自動控制，將傳統(tǒng)的儀器設(shè)備均用新的器械替代，便于工作人員更直觀清晰地操作，減少工作疏漏。最后，能從整體上減少機械工程在養(yǎng)護、調(diào)試等方面的壓力。

3 機電一體化關(guān)鍵技術(shù)在機械工程的有效應(yīng)用

3.1 機電集體化戰(zhàn)略制定

要切實地在機械工程中發(fā)展機電一體化技術(shù)的價值，就必須要從技術(shù)、機械工程的設(shè)備等多項因素考慮，并制定全面化的集體化戰(zhàn)略。同時，因為系統(tǒng)化發(fā)展會牽涉到工程不同環(huán)節(jié)中，因此，對于技術(shù)運用的要點、細(xì)節(jié)等必須加以確立［5］。作為工程項目的技術(shù)人員，在保障設(shè)備穩(wěn)定運行同時，也要對當(dāng)前工作內(nèi)容進行梳理和分析，積極作好協(xié)調(diào)，以保障此項工作實施得高效、有序。另外，在發(fā)展戰(zhàn)略中，必須詳細(xì)地對各項任務(wù)計劃進行合理分配，這就要求技術(shù)人員對機電一體化有深入了解，并能科學(xué)化地將其融合計劃中。如此一來，能夠讓工程人員按照計劃分別實施工作，提升了工程效率；同時，由于對工作內(nèi)容加以細(xì)化，能更有利于工程管理人員進行集中化管控，讓工程運行更為統(tǒng)一。在設(shè)備生產(chǎn)制造時，結(jié)合機電集體化戰(zhàn)略，能極大地提升工程科技化水平，促進其發(fā)展。

3.2 數(shù)字化控制

數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字信息對機械運動、工作進行控制的技術(shù)，機電一體化技術(shù)運用最為典型的就是數(shù)控技術(shù)［6］。數(shù)控技術(shù)大多用于各種電子設(shè)備的數(shù)據(jù)評估、分析，這也是人們對該技術(shù)最為直觀的印象。應(yīng)用數(shù)控技術(shù)時，須結(jié)合機械工程項目中的機床數(shù)量、工作經(jīng)驗等進行更新，從而提升整體管控精度。以實際情況為例，在許多工程機械中，由于操作復(fù)雜，常常需要結(jié)合許多液壓作動器間的協(xié)調(diào)及配合，才能實現(xiàn)運行的高效、精準(zhǔn)，但這也給操作人員工作帶來難度。增加了數(shù)字液壓驅(qū)動控制技術(shù)于挖掘機中，便實現(xiàn)了數(shù)字化，在降低操作者勞動強度的同時，還能降低能耗，提升效率。如今，數(shù)控技術(shù)逐步從總體技術(shù)朝著核心化的方向發(fā)展，且在時代經(jīng)濟影響下，也促進了此技術(shù)具有越來越高的包容性。

3.3 機械包裝

全球范圍內(nèi)的包裝設(shè)備進入了革新階段，具備了生產(chǎn)效率高、注重節(jié)能降耗、研究成果商品化等諸多特點。為滿足更龐大的市場需求，就需要落實更高質(zhì)量、高效率、多品種、低成本的機械包裝，以實現(xiàn)我國包裝行業(yè)的快速發(fā)展，并成功地朝著包裝強國所轉(zhuǎn)變，因此，需要提升機械包裝質(zhì)量，積極聯(lián)合機電一體化技術(shù)。如今，整條包裝、灌裝生產(chǎn)線已經(jīng)成為此行業(yè)的發(fā)展趨勢，為更好地連接ERP、MES，應(yīng)在多臺包裝機間聯(lián)網(wǎng)［7］。機械工程中包裝設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如凸輪構(gòu)造、控制連桿，若運作出現(xiàn)故障，會極大地加重維修工作負(fù)擔(dān)。通過聯(lián)合機電一體化技術(shù)后，能使設(shè)備“模塊化”，發(fā)生任何故障都能以模塊為點來查找，在最短時間內(nèi)找到包裝中出現(xiàn)的問題，保障后續(xù)設(shè)備正常運行。

3.4 實時監(jiān)控

在實際的機械工程生產(chǎn)制造中，通過融合機電一體化技術(shù)，能讓相關(guān)企業(yè)的格局、面貌出現(xiàn)巨大改變，這與其自身優(yōu)勢、特征均有著緊密聯(lián)系。其中，最主要的一點是，在產(chǎn)品加工等環(huán)節(jié)中，能實現(xiàn)實時監(jiān)控和檢測。由于機械工程中涉及的設(shè)備、環(huán)節(jié)都較為復(fù)雜，如各種制動、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等，不同部件中往往要互相協(xié)調(diào)，才能保障其正常運轉(zhuǎn)。但由于生產(chǎn)時會使用到較多原材料，且涉及的設(shè)備數(shù)量較多，各設(shè)備內(nèi)部又含有許多組成部件，必須落實監(jiān)控工作。在融合了機電一體化技術(shù)后，能在保障工程效率、質(zhì)量同時，實現(xiàn)對儀器設(shè)備的實時檢測，最大限度地規(guī)避各種意外事件的發(fā)生。

3.5 機床改造

隨著工業(yè)設(shè)備對于產(chǎn)品的精細(xì)化要求越來越高，因此，機械加工設(shè)備中的精密度也不斷提升。在我國機械工程中，機床占據(jù)了很大比例，結(jié)合機電一體化技術(shù)，主要從以下方面進行機床改造。（1）控制部分。選擇國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化微機空控制系統(tǒng)，采用單片機、驅(qū)動電源、控制程序等部件，簡化控制部分的結(jié)構(gòu)，且價格較為低廉。（2）機械部分。和常規(guī)機械系統(tǒng)對比，融合了機電一體化技術(shù)后，除了具有高精度外，還穩(wěn)定可靠。在設(shè)計時，重點關(guān)注接口電路、控制部件、執(zhí)行元件等多個部分，以保障整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，不但利于產(chǎn)品的日常維修，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化，還能縮短故障排查時間，提升運作效率?？傊粢獙ΜF(xiàn)有的機床結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，需要結(jié)合特定的一體化技術(shù)，當(dāng)前的數(shù)控機床本身具有獨立的數(shù)控運行特點，若能在此基礎(chǔ)上重視改良，能推動其迅速發(fā)展。

3.6 精度控制

隨著現(xiàn)代機械工程行業(yè)迅速發(fā)展，在企業(yè)擴大了生產(chǎn)量方面，其優(yōu)勢越發(fā)突出。但經(jīng)過調(diào)查顯示，部分人員由于不熟悉操作規(guī)范、流程，常常導(dǎo)致各種失誤事件。眾所周知，機械的精度在很大程度上會影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量，進而影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益，進行精度控制迫在眉睫。結(jié)合了先進的機電一體化技術(shù)后，能突破傳統(tǒng)機電技術(shù)在功能上的限制，例如，增加控制及計算機檢測技術(shù)，能減小或是校正誤差，提高精度，使最終生產(chǎn)出的產(chǎn)品符合機械工程規(guī)范要求?；谛畔⑵脚_基礎(chǔ)上，可用計算機、微型電腦設(shè)置參數(shù)，讓機械設(shè)備實現(xiàn)自行稱重等功能，減少安全隱患。以機械工程中的數(shù)控機床為例，結(jié)合機電一體化技術(shù)后，能高效處理數(shù)據(jù)，其內(nèi)含的DPS芯片抗干擾性高，能提升生產(chǎn)效率，減少誤差。

3.7 產(chǎn)品開發(fā)

機電一體化還可用于產(chǎn)品開發(fā)，以保障工程項目產(chǎn)品的質(zhì)量。在當(dāng)前背景下，大多機械工程中的產(chǎn)品較為多樣化、靈活化，且部分智能機械內(nèi)部構(gòu)造更是非常精密。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合了一體化技術(shù)后，能對以往的機械結(jié)構(gòu)加以改造，在不變動原有功能的同時，還能增加新的性能。對于機械工程中的機床產(chǎn)品而言，首先可借助于CAD、自動操控等技術(shù)手段，識別并掌握到部分零件的形態(tài)特征，再根據(jù)規(guī)范化的程序進行加工，具體包括如下幾點。（1）擬定產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)，確定技術(shù)規(guī)范。（2）分析市場環(huán)境、可行度。（3）初步設(shè)計，方案評審。（4）確定數(shù)學(xué)模型。（5）詳細(xì)設(shè)計，試制樣品并測試。（6）評價，審定。（7）小批量生產(chǎn)。

3.8 生產(chǎn)檢測

為實現(xiàn)對機械工程中生產(chǎn)的檢測，可通過機電一體化技術(shù)進行系統(tǒng)開發(fā)，提升檢測工作效率。例如，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)時有壓力異常（過高、過低）、液位越限等時，及時落實自動保護、模式調(diào)整，并進行遠(yuǎn)程命令下發(fā)，有效地減少人工操作的成本，降低工作壓力。同時，在生產(chǎn)過程中結(jié)合機電一體化，能在各種巡檢管理、生產(chǎn)安全監(jiān)督環(huán)節(jié)上進行自動操作。此外，對于設(shè)備的保護和控制也尤為關(guān)鍵，將機電一體化技術(shù)融入報警管理中，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)任何故障時，立刻發(fā)出警報，并實現(xiàn)自動、手動的停止功能，針對性地保護器件。以煤礦機械工程為例，如掘進機、采煤機等設(shè)施的運用都具有自動監(jiān)視、診斷、報警功能，提升了工程生產(chǎn)安全性控制水平。

4 機電一體化技術(shù)在機械工程的未來展望

結(jié)合現(xiàn)代機械工程的發(fā)展步調(diào)及經(jīng)濟水平，筆者認(rèn)為未來機電一體化技術(shù)主要會呈現(xiàn)出以下3點發(fā)展形勢。

4.1 智能化

智能化的概念已經(jīng)滲透到現(xiàn)代各行各業(yè)中，傳統(tǒng)的機械工程和現(xiàn)代理念下的機械工程中存在的最大差異就是“智能性”，同時，這也是機電一體化技術(shù)所具備最典型的特征。正是因為結(jié)合了智能化操作模式，才得以實現(xiàn)各種自我報警、修復(fù)功能。相信在未來智能水平不斷發(fā)展下，智能化特點也會越發(fā)明顯，甚至延伸出更多如模糊理論的先進理論暢想。

4.2 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)是由若干節(jié)點、鏈路構(gòu)成，表示不同對象間的緊密聯(lián)系。在如今的時代下，網(wǎng)絡(luò)深入千家萬戶，為人們的生活帶來極大便利。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和先進科學(xué)技術(shù)融合，是當(dāng)今時代發(fā)展必然的趨勢，未來機械工程中亦是如此。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行質(zhì)控或運作體系優(yōu)化，不但能提升生產(chǎn)質(zhì)量，還能控制人工成本等支出，實現(xiàn)經(jīng)濟合理開發(fā)［8］。

4.3 綠色化

綠色化是2015年4月在我國中央政治局會議上提出的概念，認(rèn)為創(chuàng)造美好生活應(yīng)當(dāng)基于綠色發(fā)展的理念。在未來機械工程發(fā)展中，除了落實利益戰(zhàn)略化的思考外，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合能源節(jié)約、資源合理利用、人和自然和諧共生等概念，運用更為先進的機電一體化，在保障效能的同時，實現(xiàn)減少污染，以滿足該時代的環(huán)保要求，從而更好地帶動經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)綠色的機電一體化長遠(yuǎn)目標(biāo)。

5 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前機電一體化技術(shù)運用中，能切實地彌補傳統(tǒng)技術(shù)存在的不足，提升機電設(shè)備運用的效能。從本次研究可知，基于此技術(shù)的優(yōu)勢和特征，可將其用于機械工程的機電集體化戰(zhàn)略制定、數(shù)字化控制、機械包裝、實時監(jiān)控等多個維度中，從而更好地激發(fā)出該技術(shù)運用潛力，及時發(fā)現(xiàn)機械工程中的故障，保障工程系統(tǒng)的運行更為順暢、穩(wěn)定。然而，隨著社會發(fā)展，機械工程建設(shè)勢必會面臨更多調(diào)整，對于機電一體化技術(shù)的要求也更嚴(yán)格，為此，相關(guān)技術(shù)研究人員必須深入對該技術(shù)的探究，以使其滿足未來工程建設(shè)的需求。